Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
Bước vào thế kỷ 21. Kỷ nguyên của xã hội thông tin, các quốc gia trên
thế giới đang tập trung sức lực và tầm năng của mình cho ngành công nghiệp
viễn thông nhằm dành được thế cạnh tranh trong lĩnh vực này và đồng thời
cũng tìm mọi cách để không bị tụt hậu trong xã hội được gọi là xã hội thông
tin này.
Với chiến lược phát triển là đi thẳng vào công nghệ hiện đại, trong
những năm qua ngành viễn thông Việt Nam đã cơ bản hoàn thành việc số hoá
mạng lưới viễn thông tạo điều kiện dễ dàng cho sự hoà nhập tin học với viễn
thông và góp phần không nhỏ cho sự phát triển kinh tế - xã hội trong công
cuộc đổi mới đất nước.
Trong quá trình hiện đại hoá mạng lưới viễn thông thì thông tin di động
đã đáp ứng được nhu cầu của một xã hội phát triển, hàng loạt kỹ thuật công
nghệ ra đời như kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA, và giao thức ứng dụng
không dãy (WAP). Mỗi kỹ thuật công nghệ có ưu nhược điểm riêng nhưng
công nghệ CDMA có nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác có
thể đáp ứng được dung lượng lớn, chuyển giao mềm, điều khiển công suất
nhanh có tính bảo mật cao. Mặt khác công nghệ CDMA - IS95 đã được rất
nhiều nước trên thế giới sử dụng, với công nghệ này rất phù hợp với cơ sở vật
chất của mạng thông tin ở nước ta hiện nay. Với tất cả những ưu việt của
CDMA - IS95 đặc biệt là hệ thống CDMA - IS95 WLL đã được áp dụng và
đưa vào sử dụng ở một số tỉnh, sau đó tiếp tục phát triển nhân rộng ra.
Trong thời gian học tập tại trường em đã được học nhiều môn học dưới
sự chỉ bảo hướng dẫn của các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội
cũng như các thầy, cô giáo của Học viên công nghệ Bưu chính viễn thông
cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân luôn cố gắng học hỏi trong nhà
trường và trong thực tế. Trong em được giao đề tài làm luận văn tốt nghiệp về
công nghệ CDMA-IS95, thiết kế mạnh vòng vô tuyến nội hạt CDMA-WLL.
1
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp

động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau, còn các ô ở cách xa
hơn trong một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó.
Để các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa
các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lực lượng theo
sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động thành
một tần số thích hợp một cách tự động dẫn đến hiệu quả sử dụng tần số tăng
lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể định vị 1cách có hiệu quả nhờ
việc tái sử dụng tần số do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên .
Hình 1.1
1.1.1.2. cấu hình của hệ thống :
3
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di
động, BS, MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).
+ Máy điện thoại bao gồm các bộ thu / phát RF , anten và bộ điều khiển
+ BS gồm các bộ thu /phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten,
bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn
+ MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS, cung cấp chức năng
điều khiển trung tâm cho tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào
tổng đài của mạng điện thoại công cộng, MSC bao gồm bộ phận điều khiển
bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi, cung cấp chức năng thu thập số
liệu cước đối với cuộc gọi đã hoàn thành.
Các máy di động BS và MSC được liên kết với nhau thông qua đường
kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng 1cặp kênh thu/phát RF vì
các kênh lưu lượng không cố định ở 1kênh RF nào mà thay đổi thành các tần
số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt qúa
trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể thiết lập qua bất cứ kênh nào đã được xác
định trong vùng đó. Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoaị để thiết lập
cuộc gọi giữa các máy di động với nhau hoặc với các thuê bao cố địnhvà trao
đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS.

Khe thời
gian 5
Khe thời
gian 6
30KHz
1.1.1.3.2. GSM (Group Special Mobile) :
GSM là hệ thống thông tin số của châu Âu tương thích với hệ thống
báo hiệu số 7. Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian tạo
nên sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển.
Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 960) MHz để truyền tín hiệu từ
máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền tín hiệu từ BS
đến máy di động.
Cấu trúc khung của hệ thống GSM :
0 1 2 ................. 2047
1 siêu khung = 51 đa khung (6,12s)
0 1 2 ................. 50
or
1 siêu khung = 26 đa khung (6,12s)
0 1 ................. 25
26 khung đa khung (120ms) 51 khung đa khung (235,4ms)
0 1 2 25 0 1 2 50
0 1 2 3 4 5 6 7
1 khung TDMA = 8 khe thời gian (4,615ms)
1.1.1.3.3. CDMA :
5
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1980 và được áp
dụng trong thông tin quân sự từ năm 1960 cùng với sự phát triển của công
nghệ bán dãn và lý thuyết thông tin vào năm 1980 CDMA đã được thương
mại hoá từ phương pháp thu GRS và ommi - Tracs, phương pháp này được đề

Các kênh điều khiển
Đường xuống Đường lên
Hoa tiêu Đồng bộ Tìm gọi Thâm nhập
Các kênh lưu lượng
Kênh tiếng hoặc
số liệu
Báo hiệu liên
kết
1 1/2 1/4 1/8
Chỉ số báo hiệu
Ghép BH lưu
lượng
Đ/khiển công
suất đường
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
+ Sắp xếp các kênh vật lý cho đường xuống ở CDMA - IS95 :
Tất cả các tín hiệu được phát ra từ trạm gốc qua 1ăng ten hình quạt
được đưa ra như trong hình, 63 kênh hướng đi được phân loại tiếp thành 7
kênh nhắn tin (giá trị chịu được lớn nhất) và 55 kênh lưu lượng
8
Kênh CDMA hướng đi
(Kênh vô tuyến 1,23MHz phát từ trạm gốc)
Kênh
dẫn
đường
Kênh
đồng
bộ
Kênh
nhắn

Ο
W
32
W
1
W
7
W
8
W
32
W
63
W
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
- Kênh dẫn đường và kênh đồng bộ phục vụ sự khởi tạo của MS
ở trạng thái chờ MS (Mobile System) cần đến các kênh nhắn tin phục vụ vào
việc truy cập vào mạng để thiết lập cuộc gọi. Trạm gốc dùng sự lệch thời gian
(Tin off set) Của kênh dẫn đường làm căn cứ cho MS nhận dạng kênh hướng
xuống (Có 512 lệch thời gian khác nhau) lệch thời gian được dùng trong quá
trình chuyển giao khi MS bật nguồn thì kênh đồng bộ cung cấp cho MS các
tin tức định thời và tin tức về cấu hình hệ thống, kênh đồng bộ dùng mã trải
phổ PN (120 b/s) hiện phục vụ 1cuộc gọi, kênh lưu lượng có các tốc độ truyền
dẫn : 9600, 4800 hay 1200 bít/s, khung lưu lượng đường xuống dài 20MS,
kênh lưu lượng được điều khiển bằng các bản tin sau :
+ Điều khiển thiết lập cuộc gọi
+ Điều khiển chuyển giao (Handover)
+ Điều khiển công suất
+ Nhận tín hiệu và bảo mật
- Kênh nhắn tin :

bù pha 1/2 bởi mã PN dài.
Kênh truy nhập đảm bảo thông tin từ trạm di động đến trạm gốc khi
trạm di động không sử dụng kênh lưu lượng. Kênh này luôn làm việc ở tốc độ
4800 b/s các bản tin truy nhạp luôn cung cấp các thông tin về : khởi xướng
cuộc gọi, trả lời cuộc gọi, các lệnh và đăng ký. Các kênh truy nhập tạo ra các
cặp với tất cả các kênh nhắt tin và từng kênh truy nhập được nhận dạng thông
qua sử dụng mã dài PN khác. Trạm gốc thực hiện trả lời các tín hiệu kênh truy
nhập nhất định thông qua các bản tin kênh nhắn tin, máy di động trả lời bản
tin thông qua các kênh truy nhập tương ứng với chúng. Tốc độ truyền dẫn của
các kênh truy nhập có thể thay đổi theo các kiểu truyền dẫn và các nhóm maý
để các kênh này có thể sử dụng đối với các trường hợp khẩn cấp hoặc đối với
bảo trì và sửa chữa.
10
Kênh CDMA hướng về
(Kênh vô tuyến 1,23 MHz nhận được ở trạm gốc)
Kênh truy
nhập 1
Kênh truy
nhập n
Kênh lưu
lượng 1
Kênh lưu
lượng m
.....................
Các PN mã dài định địa chỉ
nguồn tin
nhận tin
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
1.3. Các kỹ thuật sử lý và truyền dẫn vô tuyến số ở hệ thống CDMA - IS95 :
1.3.1. Sơ đồ khối chung của thiết thị thu phát vô tuyến ở HTTT di động:

Lập
khuân
Giải mã
nguồn
Giải mật
mã
Giải mã
kênh
Giải ghép
kênh
Giải
điều chế
Giải trải
phổ
Đa thâm
nhập
TX
Đồng bộ
Dạng sóng sốLuồng bít
K

Ê

N

H
Các bít kênh Từ các nguồn khác
Đầu vào số
Đầu ra số
Các bít kênh

tốc độ 1
hoặc 1/2
Tạo
khuân
gói
Xác
định tốc
độ
Gói được tạo khuân
Tiếng được mã hoá
Lệnh tốc độ ngoài quyết định tốc độ
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
1.3.3. Thủ tục phát thu tín hiệu :
Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá lặp, chèn và
được nhân với sóng mang fo và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x
128).
Tín hiệu đã được điều chế đi qua 1bộ lọc băng thông có độ rộng băng
1,25 Mhz, sau đó phát xạ qua ăng ten.
Ở đầu thu sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ ăng ten đưa
đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng bằng 1,25 Mhz và số liệu
thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách
chèn và giải mã.
Hình : Sơ đồ phát thu CDMA
13
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
1.3.4. Các đặc tính của CDMA :
1.3.4.1. Tính đa dạng của phẩn tập :
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng
trong hệ thống điện thoại tổ ong thì tính đa đường tạo nên nhiều pha đinh
nghiêm trọng, tính nghiêm trọng này được giảm đi trong điều chế CDMA

bóng râm, giảm giao thoa đối với các BS khác.
1.3.4.3. Bộ mã - Giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi :
Bộ mã - giải mã của hệ thống CDMA thiết kế với các tốc độ biến đổi 8
Kb/s.
Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói
tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ mã - giải mã.
1.3.4.2.1. Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hướng về của
CDMA :
Trong hệ thống CDMA tất cả các trạm gốc phát tín hiệu dẫn đường ở
cùng tần số và tất cả các máy di động bắt đầu đồng bộ bằng sử dụng các tín
hiệu dẫn đường này, và gốc tần số và thời gian để giải điều chế các tín hiệu
thoại số được truyền đi từ mỗi trạm gốc, máy di động đo tổng cường độ tín
hiệu dẫn đường từ trạm gốc và cường độ tín hiệu nhận được từ tất cả các trạm
gốc. Nếu cường độ tín hiệu thu được cao công suất của máy di động giảm
xuống, trường hợp tăng đột biến môi trường kênh xảy ra thì thiết bị điều
khiển công suất mạch vòng theo kiểu tương tự với vùng động 85 db đáp ứng
15
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
ngay trong 1ms. Các kênh đồng bộ từ mỗi trạm gốc gồm thông tin về công
suất phát của các kênh dẫn đường và máy di động xác định công suất phát sử
dụng thông tin đó khi sử dụng các chức năng này có thể tạo ra sự chênh lệch
giữa công suất phát và hệ số tăng ích của ăng ten (ERP đầu ra) của trạm gốc
dựa trên cơ sở kích thích tế bào.
1.3.4.2.2 Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hướng về của
CDMA :
Do sự tách biệt tần số 45 MHz giữa kênh hướng đi và hướng về vượt
quá dải thông liên kết của các kênh nên máy di động được giả thiết là các giá
trị của tổn hao hai đa đường dẫn giống nhau, do không có khả năng đo suy
hao đường dẫn hướng về mặc dù có 1chênh lệch giữa suy hao đa đường trên
kênh hướng đi để đo ở máy di động và suy hao đa đường của kênh hướng về.

(Hình vẽ : Cấu trúc kênh CDMA hướng về)
17
các bit thông tin
truy nhập
Cộng 8
bit mã
hoá cuối
Bộ mã
hoá cuộn
r=1/3 k=9
Lập ký
hiệu
Chèn
khối
Điều chế
trực giao
64 -ary
4.4 kb/s
4.8 kb/s 14.4 kb/s 28.8 kb/s 28.8 kb/s
Ký hiệu
mã
Ký hiệu
mã
Ký hiệu
mã
Ký hiệu điều chế
(Xung Walsh)
4.8 kb/s (307.2 kc/s
Bộ tạo
mã dài

khung cho
tốc độ
9600
và 4800
bit/s
Công 8 bit
mã hoá
cuối
Bộ mã
hoá cuộn
r=1/3
k=9
Lập ký
hiệu
Chè
n
khối
8.6 kb/s
4.0 kb/s
2.0 kb/s
0.8 kb/s
9.2 kb/s
4.4 kb/s
2.0 kb/s
0.8 kb/s
9.6 kb/s
4.8 kb/s
2.4 kb/s
1.2 kb/s
28.8 kb/s

Trễ = 406.9 ns
Mặt nạ mã dài
B
C
Ký hiệu
mã
D
Điều chế
trực giao
64 - ary
Tạo
chùm
số
lliệu
ngẫu
nhiên
E F GE
Ký hiệu
điều chế
(xung Walsh)
Tốc độ số liệu khung
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
Giải mã thoại phía thu, phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu
được thành các mẫu tín hiệu thoại, hai bộ mã giải thoại thông tin với nhau ở 4
nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s.
1.3.4.4. Bảo mật cuộc gọi :
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi cao và về cơ
bản tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìn kiếm và sử dụng bất hợp pháp
kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA vì tín hiệu đã được
trộn (Seranbling)

1.4.1 1. Nguyên lý :
Nguyên lý của phương pháp DS - CDMA cho ở hình vẽ :
19
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
Bản tin của tín hiệu số cần phát Mi(t) dạng mã NRZ lưỡng cực với
Mi(t) = ±1 được đưa lên với chuỗi mã Ci(t) được tạo ra từ một bộ tạo chuỗi cơ
hai giả ngẫu nhiên PRBS (Psen do Random Binary Sequency Generator) tốc
độ của bản tin gọi là tốc độ bít Rb, Rb nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của chuỗi
mã được gọi là tốc độ chíp Rc. Mỗi luồng số của mỗi kênh sẽ được bộ tạo mã
tạo ra một chuỗi PRBS tương ứng Ci(t), có độ dài L, mỗi bít có độ lâu bằng
độ lâu của chuỗi mã Tb = Tx x L, Ci(t) có tốc độ cao hơn nhiều so với Rb =
1/Tc của tín hiệu số cần phát do đó phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên rộng hơn
nhiều phổ của tín hiệu số cần phát. Do phổ rộng và công suất phát không thay
đổi nên tín hiệu PRBS có biên độ mật độ phổ rất thấp.
1.4.1.2. Đặc tính của tín hiệu DS :
Điều chế DS là điều chế 2pha. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cần
bằng để có đầu ra làm sóng mang. RF điều chế 2pha, sóng mang có độ lệch
pha 1800 giữa pha 1 và pha O theo dãy mã.
Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại
đầu phát và đầu thu, khi đó nếu các mã tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ
thì sóng mang được tách pha lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục các
sóng mang băng tần hẹp này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế chỉ cho
các sóng mang đủ điều chế băng gốc đi qua.
Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ
thống một cách trực tiếp nếu băng là 2KHz thì độ lợi sử lý giới hạn là 20
KHz.
1.4.3. Điều chế QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) :
Sau khi được trải phổ bởi hai chuỗi PN hoa tiêu vuông góc hai luồng I
và Q có khác pha 90
0

O
1
1
1
O
0
1
0
π/4
3π/4
5π/4
7π/4
Sơ đồ bộ điều chế QPSK :
1.5. Báo hiệu : Ở hệ thống CDMS - IS95 :
1.5.1. Mở đầu :
Tất cả các giao diện vô tuyến gồm cả CDMA và CDMA băng rộng đều
thừa hưởng các đặc tính từ giao thức tương tự, ngoài ra chúng có các dịch vụ
dựa trên tiêu chuẩn cơ sở IS41 cho thông tin giữa các hệ thống, ứng dụng
quản lý di động MMAP (Mobiliti Management Application Part) cho báo
hiệu từ trạm gốc đến trung tâm chuyển mạch di động.
1.5.5. Các dịch vụ cơ sở :
Trước khi MB có thể khởi xướng hay tiếp nhận cuộc gọi nó phải đăng
ký với hệ thống di động. Trừ trường hợp gọi khẩn, mỗi MS được cho một số
nhận dạng tạm thời TMSI (Temporaty Mobile Station Identity), MIN (Mobile
Identication Number) để sử lý cuộc gọi sau này.
- Quá trình đăng ký :
MS thông báo cho nhà cung cấp dịch vụ về sự có mặt của nó ở hệ
thống và mong muốn nhận được dịch vụ từ hệ thống này.
21
1

* Đăng ký theo định thời : Thực hiện khi bộ định thời ở MS đã chạy hết
thời gian thủ tục này cho phép xoá dữ liệu của MS.
* Đăng ký theo vùng : Được thực hiện khi MS vào vùng mới của hệ
thống vùng phục vụ có thể được chia thành các vùng nhỏ hơn gọi là vùng
định vị MS nhận dạng vùng định vị hiện thời trên cơ sở các thông số được
phát trên kênh tìm gọi đường đi.
* Đăng ký kênh lưu lượng xảy ra khi MS ấn định kênh lưu lượng BS có
thể thông báo cho MS rằng nó đã được đăng ký.
1.5.2.1. Lưu đồ gọi để đăng ký khi nó đang nghe kênh tìm gọi :
1- MS quyết định rằng nó phải đăng ký với hệ thống
2- MS nghe kênh tìm gọi để được mật khẩu RAND
3- MS gửi bản tin đến BS với nhận dạng trạm di động Quốc tế (IMSI),
RAND trả lời nhận thực (AUTHR) và các thông số khác cần thiết theo yêu
cầu đăng ký.
4- BS công nhận RAND
5- BS phát bản tin ISDN REGISTER đến MSC
6- MSC nhận bản tin REGISTER và gửi một bản tin đến VLR quản lý
7- Nếu MS chưa đăng ký với VLR phát bản tin REG NOT (thông báo
đăng ký đến HLR của người sử dụng, nơi chứa ISMI và các dữ liệu cần thiết
khác)
8- HLR nhận bản tin REG NOT và cập nhật cơ sở dữ liệu của mình
(Lưu dữ vị trí của VLR phát bản tin REG NOT)
22
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
9- HLR phát bản tin RECAN (Huỷ đăng ký) đến VLR cũ trước đây MS
đăng ký để VLR này huỷ đăng ký trước đây của MS.
10- VLR cũ gửi trả lại bản tin khẳng định giá trị đếm qúa khứ cuộc gọi
CHCNT (Call History Count).
11- Khi này HLR gửi trả lại bản tin trả lời REG NOT đến VLR mới và
chuyển thông tin mà VLR cần (Chẳng hạn lý lịch người sử dụng, nhận dạng

12
.
13
.
14
.
Chập nhật
Dữ liệu
REGISTER
ISDN REGISTER
IS41 REC NOT
IS41 RECAN
Khẳng định
Khẳng định
REGISTER
Trả lời RENOT
Trả lời RENOT
ISDN REGISTER
Xác nhận
RAND
Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA – WLL Đồ án tốt nghiệp
1.5.2.2. Khởi xướng cuộc gọi :
Khởi xướng cuộc gọi là dịch vụ trong đó người sử dụng MS gọi một
máy điện thoại khác trong mạng điện thoại trên toàn thế gíới, đây là hoạt động
cộng tác giữa MSC, VLR và BS.
Các bước lưa đồ cuộc gọi :
1- MS sử lý Origination Request (Yêu cầu khởi xướng) từ người sử
dụng và phát nó đến BS.
2- BS phát PC SAP Qualification Request (Yêu cầu phân loại) PC SAP
đến BS.