Đang tải... (xem toàn văn)
Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx
LỜI CAM ĐOAN Luận văn “Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA” được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Đào Huy Du, do tôi tự làm sau một thời gian nghiên cứu và tìn hiểu các nguồn tài liệu mà tôi tin cậy. Tôi xin cam đoan luận văn này không giống với bất kỳ luận văn nào mà tôi được biết từ trước đến nay. Hưng Yên, ngày tháng Người thực hiện …………… 1 năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn luận văn của tôi, Tiến sĩ Đào Huy Du, đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này. Trong suốt quá trình nghiên cứu, thầy đã kiên nhẫn hướng dẫn, trợ giúp và động viên tôi rất nhiều. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệm quý báu. Xin cám ơn Khoa Điện – Điện Tử, Phòng sau đại học, Trường đại học SPKT Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để tiến hành tốt luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! 2 MỤC LỤC 3 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation A AuC B BHCA BER BS BSC BSS BTS C CDMA C/I D DL DSSS E EIR EIRP Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Authentication Centre Trung tâm nhận thực Busy Hours Call Attemp Bit Error Rate Basic Station Base Station Controller Base Station System Base Transceiver Station Nỗ lực gọi trong giờ bận Tỷ lệ lỗi bit Trạm gốc Bộ điều khiển trạm gốc Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc Code Division Multiple Access Carrier to Interference ratio Downlink Direct Sequence Đa truy cập chia theo mã Tỷ số sóng mang trên nhiễu Đường lên Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp Equipment Identity Centre Effective Isotropically Trung tâm chỉ thị thiết bị Công suất phát xạ đẳng hướng Radiated Power hiệu dụng F FDMA G GMSC GoS GSM Frequence Division Multiple Access Gateway MSC Grade of Service Global System for Mobile Đa truy cập phân chia theo tần số MSC cổng Cấp độ phục vụ Hệ thống thông tin di động toàn 4 H HLR HO I Communication cầu Home Location Register Hand over Thanh ghi định vị thường trú Chuyển giao Tiêu chuẩn thông tin di động IS-95A Interim Standard 95A TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm) L LA LAC LAI M MAI ME MMS MS MSC O O&M P PN PLMN PSTN Q QoS QPSK R RLB S SNR T TDMA U UE UL Location Area Location Area Code Location Area Identity Khu vực định vị Mã định vị Chỉ thị định vị Multiple Access Interference Mobile Equipment Multimedia Messaging Nhiễu đa truy nhập Thiết bị di động Service Mobile Station Mobile Switching Centre Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện Trạm di động Trung tâm chuyển mạch di động Operations and Maintenance Vận hành và bảo dưỡng Pseudo Noise Public Land Mobile Network Public Switched Telephone Nhiễu giả ngẫu nhiên Mạng di động mặt đất công cộng Mạng điện thoại chuyển mạch Network công cộng Quality of Service Quadrature Phase Shift Chất lượng dịch vụ Khóa dịch pha vuông góc Keying Radio Link Budgets Quỹ năng lượng đường truyền Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Time Division Multiple Đa truy cập phân chia theo thời Access gian User Equipment Uplink Thiết bị người sử dụng Đường lên 5 V VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị thường trú DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ 6 7 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi. Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu hiện nay. Trong tương lai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẻ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá nhu cầu thông tin thoại. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng các nhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streamming, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)… Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM, mạng GMS không đáp ứng các yêu cầu về dịch vụ cũng như đòi hỏi về chất lượng dịch vụ, và mạng thông tin di động CDMA đã và đang tiếp tục được mở rộng trên toàn quốc có khả năng đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ hiện nay. Do đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: " Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA ". 2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Lịch sử phát triển CDMA được bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyết truyền thông trải phổ trong thập niên 50, thời kỳ chiến tranh thế giới thứ II đang hồi cao trào. Lúc này Mỹ đang chạy đua vũ trang với Liên Xô và Đức, hãng nhiệm vụ đặt ra là một quả ngư lôi thông minh hơn, được điều khiển ngay cả khi đã ra khỏi tàu ngầm, ko bị nhiễu tín hiệu do tàu địch gây ra (RADIO là chuẩn chung thời đó). Và truyền tín hiệu trải phổ ra đời. Ban đầu Hoa Kỳ đã ngay lập tức loại bỏ ý tưởng này. Nhưng với hàng loạt các ưu điểm đi kèm, truyền thông trải phổ được ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó (Lockheed Martin 8 US-đã phát triển rất nhiều loại bộ đàm, điện thoại vô tuyến liên lạc trên mặt đất, tên lửa, ngư lôi, hệ thống định vị mặt đât,......). Đến thập niên 80, CDMA được phép thương mại hóa và chính thức được đề xuất bởi Qualcomm, một trong những công ty hàng đầu về công nghệ truyền thông. Năm 1995, CDMA IS-95A là phiên bản đầu tiên được triển khai thương mại tại Hồng Kông qua Hutchison Telecom và phiên bản có tốc độ truyền 14kbit/giây này được thừa nhận như một trong những hệ thống thuộc thế hệ thứ 2(2G). Năm 1996, CDMA bắt đầu thống trị trên thị trường Bắc Mỹ. Năm 1997, IS - 95B được đưa ra với nhiều cải tiến về chất lượng đồng thời tốc độ truyền đến 64 kbit/giây. Đây là thế hệ di động thứ 2,5. Cùng năm này, số thuê bao CDMA trên toàn thế giới vào xấp xỉ 18 triệu thuê bao. Năm 1998, CDMA 2000 1x hỗ trợ cả thoại và dữ liệu được đưa vào dự thảo IMT2000 (International Mobile Telecommunication 2000 - Đề án Truyền thông Di động Quốc tế 2000) do ITU (International Telecommunication Union - Liên minh Viễn thông Quốc tế) soạn thảo định nghĩa cho tiêu chuẩn truyền thông thế hệ thứ 3 (3G). Thuê bao CDMA lên đến 24 triệu người trên toàn thế giới. Năm 1999, CDMA 2000 1x được công nhận là 3G và chính thức được công bố. Cuối năm 1999, thế giới đã có hơn 50 triệu thuê bao CDMA. Năm 2000, 2 nhà khai thác hàng đầu tại Hàn Quốc là SK Telecom và LG Telecom triển khai thương mại hệ thống CDMA 2000 1x đầu tiên trên thế giới. Thế giới có 80 triệu thuê bao CDMA. Năm 2001, CDMA 2000 1x EV trở thành một chuẩn của 3G.Chỉ trong 3 tháng, từ tháng 6 đến tháng 9/2002: từ 127 triệu thuê bao, CDMA đã vượt qua con số 134 triệu thuê bao. 2002, SFone chính thức cung cấp 1xEV. 2007, chuẩn Wimax 4G lần đầu đc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, với tốc độ cực khủng! nhận dữ liệu với tốc độ 100 Megabyte/giây khi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên. 9 2009, Nga thử nghiệm 4G đến người dùng (máy HTC ko phải BB 2010, NTT DoCoMo chính thức ra mắt 4G. 3. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống thông tin di động CDMA. Nghiên cứu kỹ thuật trải phổ. Nghiên cứu hệ thống trải phổ trực tiếp và mô phỏng để chứng minh tính hiệu quả của kỹ thuật trải phổ. 3.2. Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống thông tin di động CDMA. 3.3. Phạm vi nghiên cứu - Kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin trải phổ trực tiếp. 4. TÓM TẮT LUẬN VĂN Chương 1: Tổng quan về CDMA Chương này trình bày tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động và mạng di động CDMA. Chương 2: Kỹ thuật trải phổ Trình bày các kiến thức cơ bản về kỹ thuật trải phổ, các đặc tĩnh của mã trải phổ. Tính toán mã trải phổ. Chương 3: Các hệ thống thông tin trải phổ Trình bày về hệ thống trải phổ trực tiếp và mô phỏng 3 bài toán trong hệ thống trải phổ trực tiếp. Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Trước hết tìm hiểu nguyên lý. Kết hợp việc nghiên cứu về một cơ sở phát triển của mạng di động, về các thuật toán điều khiển tiến cho các mạng di động và tìm hiểu các ứng dụng trong thực tế của mạng di động. 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CDMA Hệ thống CDMA được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và có thể nâng cấp lên hệ thống 3G trong tương lai. Chương này sẻ trình bày tổng quan về một hệ thống thông tin di động và mạng di động CDMA. Đặc biệt là tìm hiểu cấu trúc hệ thống, nguyên lý và các đặc tính của CDMA: điều khiển công suất, dung lượng, chuyển giao, vùng phủ….Từ đó rút ra bảng so sánh giữa mạng thông tin di động CDMA với mạng GSM nhằm nêu lên các ưu điểm của mạng CDMA. 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1.1. Hệ thống thông tin di động tổ ong Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô (cell), mỗi ô có một trạm gốc quản lý và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. PSTN Mạng điện thoại công cộng Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động 1 Trung tâm chuyển mạchđiện thoại di động 1 Hình 1.1. Hệ thống thông tin di động tổ ong Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà các kênh được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách xa hơn là một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó. Để cho phép các máy di động có 11 thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẻ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động. 1.1.2. Quá trình phát triển Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận. Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ 1 là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần Năm số (FDMA-Frequency Division Multiple 2 và hiện 81 90 Access). Tiếp theo là thế hệ 2000 nay là thế hệ 3 đang được triển khai ở một số quốc gia trên thếTDMDPDCH giới. Mỹ Năm 81 AMPS NAMPS 90 CMTS Mỹ Châu Âu TACS AMPS ETACS NAMPS TACS Khe #i ETACS GSM 2000 DPCCH IS-136 IS-54B IS-95 CDMAKhe #14 IS-136 IS-95 CMTS NMT45 NMT900 Khe #1 NMT45 Nhật NTT Nhật NTT NMT900 PCN DEC GSM CT-2 PCN DKhe #0 NTT JTACS PDC U M CDMAT S EC PDC NJTACS PHS NJTACS ERMES PHS PS POCSAG NTT Mới JTACS Số liệu Ndata bit Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6) FLEX ERMES Cuộc gọi gói Hình 1.2. Quá trình phát triển của các hệ thốngFLEX thông tin di động trên thế giới 90 I M T 2 0 0 0 I P P L M T S Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể hiện trong hình 1.2, nó cho thấy sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong 2000 (CMTS-Cellular Mobile Telephone System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tương lai. Các hệ thống chỉ ra trong hình 1.2 là các hệ thống di động điển 81 hình. Năm n di động trên thế giới 12 1.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA 1.2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động CDMA CDMA (Code Devision Multiple Access) là hệ thống di động số sử dụng công nghệ đa truy cập theo mã có cấu trúc hệ thông gồm bốn phần chính sau: Máy di động MS (Mobile Station) Hệ thống trạm gốc BSS (Basic Station System) Hệ thống chuyển mạch SS (Switching System) Trung tâm vận hành, bảo dưỡng OMC (Operation and Maintenance Center) SS AuC VLR Các mạng khác ISDN, PSTN… HLR Hệ thống chuyển mạch EIR MSC GMSC BSS Hệ thống trạm gốc BSC OMC Hệ thống vận hành và bảo dưỡng BTS Truyền dẫn Kết nối cuộc gọi MS SIM Hình 1.3. Cấu trúc mạng thông tin di động số 1.2.1.1. Máy di động MS Một máy điện thoại di động gồm hai thành phần chính: Thiết bị di động hay đầu cuối là thiết bị tích hợp các khối mạch chức năng như: mã hóa, điều chế, khuyếch đại…dùng để thu tín hiệu vô tuyến và tái tạo lại dạng tín hiệu ban đầu; Module nhận thực thuê bao SIM là một Card thông minh dùng để nhận dạng đầu cuối, mỗi SIM Card có một mã số nhận dạng cá nhân dùng để nhận thực thuê bao. 13 1.2.1.2. Hệ thống trạm gốc BSS BSS chịu trách nhiệm về việc phát và thu sóng vô tuyến, chia làm hai phần: + Trạm thu phát gốc, BTS(Basic Transceiver Station): gồm bộ thu phát và các anten sử dụng trong mỗi cell. Một BTS thường được đặt ở vị trí trung tâm của một cell. BTS đảm nhiệm chính về các chức năng vô tuyến trong hệ thống. + Bộ điều khiển trạm gốc, BSC(Basic Station Controller): điều khiển một nhóm BTS và quản lý tài nguyên vô tuyến. BSC chịu trách nhiệm điều khiển việc nhảy tần, các chức năng tổng đài và điều khiển các mức công suất tần số vô tuyến của BTS. 1.2.1.3. Hệ thống chuyển mạch SS Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm một số đơn vị chức năng sau: + Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động, MSC(Mobile services Switching Center): đây là thành phần trung tâm của khối SS, thực hiện các chức năng chuyển mạch của mạng và cung cấp kết nối đến các mạng khác. + Thanh ghi định vị thường trú, HLR(Home Location Register): HLR được xem là một rất cơ sở dữ liệu quan trọng lưu trữ các thông tin về thuê bao thuộc vùng phủ sóng của MSC. Nó còn lưu trữ vị trí hiện tại của các thuê bao cũng như các dịch vụ thuê bao mà đang được sử dụng + Thanh ghi định vị tạm trú, VLR(Visitor Location Register): lưu trữ các thông tin cần thiết để cung cấp dịch vụ thuê bao cho các máy di động từ xa đến. + Trung tâm nhận thực, AuC(Authentication Center): Thanh ghi AuC được dùng cho mục đích bảo mật. Nó cung cấp các tham số cần thiết cho chức năng nhận thực và mã hoá. Các tham số này giúp xác minh sự nhận dạng thuê bao. + Thanh ghi nhận dạng thiết bị, EIR(Equipment Identity Register): EIR cũng được dùng cho mục đích bảo mật. Nó là một thanh ghi lưu trữ các thông tin về các thiết bị di động. + Cổng MSC, GMSC(Gate MSC): điểm kết nối giữa hai mạng. Cổng MSC là nơi giao tiếp giữa mạng di động và mạng cố định. Nó chịu trách nhiệm định tuyến cuộc gọi từ mạng cố định đến mạng di động và ngược lại. 14 1.2.1.4. Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC OMC được kết nối đến các thành phần khác nhau của MSC và đến BSC để điều khiển và giám sát hệ thống MSC. Nó còn chịu trách nhiệm điều khiển lưu lượng của BSS. 1.2.2. Nguyên lý kỹ thuật mạng CDMA CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi. Những người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên. Một kênh CDMA rộng 1,23 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz, tổng cộng 1,77 MHz. CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt (chip rate) 1,2288 MHz. Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt. Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ ngẫu nhiên, PNPseudoNoise: giả tạp âm) của máy phát PN. Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác như khi tín hiệu được xử lý ở máy phát. Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận được. Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lương tín hiệu vào một dải tần rất rộng hơn phổ gốc của tín hiệu gốc. Ở phía thu, phổ của tín hiệu lại được nén trở lại về phổ của tín hiệu gốc (xem hình 1.4). T T/L Máy phát dùng mã PN để trải phổ Phổ tín hiệu đã phát Phổ tin tức Trải phổ Fc T/L Máy thu dùng bản sao mã PN để nén phổ Fc+T/L T Phổ tín hiệu thu được Phổ tin tức Nén phổ fc fc+T/L 0 1/T Hình 1.4. Phổ trong quá trình phát và thu CDMA 15 f 1.2.3. Các đặc tính của CDMA 1.2.3.1. Tính đa dạng của phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục do đó bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được. 1.2.3.2. Điều khiển công suất CDMA Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phát chung ở một tần số ở cùng một thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No, trong đó Eb là năng lượng bit còn No là mật độ tạp âm trắng GAUS cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi từ máy phát của người sử dụng khác. Để đảm bảo tỷ số Eb/No không đổi và lớn hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất của các máy phát của người sử dụng theo khoảng cách của nó với trạm gốc. Nếu ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điều khiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở hệ thống CDMA việc điều khiển công suất là bắt buộc và điều khiển công suất phải nhanh nếu không dung lương hệ thống sẻ giảm. 1.2.3.3. Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẻ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BTS yêu cầu khi so với các hệ thống khác. 16 Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading. 1.2.3.4. Chuyển giao (handoff) ở CDMA Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong, chuyển giao xảy ra khi trạm di động đang làm các thủ tục thâm nhập mạng hoặc đang có cuộc gọi. Mục đích của chuyển giao là để đảm bảo chất lượng truyền dẫn đường truyền khi một trạm di động rời xa trạm gốc đang phục vụ nó. Khi đó, nó phải chuyển lưu lượng sang một trạm gốc mới hay một kênh mới. Ở CDMA tồn tại hai loại chuyển giao là chuyển giao mềm (Soft Handoff) và chuyển giao cứng (Hard Handoff) +Chuyển giao giữa các ô hay chuyển giao mềm (Soft Handoff). +Chuyển giao giữa các đoạn ô (Intersector) hay chuyển giao mềm hơn (SofterHandoff). +Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA này với hệ thống CDMA khác. +Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tương tự. MS MS Hình 1.5. Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng trong CDMA 17 MS 1.2.3.5. Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi Eb/No là tỷ số năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang trên tạp âm của phương pháp Cell FM tương tự. Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Nói cách khác, thì độ rộng kênh bị Hình 1.7. Phân vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các cell giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu đối với máy phát nhờ giảm Eb/No. 1.2.4. Tổ chức các cell trong mạng CDMA Các cell trong mạng di động được minh hoạ theo kiến trúc địa lý như hình vẽ sau: Vùng PLMN LA2 Vùng MSC/VLR MSC LA3 LA CELL Hình 1.6. Kiến trúc địa lý mạng VLR PLMN MSC M VLR MSC VL MSC I Hình 1.8. Vùng phục vụ MSC/VLR 18 IV Từ ba hình vẽ trên ta có một số khái niệm sau về cách tổ chức cell trong mạng di động tổ ong: + Cell tương ứng với vùng phủ sóng của một trạm BTS, được nhận dạng bởi con số nhận dạng cell. + Vùng định vị LA tương ứng với vùng phủ sóng của một nhóm các cell do một MSC/VLR quản lý, được nhận dạng bởi con số nhận dạng vùng định vị LAI. +Một số các LA nằm dưới sự kiểm soát của một MSC/VLR gọi là vùng MSC/VLR. + Vùng PLMN là vùng được phục vụ bởi một nhà điều hành mạng. Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, các cell thương có dạng hình tam giác đều, hình vuông và hình lục giác. Trong cell có một đài vô tuyến gốc BTS liên lạc vô tuyến với tất cả các máy thuê bao di động MS. Mạng thông tin di động số người ta thiết kế các cell theo dạng hình lục giác đều. Nếu bán kính của mỗi cell là R, ô kiểu lục giác đều đảm bảo diện tích đơn vị lớn nhất và diện tích vùng chồng lấn nhau nhỏ nhất. Do vậy, một vùng cố định được phân chia cell theo kiểu lục giác đều sẻ có số trạm gốc nhỏ nhất nhiễu của các kênh lân cận sẻ giảm. Ta có bảng các loại cell sau (bảng 1.1) Bảng 1.1.So sánh các loại cell Cấu trúc cell Tam giác đều Hình vuông Lục giác đều Bán Khoảng cách kính các BTS giữa cell các cell lân cận Diện tích cell đơn vị Số cell Diện tích chồng lấn lân cận cực đại 3 3R 4 =1.3R 2Π 3 2 3 − 2 R =3.67R2 3 3 2R 2R2 Π − 1) R 2 2 4 =2.28R2 4 3R 3 3R 2 2 =2.6R Π 3 2 − R 3 2 =1.09R2 6 6 2 R R R R ( 19 1.3. SO SÁNH HỆ THỐNG CDMA VỚI HỆ THỐNG SỬ DỤNG TDMA 1.3.1. Các phương pháp đa truy nhập Đa truy nhập là phân chia tài nguyên thông tin một cách hợp lý để đảm bảo cho nhiều người sử dụng để chia sẻ và sử dụng hệ thống với hiệu suất cao. Các phương pháp đa truy nhập vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin di động. Các phương pháp đa truy nhập được xây dựng trên cơ sở phân chia tài nguyên vô tuyến cho các nguồn sử dụng khác nhau. Hệ thống thông tin di động sử dụng các phương pháp đa truy nhập sau (hình 1.8): tần số tần số tần số thời gian thời gian thời gian Hình 1.9. Các phương pháp đa truy nhập + Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA: Frequency Division Multiple Access): phục vụ các cuộc gọi theo các tần số khác nhau. Hệ thống FDMA, người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong dải tần số. + Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau. Đối với hệ thống TDMA mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung và được dành riêng trong suốt thời gian thoại. + Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau. Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẻ sử dụng cùng lúc một băng tần. Tín hiệu truyền đi sẻ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống. Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã. Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại 20 mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN. 1.3.2. So sánh hệ thống CDMA và hệ thống sử dụng TDMA Từ cấu trúc, các đặc tính CDMA và các phương pháp đa truy nhập ta rút ra bảng so sánh giữa hệ thống thông tin di động CDMA và hệ thống thông tin di động sử dụng phương pháp đa truy nhập TDMA. Từ đó ta thấy những ưu điểm của hệ thống thông tin di động CDMA hơn các hệ thống khác. Bảng 1.2. So sánh giữa mạng thông tin di động động CDMA và mạng GSM Đặc tính Băng tần sử dụng Dải tần số Kênh sử dụng Nhiễu giao thoa Công suất phát Điều khiển công CDMA GMS 1,23 MHz 200 kHz -Hướng lên: 824–849 MHz -Hướng xuống: 869–894 MHz Nhiều người sử dụng chung một kênh Ít bị ảnh hưởng của giao thoa giữa các kênh, ảnh hưởng giao thoa đồng kênh Thấp để giảm nhiễu cho hệ thống Giảm công suất phát của MS suất và ảnh hưởng đến dung lượng Chất lượng thoại Tốt hơn -Điều khiển dung lượng linh Dung lượng Bảo mật -Hướng lên: 890–915 MHz -Hướng xuống: 935–960 MHz Một người sử dụng một khe thời gian của một kênh Ảnh hưởng của các kênh lân cận Phát công suất lớn để khắc phục fading theo thời gian Không làm thay đổi dung lượng của hệ thống Thấp hơn - Điều khiển dung lượng kém hoạt linh hoạt - Dung lượng hệ thống lớn -Dung lượng thấp -Không có giới hạn rỏ ràng về - Số người sử dụng trong một số người sử dụng trong một cell là cố định khi các kênh bị cell Có tính bảo mật cao hơn nhờ chiếm hết mã trải phổ 21 Tính bao mật thông tin thấp 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG Những khái niệm đã trình bày trong chương này làm rõ về cấu trúc chung và cách tổ chức của của các khối trong hệ thống. Với cấu trúc mạng như vậy, việc điều hành, khai thác và quản lý các thuê bao sẻ thuận tiện hơn thông qua khối OMC. Cấu trúc cell được phân chia ngày càng nhỏ làm tăng dung lượng của hệ thống, thuận lợi trong việc phân chia tải cho các vùng phục vụ, tiết kiệm công suất phát của các BTS nâng cao hiệu quả của hệ thống. CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi. Những người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Để hiểu rõ hơn về kỹ thuật trải phổ sẻ được trình bày trong chương 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 22 2.1.CƠ SỞ TOÁN HỌC TÍNH PHỔ CỦA TÍN HIỆU 2.1.1. Biến đổi Fourier và Phổ của tín hiệu Trong các bài toán kĩ thuật điện tử, tín hiệu, tạp âm hoặc tổ hợp tín hiệu cộng tạp âm có một dạng sóng điện áp hoặc dòng điện là một hàm của thời gian. Để w(t) biểu thị dạng sóng quan tâm (hoặc điện áp hoặc dòng điện). Nếu muốn chúng ta có thể xem dạng sóng trên máy hiện sóng (ôxilo). Giá trị của điện áp hoặc dòng điện biến đổi như một hàm của thời gian. Bởi vậy một vài tần số nào đó hoặc một khoảng tần số là một trong những thuộc tính quan tâm đối với ngành điện. Trên lí thuyết để tính được các tần số xuất hiện người ta cần xem dạng sóng trên toàn bộ thời gian, để chắc chắn phép đo là chính xác và đảm bảo rằng không có tần số nào bị bỏ quên. Mức tương đối của một tần số f khi so sánh với một tần số khác được cho bởi phổ điện áp (hoặc dòng điện) phổ này có được bằng cách thực hiện biến đổi Fourier (FT) của một dạng sóng w(t). Biến đổi Fourier của một dạng sóng w(t) thuận là: W( f ) = +∞ ∫ w(t )e − j 2π f t dt (2.1) −∞ Biến đổi Fourier ngược: +∞ w(t ) = ∫ W ( f )e j 2π f t df (2.2) −∞ − j 2π f t Vì e là một số phức nên W(f) là một hàm phức của f ta có thể biểu diễn W ( f ) = X ( f ) + jY ( f ) = W ( f ) e jθ ( f ) ; W ( f ) = Trong đó W( f ) X 2( f ) +Y 2( f ) ; θ ( f ) = arctg Y( f ) X(f ) gọi là phổ biên độ thể hiện sự phân bố của biên độ tín hiệu theo tần số gọi là mật độ phổ, θ ( f ) gọi là phổ pha. 2.1.2. Một số tính chất của biến đổi Fourier 2.1.2.1. Tính tuyến tính Nếu tín hiệu w(t) có dạng w(t ) = ∑ ai wi (t ) i 23 thì: W( f ) = +∞ +∞ ∫ ∑ a w (t ) exp(− j 2πft )dt = ∑ a ∫ωw (t ) exp(− j 2πft )dt = ∑ a W ( f ) i i i −ω i i i i i i − (2.3) 2.1.2.2. Biến đổi Fourier của đạo hàm và tích phân Nếu w(t) có phổ là W(f), tính phổ của đạo hàm và tích phân của w(t): Tính phổ của đạo hàm cấp 1: W(1) (ω ) = +∞ ∫ w' (t ) exp(− j 2πft )dt = −∞ +∞ +∞ w ( t ) exp( − j 2 π ft ) + j 2 π f w ( t ) exp( − j 2 π ft ) dt = j 2πfW ( f ) −∞ ∫ −∞ (nếu w(t) thoả mãn điều kiện: lim w(t ) = 0 t →∞ ) Phổ đạo hàm cấp n của w(t): nếu w(t) thoả mãn điều kiện: d n w(t ) =0 t →∞ dt n lim (2.4) W( n ) ( f ) = +∞ d n w(t ) n ∫−∞ dt n exp(− j 2πft )dt = ( j 2πf ) W ( f ) +∞ Phổ của tích phân w(t): nếu w(t) thoả mãn: +∞ +∞ ∫ w(t )dt = 0 (hàm lẻ) −∞ +∞ 1 1 W( −1) ( f ) = ∫ ∫ w(t )dt exp( − j 2πft )dt = w(t ) exp(− j 2πft )dt = W ( f ) + W (0)δ ( f ) ∫ 2πjω −∞ j 2πf − ∞− ∞ (2.5) 2.1.2.3. Biến đổi Fourier của hàm chẵn, hàm lẻ Ta có w(t ) = ∑ ai wi (t ) Mặt khác: i thì W ( f ) = ∑ aiWi ( f ) i w(t) = wch(t)+ wle(t) ⇒ W ( f ) = Wch ( f ) + Wle ( f ) Ta tính: +∞ 0 Wch ( f ) = ∫ wch (t ) exp(− j 2πft )dt + ∫ wch (t ) exp(− j 2πft ) dt 0 −∞ = +∞ ∫ wch (t ).[ exp( j 2πft ) + exp(− j 2πft )]dt = 0 24 1 π +∞ ∫w ch 0 (t ) cos( ft )dt Như vậy phổ của tín hiệu chẵn cũng thực và chẵn. Trong trường hợp này cặp biến đổi Fourier như sau: Wch ( f ) = 1 2π +∞ ∫ wch (t ) exp(− j 2πft )dt +∞ ; −∞ wch (t ) = ∫ Wch ( f ) exp( j 2πft )dt −∞ +∞ 0 Wle ( f ) = ∫ wle (t ) exp(− j 2πft )dt + ∫ wle (t ) exp(− j 2πft )dt 0 −∞ +∞ −j = ∫ wle (t ).[ − exp( j 2πft ) + exp(− j 2πft )] dt = π 0 +∞ ∫w le (t ) sin(2πft )dt 0 2.1.2.4. Biến đổi Fourier của tín hiệu liên hợp w(-t) Ta có: w(−t ) → W( − t ) ( f ) = +∞ ∫ w(−t ) exp(− j 2πft )dt (2.7) −∞ phổ của w(-t) là liên hợp phức W*(f) của phổ w(t). 2.1.2.5. Biến đổi Fourier của tích hai tín hiệu w(t ) = w1 (t ).w2 (t ) ⇒ W ( f ) = W1 ( f ) ∗ W2 ( f ) VD: (2.8) w(t ) = A(t ) cos(ω 0 t + ϕ 0 ) = w1 (t ).w2 (t ) Với w1(t) = A(t) là tín hiệu mang thông tin bất kỳ dùng làm biên độ cho tín hiệu điều biên w(t), A(t) có phổ là W1(f) = A(f) = +∞ A(f) ∫ A(t ) exp(− j 2πft )dt −∞ . A(t) là thành phần biên độ biến thiên với tốc độ biến thiên rất chậm so với cos(ω0t + ϕ) có thể coi A(t) là hình bao biên độ của w(t). Do đó phổ của A(t) nằm ở tần số rất thấp so với ω0. W(f) w(t) +W0 t0 -W0 t T Hình 2.1.Tín hiệu điều biên − 1 T 0 Hình 2.2.Phổ tín hiệu điều biên 25 1 T f w2(t) = cos(ω0t+ϕ0) có W( f ) = = W2 ( f ) = 1 [ exp(− jϕ 0 )δ ( f − f 0 ) + exp( jϕ 0 )δ ( f + f 0 )] 2 +∞ +∞ 1 exp( − j ϕ ) δ ( υ − f ) A ( f − υ ) d υ + exp( j ϕ ) 0 ∫ 0 0 ∫ δ (υ + f 0 ) A( f − υ ) dυ ) 2 −∞ −∞ 1 [ exp(− jϕ 0 ) A( f − f 0 ) + exp( jϕ 0 ) A( f + f 0 )] 2 2.1.2.6. Biến đổi Fourier của tích chập hai hàm số w(t ) = w1 (t ) ∗ w2 (t ) = +∞ ∫ w (τ )w 1 2 (t − τ )dτ −∞ thì W ( f ) = .W1 ( f ).W2 ( f ) (2.9) 2.1.2.7. Biến đổi Fourier của tín hiệu dịch chuyển trên trục thời gian Với Wτ ( f ) = w(t) có phổ là W(f) thì w(t-τ) có phổ là: +ω +ω ∫ w(t − τ ) exp(− j 2πft )dt = ∫ w(υ ) exp(− j 2πf (υ + τ ))dυ −∞ −∞ +ω = exp( − j 2πfτ ) ∫ w(υ ) exp(− j 2πfυ )dυ = exp(− j 2πfτ ).W ( f ) (2.10) −∞ Tín hiệu dịch chuyển về mặt thời gian sẽ có phổ biên độ dữ nguyên còn phổ pha dịch chuyển một lượng -ωt. 2.1.2.8. Biến đổi Fourier của tín hiệu thay đổi tỉ lệ Wa ( f ) = Với w(t) có phổ là W(f) thì w(at) có phổ là: 1 f W( ) a a (2.11) 2.1.3. Các định nghĩa và định lí toán học 2.1.3.1. Định nghĩa dạng sóng năng lượng và dạng sóng công suất w(t) là dạng sóng năng lượng nếu và chỉ nếu năng lượng chuẩn hoá tổng cộng là hữu hạn và khác 0 ( 0 < E < ∞ ) Năng lượng chuẩn hoá tổng cộng được xác định bởi biểu thức: T /2 E = lim T →∞ ∫w 2 (t )dt (2.12) −T / 2 26 w(t) là dạng sóng công suất nếu và chỉ nếu công suất trung bình chuẩn hoá tổng cộng là hữu hạn và khác 0 ( 0 < P < ∞ ). T /2 1 w(t ) dt T →∞ T ∫ −T / 2 P =< w2 (t ) >= lim (2.13) 2.1.3.2. Định lý Parseval và mật độ phổ năng lượng Định lý Parseval: ∞ ∞ ∫ w (t )w (t )dt = ∫ W ( f )W * 2 1 1 −∞ E= * 2 ( f )df −∞ ∞ ∫ 2 w(t ) dt = −∞ ∞ ∫ W( f ) 2 nếu w1(t) = w2(t) = w(t) thì phương trình này là: df −∞ Định nghĩa: Mật độ phổ năng lượng (ESD- Energy Spectral Density) được định nghĩa cho các dạng sóng năng lượng bằng: ε(f) = W( f ) 2 [J/Hz] Trong đó w(t) W(f). Sử dụng định lý Parseval ta thấy rằng năng lượng ∞ chuẩn hoá tổng cộng là diện tích của hàm ESD: E = ∫ ε ( f )df −∞ 2.1.3.3. Định nghĩa hàm Delta Dirac và hàm bước nhảy đơn vị ∞ * Hàm Delta Dirac δ (t ) được định nghĩa bởi ∫ w( x)δ ( x)dx = w(0) −∞ trong đó w(x) là hàm bất kì ›ien tục tại x = 0, x có thể là thời gian t, tần số f tuỳ vào từng ứng dụng Một định nghĩa khác cho hàm δ (t ) là: ∞ ∞ ⇔ x = 0 ∫ δ ( x)dx = 1 ; δ ( x) = 0 ⇔ x ≠ 0 (2.14) −∞ ∞ Từ ∫ w( x)δ ( x)dx = w(0) −∞ ∞ ta có thuộc tính chọn lọc của δ là: ∫ w( x)δ ( x − x 0 ) dx = w( x 0 ) −∞ ∞ Tíchphân tương đương của hàm δ : δ ( x) = ∫ e ± 2πxy dy −∞ 27 (2.15) 1 ; t > 0 u (t ) = 0 ; t < 0 * Định nghĩa hàm bước nhảy đơn vị u(t) là: (2.16) δ (λ ) = 0 ; λ ≠ 0 suy ra hàm Delta Dirac có quan hệ với u(t) bởi phương trình ∫ δ (λ )dλ = u (t ) du (t ) = δ (t ) do vậy dt T 1; t ≤ t 2 π( ) ≅ T 0; t > T 2 Định nghĩa đặt π (*) biểu thị xung chữ nhật đơn (2.17) Định nghĩa đặt Sa(*) biểu thị hàm Sa(*) =sinx/x t t 1 − ; t ≤ T Λ ( ) =≅ T T 0; t > T Λ(*) = Định nghĩa đặt biểu thị xung tam giác (2.18) 2.1.3.4. Định nghĩa mật độ phổ công suất và hàm tương quan * Mật độ phổ công suất (PSD- Power Spectral Density) cho một dạng sóng xác định WT ( f ) 2 PW ( f ) ≅ lim T →∞ T là: ( w / Hz) ; w (t ) ↔ W ( f ) T T (2.19) PSD luôn luôn là hàm thực không âm và hoàn toàn không bị ảnh hưởng của phổ pha của w(t) Công suất chuẩn hoá trung bình: WT ( f ) 2 p =< w(t ) >= ∫ lim T → ∞ T −∞ ∞ 2 ∞ df = P ( f ) df ∫ W −∞ (2.20) * Hàm tự tương quan. Một hàm quan hệ được gọi là tự tương quan, R(τ) có thể được định nghĩa bởi biểu T /2 thức : Rw (τ ) =< w(t ) w(t + τ ) > lim 1 / T = T →∞ ∫ w(t ).w(t + τ )dt −T / 2 28 (2.22) PSD và hàm tự tương quan là cặp biến đổi Fourier : Rw(τ) Pw(f), trong đó Pw(f) = F[Rw(τ)]. Đây gọi là định lý Wiener - Khintchine chuyển đổi hàm tự tương quan từ miền thời gian sang miền tần số và đó chính là hàm mật độ phổ công suất. Định lý này cũng được sử dụng để chuyển hàm mật độ phổ công suất từ miền tần số sang miền thời gian và đó chính là hàm tự tương quan. Rw (τ ) ↔ Pw ( f ) ; Pw ( f ) = F [ Rw (τ )] (2.23) Tên gọi là mật độ phổ công suất phát từ ghép nội suy đưa vào đối với hàm tự tương quan khi không có trễ τ . Trong trường hợp điện áp V vôn qua điện trở 1Ω thì công suất trung bình chuẩn hoá tổng cộng có thể được tính theo bất kì kĩ thuật nào trong 4 kĩ thuật sau : p =< w(t ) >= W 2 2 hd = ∞ ∫ P ( f )df w = R w ( 0) (2.24) −∞ Tóm lại PSD có thể được tính bằng 2 phương pháp sau : - Tính trực tiếp bằng định nghĩa - Tính gián tiếp bằng cách tính hàm tự tương quan rồi sau đó lấy biến đổi Fourier * Hàm tương quan chéo: Hàm tương quan chéo giữa 2 tín hiệu x(t) và y(t) được định nghĩa tương quan giữa hai tín hiệu khác nhau và được xác định như sau : 1 R x , y (τ ) = lim T T →∞ a +T ∫ x(t ) y(t + τ )dt a Nếu x(t), y(t) là tuần hoàn thì (2.25) 1 R x , y (τ ) = T a +T ∫ x(t ) y(t + τ )dt a (2.26) 2.1.4. Chuỗi Fourier 2.1.4.1. Chuỗi Fourier dạng phức ϕ n (t ) = e jnω0t ; n ∈ Z ; ω 0 = 2π / T0 ; T0 = ( b − a ) T0= (b-a) là chiều dài khoảng trên đó chuỗi 29 w(t ) = ∑ a nϕ n (t ) (2.27) là có giá trị Định lí: Bất kì dạng sóng vật lí nào (tức là năng lượng hữu hạn) cũng có thể biểu diễn trên khoảng a 0: g(x) = gm xm + gm-1 xm-1 + ... + g1 x + g0 (2.39) Đối với các chuỗi cơ số hai( có giá trị {0,1}) , g i bằng 0 hay bằng 1 và gm= go =1. Đặt g(x) = 0 ta được: 1 = g1 x + g2 x2 + ... + gm-2 xm-2 + gm-1 xm-1 + xm Vì -1 = 1(mod 2). Với x k (2.40) thể hiện đơn vị trễ, phương trình hồi qui trên xác định kết nối hồi tiếp trong mạch ghi thanh dịch cơ số hai của hình 2.3. 1 i i 3 2 i 4 i 0 +1 1 -1 Đến bộ điều chế Clock Hình 2.3. Mạch thanh ghi dịch. Với lưu ý rằng các cổng loại trừ ( XOR) thực hiện các phép cộng modul 2. Nếu g i = 1 tương ứng của mạch đóng, tương ứng lại nếu g i ≠ 1, khoá này hở. Để thực hiện điều chế hai pha tiếp theo, đầu ra của mạch thanh ghi dịch phải được biến 36 đổi vào 1 nếu là 0 và vào -1nếu là 1. Thanh ghi dịch là một mạch cơ số hai trạng m thái hữu hạn có m phần tử nhớ . Vì thế số trạng thái 0 cực đại là 2 -1 và bằng chu kỳ cực đại của chuỗi ra c = (c0, c1, c2 …). Xem xét hình vẽ2.3, giả sử si(j) biểu thị giá trị của phần tử nhớ j trong trạng thái ghi dịch ở xung đồng hồ i. Trạng thái của thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i là s véc tơ độ dài hữu hạn i = {si(1), si(2),…,si(m)}. Đầu ra ở xung đồng hồ i là c i-m = si(m). Thay 1 bằng ci vào phương trình hồi qui (2.40) ta được điều kiện hồi qui của chuỗi ra: ci = g1ci-1 + gi-2 + gm-1ci-m+1 + ci-m (mod2) đối với i > 0 (2.41) Xét đa thức tạo mã g(x) = x5+ x4 + x3 + x + 1 Sử dụng (2.41) ta được hồi qui ci = ci-1 + ci-3 + ci-4 + ci-5 (mod 2) và xây dựng thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính như sau: s i(1) s i(3) s i(2) 0 0 s i(m) 1 0 ci 1 (T -7c)i Xung ®ång hå i Tr¹ng th¸i 0 11111 1 01111 2 10111 3 01011 4 00101 5 00010 7 01000 8 00100 9 10010 10 01001 11 10100 12 01010 13 10101 14 11010 15 01101 16 00110 17 00011 18 00001 19 10000 20 11000 21 11100 22 01110 23 00111 24 10011 25 11001 26 01100 27 10110 28 11011 29 11101 30 11110 31 11111 32 lÆp l¹i 5 4 3 Hình 2.4. Sơ đồ tạo chuỗi m với g(x)= x +x +x + x+1 37 Vì bậc của g(x) là m=5 nên có 5 đơn vị nhớ trong mạch. Đối với mọi trạng thái khởi đầu khác không ( s 0 ≠ {0,0,0,0,0}), trạng thái của thanh ghi dịch thay đổi theo điều kiện hồi quy được xác định bởi đa thức tạo mã g(x). Trong sơ đồ 2.4 chuỗi đầu ra tuần hoàn ( chuỗi mã giả ngẫu nhiên) là cột cuối cùng ở hình 2.4 là : c = 111101000100101011000011100110….. tình cờ chuỗi này có chu kỳ cực đại và m bằng N=2 -1. Các đa thức tạo mã khác có thể tạo ra chu kỳ ngắn hơn nhiều. Trong cấu hình mạch đang xét này, m bit đầu tiên của chuỗi ra bằng các bit được nạp vào ban đầu của thanh ghi dịch : s 0 =11111. Đối với nạp ban đầu khác, chẳng hạn s 0 =00001, đầu ra của chuỗi tương ứng là : c =1000011100110111110100010010101. .. là dịch (sang phải N-i = 31-18=13 đơn vị) của chuỗi c . 38 39 Hình 2.5. Thí dụ về chuỗi m với g(x) = x5 + x4 + x3 +x2 + 1 Trạng thái của thanh ghi dịch thay đổi theo điều kiện hồi quy được xác định bởi đa thức tạo mã g(x). trong thí dụ này chuỗi ra tuần hoàn là cột cuối cùng ở hình 2.5. nếu ta đưa chuỗi vào là s0 = 10101 vào thì ta được chuỗi ra là c = 101010001110111110010011000101. 1 Dưới đây là một thí dụ cho chuỗi Gold co m = 5 có tất cả 5 ϕ (31) = 6 chuỗi m = 5 khác nhau bằng cách dịch vòng với độ dài 31. Sáu đa thức nguyên thuỷ bậc m = 5 là : x 5 + x3 + 1 x5 + x4 + x3 + x +1 x 5 + x2 + 1 x5 +x4 + x3 + x2 + x +1 x5 + x3 +x2 + x + 1 Nếu nạp khởi đầu cho 6 hàm trên đều là 10101. dễ dàng kiểm tra bằng hàm tự tương quan của 6 chuỗi này đều là cùng một hàm có dạng đầu đinh. Mỗi thanh ghi dịch chu kì N có N dịch hay pha, ta kí hiệu T −j c là sự dịch −4 của chuỗi c sang trái j lần.Trên cấu hình mạch 3.1 ta thấy có các loại dịch sau : T c ,T −3 c ,T −2 c ,T −1 c . Các dịch khác có thể nhận được bằng cách kết hợp tuyến tính m=5 đầu ra nói trên. Lưu ý rằng chuỗi c tuần hoàn có độ dài hữu hạn. 40 41 Hình 2.6. Bộ tạo chuỗi Gold cho 6 hàm khi m = 5. f Tương quan chéo của a , b , c , d , e , được cho ở dưới. Tập 33 chuỗi Gold tương ứng có độ dài 31 như sau : 1010100011101111000……… 10101000010010110011111………… 10101100001110011………………… ………………………………………. Tỷ số t(m)/N ≈ 2-m/2 tiến tới 0 theo hàm mũ khi m tiến tới hạn. Điều này cho ra they rằng các chuỗi Gold dài hơn sẽ thực hiện các chuỗi SSMA tốt hơn. 2.2.3. Đa thức nguyên thuỷ. m Một chuỗi thanh ghi dịch cơ số hai tuyến tính với chu kỳ N= 2 -1 với m là số đơn vị nhớ trong mạch hay bậc của đa thức tạo mã được gọi là chuỗi cơ số hai có chiều dài cực đại hay chuỗi m. Đa thức tạo mã của chuỗi m được gọi là đa thức nguyên thuỷ. Định nghĩa toán học của đa thức nguyên thuỷ là : Đa thức g(x) được gọi là đa thức nguyên thuỷ bậc m nếu số nguyên nhỏ m n nhất n = 2 -1, mà đối với số này x +1 chia hết cho đa thức g(x). 5 4 3 Lấy ví dụ trường hợp g(x) = x +x +x +x+1 là một đa thức nguyên thuỷ bậc n 5 m=5 vì số nguyên n nhỏ nhất mà x +1 chia hết cho đa thức g(x) là n =2 -1=31. 1 m Số đa thức nguyên thuỷ bậc m được tính bằng : m ϕ (2 -1) Trong đó : ϕ (n) là hàm Euler xác định bởi : 1 ϕ (n) =n ∏ (1 − p ) (2.42) p/n Với p/n kí hiệu ‘tất cả các ước số nguyên tố của n’. Hàm Euler ϕ (n) bằng số các số nguyên dương nhỏ hơn n và là các số nguyên tố so với n .Chẳng hạn : 1 1 ϕ (15) = 15.(1- 3 )(1- 15 )=8 Và ta thấy rằng 1,2,4,7,8,11,13,14 là các số nguyên tố so với 15. Ngoài ra : 42 1 ϕ (31) =31.(1- 31 )= 30 Và ta thấy rằng ϕ ( p) = p-1 cho mọi số nguyên tố p ≥ 1 vì tất cả các số dương nhỏ hơn p phải là số nguyên tố so với nó. Chúng ta cũng thấy rằng các số dương n và m là các số nguyên tố tương đối so với nhau nếu và chỉ nếu ước số chung lớn nhất của m và n bằng 1. Vì không phải đa thức nào cũng là đa thức nguyên thuỷ chính vì vậy việc tìm đa thức nguyên thuỷ được thực hiện bằng cách chọn thử. Nhiều đa thức nguyên thuỷ được công bố ở một số các tài liệu. Dưới đây là một số các đa thức nguyên thuỷ cơ số hai cho bậc m = 3,4,5,6 ( với trình tự các hệ số :g 0 g 1 …g m−1 g m ) các đa thức nguyên thuỷ có bậc lớn hơn có thể được tìm thấy ở tài liệu tham khảo phần phụ lục ở cuối luận văn này. m=3 m=5 1011 100101 110111 1101 101001 111011 101111 111101 10011 1000011 1100111 11001 1011011 1101101 1100001 1110011 m=4 m=6 m k Chúng ta đặc biệt chú ý đến các đa thức tạo mã có dạng g(x)= x +x +1 với 1〈 k 〈 m , các đa thức này chỉ có ba thành phần khác không và chúng được gọi là tam thức. Các bộ tạo mã tam thức có tốc độ cao vì chúng chỉ cần một mạch hoặc loại trừ ( XOR) ở mạch hồi tiếp của thanh ghi dịch tuyến tính, không phụ thuộc vào bậc m vì thế chúng đáng được quan tâm trong thực tiễn. Đa thức nguyên thuỷ là đa thức tối giản, nghĩa là ta không thể phân tích nó thành các đa thức thừa số có số mũ thấp hơn nhưng ngược lại thì không đúng. Một m đa thức tạo mã không nguyên thuỷ có thể cho một chuỗi m có chu kì nhỏ hơn 2 -1. 43 2.2.4. Các thuộc tính của chuỗi m Thuộc tính I (thuộc tính dịch): Dịch vòng ( dịch vòng trái hay dịch vòng phải) của một chuỗi m cũng là một chuỗi m. Nói một cách khác thì nếu c − nằm trong tập Sm thì dịch vòng c cũng nằm trong tập Sm. Thuộc tính II (thuộc tính hồi quy): Mọi chuỗi m đều thoã mãn tính chất hồi quy: c i =g 1 c i−1 +g 2 c i−2 +…+g m−1 c i −m+1 +c i − m ( modul 2) với i= 0,1,2….Ngược lại mọi lời giải cho phương trình trên là một chuỗi trong tập S m . Có m lời giải độc lập tuyến tính đối với phương trình hồi quy nói trên, nghĩa là có m chuỗi độc lập tuyến tính trong S m . Thuộc tính III( thuộc tính cửa sổ): Nếu một một của sổ độ rộng m trượt dọc chuỗi m trong tập Sm, mỗi dãy trong số 2m - 1 dẫy m bit khác không này sẽ được nhìn thấy đúng 1 lần. Để chứng minh cho thuộc tính này ta xét mạch ghi dịch hình 3.1. Chuỗi m đi qua thanh ghi dịch nên của sổ với độ rộng m phản ánh trạng thái của thanh ghi dịch. Vì một chuỗi có chu kỳ cực đại N = 2 m-1, nên mỗi của sổ thanh ghi dịch phải trải qua đúng lần lượt tất cả 2m-1 trạng thái (m phần tử) khác không. Ví dụ của sổ đọ dài 4 cho chuỗi 000100110101111. Tưởng tượng chuỗi này được viết thành vòng. Thuộc tính IV : Số số 1 nhiều hơn số số 0: Mọi chuỗi m trong tập Sm chứa 2m-1 số số 1 và chứa 2m-1-1 số số 0. Để chứng minh cho thuộc tính này ta lưu ý rằng mỗi trạng thái khác 0 là m phần tử, có thể coi như nó là trình bày cơ số hai của các số nguyên từ 1 đến 2 m-1. Một số nguyên lẻ có bit trọng số thấp nhất là 1. Vì thế trong dải [1, 2 m-1] các số nguyên lẻ nhiều hơn số nguyên chẵn đúng 1 số . Thuộc tính V (thuộc tính cộng) : Tổng hai chuỗi m ( cộng mod 2 theo từng thành phần) là một chuỗi m khác. Điều này có nghĩa rằng tổng của các chuỗi trong tập m cũng là 1 chuỗi trong tập này. 44 Thuộc tính này được rút ra từ thuộc tính hồi quy vì bất cứ cặp chuỗi m nào trong tập m đều phải thoả mãn điều kiện hồi quy ( 3.3) và tổng (modul 2 của chúng cũng sẽ như vậy. Điều này có nghĩa rằng tổng của các chuỗi trong tập S m là một chuỗi trong tập này. Thuộc tính VI (thuộc tính dịch và cộng): Tổng của một chuỗi m và dịch vòng của chính nó ( cộng mod 2 theo từng thành phần ) là một chuỗi m khác. Điều này hiển nhiên dúng vì dịch pha một chuỗi trong S m vẫn là một chuỗi khác nằm trong tập này. Thuộc tính VII ( hàm tự tương quan dạng đầu đinh): Trong thực tế các chuỗi m sử dụng cho các mã PN có thể được thực hiện ở dạng cơ số hai lưỡng cự hoặc đơn cực với hai mức logic “0” và “1” độ rộng xung T c (c ký hiệu cho chip) cho một chu kỳ N như sau: c( t ) = ∞ ∑ k = −∞ c k p( t − kTc ) Trong đó: 1, 0 ≤ t ≤ T p( t ) = 0 , nÕu kh¸c Ck = ±1 đối với lưỡng cực và bằng 0/1 đối với đơn cực được xác định như sau: Đơn cực Lưỡng cực “0” ↔ “+1” “1” ↔ “-1” Các thao tác nhân đối với các chuỗi lưỡng cực ở các mạch xử lý số sẽ được thay thế bằng thao tác hoặc loại trừ (XOR) đối với các chuỗi đơn cực ( và ngược lại). Hàm tự tương quan tuần hoàn chuẩn hoá của một chuỗi m là một hàm chẵn, tuần hoàn có dạng đầu đinh với chu kỳ bằng N= 2 m -1, được xác định theo công thức dưới đây. • Nếu chuỗi m có dạng đơn cực nhận hai giá trị “0” và “1”: 45 c ⊕c 1 N −1 j i+ j R (i) = ∑ ( −1) N j=0 (3.5) Bằng 1 đối với i = 0 (mod N) và bằng -1/N với i ≠0 (mod N) • Nếu chuỗi m có dạng lưỡng cực: R (i) = 1 N −1 ∑ c i × c i+ j N j= 0 (3.6) Bằng 1 đối với i = 0 (mod N) và bằng -1/N với i ≠0 (mod N) • Nếu chuỗi m là chuỗi mã PN được biễu diễn ở dạng xung có biện độ +1 và -1, thì hàm tương quan dạng tuần hoàn có chu kỳ NT c với chu kỳ thứ nhất được xác định như sau : 1 R c ( τ) = NTc NTc ∫ c(t + τ)c(t )dt 0 = (1 + 1 1 ) ∧ Tc ( τ ) − N N τ 1 1 − (1 + ), 0 ≤ τ ≤ Tc Tc N − 1 , T ≤ τ ≤ 1 NT c c 2 = N (2.43) Biểu thức trên có dạng tam giác được vẽ ở hình 2.5 Rc(i) i -N N a, Hàm tự tương quan cho chuỗi m. 1 Rc(t) -Ntc t -1/N Ntc b.Hàm tự tương quan cho chuỗi PN. 46 Hình 2.7. Hàm tự tương quan của tín hiệu PN nhận được từ chuỗi m. Thuộc tính VIII ( Các đoạn chạy) : Một đoạn chạy là một xâu các số “1” liên tiếp hay một xâu các số “0” liên tiếp. Trong mọi chuỗi m, một nửa độ dài là “1”, một phần tư có độ dài là hai, một phần tám có độ dài là 3, 1/2 n có độ dài là n đối với mọi n hữu hạn. Chẳng hạn có một đoạn chạy độ dài m của các số “1”, một đoạn chạy dày m-1 của các số “0” và đối với đoạn chạy độ dài k, 0 < k< m-1…, số đoạn chạy 0 bằng số đoạn chạy 1 và bằng 2m-k-2 Thuộc tính đoạn chạy có thể được chứng ming như sau: Thứ nhất: ta định nghĩa một khối là một đoạn chạy của các số 1 ( nghĩa là một xâu các số1 hay 111…11) và một khoảng trống là một đoạn chạy của các số 0 ( nghĩa là một xâu toàn các số 0 hay 000…00). Trước hết theo thuộc tính cửa sổ ta biết rằng m số 1 liên tiếp xuất hiện đúng một lần và trước và sau khối này là một số 0 như sau: vì thế 011...1110 1 4 2 43 m 0111...110 1 4 2 43 m−1 . Nhưng 0111..1110 1 42 43 m−1 hay 111..110 14 2 43 m−1 phải xuất hiện đúng một lần không bao giờ có thể xuất hiện và vì vậy không có khối nào có độ dài bằng m-1. m − ( k + 2) Thứ hai: số khối có độ dài k với 0〈 k 〈 m − 1 bằng 2 m− 2 ∑2 m − ( k + 2) Thứ ba: tổng số khối bằng 1+ k =1 =2 m− 2 . Thứ tư : tương tự không khoảng trống nào có độ dài m nhưng một khoản trống có độ dài m-1, vì thế tổng số khoảng trống sẽ bằng : m− 2 ∑2 1+ k =1 m − ( k + 2) =2 m− 2 Điều này chứng minh thuộc tính của đoạn chạy. Thuộc tính IX(pha đặc trưng): Có đúng 1 chuỗi c trong tập Sm thoả mãn điều kiện ci=c2i đối với tất cả i ∈ Z. Chuỗi m này được gọi là chuỗi c đặc trưng hay pha đặc trưng của các chỗi m trong tập Sm. 47 Thuộc tính IX (lấy mẫu): Lấy mẫu 1 từ n>0 của một chuỗi m c ( nghĩa là lấy mẫu c cứ n bit mã một lần), được biểu thị c [n], có chu kỳ bằng N/gcd(N,n) nếu không phải là chuỗi toàn không, đa thức tạo mã g’(x) của nó có gốc là n của các gốc của đa thức tạo mã g(x). Xét cách sử dụng hai thuộc tính IX và X : Giả sử n là một số nguyên dương và xét chuỗi y bằng cách lấy ra cứ n bit một y bit từ một chuỗi x , nghĩa là y i =x ni đối với tất cả i ∈ Z. Chuỗi được gọi là lấy mẫu theo n từ x và được kí hiệu là x[n]. Để kiểm tra thuộc tính pha đặc trưng ta xét không gian véc tơ của chuỗi S m như sau: c −1 1110010 T c 1100101 T −2 c 1001011 −3 T c 0010111 −4 T c 0101110 T −5 c 1011100 T −6 c 0111001 0000000 m S = = Trong số N=7 chuỗi m của S m chỉ có chuỗi c = 1001011 thoả mãn điều kiện c i =c 2i ( có nghĩa là chuỗi c 2i là chuỗi nhận được từ lấy mẫu chuỗi c i theo 2). Đối với thuộc tính lấy mẫu ta xét chuỗi c = 1110010, ở đây N=7 là số nguyên tố và vì thế các chuỗi lấy mẫu c [n] với n=1,2,3,4,5,6 đều có chu kì là7 và là các chuỗi m . Thực vậy : c [1]= c c [2]=1100101=T −1 c c [3]=1001110 c [4]=1011100=T −5 c 48 c [5]=1101001=T −4 c c [6]=1010011= T −5 c [3] Chúng ta đặc biệt lưu ý rằng c [1], c [2], c [4] có thể được tạo ra bởi đa thức 3 2 ' 3 g(x)=x +x +1 trong khi c [3], c [5], c [6] được tạo bởi đa thức g (x) = x +x+1. Thuộc tính lấy mẫu phát biểu rằng ta có thể tạo ra tất cả các chuỗi m bậc m khác nhau bằng dịch vòng khi sử dụng lấy mẫu phù hợp chỉ bằng một mạch. Như vậy nếu cho trước một đa thức nguyên thuỷ bất kì bậc m thì ta có thể xác định tất cả các đa thức bậc m khác. 2.2.5. Giới hạn của hàm tương quan chéo. Để so sánh thiết kế của chuỗi SSMA khác nhau ta cần một tiêu chuẩn hay một chỉ tiêu định lượng để đánh giá. Một chọn lựa tốt nhất là đại lượng cực đại của các hàm tự tương quan tuần hoàn lệch pha và các tự tương quan chéo được ký hiệu là Rmax. Tự tương quan lệch pha thấp có nghĩa là thực hiện đồng bộ dễ hơn, xòn tương quan chéo thấp có nghĩa là xuyên âm thấp hơn. ⇒ Hai yếu tố có thể gây nên khó đồng bộ và xuyên âm cho chuỗi PN là tương quan tuần hoàn lệch pha và các tự tương quan chéo. Ta sẽ xét lần lượt hai nguyên nhân này và đưa ra hướng khắc phục. 2.2.5.1. Tự tương quan lệch pha thấp Các chuỗi m có tự tương quan tuần hoàn tốt nhất ở ý nghĩa cực tiểu hoá giá trị cực đại của tự tương quan lệch pha vì thế chúng rất tốt để đồng bộ mã. Các thuộc tính tự tương quan của chúng được sử dụng tốt nhất nếu cửa sổ đồng bộ dài hơn một chu kì ( hình 3.5). Trên hình 3.5 a cửa sổ đồng bộ chứa một số bản sao của một chuỗi m. Chuỗi m được tạo tại chỗ sẽ chồng lấn lên chuỗi m thu và vì vậy giá trị tương quan được cho ở hình 3.5. Mặt khác, nếu cửa sổ đồng bộ chỉ dài một chu kì hay ngắn hơn thì tương quan như ở hình 3.5b. Các chuỗi Barker là các chuỗi có đại lượng tương quan lệch pha không tuần hoàn giới hạn bởi 1 ( hình 3.5b), chúng được sử dụng rộng rãi như là các chuỗi đồng bộ. Các chuỗi Barker được biết với các chiều dài N=1,2,3,4,5,7,11 và 13. 49 + ++,+-, +++++-,++-+ +++- + +++-- ++++--- +-- ++++++-- ++- +- + Cho đến nay người ta chưa tìm ra chuỗi Barker cơ số hai nào có độ dài lớn hơn . Lưu ý rằng nếu X =( X 0 , X 1 ,…, X N −1 ) là một chuỗi Barker thì - X và ngược (r ) X X X X của X là X =( N −1 , N − 2 ,…, 1 , 0 ) cũng phải là một chuỗi Barker. Cửa sổ đồng bộ. Chuỗi thu Chuỗi được tạo tại chỗ i t=0 t=T a, Tự tương quan tuần hoàn. Chuỗi thu. i>0 〈 t=0 t=T b, Tự tương quan không tuần hoàn. X . X7 -7 -150 7 i Hình 2.8.a.Tính hàm tự tương quan tuần hoàn cho chuỗi m:-++-+-b.Tính hàm tự tương quan không tuần hoàn cho chuỗi Barker:+++--+-. Như vậy để khắc phục tự tương quan lệch pha của các tương quan chéo gây nên khó đồng bộ các chuỗi m là cực tiểu hoá giá trị cực đại của tự tương quan lệch pha. Nghĩa là Rmax> (2N – 2)1/2 phải là cực tiểu. 2.2.5.2. Tương quan chéo thấp Giả sử tương quan chéo tuần hoàn của hai chuỗi ( có thể là phức) U = u0u1u2…uN-1 và V = v0v1v2….vN-1( trong đó u,v có giá trị hoặc +1 hoặc -1 đối với chuỗi cơ số 2) như sau: N −1 Ru,v(n) = ∑u v i =0 * i n +i , n∈ z Trong đó chỉ số n +i được tính theo modN( chia cho N lấy dư). Nếu cặp chuỗi m có tương quan chéo lớn thì sẽ gây nhiễu xuyên âm lớn cho việc sử dụng trong cùng một tập chuỗi SSMA. Do số lần dịch lớn nên nhiễu giao thoa lớn như vậy nếu cặp chuỗi m có tương quan chéo lớn sẽ không được sử dụng trong cùng một tập chuỗi SSMA. ⇒ Hướng khắc phục cho nhiễu xuyên âm của các cặp chuỗi PN đó là cần đảm bảo các giá trị tương quan chéo ở mọi lần dịch tương đối đủ nhỏ để nhiễu giao thoa tương hỗ (xuyên âm) giữa hai người sử dụng nhỏ. Có thể xây dựng một tập N+2 các chuỗi Gold có độ dài N = 2 m – 1 từ một cặp các chuỗi m ưa chuộng có cùng chu kỳ N y VD chuỗi x và có hàm tương quan chéo 3 trị R x,y(n) = -1, -t(m) t(m) – 2 và tự tương quan 4 trị Rx,x(n) = 2m-1, -1, t(m) – 2, -t(m) ∀ n ∈ z [ ( m+ 2) / 2] Trong đó t(m) = 1 + 2 . 51 hay 2.2.6. Các chuỗi đa thâm nhập trải phổ đặc biệt 2.2.6.1. Các chuỗi Gold. Như đã giới thiệu các đặc tính của chuỗi giả tạp âm, nó là các hàm tự tương quan đầu đinh . Các chuỗi m rất hoàn hảo cho hoạt động đồng bộ mã. Đối với các thông tin dị bộ nhiều người dùng cần có tập hợp lớn các chuỗi đa truy nhập trải phổ hay CDMA có giá trị tương quan chéo nhỏ. Chuỗi GOLD là một trong số các chuỗi đáp ứng tốt nhu cầu này. Giả sử ta định nghĩa hàm tương qua chéo tuần hoàn của hai chuỗi u = u 0 u1u 2 ... u N −1 và v = v 0 v1v 2 ... v N −1 ( trong đó u i và v i có các giá trị hoặc +1 hoặc -1 ) như sau : N -1 Ru,v = ∑ u i v n +i , n ∈ Z * i =0 chỉ số n+i được tính theo mod N. Cần đảm bảo cho các giá trị tương quan chéo ở mọi lần dịch tương đối đủ nhỏ để nhiễu giao thao tương hỗ( xuyên âm) giữa hai người sử dụng là nhỏ. Số 1 ϕ(N ) chuỗi m có độ dài 2 -1 bằng m , tuy nhiên một số cặp chuỗi m có tính tương m quan chéo lớn nên chúng không phù hợp cho việc sử dụng trong cùng một tập chuỗi SSMA. Một họ các chuỗi tuần hoàn có thể đảm bảo các tập chuỗi có tính tương quan chéo tuần hoàn tốt là chuỗi Gold. Có thể xây dựng một tập N+2 các chuỗi Gold độ dài N= 2m-1 từ preferred-pair của cặp chuỗi m. Một preferred-pair của cặp chuỗi y m, chẳng hạn x và , có hàm tương quan chéo 3 trị: R x, y (n)= -1, -t(m) hay t(m)-2 Và tự tương quan 4 trị : R x , y ( n ) = 2 m −1 , 1 , t(m) - 2,-t(m) Đối với tất cả n, trong đó t(m)= 1+2 [(m+2)/2], với [c] ký hiệu cho phần nguyên của số thực c. Khi tính toán các giá trị tương quan trước hết phải chuyển đổi các giá 52 trị 0 và 1 thành 1 và -1. Tập hợp các chuỗi Gold bao gồm cặp chuỗi m được y y preferred-pair x và và các tổng mod 2 của x với dịch vòng . 1 ϕ(7) = 2 Ví Dụ chuỗi Gold có m = 3. Có tất cả 3 chuỗi m khác nhau bằng cách dịch vòng với độ dài 7. hai đa thức nguyên thuỷ bậc m = 3 là x 3 + x2 + 1 và y x3+ x + 1 tạo ra các chuỗi x = 1001011 và = 1001110. Nạp khởi đầu cho cả hai thanh ghi dịch này là 001. Dễ dàng kiểm tra rằng hàm tự tương quan của cả hai chuỗi này đều là cùng 1 hàm có dạng đầu đinh. Ngoài ra hàm tự tương qua chéo của y cặp chuỗi m sẽ có 3 giá trị -1,-5 hoặc 3, vì thế x và là cặp preferred-pair của chuỗi m. Bộ tạo mã Gold được cho ở hình 2.9. Chuçi Gold 1 hoÆc 0 1 hoÆc 0 1 hoÆc 0 Hình 2.9. Bộ tạo mã Gold cho cặp preferred-pair x3 + x2 + 1 và x3 + x + 1 2.2.7. Chuỗi KASAMI Một họ quan trọng khác của các chuỗi SSMA là các chuỗi Kasami. Giả thiết m m là một số nguyên chẵn và x là một chuỗi m có chu kì 2 -1. Các chuỗi Kasami nhận 53 được bằng cách lấy mẫu chuỗi m x và thực hiện cộng mod 2 ở các chuỗi dịch vòng. Để xây dựng chuỗi Kasami , trước tiên tìm chuỗi lấy mẫu s(m) = 2 m 2 y +1. Chuỗi lấy mẫu m nhỏ hơn bằng (2 -1)/s(m)= 2 m 2 y = x [s(m)], trong đó cũng là một chuỗi m tuần hoàn nhưng với chu kì -1. Tập nhỏ của chuỗi Kasami được xác định bởi: { x , x ⊕ y , x ⊕ T −1 y ,...., x ⊕ T − (2 S kasami= Tổng số chuỗi trong tập này là 2 m 2 m 2 − 2) } y . Hàm tương quan chéo của hai chuỗi Kasami nhận các giá trị trong tập {-1,-s(m),s(m)-2}. 4 3 Để minh hoạ , ta xét trường hợp m=4 và đa thức nguyên thuỷ x +x +1 tạo ra chuỗi m x = 100010011010111 đối với giá trị nạp ban đầu là 0001. Giá trị của hằng 2 y s(m) là 2 +1 = 5. Lấy mẫu x theo s(m), ta được = x [5]=101101101101101 bao gồm s(m) ( bằng 5) các chuỗi m, mỗi chuỗi có chu kì 2 trị bằng 3) ta được 2 m 2 m 2 -1 ( trường hợp này có giá m =4 chuỗi Kasami có độ dài 2 -1= 15 như sau: 100010011010111 001111110111010 111001000001100 010100101100001 2.2.8. Các hàm trực giao Các hàm trực giao được sử dụng để cải thiện hiệu suất băng tần của các hệ thống trải phổ. Trong hệ thống thông tin di động CDMA mỗi người sử dụng một phần tử trong tập các hàm trực giao. Hàm Walsh và các chuỗi Hadamard tạo nên một tập các hàm trực giao được sử dụng cho CDMA. Với hệ thống CDMA, các hàm Walsh được sử dụng theo hai cách: là mã trải phổ hay để tạo ra các kí hiệu trực giao. Các hàm Walsh được tạo ra bằng các ma trạn vuông đặc biệt được gọi là các ma trận Hadarmad. Các ma trận này chứa một hàng toàn các số “0” và các hàng còn 54 lại có số số “0” và số số “1” bằng nhau. Hàm Walsh được cấu trúc có độ dài khối j N=2 , trong đó j là một số nguyên dương. Các tổ hợp mã ở hàng của ma trận là các hàm trực giao được xác định theo ma trận Hadarmad như sau: 0 0 0 0 0 H 1 =0, H 2 = 0 1 , H 4 = 0 HN là đảo cơ số hai của 0 1 0 1 HN 0 0 1 1 0 1 1 0, HN HN H 2N = H N HN . 2.2.9. Quy hoạch mã Các hệ thống cdmaOne và cdma2000 sử dụng các mã khác nhau để trải phổ, nhận dạng kênh, nhận dạng BTS và nhận dạng người sử dụng. Các mã này đều có tốc độ chíp là :R c = N x 1,2288Mchip/s với N= 1,3,6,9,12 tương ứng với độ rộng chíp bằng: T c = 0.814/ N ( µ s ). 2.2.9.1. Mã PN dài ( Long PN Code) Mã PN dài là một chuỗi mã có chu kì lặp 2 42 -1 chíp được tạo ra trên cơ sở đa thức tạo mã sau: 42 35 33 31 27 26 22 21 19 18 17 16 10 g(x)=x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x 6 5 3 7 2 +x +x +x +x +x+1. Trên đường xuống mã dài được sử dụng để nhận dạng người sử dụng cho cdmaOne và cdma2000. Trên đường lên mã dài ( với các dịch thời khác nhau được tạo ra bởi mặt chắn) sử dụng để: nhận dạng người sử dụng, định kênh và trải phổ cho cdmaOne, riêng đối với cdma2000 mã dài được sử dụng để nhận dạng nguồn phát ( tức là MS). Trạng thái ban đầu của bộ tạo mã được quy định là trạng thái mà ở đó đầu ra bộ tạo mã là ‘1’ đi sau 41 số ‘0’ liên tiếp. 2.2.9.2. Mã PN ngắn ( Short PN code) Các mã PN ngắn còn gọi là các chuỗi PN hoa tiêu kênh I và kênh Q được tạo bởi các bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên xác định theo các đa thức tạo mã sau: 15 13 9 8 7 5 g I (x)= x +x +x +x +x +x +1 55 15 12 11 10 6 5 4 3 g Q (x) = x +x +x +x +x +x +x +x +1 Trong đó gI(x) và g Q (x) là các bộ tạo mã cho chuỗi hoa tiêu kênh I và kênh Q 15 tương ứng. Các chuỗi tạo bởi đa thức tạo mã nói trên có độ dài bằng 2 -1= 32767. Đoạn 14 số ‘0’ liên tiếp trong các chuỗi được bổ xung thêm một số ‘0’ để được dãy 15 số ‘0’ và chuỗi này sẽ có độ dài 32768. Trên đường xuống mã ngắn ( với các dịch thời khác nhau được tạo ra từ mặt chắn) được sử dụng để nhận dạng BTS , trên đường lên mã ngắn ( chỉ cho cdmaOne) chỉ sử dụng để tăng cường cho trải phổ. Trạng thái ban đầu của bộ tạo mã được quy định là trạng thái mà ở đó đầu ra của bộ tạo mã là ‘1’ đi sau 15 số ‘0’ liên tiếp. 2.2.9.3. Mã trực giao Walsh Mã trực giao Walsh được xây dựng dựa trên ma trận Hadarmad, cdmaOne chỉ sử dụng một ma trận H 64 . Các mã này được đánh chỉ số từ W 0 đến W 63 được sử dụng để trải phổ và nhận dạng kênh cho đường xuống và điều chế trực giao cho đường lên . Hệ thống cdma2000 sử dụng các ma trận Hadarmad khác nhau để tạo ra N các mã Walsh W n , trong đó N ≤ 512 và 1≤ n ≤ N 2 −1 để nhận dạng các kênh cho đường xuống và đường lên. Lưu ý chỉ số N ở đây tương ứng với chỉ số ma trận còn 256 n tương ứng với chỉ số của mã, chẳng hạn W 32 là mã nhận được từ hàng 33 của ma trận H 256 . 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG Mỗi loại hệ thống đều có những ưu nhược điểm. Việc chọn hệ thống nào phải dựa trên các ứng dụng đặc thù. Hệ thống DS/SS giảm nhiễu giao thoa bằng cách trải rộng nó ở một phổ tần rộng, hệ thống FH/SS ở một thời điểm cho trước, những người sử dụng phát các tần số khác nhau vì thế có thể tránh được nhiễu giao thoa, hệ thống TH/SS tránh nhiễu giao thoa bằng cách tránh không để nhiều hơn một người sử dụng phát trong cùng một thời điểm. Trong thực tế hệ thống DS/SS có chất lượng tốt hơn do sử dụng giải điều chế nhất quán nhưng giá thành của mạch 56 khóa pha sóng mang đắt. Chương tiếp theo sẻ trình bày về hệ thống trải phổ trực tiếp và một số bài toán mô phỏng. 57 CHƯƠNG 3: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 3.1. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP 3.1.1. Giới thiệu về hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum). Tín hiệu DSSS nhận được khi điều chế (nhân) bản tin bằng một tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng. Tích này trở thành một tín hiệu băng rộng. Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao. Hệ thống DS đó được áp dụng đối với các khoảng cách đa dạng như đo khoảng cách JPL bởi Golomb (thông tin số với ứng dụng khoảng cách),... Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo lường hoặc trong phòng thí nghiệm. Trong hệ thống trải phổ trực tiếp chúng ta nghiên cứu các máy phát và các máy thu cho các hệ thống DSSS sử dụng khoá chuyển pha cơ số hai (BPSK: Binary Phase Shift Keying) và khoá chuyển pha vuông góc (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying). Ta cũng xét ảnh hưởng của tạp âm và gây nghẽn lên hoạt động của một hệ thống DSSS. Cuối cùng ta cũng nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng chung kênh của nhiều người sử dụng: nhiễu giao thoa của nhiều người sử dụng và ảnh hưởng của truyền đa tia. Trong một hệ thống DSSS, một tín hiệu liên tục theo thời gian được gọi là tín hiệu PN được tạo ra từ chuỗi PN dùng để trải phổ. Giả thiết chuỗi PN này là cơ số hai, nghĩa là ci=± 1, thì tín hiệu PN này là: c(t ) = ∑ ci PTc (t − iTc ) trong đó PTc (3.1) là xung chữ nhật đơn vị được cho bởi phương trình : 58 1( 0 ≤ t ≤ Tc ) 0 ( t 〈0, t 〉Tc ) Tc P = (3.2) Ci được gọi là chíp và khoảng thời gian Tc giây được gọi là thời gian chíp. Lưu ý rằng tín hiệu PN có chu kỳ là NT c. Một thí dụ của chuỗi này được cho ở hình 2.1 đối với N = 15 và {ci,i = 0,1, . . . ., 14} = {1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1}. Tín hiệu (chuỗi) PN còn được gọi là tín hiệu (chuỗi) trải phổ, tín hiệu (chuỗi) ngẫu nhiên và dạng sóng (chuỗi) của chữ ký (Signature). Mét chu kú c(t) 1 t -1 N= 15; {c,i=0, ...,14}={1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1} Hình 3.1. Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15 3.1.2. Hệ thống DSSS – BPSK a. Máy phát DSSS - BPSK Sơ đồ khối của máy phát DSSS sử dụng BPSK được cho ở hình 3.2. bé ®iÒu chÕ (bpsk) B¶n tin c¬ sè hai d(t) TÝn hiÖu DSSS-BPSK TÝn hiÖu PN c¬ sè hai c(t) 2E b cos(2πf c t + θ) tb Hình 3.2. Sơ đồ khối của máy phát DSSS – BPSK Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ± 1 như sau: ∞ d d k (t ) = ∑ i =−∞ k (i ) PTb (t − iTb ) ) (3.3) 59 Trong đó d k (i) = ± 1 là bít số liệu thứ i và T b là độ rộng của một bít số liệu (tốc độ số liệu là 1/T b bít/s). Tín hiệu d k (t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau. Tín hiệu nhận được d(t)c(t) sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK, kết quả cho ta tín hiệu DSSS - BPSK xác định theo công thức sau: 2E b d( t )c( t ) cos(2πf c t + θ) Tb s (t ) = (3.4 ) Trong đó E b là năng lượng trên một bít của sóng mang, T b là độ rộng một bít, f c tần số mang và là pha ban đầu của sóng mang. Thí dụ về các tín hiệu này được vẽ trên cùng một hình . Trong rất nhiều ứng dụng một bít bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu PN, nghĩa là Tb = NTc. Ta sử dụng giả thiết này cho các hệ thống DSSS trong toàn bộ thuyết minh , nếu như không có định nghĩa khác. Trong trường hợp hình 3.3 ta sử dụng N = 7. Ta có thể thấy rằng tích của d(t)c(t) cũng là một tín hiệu cơ số hai có biên độ ± 1, có cùng tần số với tín hiệu PN. Tín hiệu DSSS -BPSK nhận được được vẽ ở đồ thị cuối cùng của hình 3.3. d(t) 1 t 0 Tb -1 2Tb 3Tb Mét chu kú c(t) 1 -1 1 d(t)c(t) -1 s(t) 1 -1 t 0 Tc NTc (Gi¶ thiÕt lµ N=7; Tb=NTc) 2NTc t 0 Tc NTc 2NTc t 0 Tc NTc 2NTc (H×nh vÏ nµy cho sãng mang cã θ = -π/2 vµ fc=1/Tc) 60 Hình 3.3. Giản đồ của máy phát DSSS – BPSK 61 b. Máy thu DSSS - BPSK Sơ đồ khối của máy thu DSSS - BPSK được cho ở hình 3.4. Kh«i phôc ®hkh 2 cos(2πf c t + θ' ) Tb ĐHKH: Đồng hồ ký hiệu SM: Sóng mang Kh«i phôc sm ti t i + Tb w(t) ∫ (.) d(t )Zi 1 hoÆc -1 ti c=(t-τ) Bé t¹o tÝn hiÖu PN néi §ång bé tÝn hiÖu PN bé gi¶i ®iÒu chÕ bpsk Hình 3.4. Sơ đồ máy thu DSSS – BPSK Mục đích của máy thu này là lấy ra bản tin d k (t) (số liệu {di}) từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phát cộng với tạp âm. Do tồn tại trễ truyền lan τ nên tín hiệu thu là : r (t ) = s (t − τ ) + n(t ) = 2E bτ d( t − τ)c( t − τ) cos(2πfc( t − π) + θ' ) + n ( t ) Tb (3.5) Trong đó Ebr là năng lượng trung bình của sóng mang trên một bít, n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu. 1 s(t-t ) 0 -1 t NTc t NTc t t 0 NTc 2 1 t 3 1 c(t-t ) 0 -1 t t w(t) -A t 0 62 Hình 3.5. Giản đồ của máy thu DSSS - BPSK Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng không có tạp âm. Trước hết tín hiệu thu được trải phổ để giảm băng tần rộng vào băng tần hẹp. Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc. Để giải trải phổ tín hiệu thu được nhân với tín hiệu (đồng bộ) PN được tạo ra ở máy thu, ta được: 2 E bτ d ( t − τ)c 2 ( t − τ) cos(2πfct + θ' ) Tb w(t ) = 2 E bτ d ( t − τ) cos(2πf c t + θ' ) Tb = (3.6) Vì c(t) bằng ± 1, trong đó . Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần theo Niquist là 1/T b . Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha (và tần số fc) cũng như điểm khởi đầu của từng bít. Một bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan(Correlator) hai bộ lọc phối hợp (Matched Filter) đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng. Để tách ra bít số liệu thứ i, bộ tương quan tính toán: zi = t i + Tb ∫ 2 cos(2πfct + θ' )d ( t ) Tb w (t ) ti = 2 E bτ Tb t i + Tb ∫ d(t − τ) cos (2πf c t + θ' )d ( t ) ti ti +Tb Ebr ∫ ti = 2 d (t − τ ) 1 + cos 2 (2π f c t + 2θ ') d (t ) = Ebr d (t − τ ) = ± Ebr (3.7) Trong đó ti = iTb + τ là thời điểm đầu của bít thứ i. Vì là +1 hoặc -1 trong thời gian một bít, nên thành phần thứ nhất của tích phân sẽ cho ta T b hoặc -Tb. Thành phần thứ hai là thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân gần bằng 0. Vậy kết quả cho Zi = Ebr hay- Ebr . Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay bộ so sánh) với ngưỡng 0, ta được đầu ra cơ số hai 1 hay -1. Ngoài thành phần tín hiệu ± Ebr , đầu của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm có thể gây ra lỗi. 63 Lưu ý rằng ở hình 3.5 thứ tự giữa nhân tín hiệu PN và nhân sóng mang có thể đổi lẫn mà không làm thay đổi kết quả. Tín hiệu PN đóng vai trò như một “ mã” được biết trước cả ở máy phát lẫn máy thu chủ định. Vì máy thu chủ định biết trước mã nên có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin. Mặt khác một máy thu không chủ định không biết được mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không thể “giải mã” bản tin. Điều này thể hiện rõ ở phương trình (3.4), do c(t) nên máy thu không chủ định chỉ nhìn thấy một tín hiệu ngẫu nhiên ± 1. Ta đã giả thiết rằng máy thu biết trước một số thông số sau: , t i, , fc. Thông thường máy thu biết được tần số mang f c , nên nó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ dao động nội và tần số sóng mang, thì một tần số gần với f c có thể được tạo ra và có thể theo dõi được tần số chính xác bằng một mạch vòng hồi tiếp, vòng khoá pha chẳng hạn. Máy thu phải nhận được các thông số khác như , t i và từ tín hiệu thu được. Quá trình nhận được được gọi là quá trình đồng bộ, thường được thực hiện ở hai bước: bắt và bám. Quá trình nhận được t i được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ(định thời) ký hiệu (Symbol Timing Recovery). Còn quá trình nhận được Θ’(cũng như fc)được gọi là quá trình khôi phục sóng mang. Việc khôi phục sóng mang và đồng hồ là cần thiết ở mọi máy thu thông tin số liệu đồng bộ và chúng được xét ở hầu hết các tài liệu về thông tin. Khi T b/Tc =N(chu kỳ của chuỗi PN), có thể nhận được định thời của ký hiệu t i một khi đã biết τ . Hình 3.5 cũng cho thấy đồng bộ, khôi phục đồng hồ và sóng mang. Ta hãy khảo sát một cách ngắn gọn ảnh hưởng của sai pha sóng mang và sai ' pha mã ở máy thu. Giả thiết rằng máy thu sử dụng cos ( 2π f ct + θ + γ ) thay cho cho bộ giải điều chế và sử dụng c(t- ) làm tín hiệu PN nội, nghĩa là sóng mang có sai pha và tín hiệu PN có sai pha τ - τ . khi này Zi sẽ là: ' zi = 2 Ebr Tb ti +Tb ∫ d (t − τ )c (t − τ )c (t − τ ' ) ti 64 ' cos ( 2π f ct + θ ) 2 ' T x b cos ( 2π f ct + θ )dt =± E br Tb cos(γ ) t i + Tb ∫ c(t − τ)c(t − τ' )d(t ) ti = ± E br cos(γ )R c (τ − τ' ) (3.8) Trong đó dòng thứ hai được rút ra tự lập luận là tích phân của thành phần tần số nhân đôi bằng 0. Vì thế | zi | cực đại khiγ= 0 và τ - τ = 0. Nếu ' |–’| > Tc hay |γ| = π /2, thì z i= 0 và máy thu vô dụng . Khi | –’ | < T c và |γ| [...]... phía thu, phổ của tín hiệu lại được nén trở lại về phổ của tín hiệu gốc (xem hình 1.4) T T/L Máy phát dùng mã PN để trải phổ Phổ tín hiệu đã phát Phổ tin tức Trải phổ Fc T/L Máy thu dùng bản sao mã PN để nén phổ Fc+T/L T Phổ tín hiệu thu được Phổ tin tức Nén phổ fc fc+T/L 0 1/T Hình 1.4 Phổ trong quá trình phát và thu CDMA 15 f 1.2.3 Các đặc tính của CDMA 1.2.3.1 Tính đa dạng của phân tập Trong hệ thống... tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại 20 mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN 1.3.2 So sánh hệ thống CDMA và hệ thống sử dụng TDMA Từ cấu trúc, các đặc tính CDMA và các phương... như tạp âm Như vậy mã trải phổ đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ thống trải phổ, các mã trải phổ được lựa chọn cho các hệ thống thông tin trải phổ phải có tính trực giao cao, giống như tạp âm và cho phép tạo ra nhiều mã cho nhiều người sử dụng khác nhau Từ lý thuyết xác suất ta biết rằng một chuỗi ngẫu nhiên cơ số hai độc lập là một chuỗi Bernoulli và trong các tài liệu kỹ thuật thường được gọi... thuận lợi trong việc phân chia tải cho các vùng phục vụ, tiết kiệm công suất phát của các BTS nâng cao hiệu quả của hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi Những người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Để hiểu rõ hơn về kỹ thuật trải phổ sẻ được trình bày trong. .. di động và mạng cố định Nó chịu trách nhiệm định tuyến cuộc gọi từ mạng cố định đến mạng di động và ngược lại 14 1.2.1.4 Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC OMC được kết nối đến các thành phần khác nhau của MSC và đến BSC để điều khiển và giám sát hệ thống MSC Nó còn chịu trách nhiệm điều khiển lưu lượng của BSS 1.2.2 Nguyên lý kỹ thuật mạng CDMA CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có... sử dụng một chuỗi hữu hạn để biểu diễn tích phân trong đó t = ∆t , f = 1 / T ; dt = ∆t ; ∆t = t / N khi đó: Ww ( f ) N −1 f =n / T = ∑ w(k∆t )e − j ( 2π / N ) nk ∆t k =0 quan hệ giữa CFT và DFT là: So sánh phương trình này với X(n) ta có mối Ww ( f ) f =n / T = ∆t X (n) (2.38) 2.2 Mà TRẢI PHỔ 2.2.1 Giới thiệu chung về mã trải phổ Trong hệ thống thông tin trải phổ việc kết hợp tín hiệu với mã trải phổ. .. đầu ra (mã trải phổ ngẫu nhiên, PNPseudoNoise: giả tạp âm) của máy phát PN Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác như khi tín hiệu được xử lý ở máy phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận được Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lương tín hiệu vào một dải tần rất rộng hơn phổ gốc của... rỏ ràng về - Số người sử dụng trong một số người sử dụng trong một cell là cố định khi các kênh bị cell Có tính bảo mật cao hơn nhờ chiếm hết mã trải phổ 21 Tính bao mật thông tin thấp 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Những khái niệm đã trình bày trong chương này làm rõ về cấu trúc chung và cách tổ chức của của các khối trong hệ thống Với cấu trúc mạng như vậy, việc điều hành, khai thác và quản lý các thuê bao sẻ... người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên Một kênh CDMA rộng 1,23 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz, tổng cộng 1,77 MHz CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt (chip rate) 1,2288 MHz Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế... Ở CDMA tồn tại hai loại chuyển giao là chuyển giao mềm (Soft Handoff) và chuyển giao cứng (Hard Handoff) +Chuyển giao giữa các ô hay chuyển giao mềm (Soft Handoff) +Chuyển giao giữa các đoạn ô (Intersector) hay chuyển giao mềm hơn (SofterHandoff) +Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA này với hệ thống CDMA khác +Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tương tự MS MS Hình 1.5 Chuyển giao mềm và ... thng mi h thng CDMA 2000 1x u tiờn trờn th gii Th gii cú 80 triu thuờ bao CDMA Nm 2001, CDMA 2000 1x EV tr thnh mt chun ca 3G.Ch thỏng, t thỏng n thỏng 9/2002: t 127 triu thuờ bao, CDMA ó vt qua... Mt tin b ln hn ca vic iu khin cụng sut h thng CDMA l lm gim cụng sut phỏt trung bỡnh Trong a s trng hp thỡ mụi trng truyn dn l thun li i vi CDMA Trong cỏc h thng bng hp thỡ cụng sut phỏt cao... (SofterHandoff) +Chuyn giao cng gia h thng CDMA ny vi h thng CDMA khỏc +Chuyn giao cng gia h thng CDMA n h thng tng t MS MS Hỡnh 1.5 Chuyn giao mm v chuyn giao cng CDMA 17 MS 1.2.3.5 Giỏ tr Eb/No thp