Đồ án Hệ thống thông tin di động CDMA

nh từng bit trong một chu kỳ của dãy mã với bit tương ứng cùng vị trí của dãy mã đó nhưng được dịch đi một vị trí bất kỳ thì để đảm bảo tính tương quan, số số hạng phù hợp và số số hạng không phù hợp nhau trênh lệch nhau không quá một. 2.3.3. Dãy ghi dịch Dãy ghi dịch ( dãy m - dãy có độ dài cực đại ) có sơ đồ như hình 6 . Trong sơ đồ này, có N flip flop D, được mắc thành bộ ghi dịch, mạch hồi tiếp gồm các cổng XOR và các khoá gi . Sự lựa chọn giá trị N và các trạng thái nối thông hay hở mạch của gi làm cho thay đổi chiều dài và các đặc tính của dãy PN được tạo ra. Trong số đó, dãy có chiều dài là L = 2N - 1(L là số chip (cắt) và N là số flip flop D). Hoạt động của bộ ghi dịch được điều khiển bởi dãy các xung nhịp. Khi một xung nhịp tác động, nội dung của mỗi phần tử nhớ của bộ ghi dịch sang phần tử nhớ bên phải. 0 1 N N-2 N-1 g0 g1 gN-2 gN-1 gN D0 Q0 Q1 QN-2 QN-1 QN b(D) Hình 2.1 9. Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính (qua XOR) phát ra dãy m. Dưới đây là bảng giới thiệu số liệu về mạch hình 2.19. Số flip flop N Chiều dài dãy L = 2N - 1 Sốdãy S Hàm D0 Của dãy m 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7 15 31 63 127 255 511 1023 2047 4095 8191 16383 32767 2 2 6 6 18 16 48 60 176 144 630 756 1800 Q1Q2 Q2Q3 Q2Q4 Q4Q5 Q5Q6 Q1Q2Q3Q7 Q4Q8 Q6Q9 Q8Q10 Q1Q9Q10Q11 Q0Q10Q11Q12 Q1Q11Q12Q13Q14 Một số dặc trưng của mã trải phổ dãy m: Tính cân đối: dãy một có 2N-1 - 1 số 0 và 2N-1 số 1 trong chu kỳ L. Tính dịch và cộng: Nếu cộng module 2 một dãy m tạo ra do chính nó đã dịch đi, thì được một dãy m dịch đi so với 2 dãy được cộng. Tính tự tương quan chu kỳ: nếu ta thay logic 0 của dãym bằng +1 và thay logic 1 của dãy m bằng -1, thì hàm tự tương quan chu kỳ là: Tính chạy: Một bước chạy là dãy các bit liên tiếp có cùng mức logic, độ dài của các bước chạy là số bit trong các bước chạy đó. Trong 1 chu kỳ của dãy m có 1/21 số bước chạy có độ dài bằng 1, 1/22 số bước chạy có độ dài bằng 2 và 1/23 số bước chạy có độ dài bằng 3 .... Ví dụ: Với mạch nguyên lý hình 17, ta thiết kế một dãy ghi dịch với 4 phần tử nhớ như sau: 0 1 3 2 Dãy mã ra Hình 2.20: Dãy ghi dịch 4 phần tử nhớ Hoạt động của bộ ghi dịch được điều khiển bởi các dãy xung nhịp. Khi một xung nhịp tác động, nội dung của mỗi phần tử nhớ của bộ ghi dịch được dịch một bit. Giả sử trạng thái ban đầu của bộ ghi dịch là 1000. Khi đó trạng thái kế tiếp của thanh ghi sẽ là: 1000 0100 0010 1001 1100 0110 1011 0101 1010 1101 1110 1111 0111 0011 0001 1000 ..... Trạng thái cuối 1000 trùng với trạng thái ban đầu, tức là thanh ghi lặp lại sau 15 xung nhịp. Khi đó đầu ra bộ ghi dịch là: 000100110101111. Ta có thể chứng minh đây là một dãy mã giả tạp âm bằng cách kiểm tra 3 tính chất ngẫu nhiên của Bernoulli như sau: Tính cân đối: Số chữ số 0: N0 = 7. Số chữ số 1: N1 = 8. N1 - N0 = 1 , tức là thoả mãn tính cân đối. Tính chạy: Số bước chạy có độ dài là 1: R1 = 4. Số bước chạy có độ dài là 2: R2 = 2. Số bước chạy có độ dài là 3: R3 = 1. Số bước chạy có độ dài là 4: R4 = 1. Tức là thoả mãn tính chạy. Ta có bảng sau: Bước chạy Tỷ số Ri/R R1 4 1/2 R2 2 1/4 = 1/22 R3 1 1/8 = 1/23 R4 1 1/8 = 1/24-1 Tổng số (R) 8 Tính tương quan: Giả sử cho dãy mã dịch trái một vị trí, khi đó: Dịch Dãy m Cùng (A) Khác (D) A - D 0 1 2 3 4 ...... 000100110101111 001001101011110 010011010111100 100110101111000 001101011110001 15 7 7 7 7 0 8 8 8 8 15 -1 -1 -1 -1 Như vậy số số hạng phù hợp và số số hạng không phù hợp trênh lệch nhau là 1, tức là thỏa mãn tính tương quan.--> dãy mã 000100110101111 được tạo ra từ bộ ghi dịch trên chính là dãy mã giả tạp âm. 2.3.4 Dãy Gold Dãy Gold là mã trải phổ dùng cho CDMA, hàm tương quan chéo giữa hai dãy Gold bất kỳ khá nhỏ, hàm tương quan chéo lấy 1 trong 3 giá trị sau: N lẻ N chẵn với 1 *[r(N)-2] - 0 Hình 2. 21. Hàm tự tương quan của một dãy Gold. Dãy Gold là kết quả cộng module 2 đối với hai dãy m được định thời bằng cùng tốc độ chip fc . Trong việc thiết kế mạch tạo dãy Gold cho CDMA, điều quan trọng nhất là chọn đúng cặp dãy một (cặp phù hợp có ba giá trị hàm tương quan như trên hình 8 ). Sơ đồ mạch tạo mã Gold đơn giản, và tạo ra được số lượng lớn dãy Gold cung cấp cho các MS trong mạng CDMA. Như hình vẽ sau: 1 5 2 3 4 6 7 8 9 1 5 2 3 4 6 7 8 9 h(x) = x9+x4+1 h(x) = x9+x7+x6+x4+x3+x+1 Hình 2. 22 Mạch tạo dãy Gold (trường hợp 511 chip) 2.3.5 Hàm tự tương quan giả tạp âm: Từ phần trước ta đã đề cập đến hàm tự tương quan giả tạp âm, ở phần này ta nghiên cứu một cách chi tiết hơn. Hàm tự tương quan Rx() của tín hiệu ngẫu nhiên tuần hoàn x() với chu kỳ T0 = PTc , trong đó P là chu kỳ lặp của dãy mã, Tc là thời gian tồn tại của một chip, tính theo công thức: Rx() = Trong đó To = PTc = (2n - 1) , Tc , x(t) là tín hiệu xung hình chữ nhật, biên độ đơn vị [-1, +1]. Do đó: R() = Trong đó dấu * chỉ phép tích chập. với với q() = Đồ thị hàm tự tương quan Rx() như hình vẽ sau: -Tc Tc 0 T0 = PTc Rx(Tc) = -1/P 1 Rx() Hình 2.23 Hàm tự tương quan Từ đồ thị, trong một chu kỳ T0 , có nhận xét là hàm tự tương quan giữa tín hiệu trải phổ và tín hiệu đó dịch đi một khoảng ít nhất là Tc đã cho Rx() = -1/P0 nếu như P khá lớn. Nghĩa là hai tín hiệu gần như không tương quan nhau. Khi = 0, tức là x(t) và bản sao của nó trùng nhau thì Rx()max = 1. Cũng có thể kiểm chứng điều này bằng cách sử dụng công thức hàm tự tương quan cho tín hiệu rời rạc x(k) (lúc này coi tín hiệu như là dãy rời rạc). Khi đó hàm tự tương quan R() = x(k) là dãy xung rời rạc biên độ đơn vị [-1, +1]. Tại = Tc , ta có: R(Tc) = = [Số hạng phù hợp - Số hạng không phù hợp] Hay R(Tc) = - Tại = 0 , ta có: R(0) = = = 1. Như vậy các kết quả tính toán cũng phù hợp với đồ thị trên. CHƯƠNG III HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA 3.1 Mở đầu Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển khai vào giữa những năm 1980, những thị trường di động chính như NewYork, Los Angeles và Chicago đã phát sinh những vấn đề về lưu lượng. Chính vì vậy Mỹ đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được TIA ( Telecomunications Industry Association – Liên hiệp công nghiệp viễn thông) ký hiệu là IS-54 . Cuối những năm 1980 mọi việc trở nên rõ ràng là IS-54 đã gây thất vọng. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt hơn. Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA. AT&T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA. Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới IS-136, còn gọi là AMPS số (D-AMPS). Tình trạng trên đã tạo cơ hội cho các nhà nghiên cứu công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Công nghệ này trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Đến nay công nghệ này đã trơ thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ. Trong thông tin di động CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số, mã PN( tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được. 3.2 Cấu hình chung mạng thông tin di động 3.2.1 Giới thiệu chung Mạng thông tin di động số tế bào hiện nay có hai kỹ thuật truy nhập chính là TDMA và CDMA. Tuy đó là hai kỹ thuật khác nhau, nhưng nói chung cấu hình của chúng có rất nhiều điểm giống nhau. Phần này đề cập đến cấu hình mạng CDMA lấy trên cơ sở cấu hình mạng GSM. Tuy nhiên, ở mỗi nhà sản xuất khác nhau cấu hình cụ thể của mạng CDMA cũng rất khác nhau. Trong phần này sẽ trình bày một cấu hình điển hình của mạng CDMA: BS MX MS BTS BSC BSM ASS BSC CCS HLR PSTN Hình 3.1 Cấu hình điển hình của mạng CDMA BS MX MS : Mobile station : Trạm di động BS : Base station : Trạm gốc MX : Mobile Exchange : Tổng đài di động HLR : Home Location Register : Bộ đăng ký định vị thường trú. BTS :Base Transceiver Station : Trạm thu phát gốc BSM : Base station Manager : Bộ quản lý trạm gốc BSC : Base station Controller: Bộ điều khiển trạm gốc ASS : Access Switching Subsystem: phân hệ chuyển mạch truy cập INS : Interconnection Network Subsystem: Phân hệ liên kết mạng. CCS : Central Control Subsystem: Phân hệ điều khiển trung tâm PSTN: Public Swictched Telephone Network: Mạng điện thoại cố định. 3.2.2 Máy thuê bao di động. Máy thuê bao di động có cấu trúc gồm Anten MS nối tới bộ anten song công cho phép một anten dùng chung cho cả phát và thu, điều hướng ở kênh vô tuyến nào đó có dải thông 1,25 MHz. Sau đó, tín hiệu được chuyển xuống trung tần, được lọc và đưa đến bộ chuyển đổi ADC. Tiếp theo tín hiệu số được đưa đến các vi mạch đặc chủng ASIC (Application specific Integrated Circuit). Chức năng chủ yếu của ASIC là Moderm của MS (MSM – Mobile Station Moderm). MSM có ba phần chính: các bộ giải điều chế, bộ điều chế thuê bao và bộ giải mã Viterbi. Các phần này được mô tả như sau: a. Bộ giải điều chế. Chức năng chủ yếu của bộ giải điều chế là chức năng máy thu Rake (quét tìm). Các bộ tương quan làm việc song song (mỗi bộ tương quan này được gọi là finger - ngón tay). Mỗi finger là một bộ giải điều chế độc lập, có thể bám sát tín hiệu về mặt tần số và về mặt thời gian xác định sự tương quan của các tín hiệu thu được theo dãy PN chỉ nén phổ các tín hiệu trong cuộc (tức là tín hiệu nào đã được trải phổ ở máy phát bởi cùng một dãy PN). Chúng đáp ứng môi trường truyền dẫn đa đường, có tăng ích xử lý đáng kể và cải thiện S/N. Tín hiệu dầu ra các finger được cộng theo tỷ lệ S/N của chúng, do đó được cực đại S/N sau khi cộng. Tín hiệu pilot phát từ trạm gốc có thể được dùng để xác định quan hệ pha sao cho việc cộng được thực hiện theo nguyên lý tương quan, ngoài ra còn có bộ điều chế thứ tư làm nhiệm vụ quát tìm liên tục tín hiệu đa dường và gán tín hiệu mạnh nhâts vào các finger, bộ giải điều chế quét tìm này cũng phục vụ việc chuyển giao. b. Bộ điều chế. Bộ điều chế phục vụ việc xử lý phát, xử lý dữ liệu; mã hoá vòng xoắn, cài xen khối và trải phổ. Công suất phát được điều khiển bởi vi xử lý điều khiển, sau đó tín hiệu được dưa lên cao tần 850 MHz. Trong bộ điều chế có cả bộ giải cài xen phục vụ việc thu dữ liệu. c. Bộ giải mã Viterbi. Bộ giải mã này dùng thuật toán Viterbi. Sau đó, dòng bit được xử lý tiếp theo ở bộ giải mã thoại hoặc người ding số liệu. 3.2.3 Trạm gốc BS. BS đóng vai trò giao diện giữa máy di động MS và tổng đài di động MX. BS cung cấp đường truyền của các gói tin. BS cũng còn là một đầu cuối cố định của giao diện vô tuyến. Giao diện vô tuyến có chức năng điều khiển và đảm bảo phủ sóng cho cell. Cấu hình BS bao gồm BSC, BTS và BSM, được trình bày như hình vẽ sau: BTS RF GPS CD BIN BCP BSC CIN CCP TSB CKD BSM BSMP ALM Hình 3.2 Cấu hình trạm gốc BS. RF: Radio Frequency Block: Khối tần số vô tuyến. CD: CDMA Digital Block: khối xử lý số. GPS: Global Positionning System: Đồng hồ hệ thống (định vị toàn cầu) BCP: BTS Control Processor: Bộ xử lý điều khiển BTS. CIN: CDMA Interconnecton Network: Mạng liên kết. CKD: Clock Distributor: Bộ phân chia đồng hồ. TSB: Transcoder & Selector Bank: Bộ chuyển mã và chọn. CCP: Call Control Processor: Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi. BIN: BTS Interconnecton Network: Mạng liên kết BTS BSMP: Base Station Manager Processor: Bộ xử lý điều hành quản trị trạm gốc. ALM: Alarm: Cảnh báo. a. Phân hệ phát thu của trạm gốc BTS: BTS được bố trí theo địa lý từng cell, ở xa BSC. BTS bao gồm một hệ thống anten, thiết bị tần số vô tuyến ( các máy phát máy thu ) và các phương tiện số để liên lạc với BSC. BTS bao gồm RF, CD, GPS, BCP và BIN. BCP là bộ xử lý điều khiển quản trị chung trên một BTS. BCP gồm có một bộ xử lý điều khiển quét để liên kết khối số, để xử lý cuộc gọi, quản lý địa chỉ vận hành và bảo dưỡng BTS. Khối xử lý số CD dùng để xử lý tín hiệu CDMA, đó là các công việc CODEC, MODERM định thời, phối ghép giữa các dải quạt của BTS. Khối tần số vô tuyến RF có các chức năng: giữ mức tạp âm thấp, khuyếch đại, lọc, chuyển đổi tần số xuống và lên, kết hợp và phân bố đa tần số. Mạng liên kết của BTS được gọi là BIN, nó cung cấp các đường truyền điều khiển và đường truyền lưu lượng tới các khối trong BTS và BSC. Đồng hồ hệ thống GPS bảo đảm định thời cho toàn bộ hệ thống. b. Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC) BSC kết hợp chặt chẽ với các tổng đài di động MX. BSC có trách nhiệm cấp phát các kênh ở giao diện vô tuyến, điều khiển công suất và thực hiện chuyển giao mềm cho các MS trong vùng phục vụ của nó. BSC bao gồm CIN, CKD, TSB và CCP. Mạng liên kết CIN cung cấp các đường truyền dẫn chung giữa các khối. Bộ chuyển mã và chọn TSB mã hóa thoại, phân bố các bộ chọn, đóng và mở gói, điều khiển công suất, thực hiện chuyển giao cứng trong cell. Bộ xử lý cuộc gọi CCP cấp phát và quản trị các tài nguyên, thực hiện chuyển giao mềm cùng với điều khiển cuộc gọi. Bộ phân chia đồng hồ CKD đồng bộ định thời từ đồng hồ GPS cho các phần tử trong mạng. Các bản tin giữa BTS và BSC được truyền trên các tuyến T1 hay E1 với tốc độ 1,544 Mbit/s hay 2,048 Mbit/s. Dòng bit các gói được chuyển từ các byte 8 bit song song ở CIN, rồi chuyển đến MX qua CCP. c. Bộ quản lý trạm gốc (BSM) BSM bao gồm BSMP và ALM. Bộ xử lý quản trị trạm gốc BSMP hỗ trợ một giao diện giữa người khai thác và máy, tiến hành điều hoà tải theo chương trình, vận hành và bảo dưỡng trạm gốc. Bộ cảnh báo ALM xử lý cảnh báo các sự kiện sai hỏng. 3.2.4 Tổng đài di động MX. MX bao gồm ba phân hệ ASS, INS và CSS. MX cung cấp các dịch vụ căn bản và dịch vụ phụ cho MS. MX có bộ đăng ký tạm trú VLR để lưu giữ tạm thời các tin tức về thuê bao. MX được thực thi thành một hệ thống điều khiển phân bố có đẳng cấp. MX cũng điều khiển sự trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý. MX được module hoá theo chức năng và có cấu hình dự phòng. Hình vẽ sau trình bày cấu hình MX. ASS AS ASS-T ASS-M ISN CCS AMS LRS HLR PSTN BCS Hình 3..3 Cấu hình tổng đài di động MX. ASS: Access Swtching Subsystem: Phân hệ chuyển mạch truy cập. ASS-7 để truy cập mạng báo hiệu SS7. ASS-T để truy cập trung kế PSTN ASS-M để truy cập thuê bao di động INS: Interconnecton Network Subsystem: Phân hệ mạng liên kết. CCS: Central Control Subsystem: Phân hệ điều khiển trung tâm AMS: Administration & Maintenace Subsystem: Phân hệ quản trị và bảo dưỡng LRS: Location Register Subsystem: Phân hệ dăng ký vị trí. Phân hệ chuyển mạch truy cập ASS chia thành các khối nhỏ hơn tương ứng các đối tượng truy cập khác nhau. Phân hệ liên kết INS cung cấp sự đấu nối cho ASS và CSS bao gồm khối AMS và LRS. Mỗi cuộc gọi cần được gán vào một bộ chọn và một vocoder tương ứng. Chất lượng thoại được đánh giá bằng S/N trong từng cửa sổ 20 ms của vocoder. Nếu thu là phân tập thì chuyển mạch số sẽ chọn ra đường truyền tốt nhất. CCS cộng tác với CCP để dịnh tuyến cuộc gọi giữa MX và BS, cấp phát mã trải phổ PN cho cuộc gọi xét. 3.2.5 Bộ đăng ký định vị thường trú HLR HLR lưu giữ thông tin vĩnh cửu và thông tin tạm thời, như định vị MS, nhận dạng thuê bao, các dịch vụ số, số liệu tính cước. Hình vẽ dưới mô tả cấu hình HLR, trong đó AES cung cấp đường truyền dẫn giữa các bộ xử lý ứng dụng, NIS hỗ trợ các chức năng lớp thấp hơn cho báo hiệu số 7. HLR AES NIS DBS OMS MX Hình 3.4 Cấu hình bộ định vị trường trú HLR. AES: Aplication Entity Subsystem: Phân hệ ứng dụng DBS: Database Subsystem: Cơ sở dữ liệu. NIS: Network Interface Subsystem: Phân hệ phối ghép mạng. OMS: Operation & Maintenace Subsystem: Phân hệ khai thác và bảo dưỡng. 3.3 Thủ tục thu phát tín hiệu Hình 3.5 Sơ đồ phát thu CDMA Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân với sóng mang f o và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 MHZ sau đó phát xạ qua anten. ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã. 3.4 Các đặc tính của CDMA 3.4.1 Tính đa dạng phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trọng 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. Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được. Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt được nhờ sử dụng chin mã và sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và fading kết hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200-300) KHz. Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau: Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với 2 hoặc nhiều BS. Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời gian. Đặt nhiều anten tại BS. Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cấp nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao. Bộ điều khiển đa đường tách sang dạng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan. BS sử dụng 4 bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả tín hiệu thu được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy, tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thởi trong tất cả các tín hiệu thu được là rất thấp. 3.4.2 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 sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác. 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. 3.4.3 Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi Bộ mã - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến đổi 8 Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BS và máy di động. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ mã - giải mã thoại phía thu. Bộ mã - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại. Hai bộ mã - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, các tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã - giải mã thoại chấp nhận CELP (mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP. Bộ mã - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thính để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm. 3.4.4 Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động giao thoa với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS. Hình 3.6 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi BS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng. Hình 3.6: Giao thoa từ BS bên cạnh Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp anten của BS là định hướng (tức là búp sóng anten 120 o) thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần. 3.4.5 Dung lượng mềm Hiện tại FCC (Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng. Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3 búp sóng. Do đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị nghẽn. Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi. Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó có thể làm tránh được việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Nhưng trong hệ thống CDMA thì có thể thoả mãn cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành. Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường. 3.4.6 Tách tín hiệu thoại Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác. 3.4.7 Bảo mật cuộc gọi Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác. 3.4.8 Dung lượng Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu quả tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. Nói cách khác thì trong hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BS. Các tham số chính xác định dung lượng của