Tiểu luận Công nghệ CDMA và ứng dụng của công nghệ CDMA trong thông tin di động
Tiểu luận
Đề án: Công nghệ
CDMA và ứng dụng
của công nghệ CDMA
trong thông tin di động
TRÕNH QUÖC BA
Ã
1
MUC LUC
MUC LUC..................................................................................................... 1
Lúi noi àêu .................................................................................................... 4
PHÊN I: MANG THÖNG TIN DI ÀÖNG VA KY THUÊT TRAI PHÖ.......... 5
CHÛÚNG I Töng quan vï mang thöng tin di àöng....................................... 5
1.1 - Töng quan....................................................................................... 5
1.2 - Cêu truc mang thöng tin sö Cellular................................................. 6
1.3 - Sû phat triïn cua hï thöng thöng tin Cellular.................................... 7
1.4 - Cac phûúng phap truy cêp trong mang thöng tin di àöng sö.............. 8
CHÛÚNG II Ky thuêt trai phö...................................................................10
2.1 - Mú àêu..........................................................................................10
2.2 - Hï thöng trai phö trûc tiïp (DS/SS).................................................10
2.2.1. Cac hï thöng DS/SS - BPSK.....................................................11
2.2.2. Cac hï thöng DS/SS - QPSK.....................................................16
2.3 - Hï thöng nhay tên (FH/ss)..............................................................20
2.3.1. Cac hï thöng FH/SS nhanh........................................................21
2.3.2. Hï thöng FH/SS chêm...............................................................27
2.4 - Hï thöng nhay thúi gian (TH/SS)....................................................29
2.5 - So sanh cac hï thöng SS.................................................................30
2.6 - Hï thöng lai (Hybrid).....................................................................31
2.6.1. FH/DS......................................................................................32
2.6.2. TH/FH .....................................................................................34
2.6.3. TH/DS .....................................................................................35
2.7 - Day PN..........................................................................................37
2.8 - Àöng bö ma trong cac hï thöng thöng tin trai phö............................41
PHÊN II: ÛNG DUNG CÖNG NGHÏ CDMA TRONG THÖNG TIN DI
ÀÖNG..........................................................................................................44
CHÛÚNG III Töng quan vï Cöng nghï CDMA .........................................44
3.1 - Töng quan......................................................................................44
3.2 - Thu tuc phat/thu tñn hiïu.................................................................45
3.3 - Cac àùc tñnh cua CDMA.................................................................46
3.3.1. Tñnh àa dang cua phên têp.........................................................46
3.3.2. Àiïu khiïn cöng suêt CDMA....................................................47
3.3.3. Dung lûúng ..............................................................................48
3.3.4. Bö ma - giai ma thoai va töc àö sö liïu biïn àöi.........................49
TRÕNH QUÖC BA
Ã
2
3.3.5. Bao mêt cuöc goi......................................................................49
3.3.6. Chuyïn giao (handoff) ú CDMA...............................................50
3.3.7. Tach tñn hiïu thoai....................................................................50
3.3.8. Tai sû dung tên sö va vung phu song.........................................51
3.3.9. Gia trõ Eb/No thêp (hay C/I) va chöng löi...................................52
3.3.10. Dung lûúng mïm....................................................................52
3.4 - Bûúc tiïn cöng nghï CDMA vï bùng röng.....................................53
3.5 - Cac cöng nghï giao diïn vö tuyïn cho 3G.......................................54
3.6 - Cêu truc WCDMA.........................................................................55
3.6.1. Cac giai phap ky thuêåt...............................................................55
3.6.2. Song mang ...............................................................................57
3.6.3. Kïnh logic................................................................................57
3.6.4. Kïnh vêt ly...............................................................................58
3.6.5. Sû trai phö................................................................................62
3.6.6. Àa töc àö..................................................................................63
3.6.7. Goi dû liïu 64
3.6.8. Chuyïn giao .............................................................................64
3.7.1. Bùng thöng...............................................................................67
3.7.2. Kïnh vêt ly...............................................................................68
3.7.3. Sû trai phö................................................................................70
3.7.4. Àa töc àö..................................................................................70
3.7.5. Goi dû liïåu ...............................................................................71
3.7.6. Chuyïn giao .............................................................................71
3.7.7. Truyïn phên têp........................................................................71
3.8 - Cac kiïn nghõ cho thöng tin di àöng 3G va sû chuên hoa..................71
3.8.1. IMT-2000.................................................................................72
3.8.2. Ho tiïu chuên IMT-2000...........................................................73
CHÛÚNG IV: ÛNG DUNG CÖNG NGHÏ CDMA TRONG THÖNG TIN
DI ÀÖNG .................................................................................................75
4.1 - Àiïu khiïn cöng suêt......................................................................75
4.1.1. Àiïu khiïn cöng suêt mach vong hú trïn kïnh hûúng lïn............81
4.1.2. Àiïu khiïn cöng suêt mach vong kñn trïn kïnh hûúng lïn...........82
4.1.3. Àiïu khiïn cöng suêt trïn kïnh hûúng xuöng.............................83
4.2 - Dung lûúng....................................................................................85
4.2.1. Dung lûúng cûc àûúng truyïn hûúng lïn....................................86
4.2.2. Töc àö ma hoa thoai..................................................................91
4.2.4. Tñch cûc thoai...........................................................................92
TRÕNH QUÖC BA
Ã
3
4.2.5. Can nhiïu.................................................................................92
4.2.6. Tùng ñch dai quat hoa................................................................93
4.2.7. Àiïu khiïn cöng suêt khöng chñnh xac.......................................94
4.2.8. Phên tñch tùc nghen...................................................................94
4.2.9. Phên tñch tùc nghen mïm trong CDMA......................................95
4.2.10. Dung lûúng àûúng truyïn hûúng xuöng.................................100
4.3 - Chuyïn giao.................................................................................102
4.3.1. Chuyïn giao mïm va mïm hún ...............................................104
4.3.2. Chuyïn giao cûng...................................................................106
4.3.3. Chuyïn giao ú hï thöng thöng tin di àöng CDMA IS-95...........107
4.4 - Àùc tñnh àiïu chï va tö chûc kïnh.................................................114
4.4.1. Tñn hiïu kïnh CDMA hûúng lïn..............................................114
4.4.2. Kïnh truy nhêp va kïnh lûu lûúng hûúng lïn. ..........................121
4.4.3. Tñn hiïu kïnh CDMA hûúng xuöng.........................................123
Bang tra cûu cac tû viït tùt...........................................................................131
Tai liïu tham khao.......................................................................................134
TRÕNH QUÖC BA
Ã
4
Lúi noi àêu
Cung vúi sû phat triïn cua cac nghanh cöng nghï nhû àiïn tû, tin hoc,
cöng nghï viïn thöng trong nhûng nùm vûa qua phat triïn rêt manh me cung cêp
ngay cang nhiïu cac loai hònh dõch vu múi àa dang, an toan, chêt lûúng cao àap
ûng ngay cang töt cac yïu cêu cua khach hang.
Thï ky 21 se chûng kiïn sû bung nö cua thöng tin vö tuyïn trong ào tin
tûc di àöng àong vai tro rêt quan trong. Nhu cêu vï thöng tin ngay cang tùng ca
vï sö lûúng, chêt lûúng va cac loai hònh dõch vu, àiïu nay àa thuc àêy thï giúi
phai tòm kiïm möt phûúng thûc thöng tin múi. Va cöng nghï CDMA àa trú
thanh muc tiïu hûúng túi cua lônh vûc thöng tin di àöng trïn thï giúi.
Hiïn nay, mang thöng tin di àöng cua Viït Nam àang sû dung cöng nghï
GSM, tuy nhiïn trong tûúng lai mang thöng tin nay se khöng àap ûng àûúc cac
nhu cêu vï thöng tin di àöng, do ào viïc nghiïn cûu va triïn khai mang thöng tin
di àöng CDMA la möt àiïu têt yïu. Xuêt phat tû nhûng suy nghô nhû vêy nïn
em àa quyït àõnh chon àï tai: " Cöng nghï CDMA va ûng dung cua cöng nghï
CDMA trong thöng tin di àöng".
å
Nöi dung cua luên vùn göm hai phên:
Phên I: Töng quan vï mang thöng tin di àöng va ky thuêt trai phö.
Phên II: ÛÁng dung cua cöng nghï CDMA trong thöng tin di àöng.
Trong qua trònh lam luên vùn töt nghiïp, mùc du em àa cö gùng nhiïu
nhûng do trònh àö co han nïn khöng thï tranh khoi nhûng sai sot, em rêt mong
nhên àûúc sû phï bònh, hûúng dên va sû giup àú cua Thêy cö, ban be.
Em xin chên thanh cam ún sû giup àú tên tònh cua Thêy Vu Àûc Tho cung
cac Thêy cö trong khoa Àiïn tû Viïn thöng àa giup em hoan thanh luên vùn töt
nghiïp.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
5
PHÊN I: MANG THÖNG TIN DI ÀÖNG VA KY THUÊT TRAI PHÖÍ
CHÛÚNG I
Töng quan vï mang thöng tin di àöng
1.1 - Töng quan
Toan bö vung phuc vu cua hï thöng àiïn thoai di àöng Cellular àûúc chia
thanh nhiïu vung phuc vu nho, co dang möt tö ong hònh lucgiac. Trong möi cell
co möt tram göc BTS ( Base Transceiver Station ). BTS liïn lac vö tuyïn vúi têt
ca cac may thuï bao di àöng MS ( Mobile Station ) co mùt trong cell. MS co thï
di àöng giûa cac cell va no phai àûúc chuyïn giao àï lam viïc vúi möt BTS liïn
kï ma no hiïn àang trong vung phu song ma khöng lam gian àoan cuöc goi.
Hònh 1.1 àûa ra möt mang àiïn thoai di àöng tö ong bao göm cac tram
göc (BTS). Vung phuc vu cua möt BTS àûúc goi la cell va nhiïu cell àûúc kït
TRÕNH QUÖC BA
Ã
6
húp lai thanh vung phuc vu cua hï thöng.
1.2 - Cêu truc mang thöng tin sö Cellular
NSS: Network Switching Subsystem: Hï thöng chuyïn mach.
MSC: Mobile Service Switching Centre: Trung têm chuyïn mach cac nghiïp vu
di àöng.
HLR: Home Location Register: Bö ghi àõnh võ thûúng tru.
VLR: Visitor Location Register: Bö ghi àõnh võ tam tru.
AUC: Authentication Centre: Trung têm nhên thûc.
EIR: Equipment Indentification Register: Thanh ghi nhên dang thiït bõ.
BSS: Base Station System: Hï thöng tram göc.
BSC: Base Station Controller: Àai àiïu khiïn tram göc.
BTS: Base Transceiver Station: Tram thu phat göc.
OSS: Operation & Support Station: Hï thöng con khai thac va bao dûúng.
NMC: Network Management Centre: Trung têm quan ly mang
PSTN: Public Switched Telephone Network: Mang àiïn thoai chuyïn mach
cöng cöng.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
7
PLMN: Public Land Mobile Network: Mang di àöng mùt àêt.
ISDN: Integrated Switched Digital Network: Mang sö liïn kït àa dõch vu.
MS: Mobile Station: Tram di àöng.
Hï thöng khai thac va bao dûúng OSS mùc du khöng thuöc thanh phên
cua mang thöng tin di àöng nhûng no liïn quan chùt che vúi mang ào la tram di
àöng MS thuöc ngûúi sû dung.
Trong möi möt BSS co möt bö àiïu khiïn tram göc BSC àiïu khiïn möt
nhom BTS vï cac chûc nùng nhû chuyïn giao va àiïu khiïn cöng suêt.
Trong möi SS, möt trung têm chuyïn mach cua PLMN, goi tùt la töng àai
di àöng MSC phuc vu nhiïu BSC hònh thanh cêp quan ly vung lanh thö goi la
vung phuc vu MSC bao göm nhiïu vung àõnh võ.
Do yïu cêu quan ly vï nhiïu mùt àöi vúi MS cua mang di àöng Cellular
dên àïn cú sú dû liïu lún. Bö ghi àõnh võ thûúng tru HLR chûa cac thöng tin vï
thuï bao nhû cac dõch vu ma thuï bao lûa chon va cac thöng sö nhên thûc. Võ trñ
hiïn thúi cua MS àûúc cêp nhêt qua bö ghi àõnh võ tam tru VLR cung àûúc
chuyïn àïn HLR.
Trung têm nhên thûc AUC co chûc nùng cung cêp cho HLR cac thöng sö
nhên thûc va cac khoa mêt ma. Möi MSC co möt VLR.
Khi MS di àöng vao möt vung phuc vu MSC múi thò VLR yïu cêu HLR
cung cêp cac sö liïu vï MS nay àöng thúi VLR cung thöng bao cho HLR biïët
MS noi trïn àang ú vung phuc vu nao. VLR co àêy àu cac thöng tin àï thiït lêp
cuöc goi theo yïu cêu cua ngûúi sû dung. Möt MSC àùc biït (goi la MSC cöng)
àûúc PLMN giao cho chûc nùng kït nöi giûa PLMN vúi cac mang cö àõnh.
1.3 - Sû phat triïn cuãa hï thöng thöng tin Cellular
Hï thöng àiïn thoai di àöng thûúng mai àêu tiïn àûúc àûa vao dung sû
dung bùng tên 150 MHz tai Saint Louis - My vao nùm 1946 vúi khoang cach
kïnh la 60 KHz va sö lûúng kïnh bõ han chï chó àïn 3.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
8
Nùm 1948, möt hï thöng àiïn thoai di àöng hoan toan tû àöng àêu tiïn ra
àúi ú Richmond Indiana.
Tû nhûng nùm sau mûúi kïnh thöng tin di àöng co dai thöng tên sö 30
kHz vúi ky thuêt FM ú bùng tên 450MHz àûa hiïu suêt sû dung phö tên lïn gêp
4 lên so vúi cuöi thï chiïn II.
Quan niïm Cellular ra àúi tû cuöi nhûng nùm bön mûúi vúi Bell. Thay
cho mö hònh phat quang ba vúi cöng suêt lún va ùng ten cao la nhûng cell co
diïn tñch be co may phat BTS cöng suêt nho. Khi cac cell ú cach nhau möt
khoang cach àu xa thò co thï sû dung lai tên sö. Tû nhûng nùm bay mûúi, hï
á
thöng Cellular ky thuêt tûúng tû ra àúi, tên sö àiïu chï la 850MHz, FM. Tûúng
ûng la san phêm thûúng mai AMPS ra àúi nùm 1983. Àïn àêu nhûng nùm chñn
mûúi möt loat cac hï thöng ra àúi nhû TACS, NMTS, NAMTS,...
Tuy nhiïn, do nhu cêu phat triïn cac hï thöng cu khöng àap ûng àûúc cac
yïu cêu ngay cang tùng do ào thöng tin di àöng thï hï thû hai ra àúi sû dung ky
thuêt sö vúi nhûng ûu àiïm vûút tröi. Hï thöng thöng tin di àöng Cellular thï hï
thû hai co 3 tiïu chuên chñnh: GSM, IS-5, JDC.
Thï hï ba bùt àêu tû nhûng nùm sau thêp ky chñn mûúi la ky thuêt sö vúi
CDMA va TDMA cai tiïn.
1.4 - Cac phûúng phap truy cêp trong mang thöng tin di àöng sö
Ú giao diïn vö tuyïn MS va BTS liïn lac vúi nhau bùng song vö tuyïn.
Do tai nguyïn vï tên sö co han ma sö lûúng thuï bao lai khöng ngûngtùng lïn
nïn ngoai viïc sû dung lai tên sö, trong möi cell sö kïnh tên sö àûúc dung chung
theo kiïu trung kï.
Hï thöng trung kï vö tuyïn la hï thöng vö tuyïn co sö kïnh sùn sang phuc
vu ñt hún sö ngûúi dung kha dô. Xû lñ trung kï cho phep têt ca ngûúi dung sû
dung chung möt cach trêt tû sö kïnh co han vò chung ta biït chùc rùng xac suêt
moi thuï bao cung luc cên kïnh la thêp. Phûúng thûc àï sû dung chung cac kïnh
goi la àa truy nhêp.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
9
Hiïn nay, ngûúi ta sû dung 5 phûúng phap truy cêp kïnh vêt ly:
+ FDMA: Àa truy cêp phên chia theo tên sö. Phuc vu cac cuöc goi theo
cac kïnh tên sö khac nhau.
+ TDMA: Àa truy cêp phên chia theo thúi gian. Phuc vu cac cuöc goi theo
cac khe thúi gian khac nhau.
+ CDMA: Àa truy cêp phên chia theo ma. Phuc vu cac cuöc goi theo cac
chuöi ma khac nhau.
+ PDMA: Àa truy cêp phên chia theo cûc tñnh. Phuc vu cac cuöc goi theo
cac sû phên cûc khac nhau cua song vö tuyïn.
+ SDMA: Àa truy cêp phên chia theo khöng gian. Phuc vu cac cuöc goi
theo cac cac anten àõnh hûúng bup song hep.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
10
CHÛÚNG II
Ky thuêt traãi phö
2.1 - Múãàêu
Ú cac hï thöng thöng tin thöng thûúng, àö röng bùng tên la vên àï quan
têm chñnh va cac hï thöng nay àûúc thiït kï àï sû dung cang ñt àö röng bùng tên
cang töt. Tuy nhiïn, ú hï thöng thöng tin trai phö, àö röng bùng tên cua tñn hiïåu
àûúc mú röng, thöng thûúng hang trùm lên trûúc khi phat. Khi chó co möt ngûúi
sû dung trong bùng tên SS, sû dung bùng tên nhû vêy khöng hiïu qua. Nhûng ú
möi trûúng nhiïu ngûúi sû dung, ho co thï sû dung chung möt bùng tên SS
(Spread Spectrum - Trai Phö) va hï thöng trú nïn sû dung bùng tên co hiïu suêt
ma vên duy trò àûúc cac ûu àiïm cua trai phö.
Tom lai, möt hï thöng thöng tin sö àûúc coi la trai phö nïu:
+ Tñn hiïu àûúc phat chiïm àö röng bùng tên lún hún àö röng bùng tên töi
thiïu cên thiït.
+ Trai phö àûúc thûc hiïn bùng möt ma àöc lêp vúi sö liïu.
Co ba kiïu hï thöng thöng tin trai phö cú ban:
+ Trai phö chuöi trûc tiïp (DS/SS - Direct Sequence Spread Spectrum)
+ Trai phö nhay tên (FH/SS - Frequency Hopping Spread Spectrum)
+ Trai phö dõch thúi gian (TH/SS - Time Hopping Spread Spectrum)
2.2 - Hï thöng traãi phö trûc tiïp (DS/SS)
Hï thöng DS/SS àat àûúc trai phö bùng cach nhên tñn hiïu nguön vúi tñn
hiïu gia ngêu nhiïn. ú hï thöng DS/SS nhiïu ngûúi sû dung cung dung chung
möt bùng tên va phat tñn hiïu cua ho àöng thúi. May thu sû dung tñn hiïu gia
ngêu nhiïn chñnh xac àï lêy tñn hiïu mong muön bùng cach giai trai phö. Àêy la
TRÕNH QUÖC BA
Ã
11
hï thöng àûúc biït àïn nhiïu nhêt trong cac hï thöng thöng tin trai phö. Chung
co dang tûúng àöi àún gian vò chung khöng yïu cêu tñnh ön àõnh nhanh hoùc töc
àö töng húp tên sö cao.
2.2.1. Cac hï thöng DS/SS - BPSK
a/ May phat DS/SS - BPSK
Ta co thï biïu diïn cac ban tin nhên cac gia trõ (1 nhû sau:
¥
b(t ) =
bk Π T (t - kT )
( 2.1)
å
k=- ¥
trong ào bk = ( 1 la bit sö liïu thû k va T la àö röng xung (töc àö sö liïu la 1/T
bit/s). Tñn hiïu b(t) àûúc trai phö bùng tñn hiïu PN c(t) bùng cach nhên hai tñn
hiïu nay vúi nhau. Tñn hiïu nhên àûúc b(t).c(t) sau ào se àûúc àiïu chï cho song
mang sû dung BPSK, cho ta tñn hiïu DS/SS - BPSK xac àõnh theo cöng thûc:
s(t) = Ab(t).c(t)cos(2Πfc t +
θ)
(2.2)
trong ào A la biïn àö, fc tên sö song mang, ( la pha cua song mang.
Trong rêt nhiïu ûng dung möt ban tin bùng möt chu ky cua tñn hiïu PN,
nghôa la T = NTc. Trong trûúng húp hònh 2.1 ta sû dung N = 7.Ta co thï thêy
rùng tñch cua b(t).c(t) cung la möt tñn hiïu cú sö hai co biïn àö la (1, co cung tên
sö vúi tñn hiïu PN.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
12
b/ May thu DS/SS - BPSK
Muc àñch cua may thu la lêy ra ra ban tin b(t) (sö liïu {bi} tû tñn hiïu thu
àûúc bao göm ca tñn hiïu àûúc phat cöng vúi tap êm). Do tön tai trï truyïìn lan (
î
nïn tñn hiïu thu àûúc la:
'
s(t -
τ
) = Ab(t -
τ
).c(t -
τ)cos[2Πfc (t -
τ) +
θ
] + n(t)
(2.3)
trong ào n(t) la tap êm cua kïnh va àêu vao may thu. Àï mö ta lai qua trònh khöi
phuc lai ban tin ta gia thiït khöng co tap êm. Trûúc hït tñn hiïu àûúc giai tra
å
ã
ãi
phö àï àûa tû bùng tên röng vï bùng tên hep sau ào no àûúc giai àiïu chï àï
nhên àûúc tñn hiïu bùng göc. Àï giai trai phö, tñn hiïu thu àûúc nhên vúi tñn hiïu
(àöng bö) PN(t - () àûúc tao ra ú may thu. Ta àûúc:
'
w(t) = Ab(t -
τ
)c2(t -
τ)cos(2Πfc t+
θ
') = Ab(t -
τ)cos(2Πfc +
θ
)
(2.4)
TRÕNH QUÖC BA
Ã
13
Vò c(t) = (1 trong ào (' = ( - 2(fc( . Tñn hiïu nhên àûúc la möt tñn hiïu
bùng hep vúi àö röng bùng tên la 2/T. Àï giai àiïu chï ta gia thiït rùng may thu
biït àûúc pha (' va tên sö fc cung nhû àiïm khúi àêu cua tûng bit. Möt bö giai
àiïu chï bao göm möt bö tûúng quan, ài sau la möt thiet bõ àanh gia ngûúng. Àï
tach ra bit sö liïu thû i, bö tûúng quan phai tñnh toan
á
TRÕNH QUÖC BA
Ã
14
t
)
cos(2Πfct +θ'
)dt
z = òw(
i
t - τ
= Aòb(
)
cos2
(
2Πfct +θ'
dt
)
A
=
b
)[
1+ cos(4Πfct + 2θ'
)
]
dt
( 2.5 )
2 ò (t - τ
trong ào ti = iT + ( la thúi àiïm bùt àêu cua bit thû i. Vò b(t - () la +1 hoùc -1
trong thúi gian möt bit. Thanh phên thû nhêt tñch phên se cho ta T hoùc -T.
Thanh phên thû hai la thanh phên nhên àöi tên sö nïn sau tñch phên bùng 0. Vêy
kït qua cho la AT/2 hoùc -AT/2. Cho kït qua nay qua thiït bõ àanh gia ngûúng
ta àûúc àêu ra la cú sö hai. Ngoai thanh phên tñn hiïu (AT/2, àêu ra cua bö tñch
phên cung co tap êm nïn co thï gêy ra löi.
Tñn hiïu PN àong vai tro nhû möt ma àa biït trûúc ú may thu chu àõnh do
ào no co thï khöi phuc ban tin, con vúi cac may thu khac thò nhòn thêy möt tñn
hiïu ngêu nhiïn (1).
Àï may thu co thï khöi phuc àûúc ban tin thò may thu phai àöng bö vúi
tñn hiïu thu àûúc. Qua trònh xac àõnh àûúc (la qua trònh àöng bö, thûúng àûúc
thûc hiïn hai bûúc bùt va bam. Qua trònh nhên àûúc ti àûúc goi la qua trònh khöi
phuc àöng hö (àõnh thúi) (STR Symbol Timing Recovery). Qua trònh nhên àûúc
(' (cung nhû fc) la qua trònh khöi phuc song mang.
c/ Mêt àö phö cöng suêt
Xet mêt àö phö cöng suêt PSD (Power Spectral Density) cua cac tñn hiïu
ú cac àiïm khac nhau trong may phat va may thu.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
15
Gia sû mö hònh ban tin va tñn hiïu PN nhû la cac tñn hiïu cú sö hai ngêu
nhiïn (möi bit hay chip nhên cac gia trõ +1 hoùc -1 vúi xac suêt nhû nhau). Ban
tin (vúi biïn àö (1) co töc àö bit 1/T bit/s va PSD:
Φ
b(f) = TSinc2(fT)
(2.6)
co àö röng bùng tên 1/T Hz; con tñn hiïu PN (vúi biïn àö la (1) co töc àö chip
1/Tc va PSD la:
2
Φ
c(f) = TcSinc (fTc)
(2.7)
vúi àö röng bùng tên 1/T Hz. Vò T/Tc la möt sö nguyïn va vò khúi àêu cua möi
bit b(t) trung vúi khúi àêu cua chip c(t) nïn tñch b(t)c(t) co PSD nhû sau:
Φ
bc(f) = TcSinc2(fT )
(2.8)
c
co àö röng bùng tên la 1/Tc Hz giöng nhû àö röng bùng tên cua c(t). Vò thï qua
trònh trai phö se tùng àö röng bùng tên lïn Tc/T = N lên, thöng thûúng gia trõ nay
thûúng rêt lún. Àiïu chï song mang chuyïn àöi tñn hiïu bùng göc b(t)c(t) vao tñn
A2Tc
Φs
(
f
)
=
{
Sinc2 (( f - fc
)Tc
)
+ Sinc2 ((f + fc
)Tc
)}
( 2.9 )
4
hiïu bùng thöng s(t) co PSD la :
TRÕNH QUÖC BA
Ã
16
Hònh 2.3. PSD cua ban tin, tñn hiïu PN va tñn hiïu DS/SS - BPSK
Ú may thu tñn hiïu s(t - () la phiïn ban cua tñn hiïu DS s(t). Nïn PSD cua
no cung giöng nhû PSD cua tñn hiïu s(t) vò trï khöng lam thay àöi phên bö cöng
suêt ú vung tên sö. Ngoai ra PSD cua c(t - () cung giöng PSD cua c(t). Sau khi
trai phö ta àûúc tñn hiïu w(t) vúi PSD àûúc xac àõnh búi:
Ta thêy rùng (w(f) bêy giú co PSD bùng hep vúi cung dang phö nhû b(t)
A2Tc
Φw
(
f
)
=
{
Sinc2
((
f - fc
)T
)
+ Sinc2
((
f + fc
)T
)}
(2.10 )
4
nhûng dõch trai va phai fc. Àö röng bùng tên cua w(t) la 2/T, gêphai lên
b(t). Àiïu nay giöng nhû dû tñnh vò w(t) giöng hït nhû phiïn ban àûúc àiïu chï
cua b(t).
Tû PSD cua cac tñn hiïu khac nhau ta thêy rùng PSD cua b(t) àûúc trai
phö búi c(t) va sau ào àûúc giai trai phö bùng c(t- () ú may thu.
d/ Àö lúi xû ly (PG)
Àö lúi xû ly àûúc àõnh nghôa la
PG = Àö röng bùng tên cua tñn hiïu SS / 2(Àö röng bùng tên cua ban tin)
Àö lúi xû ly cho thêy tñn hiïu ban tin phat àûúc trai phö bao nhiïu lên.
Àêy la möt thöng sö chêt lûúng quan trong cua möt hï thöng SS, vò PG cao co
á
nghôa la kha nùng chöng nhiïu töt hún.
Àöi vúi hï thöng DS/SS - BPSK, àö lúi xû ly la (2/Tc)/(2/T) = Tc/T = N.
Chùng han N =1023, àö röng ban tin cua ban tin àiïu chï tùng 1023 lêìn búi qua
trònh trai phö va PG la 1023 hay 30,1dB.
2.2.2. Cac hï thöng DS/SS - QPSK
Ngoai kiïu àiïu chï BPSK ngûúi ta con sû dung cac kiïu àiïu chï khac
nhû QPSK hoùc MSK trong cac hï thöng SS.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
17
a/ May phat
Sú àö trïn göm hai nhanh àöng pha va möt nhanh vuöng goc. (hònh ve)
Tñn hiïu DS/SS - QPSK co dang:
s
t
= s1
t
+ s2
t
= - Ab
t
c1
t
sin
2Πfct +θ
+ Ab
t
c2
t
sin
2Πfct +θ
= 2Acos
(2Πfct +θ +γ
(
t
))
(2.11)
((t) = ( /4
((t) = 3( /4
((t) = 5( /4
((t) = 7( /4
nï
nï
nï
ë
u c1(t)b(t) = 1, c2(t)b(t) = 1
u c1(t)b(t) = 1, c2(t)b(t) = -1
ë
ë
u c1(t)b(t) = -1, c2(t)b(t) = -1
nïu c1(t)b(t) = -1, c2(t)b(t) = 1
Vêy tñn hiïu s(t) co thï nhên 4 trang thai pha khac nhau: (+(/4, (+3(/4,
q+5P /4, q+7P /4.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
18
b/ May thu
Cac thanh phên àöng pha va vuöng goc àûúc trai phö àöc lêp vúi nhau búi
c1(t) va c2(t). Gia thiït ( la thúi gian trï, tñn hiïu vao se la (nïu boqua tap êm):
τ
τ
τ
Π
θ
τ
τ
Π
θ
s(t - ) = -Ab(t - )c1(t - )sin(2 fc t + ') + Ab(t - )c2(t - )cos(2 fct + ') (2.12)
trong ào (' = ( - 2(fct. Cac tñn hiïu trûúc bö cöng la:
TRÕNH QUÖC BA
Ã
19
u1(t) = Ab(t-
τ
)sin2(2Πfct+
)cos2(2Πfct+
θ
') - Ab(t-
τ
)c1(t-
τ
)c2(t-
τ
)sin(2Πfct+
)sin(2Πfct+
θ
')cos(2Πfc t+
')cos(2Πfct+θ
θ
')(2.13)
u2(t) = Ab(t-
τ
θ') - Ab(t-
τ
)c1(t-
τ
)c2(t-
τ
θ
')(2.14)
Töng cua cac tñn hiïu trïn àûúc lêy tñch phên ú khoang thúi gian möt bit.
Kït qua cho ta : zi = (AT nïu ban tin tûúng ûng bùng (1 vò têt ca cac thanh phên
tên sö 2fc co gia trõ trung bònh bùng 0. Vò thï àêu ra bö so sanh la (1 (mûc logic).
Hai tñn hiïu PN co thï la hai tñn hiïu àöc lêp hay co thï àûúc lêy tû cung
möt tñn hiïu PN.
Cac hï thöng DS/SS co thï àûúc sû dung ú cac cêu hònh khac nhau. Cac
hï
å
thöng xet trïn àûúc sû dung àï phat möt tñn hiïu co töc àö bit 1/T bit/s. PG
thuöc vao cac töc
va àö röng bùng tên bõ chiïm búi tñn hiïu DS/SS - QPSK phu
å
àö chip cua c1(t) va c2(t). Ta cung co thï sû dung möt hï thöng DS/SS - QPSK
àï phat hai tñn hiïu sö 1/T bit/s bùng cach àï möi tñn hiïu àiïu chï möt nhanh .
Möt dang khac co thï sû dung möt hï thöng DS/SS - QPSK àï phat möt tñn hiïu
sö co töc àö bit gêp àöi 2/T bit/s bùng cach chia tñn hiïu sö thanh hai tñn hiïu co
töc àö bit 1/T bit/s va àï chung àiïu chï möt trong hai nhanh.
Tön tai nhên tö àùc trûng cho hiïu qua hoat àöng cua DS/SS - QPSK nhû:
àö röng bùng tên àûúc sû dung, PG töng va SNR. Khi so sanh DS/SS - QPSK
vúi DS/SS - BPSK ta cên giû möt sö thöng sö trïn nhû nhau ú ca hai hï thöng va
so sanh cac thöng sö khac. Chùng han möt tñn hiïu sö àûúc phat ài trong hï
thöng DS/SS - QPSK chó sû dung àö röng bùng tên bùng möt nûa àö röng bùng
tên cua hï thöng DS/SS - BPSK khi co cung PG va SNR. Tuy nhiïn nïu ca hai
hï thöng àïu sû dung bùng tên nhû nhau va PG bùng nhau thò hï thöng DS/SS -
QPSK co ty löi thêp hún. Mùt khac möt hï thöng DS/SS - QPSK co thï phat gêp
TRÕNH QUÖC BA
Ã
20
hai lên sö liïu so vúi hï thöng DS/SS - BPSK khi sû dung cung àö röng bùng tên
va co cung PG va SNR.
Ûu àiïm cua hï thöng DS/SS - QPSK co àûúc la nhú tñnh trûc giao cua
cac song mang sin(2(fct + () va cos(2(fct + () ú cac thanh phên àöng pha va
vuöng goc. Nhûúc àiïm cua hï thöng DS/SS - QPSK la phûc tap hún hï thöng
DS/SS - BPSK. Ngoai ra nïu cac song mang sû dung àï giai àiïu chï ú may thu
khöng thûc sû trûc giao thò se xay ra xuyïn êm giûa hai nhanh va se gêy thïm sû
giam chêt lûúng cua hï thöng. DS/SS - QPSK àûúc sû dung trong hï thöng
thöng tin di àöng IS - 95 CDMA va hï thöng àõnh võ toan cêu (GPS).
2.3 - Hï thöng nhaãy tên (FH/ss)
Dang hï thöng trai phö thû hai la hï thöng trai phö nhay tên FH/SS. Hï
thöng nay co nghôa la chuyïn àöi song mang ú möt têp húp cac tên sö theo mêîu
àûúc xac àõnh bùng möt chuöi ma PN. Chuöi ma ú àêy chó co tac dung xac àõnh
mêu nhay tên. Töc àö nhay tên co thï nhanh hún hay chêm hún töc àö sö liïu.
Trong trûúng húp thû nhêt goi la nhay tên nhanh, trong trûúng húp hai goi la
nhay tên chêm.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
21
Ta ky hiïu Th cho thúi gian möt àoan nhay, va T la thúi gian cua möt bit
sö liïu. Àiïu chï FSK thûúng àûúc sû dung cho cac hï thöng nay. Do viïc thay
àöi tên sö mang nïn giai àiïu chï khöng nhêt thiït phai húp va vò thï giai àiïu
chï khöng nhêt quan thûúng àûúc sû dung. Cac hï thöng àûúc trònh bay vúi gia
thiït giai àiïu chï khöng nhêt quan.
2.3.1. Cac hï thöng FH/SS nhanh
TRÕNH QUÖC BA
Ã
22
ú hï thöng FH/SS nhanh co ñt nhêt möt lên nhay ú möt bit sö liïu, nghôa la
T/Th >1. Trong khoang thúi gian Th giêy cua möi lên nhay tên, möt trong sö J
tên sö àûúc phat.
Khi dõch chuyïn theo phûúng ngang cua biïu àö ta thêy cû Th giêy tên sö
phat lai thay àöi. ú hònh 2.7 töc àö nhay tên bùng 3 lên töc àö söliïu. Mùc du tñn
hiïu phat ú möi bûúc nhay la ham sin co tên sö la f0 + i(f, do àö röng co han Th
giêy, phö cua nno chiïm khoang 2/Th Hz.
Khoang cach (f thûúng àûúc chon bùng 1/Th. Chon nhû vêy vò cac tñn
hiïu cos(2(f0t + (), cos[2((f0 + (f)t + (1],..., cos[2((f0 + (J - 1)(f)t + qJ-1] trû
å
c giao úã khoaãng
nhaãy, nghôa laâ:
T
h
cos
[2Π
(
f0 + i∆f
)t +θi
]
cos[2Π
(
f0 + k∆f
)t +θk
]dt = 0,
i ¹ k
(2.15)
ò
0
ú cac hï thöng khöng nhêt quan, viïc sû dung cac ham trûc giao cho hiïåu
qua töt hún (ú y nghôa xac suêt löi bit) la khöng trûc giao.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
23
Phûúng trònh trïn àung cho (f = m/Th vúi m khac 0. Àï àat àûúc hiïu qua
sû dung phö tên ta cho m = 1.
a/ May phat
Ú may phat , tñn hiïu FSK cú sö hai x(t) trûúc hït àûúc tao ra tû luöng sö
liïu. Trong khoang thúi gian möi bit x(t) co möt trong hai tên sö f' va f' + (f,
tûúng ûng vúi cac bit sö liïu 0 va 1.
Tñn hiïu nay àûúc trön vúi tñn hiïu y(t) tû bö töng húp tên sö. Cû möi Th
giêy, tên sö cua y(t) lai thay àöi theo cac gia trõ cua J bit nhên àûúåc tûâ böå taåo
chuöi PN. Do co 2j tö húp j bit nïn ta co thï co túi 2j tên sö àûúc tao ra búi bö
töng húp tên sö. Bö trön tao ra tên sö cua töng va hiïu, möt trong hai tên sö nay
àûúc loc ra ú bö loc bùng thöng BPF. Tñn hiïu ra cua bö töng húp tên sö trong
àoan nhay nhû sau:
y(t) = 2Acos[2((fg + il(f)t + (l]
vú
á
i lTh<t<(l+1)Th
(2.16)
trong ào il ( { 0, 2, ..., 2(2J - 1)} la möt sö nguyïn chùn, fg la möt tên sö khöng
àöi va (l la pha. Gia trõ cua il àûúc xac àõnh búi j bit nhên àûúc tû bötao chuöi
gia tap êm. Gia thiït srùng bö loc BPF lêy ra tên sö töng ú àêu ra bö trön. Khi
nay tñn hiïu ú àêu ra bö loc BPF trong bûúc nhay l:
s(t) = 2Acos[2((f0 + il(f + bl(f)t + (l]
vú
á
i lTh<t<(l+1)Th
(2.17)
trong ào bl ( {0, 1} la gia trõ sö liïu ú lTh<t<(l+1)Th va f0 = f' + fg. Ta thêy
rùng tên sö phat co thï la {f0, f0 + (f,..., f0 + (J - 1)(f}, trong ào J = 2j + 1, àï co
töng tên sö nhay la J. Pha (l co thï thay àöi tû bûúc nhay nay sang bûúc nhay
kia. Ta co thï viït tñn hiïu FH/SS nhû sau:
¥
s
(t
)
=
cos[2Π
(
f0 + il ∆f + bl ∆f
)t +θl
]
Π T
(1- lTh
)
( 2.18 )
å
h
t =- ¥
trong ào (T(t) la xung chû nhêt.
Bö nhên tên vúi muc àñch trai röng thïm bùng tên cua FH/SS. Luc nay tñn
hiïu FH/SS thanh:
TRÕNH QUÖC BA
Ã
24
s'(t) = 2Acos[2(((f0 + il(f + bl(f)t + ((l] vú
á
i lTh<t<(l+1)Th
(2.19)
Vúi möt bö nhên tên thûa sö (, khoang cach giûa hai tên sö lên cên trú
thanh ((f va cac tên sö nhay la: {(f0, (f0 + (f,..., (f0 + (J - 1)(f}.
b/ Àö röng bùng tên
Tên sö cua tñn hiïu FH/SS khöng thay àöi trong àoan nhay. Trong toan bö
khoang thúi gian, tñn hiïu phat nhay ú têt ca J tên sö, vò vêy no chiïm àö röng
bùng tên la:
BFFH » JDf (Hz)
Àö lúi xû ly àûúc tñnh:
PG = Àö röng bùng tên tñn hiïu / 2(Àö röng bùng göc ban tin)
J∆f
2 / T 2Th
JT
PG =
=
( 2.20 )
Gia thiït phên cach tên sö bùng 1/Th. Nïu ta sû dung bö nhên tên co thûa
sö la (, thò phö cua tñn hiïu FH/SS mú röng ( lên. Vò thï àö röng bùng tên töng
húp cua tñn hiïu FH/SS la (J(f Hz va PG la:
bJDfT/2 = bJT/2Th
c/ May thu
Tñn hiïu thu trûúc hït àûúc loc bùng möt bö loc BPF co àö röng bùng
bùng àö röng bùng cua tñn hiïu FH/SS. Chung ta khöng cên khöi phuc song
mang vò ta sû dung giai àiïu chï khöng nhêt quan. Sú dô ta khöng dung giai àiïu
chï nhêt quan vò ú töc àö nhay tên nhanh maythu rêt kho theo doi àûúc pha cua
song mang khi pha nay thay àöi ú möi àoan nhay. Bö tao chuöi PN tao ra möt
chuöi PN àöng bö vúi chuöi thu. ú àoan nhay l àêu ra cua bö töng húp tên sö la:
g(t) = cos[2((fg + i(f)t + ('l]
vú
á
i lTh<t<(l+1)Th
(2.21)
Bo qua tap êm, àêu vao BPF la
TRÕNH QUÖC BA
Ã
25
g(t)s(t) = Acos[2
Π(fg + il∆f)t + θ'l]cos[2
Π
(f0 + i
∆
f + bl
∆f)t +
θ
]
(2.22)
l
l
vúi lTh<t<(l+1)Th
á
Thanh phên tên sö cao bõ bö loc BPF bùng hep loai bo va chó con thanh
phên tên sö thêp. Ky hiïu f0 = fg + f'. Vêy àêu vao bö giai àiïu chïFSK la:
w(t) = 0,5Acos(2(f't + (l - ('l),
nï
ë
u bl = 0
(2.23)
w(t) = 0,5Acos(2((f + (f)'t + (l - ('l),
nïu bl = 1
ë
(2.24)
Àêu nay chûa hoùc tên sö f' Hz hoùc f' + (f Hz. Vò bl khöng àöi trong thúi
gian cua möt bit nïn trong khoang thúi gian nay tñn hiïu w(t) co tên sö khöng
àöi. Nhû vêy trong khoang thúi gian T giêy bö giai àiïu chï FSK tach ra tên sö
nay va tao ra mûc logic "0" va "1". Möt cach khac ta co thï tach ra tên sö chûa
trong w(t) cho tûng àoan nhay àï nhên àûúc T/Th cac gia trõ cho tûng bûúc
nhay. Tû gia trõ T/Th, sû dung nguyïn tùc àa sö àï quyït àõnh bit dû liïu la "0"
hay "1".
d/ FH/SS nhanh vúi àiïu chï FSK M trang thai (M-FSK)
TRÕNH QUÖC BA
Ã
26
Dang töng quat cua FSK cú sö hai la FSK M trang thai trong ào M tên sö
àûúc sû dung àï biïu thõ log2M bit sö liïu. Vúi trai phö FH/SS, tên sö phat nhay
trïn möt lûúng lún cac tên sö, chùng han 2jM tên sö, trong ào j la sö bit àûa tû
bö tao day PN àïn bö töng húp tên sö. Co thï sû dung cung dang may phat va
may thu nhû trïn chó khac bö àiïu chï va bö giai àiïu chï. Biïu àö tên sö àûúc
mö ta ú hònh 2.8 vúi gia thiït M = 4, nghôa la ú möi thúi àiïm hai bit sö liïu
àûúc xet vúi gia thiït la 3 bûúc nhay ú möi ky hiïu (mötky hiïu bùng log2M bit
sö liïu). Ts = (log2M)T àï biïu diïn thúi gian cua möi ky hiïu. Thang tên sö
àûúc chia lam 2j nhom 4 tên sö, j bit cua chuöi PN se xac àõnh sö nhom àûúc sû
dung, 2 bit sö liïu xac àõnh tên sö nao trong 4 tên sö cua nhom àûúc sû dung.Vò
thï hai bit luöng sö liïu va j bit chuöi PN se xac àõnh àûúc chñnh xac tên sö nao
se àûúc phat trong möi àoan nhay. Do tên sö àûúc phat cû thay àöi Th möt lên,
TRÕNH QUÖC BA
Ã
27
nïn àï àûúc àiïu chï trûc giao khoang cach tên sö töi thiïu la 1/Th. Àö röng
bùng tên töng húp cho möt hï thöng nhû thï nay vao khoang 2jM/Th Hz.
e/ Töc àö àöng hö cho cac hï thöng FH/SS nhanh
Möt ûu àiïm cua hï thöng FH/SS so vúi hï thöng DS/SS la töc àö àöng
hö
bùng tên.
Ú hï thöng DS/SS töc àö àöng hö ú bö tao chuöi PN bùng töc àö chip
ì
ú bö tao chuöi PN khöng cên cao nhû ú DS/SS àï àat àûúc cung àö röng
1/Tc, va àö röng la 2/Tc Hz. ú hï thöng FH/SS nhanh ta cên j bit múi tû bö tao
chuöi PN cho möi àoan nhay. Vò thï bö tao chuöi phai tao ra j bit trong Th giêy
nghôa la töc àö àöng hö la j/Th Hz. àö röng bùng àöi vúi àiïu chï trûc giao la
2j+1(f = 2j+1/Th. Cên bùng àö röng bùng tên cho hai hï thöng ta àûúc:
2
2 j+1
2 j
1/Tc
j /Th
=
=
Tc
Th
j
ty sö nay se rêt lún hún 1 àöi vúi gia trõ j thûc tï. Do ào töc àö àöng hö ú hï
thöng FH/SS nho hún nhiïu so vúi hï thöng DS/SS.
2.3.2. Hï thöng FH/SS chêm
Khi T/Th <1 ta àûúc hï thöng nhay tên chêm. Sú àö may phat, may thu
tûúng tû nhû ú hï thöng FH/SS nhanh. Hònh 2.9 mö ta biïu àö cua möt hï thöng
FH/SS chêm vúi T/Th = 1/2 nghôa la möt lên nhay tên ú hai bit, ú möîi lêìn nhaãy
ã
sö liïu thay àöi giûa "0" "1". Vò tên sö phat co thï thay àöi T giêy möt lên nïn
àï àiïu chï trûc giao khoang cach tên sö phai la (f = m/T, trong ào m nguyïn
khac 0. Nïu m = 1, bö töng húp tên sö tao ra 2j tên sö, àö röng bùng tên la J(f =
J/T Hz, J = 2j+1. Àö lúi xû ly la J/2. Khi sû dung bö nhên tên ( ú mayphat, phên
cach tên sö ú àêu ra cuöi cung trú thanh ((f va PGbùng (J/2.
TRÕNH QUÖC BA
Ã
28
Tûúng tû ta co hï thöng FH/SS sû dung àiïu chï M-FSK. Hònh 2.10 biïu
thõ khi M = 4, trong ào Ts = Tlog2M. ú sú àö nay Th = 3T, nghôa la möt lên
nhay ú ba ky hiïu. Do phên cach tên sö lún nhêt àöi vúi àiïu chï trûc giao la
1/Ts Hz, àö röng bùng tên cua hï thöng nay la 2jM/Ts Hz, j la sö bit àiïu khiïn
bö töng húp tên sö.
Tải về để xem bản đầy đủ
136 trang
01/05/2025
140
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Tiểu luận Công nghệ CDMA và ứng dụng của công nghệ CDMA trong thông tin di động", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- tieu_luan_cong_nghe_cdma_va_ung_dung_cua_cong_nghe_cdma_tron.pdf
