Công nghệ CDMA - Ebook

CÖNG NGHÏÅ CDMA 1 TÖÍNG QUAN VÏÌ HÏÅ THÖËNG ÀIÏÅN THOAÅI DI ÀÖÅNG TÖÍ ONG 1.1. Töíng quan Toaân böå vuâng phuåc vuå cuãa hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång töí ong àûúåc chia thaânh nhiïìu vuâng phuåc vuå nhoã, goåi laâ caác ö, möîi ö coá möåt traåm göëc phuå traách vaâ àûúåc àiïìu khiïín búãi töíng àaâi sao cho thuï bao coá thïí vêîn duy trò àûúåc cuöåc goåi möåt caách liïn tuåc khi di chuyïín giûäa caác ö. Hònh 1.1 àûa ra möåt maång àiïån thoaåi di àöång töí ong bao göìm caác traåm göëc (BS). Möåt vuâng phuåc vuå cuãa möåt BS àûúåc goåi laâ ö vaâ nhiïìu ö àûúåc kïët húåp laåi thaânh vuâng phuåc vuå cuãa hïå thöëng. Trong hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång töí ong thò têìn söë maâ caác maáy di àöång sûã duång laâ khöng cöë àõnh úã möåt kïnh naâo àoá maâ kïnh àaâm thoaåi àûúåc xaác àõnh nhúâ kïnh baáo hiïåu vaâ maáy di àöång àûúåc àöìng böå vïì têìn söë möåt caách tûå àöång. Vò vêåy caác ö kïì nhau nïn sûã duång têìn söë khaác nhau coân caác ö úã caách xa hún laâ möåt khoaãng caách nhêët àõnh coá thïí taái sûã duång cuâng möåt têìn söë àoá. Àïí cho pheáp caác maáy di àöång coá thïí duy trò cuöåc goåi liïn tuåc trong khi di chuyïín giûäa caác ö thò töíng àaâi seä àiïìu khiïín caác kïnh baáo hiïåu hoùåc kïnh lûu lûúång theo sûå di chuyïín cuãa maáy di àöång àïí chuyïín àöíi têìn söë cuãa maáy di àöång àoá thaânh möåt têìn söë thñch húåp möåt caách tûå àöång. Hiïåu quaã sûã duång têìn söë cuãa hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång tùng lïn vò caác kïnh RF giûäa caác BS kïì nhau coá thïí àûúåc àõnh võ möåt caách coá hiïåu quaã nhúâ viïåc taái sûã duång têìn söë vaâ do àoá dung lûúång thuï bao àûúåc phuåc vuå seä tùng lïn. CÖNG NGHÏÅ CDMA 2 Hònh 1.1: Hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång 1.2. Cêëu hònh hïå thöëng Hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång töí ong bao göìm caác maáy àiïån thoaåi di àöång trïn ö tö (hay xaách tay), BS vaâ MSC (trung têm chuyïín maåch àiïån thoaåi di àöång). Maáy àiïån thoaåi di àöång bao göìm caác böå thu/phaát RF, anten vaâ böå àiïìu khiïín; BS bao göìm caác böå thu/phaát RF àïí kïët nöëi maáy di àöång vúái MSC, anten, böå àiïìu khiïín, àêìu cuöëi söë liïåu vaâ nguöìn. MSC sûã lyá caác cuöåc goåi ài vaâ àïën tûâ möîi BS vaâ cung cêëp chûác nùng àiïìu khiïín trung têm cho hoaåt àöång cuãa têët caã caác BS möåt caách hiïåu quaã vaâ àïí truy nhêåp vaâo töíng àaâi cuãa maång àiïån thoaåi cöng cöång. Chuáng bao göìm böå phêån àiïìu khiïín, böå phêån kïët nöëi cuöåc goåi, caác thiïët bõ ngoaåi vi vaâ cung cêëp chûác nùng thu nhêåp söë liïåu cûúác àöëi vúái caác cuöåi goåi àaä hoaân thaânh. Caác maáy di àöång, BS vaâ MSC àûúåc liïn kïët vúái nhau thöng qua caác àûúâng kïët nöëi thoaåi vaâ söë liïåu. Möîi maáy di àöång sûã duång möåt cùåp kïnh thu/phaát RF. Vò caác kïnh lûu lûúång khöng cöë àõnh úã möåt kïnh RF naâo maâ thay àöíi thaânh caác têìn söë RF khaác nhau phuå thuöåc vaâo sûå di chuyïín cuãa maáy di àöång trong suöët quaá trònh cuöåc goåi nïn cuöåc goåi coá thïí àûúåc thiïët lêåp qua bêët cûá möåt kïnh naâo àaä àûúåc xaác àõnh trong vuâng àoá. Cuäng tûâ nhûäng quan àiïím vïì hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång maâ thêëy rùçng têët caã caác kïnh àaä àûúåc xaác CÖNG NGHÏÅ CDMA 3 àõnh àïìu coá thïí bêån do àaä àûúåc kïët nöëi möåt caách àöìng thúâi vúái caác maáy di àöång. Böå phêån àiïìu khiïín cuãa MSC, laâ traái tim cuãa hïå thöëng töí ong, seä àiïìu khiïín, sùæp àùåt vaâ quaãn lyá toaân böå hïå thöëng. Töíng àaâi töí ong kïët nöëi caác àûúâng àaâm thoaåi àïí thiïët lêåp cuöåc goåi giûäa caác maáy thuï bao di àöång vúái nhau hoùåc caác thuï bao cöë àõnh vúái caác thuï bao di àöång vaâ trao àöíi caác thöng tin baáo hiïåu àa daång qua àûúâng söë liïåu giûäa MSC vaâ BS. Caác thöng tin thoaåi vaâ baáo hiïåu giûäa maáy di àöång vaâ BS àûúåc truyïìn ài qua kïnh RF, caác àûúâng kïët nöëi thoaåi vaâ söë liïåu cöë àõnh àûúåc sûã duång àïí truyïìn caác thöng tin thoaåi vaâ baáo hiïåu giûäa BS vaâ MSC. 1.3. Sûå phaát triïín cuãa hïå thöëng töí ong Hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång thûúng maåi àêìu tiïn àûúåc àûa vaâo aáp duång sûã duång bùng têìn 150 MHz taåi Saint Louis - Myä vaâo nùm 1946 vúái khoaãng caách kïnh laâ 60 KHz vaâ söë lûúång kïnh bõ haån chïë chó àïën 3. Àoá laâ hïå thöëng baán song cöng vaâ vò thïë maâ ngûúâi àaâm thoaåi bïn kia khöng thïí noái àûúåc trong khi ngûúâi àaâm thoaåi bïn naây àang noái vaâ viïåc kïët nöëi laâ nhên cöng nhúâ àiïån thoaåi viïn. Sau àoá, nhúâ möåt söë caãi tiïën maâ hïå thöëng IMTS MJ bao göìm 11 kïnh úã bùng têìn 150 MHz vaâ hïå thöëng ITMS MK bao göìm 12 kïnh úã bùng têìn 450 MHz àaä àûúåc sûã duång vaâo nùm 1969. Àoá laâ hïå thöëng song cöng vaâ möåt BS coá thïí phuåc vuå cho möåt vuâng baán kñnh röång túái 80 Km. 1.3.1. AMPS (Dõch vuå àiïån thoaåi di àöång tiïn tiïën) AMPS laâ möåt hïå thöëng àiïån thoaåi di àöång töí ong do AT & T vaâ Motorola - Myä àïì xuêët sûã duång vaâo nùm 1982. Àïí sûã duång hiïåu quaã hún nguöìn têìn söë coá giúái haån nïn vuâng phuåc vuå röång cuãa noá àûúåc phên chia thaânh caác ö nhoã vaâ dõch vuå cung cêëp sûã duång möåt CÖNG NGHÏÅ CDMA 4 têìn söë nhêët àõnh vúái möåt cöng suêët nhoã àïí cho pheáp caác BS úã caách xa möåt khoaãng caách nhêët àõnh coá thïí taái sûã duång cuâng möåt têìn söë àoá möåt caách àöìng thúâi. Sau àoá, ngûúâi ta coi vuâng phuåc vuå tûúng ûáng nhû möåt hònh luåc giaác àïí laâm àún giaãn hoaá viïåc thiïët kïë vaâ tñnh toaán lyá thuyïët vïì maång àiïån thoaåi di àöång. Taái sûã duång têìn söë liïn quan àïën viïåc àõnh võ caác BS àïí taái sûã duång caác têìn söë chñnh xaác, khöng phaãi sûã duång cuâng möåt têìn söë giûäa caác BS kïì nhau maâ chó sûã duång laåi úã möåt khoaãng caách nhêët àõnh hoùåc xa hún nhùçm laâm giaãm giao thoa giûäa caác kïnh giöëng nhau. Hònh 1.2 àûa ra caác mêîu taái sûã duång têìn söë khaác nhau. Hònh 1.2 Mêîu taái sûã duång têìn söë Trïn hònh 1.2 ta thêëy caác cuåm mêîu taái sûã duång têìn söë cuãa caác BS vúái têët caã caác bùng têìn coá thïí, söë lûúång caác ö trong cuåm àoá àûúåc goåi laâ yïëu töë taái sûã duång têìn söë (K). Hònh 1.3: Buáp soáng cuãa anten àõnh hûúáng CÖNG NGHÏÅ CDMA 5 Trong trûúâng húåp naây thò hiïåu quaã taái sûã duång têìn söë tùng lïn nïëu möåt anten àõnh hûúáng àûúåc sûã duång taåi BS vò giao thoa têìn söë chó aãnh hûúãng àïën caác BS sûã duång cuâng möåt kïnh trong anten phaát xaå àõnh hûúáng vaâ vò vêåy maâ giao thoa cuãa caác kïnh chñnh tùng (thöng thûúâng sûã duång vuâng phuã soáng 120o). Khi xuêët hiïån traång thaái chuyïín vuâng thò tñn hiïåu àaä àûúåc kïët nöëi vúái BS coá khaã nùng thu nhêån tñn hiïåu töët. Trong traång thaái chuyïín vuâng thò kïnh bõ ngùæt trong möåt khoaãng thúâi gian ngùæn (150 ms) vaâ chuyïín vuâng seä bõ trò hoaän hoùåc bõ caãn trúã trong trûúâng húåp khöng coá kïnh trong ö múái. Dõch vuå chuyïín vuâng ngoaâi hïå thöëng thöng thûúâng coá thïí àûúåc cung cêëp trong möåt vuâng phuåc vuå khaác, do möåt hïå thöëng khaác àiïìu khiïín maâ thuï bao noái àïën khöng àùng kyá. 1) So saánh giûäa caác hïå thöëng analog Baãng 1.1 àûa ra caác so saánh vïì tham söë cuãa 4 hïå thöëng thöng duång. TSCS/ETAC NMT900 S Tham söë AMPS NMT450 Bùng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz 450-470 MHz Khoaãng caách kïnh 30 KHz 25 KHz 25/1,25 KHz 25/20 KHz Khoaãng caách song cöng 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz Caác kïnh 832 920* 1000 (1999) 180/225 Loaåi àiïìu chïë FM FM FM FM Àöå lïåch àónh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz Thiïët bõ neán daän 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Khöng Kïë hoaåch ö 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7 Àiïìu chïë kïnh àiïìu khiïín FSK FSK FFSK FFSK Àöå lïåch kïnh àiïìu khiïín 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz CÖNG NGHÏÅ CDMA 6 Maä kïnh àiïìu khiïín Mancheste Manchester r NRZ NRZ Dung lûúång kïnh àiïìu khiïín 77000 62000 13000 13000 Töëc àöå truyïìn dêîn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s Bñ mêåt thoaåi Coá thïí Coá thïí Khöng Khöng Coá Coá Bõ giúái haån Dõch vuå chuyïín vuâng ngoaâi Coá hïå thöëng Baãng 1.1: So saánh caác tham söë cuãa caác hïå thöëng töí ong 1.3.2. TDMA 1) Töíng quan Trong thöng tin TDMA thò nhiïìu ngûúâi sûã duång möåt soáng mang vaâ truåc thúâi gian àûúåc chia thaânh nhiïìu khoaãng thúâi gian nhoã àïí giaânh cho nhiïìu ngûúâi sûã duång sao cho khöng coá sûå chöìng cheáo. TDMA àûúåc chia thaânh TDMA bùng röång vaâ TDMA bùng heåp. Myä vaâ Nhêåt sûã duång TDMA bùng heåp coân Chêu Êu sûã duång TDMA bùng röång nhûng caã 2 hïå thöëng naây àïìu coá thïí àûúåc coi nhû laâ sûå töí húåp cuãa FDMA vaâ TDMA vò ngûúâi sûã duång thûåc tïë duâng caác kïnh àûúåc êën àõnh caã vïì têìn söë vaâ caác khe thúâi gian trong bùng têìn. Hònh 1.4: Phöí TDMA 2) Loaåi hïå thöëng TDMA Bùæc Myä Loaåi hïå thöëng TDMA Bùæc Myä sûã duång bùng têìn (869 - 894) MHz vaâ (824 - 849) MHz giöëng nhû hïå thöëng AMPS. Khoaãng caách soáng mang laâ 30 KHz vaâ möîi kïnh têìn söë àûúåc chia thaânh 6 khe thúâi gian. CÖNG NGHÏÅ CDMA 7 Hïå thöëng AMPS hiïån taåi coá khaã nùng chuyïín vuâng vúái cêëu truác khung vaâ cêëu truác khe thúâi gian àûúåc chó ra trïn hònh 1.5 vaâ hònh 1.6. Hïå thöëng naây maä hoaá tñn hiïåu thoaåi theo maä VSELP (dûå àoaán töíng vectú tuyïën tñnh töìn taåi), àiïìu chïë /4 DQPSK vaâ hoaåt àöång theo kiïíu cùåp àöi. 6 thuï bao vúái möåt nûãa töëc àöå trïn möåt kïnh Hònh 1.5: Cêëu truác khung a) Daång khe thúâi gian tûâ maáy di àöång àïën traåm göëc b) Daång khe thúâi gian tûâ traåm göëc túái maáy di àöång Vúái : 324 bit = 162 kyá hiïåu = 40/6 ms = 6,67 ms G - thúâi gian guard R - thúâi gian ramp SACCH - kïnh àiïìu khiïín liïn kïët chêåm CDVCC - maä xaác minh maâu söë àaä maä CÖNG NGHÏÅ CDMA 8 Hònh 1.6: Daång khe thúâi gian 3) GSM (Group Special Mobile) GSM laâ möåt hïå thöëng thöng tin söë cuãa Chêu Êu tûúng thñch vúái hïå thöëng baáo hiïåu söë 7. Chuáng sûã duång hïå thöëng TDMA vúái cêëu truác khe thúâi gian sao cho taåo nïn àûúåc sûå linh hoaåt trong truyïìn thoaåi, söë liïåu vaâ thöng tin àiïìu khiïín. Hïå thöëng GSM sûã duång bùng têìn (890 - 915) MHz àïí truyïìn dêîn tñn hiïåu tûâ maáy di àöång àïën BS vaâ bùng têìn (935 - 960) MHz àïí truyïìn dêîn tñn hiïåu tûâ BS àïën maáy di àöång. Hònh 1.7 mö taã cêëu truác khung cuãa hïå thöëng GSM. Hònh 1.7: Cêëu truác khung CÖNG NGHÏÅ CDMA 9 1.3.3 CDMA 1) Töíng quan Lyá thuyïët vïì CDMA àaä àûúåc xêy dûång tûâ nhûäng nùm 1950 vaâ àûúåc aáp duång trong thöng tin quên sûå tûâ nhûäng nùm 1960. Cuâng vúái sûå phaát triïín cuãa cöng nghïå baán dêîn vaâ lyá thuyïët thöng tin trong nhûäng nùm 1980, CDMA àaä àûúåc thûúng maåi hoaá tûâ phûúng phaáp thu GPS vaâ Ommi-TRACS, phûúng phaáp naây cuäng àaä àûúåc àïì xuêët trong hïå thöëng töí ong cuãa Qualcomm - Myä vaâo nùm 1990. Trong thöng tin CDMA thò nhiïìu ngûúâi sûã duång chung thúâi gian vaâ têìn söë, maä PN (taåp êm giaã ngêîu nhiïn) vúái sûå tûúng quan cheáo thêëp àûúåc êën àõnh cho möîi ngûúâi sûã duång. Ngûúâi sûã duång truyïìn tñn hiïåu nhúâ traãi phöí tñn hiïåu truyïìn coá sûã duång maä PN àaä êën àõnh. Àêìu thu taåo ra möåt daäy giaã ngêîu nhiïn nhû úã àêìu phaát vaâ khöi phuåc laåi tñn hiïåu dûå àõnh nhúâ viïåc traãi phöí ngûúåc caác tñn hiïåu àöìng böå thu àûúåc. 2) Thuã tuåc phaát/thu tñn hiïåu (1) Tñn hiïåu söë liïåu thoaåi (9,6 Kb/s) phña phaát àûúåc maä hoaá, lùåp, cheân vaâ àûúåc nhên vúái soáng mang f o vaâ maä PN úã töëc àöå 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). (2) Tñn hiïåu àaä àûúåc àiïìu chïë ài qua möåt böå loåc bùng thöng coá àöå röång bùng 1,25 MHZ sau àoá phaát xaå qua anten. (3) úã àêìu thu, soáng mang vaâ maä PN cuãa tñn hiïåu thu àûúåc tûâ anten àûúåc àûa àïën böå tûúng quan qua böå loåc bùng thöng àöå röång bùng 1,25 MHz vaâ söë liïåu thoaåi mong muöën àûúåc taách ra àïí taái taåo laåi söë liïåu thoaåi nhúâ sûã duång böå taách cheân vaâ giaãi maä. CÖNG NGHÏÅ CDMA 10 Hònh 1.8: Sú àöì phaát/thu CDMA 3) Caác àùåc tñnh cuãa CDMA (1) Tñnh àa daång cuãa phên têåp Trong hïå thöëng àiïìu chïë bùng heåp nhû àiïìu chïë FM analog sûã duång trong hïå thöëng àiïån thoaåi töí ong thïë hïå àêìu tiïn thò tñnh àa àûúâng taåo nïn nhiïìu fading nghiïm troång. Tñnh nghiïm troång cuãa vêën àïì fading àa àûúâng àûúåc giaãm ài trong àiïìu chïë CDMA bùng röång vò caác tñn hiïåu qua caác àûúâng khaác nhau àûúåc thu nhêån möåt caách àöåc lêåp. Nhûng hiïån tûúång fading xaãy ra möåt caách liïn tuåc trong hïå thöëng naây do fading àa àûúâng khöng thïí loaåi trûâ hoaân toaân àûúåc vò vúái caác hiïån tûúång fading àa àûúâng xaãy ra liïn tuåc àoá thò böå giaãi àiïìu chïë khöng thïí xûã lyá tñn hiïåu thu möåt caách àöåc lêåp àûúåc. Phên têåp laâ möåt hònh thûác töët àïí laâm giaãm fading, coá 3 loaåi phên têåp laâ theo thúâi gian, theo têìn söë vaâ theo khoaãng caách. Phên têåp theo thúâi gian àaåt àûúåc nhúâ sûã duång viïåc cheân vaâ maä sûãa sai. Hïå thöëng CDMA bùng röång ûáng duång phên têåp theo têìn söë nhúâ viïåc múã röång khaã nùng baáo hiïåu trong möåt bùng têìn röång vaâ fading liïn húåp vúái têìn söë thûúâng coá aãnh hûúãng àïën bùng têìn baáo hiïåu (200 - 300) KHz. Phên têåp theo khoaãng caách hay theo àûúâng truyïìn coá thïí àaåt àûúåc theo 3 phûúng phaáp sau: Thiïët lêåp nhiïìu àûúâng baáo hiïåu (chuyïín vuâng mïìm) àïí kïët nöëi maáy di àöång àöìng thúâi vúái 2 hoùåc nhiïìu BS.