Tối ưu số cell trong tính toán mạng di động cdma

  • 78 trang
  • file .pdf
Luận văn tốt nghiệp
Đề tài: Tối ưu số Cell trong
tính toán mạng di động
CDMA
i
Lời cam đoan
Em xin cam đoan đồ án này không giống hoàn toàn bất kỳ đồ án hoặc các
công trình đã có trước.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hùng Vinh
ii
MỤC LỤC
MỤC LỤC
Luận văn tốt nghiệp i
Lời cam đoan ii
MỤC LỤC ii
Bảng tra cứu từ viết tắt vii
Lời mở đầu 1
Chương1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 3
1.1. Giới thiệu chương.......................................................................................... 3
1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin di động ................................................... 3
1.2.1. Hệ thống thông tin di động tổ ong..............................................................3
1.2.2. Quá trình phát triển..................................................................................... 4
1.3. Hệ thống thông tin di động CDMA ............................................................. 5
1.3.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động CDMA .............................................5
1.3.1.1. Máy di động MS...................................................................................6
1.3.1.2. Hệ thống trạm gốc BSS .......................................................................6
1.3.1.3. Hệ thống chuyển mạch SS ...................................................................6
1.3.1.4. Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC ................................................7
1.3.2. Nguyên lý kỹ thuật mạng CDMA ..............................................................7
1.3.3. Các đặc tính của CDMA.............................................................................8
1.3.3.1. Tính đa dạng của phân tập....................................................................8
1.3.3.2. Điều khiển công suất CDMA...............................................................8
ii
MỤC LỤC
1.3.3.3. Công suất phát thấp..............................................................................9
1.3.3.4. Chuyển giao (handoff) ở CDMA.........................................................9
1.3.3.5. Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi..........................................10
1.3.4. Tổ chức các cell trong mạng CDMA........................................................11
1.4. So sánh hệ thống CDMA với hệ thống sử dụng TDMA...........................12
1.4.1. Các phương pháp đa truy nhập ................................................................12
1.4.2. So sánh hệ thống CDMA và hệ thống sử dụng TDMA...........................13
1.5. Kết luận chương.......................................................................................... 14
Chương 2 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 15
2.1. Giới thiệu chương........................................................................................ 15
2.2. Các hệ thống trải phổ.................................................................................. 15
2.2.1. Hệ thống trải phổ trực tiếp (DS)............................................................... 15
2.2.2. Hệ thống dịch tần (FH)............................................................................. 16
2.2.3. Hệ thống dịch thời gian.............................................................................16
2.3 Các hệ thống DS/SS...................................................................................... 17
2.3.1. Các hệ thống DS/SS BPSK.......................................................................17
2.3.1.1. Máy phát DS/SS BPSK ..................................................................... 17
2.3.1.2. Máy thu DS/SS – BPSK.....................................................................19
2.3.2. Các hệ thống DS/SS–QPSK......................................................................20
2.3.2.1. Máy phát.............................................................................................20
2.3.2.2. Máy thu............................................................................................... 22
2.3.3. So sánh hệ thống DS/SS-BPSK và DS/SS-QPSK....................................23
2.4. Kết luận chương.......................................................................................... 24
iii
MỤC LỤC
Chương 3 CHUYỂN GIAO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 25
3.1. Giới thiệu chương........................................................................................ 25
3.2. Chuyển giao ................................................................................................ 25
3.2.1. Mục đích của chuyển giao........................................................................25
3.2.2. Trình tự chuyển giao................................................................................. 26
3.2.3 Các loại chuyển giao.................................................................................28
3.2.3.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn..........................................................29
3.2.3.2 Chuyển giao cứng:..............................................................................29
3.3. Điều khiển công suất trong CDMA............................................................ 30
3.3.1. Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)...................................................31
3.3.2. Điều khiển công suất vòng kín (CLPC)...................................................32
3.4. Kết luận chương.......................................................................................... 32
Chương 4 QUY HOẠCH MẠNG CDMA 34
4.1. Giới thiệu chương........................................................................................ 34
4.2. Định cỡ mạng............................................................................................... 34
4.2.1. Quá trình định cỡ mạng .......................................................................34
4.2.2. Phân tích quỹ năng lượng đường truyền...................................................35
4.2.2.1. Quỹ năng lượng đường lên.................................................................35
4.2.2.2. Quỹ năng lượng đường xuống............................................................37
4.3. Suy hao đường truyền ................................................................................ 39
4.3.1. Suy hao đường truyền cực đại ................................................................. 39
4.3.2. Các mô hình truyền sóng.......................................................................... 40
4.3.2.1. Mô hình Hata – Okumura...................................................................41
iv
MỤC LỤC
4.3.2.2. Mô hình Walfsch – Ikegami...............................................................43
4.4. Tính toán dung lượng ................................................................................ 46
4.4.1. Tính dung lượng cực ................................................................................46
4.4.2. Tính dung lượng hệ thống.........................................................................49
4.5. Kết luận chương.......................................................................................... 50
Chương 5 TÍNH TOÁN TỐI ƯU SỐ CELL TRONG MẠNG DI ĐỘNG
CDMA 51
5.1. Giới thiệu chương........................................................................................ 51
5.2. Nhu cầu về dung lượng và vùng phủ......................................................... 51
5.3. Các thông số của hệ thống.......................................................................... 52
5.4. Các bước tính toán...................................................................................... 53
5.4.1. Tính số cell theo dung lượng ...................................................................53
5.4.1.1. Tính dung lượng cực...........................................................................53
5.4.1.2. Tính hệ số tải và dự trữ nhiễu.............................................................54
5.4.1.3. Tính số cell..........................................................................................54
5.4.2. Tính số cell theo vùng phủ........................................................................54
5.4.2.1. Tính suy hao cho phép........................................................................54
5.4.2.2. Tính bán kính cell...............................................................................55
5.4.2.3. Tính số cell..........................................................................................56
5.4.3. Kết quả tính số cell....................................................................................56
5.5. Tối ưu giữa vùng phủ và dung lượng......................................................... 57
5.6. Kết luận chương.......................................................................................... 58
v
MỤC LỤC
Chương 6 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ MÔ
PHỎNG 59
6.1. Giới thiệu chương........................................................................................ 59
6.2. Lưu đồ thuật toán........................................................................................ 60
6.2.1. Lưu đồ thuật toán chương trình chính...................................................... 60
6.2.2. Lưu đồ thuật toán tối ưu ...........................................................................61
6.3. Kết quả mô phỏng....................................................................................... 62
6.3.1. Giao diện chính......................................................................................... 62
6.3.2. Giao diện tính suy hao cho phép...............................................................62
6.3.3. Giao diện tính bán kính theo suy hao.......................................................63
6.3.4. Giao diện tính dung lượng cực..................................................................63
6.3.5. Giao diện tính số cell.................................................................................64
6.3.6 Giao diện tối ưu cell...................................................................................64
6.3.7. Giao diện tính cho một vùng bất kỳ..........................................................65
6.4. Kết luận chương.......................................................................................... 65
Kết luận và hướng phát triển đề tài 66
Tài liệu tham khảo 67
Phụ lục 68
vi
Bảng tra cứu từ viết tắt
Bảng tra cứu từ viết tắt
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt
1G First Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 1
2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 2
3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 3
A
AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực
B
BHCA Busy Hours Call Attemp Nỗ lực gọi trong giờ bận
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BS Basic Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã
C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu
D
DL Downlink Đường lên
Direct Sequence Spread
DSSS Trải phổ chuỗi trực tiếp
Spectrum
E
EIR Equipment Identity Centre Trung tâm chỉ thị thiết bị
Effective Isotropically Radiated Công suất phát xạ đẳng hướng hiệu
EIRP
Power dụng
F
Frequence Division Multiple
FDMA Đa truy cập phân chia theo tần số
Access
G
GMSC Gateway MSC MSC cổng
GoS Grade of Service Cấp độ phục vụ
Global System for Mobile
GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu
Communication
H
HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú
HO Hand over Chuyển giao
vii
Bảng tra cứu từ viết tắt
I
Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA
IS-95A Interim Standard 95A
cải tiến của Mỹ (Qualcomm)
L
LA Location Area Khu vực định vị
LAC Location Area Code Mã định vị
LAI Location Area Identity Chỉ thị định vị
M
MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động
O
O&M Operations and Maintenance Vận hành và bảo dưỡng
P
PN Pseudo Noise Nhiễu giả ngẫu nhiên
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công
PSTN
Network cộng
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc
R
RLB Radio Link Budgets Quỹ năng lượng đường truyền
S
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
T
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian
U
UE User Equipment Thiết bị người sử dụng
UL Uplink Đường lên
V
VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị thường trú
viii
Lời mở đầu
Lời mở đầu
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học,
công nghệ thông tin di động trong những năm qua đã phát triển rất mạnh mẽ
cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
người sử dụng. Kể từ khi ra đời vào cuối năm 1940 cho đến nay thông tin di
động đã phát triển qua nhiều thế hệ và đã tiến một bước dài trên con đường
công nghệ.
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: " Tối ưu số cell trong tính toán mạng di động CDMA ".
Nội dung đồ án gồm 5 chương :
Chương 1: Tổng quan về thông tin di động 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.
Trang 1
Lời mở đầu
Chương 2: Kỹ thuật trải phổ
Trình bày các khái niệm: trải phổ trực tiếp (SS), trải phổ dịch tần (FH),
trải phổ dịch thời gian (TH) và các hệ thống trải phổ trực tiếp DSSS-BPSK và
DSSS-QPSK.
Chương 3 : Chuyển giao và điều khiển công suất
Trình bày hai vấn đề chuyển giao và điều khiển công suất: trình tự chuyển
giao và các loại chuyển giao, điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công
suất vòng hở trong hệ thống thông tin di động CDMA.
Chương 4 : Quy hoạch mạng CDMA
Trình bày quá trình quy hoạch mạng CDMA: định cỡ mạng, phân tích
đường truyền, phân tích suy hao, phân tích dung lượng.
Chương 5 : Tính toán một vùng cụ thể
Tính toán số cell cho một vùng đảm bảo về chất lượng, dung lượng và
vùng phủ. Sau khi tính toán dùng thuật toán tối ưu số cell để tiết kiệm chi phí
đầu tư.
Chương 6 : Chương trình tính toán và kết quả mô phỏng
Trình bày lưu đồ thuật toán tổng quát, lưu đồ thuật toán cụ thể và kết quả
mô phỏng.
Trong quá trình làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức
hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, sai lầm. Em rất mong nhận
được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn. giúp đỡ tận tình của Thầy
Nguyễn Tấn Hưng cùng các Thầy cô trong khoa Điện tử-Viễn thông để em
hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày......tháng......năm 2003
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hùng Vinh
Trang 2
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
Chương1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG CDMA
1.1. Giới thiệu chương
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.
1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin di động
1.2.1. 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
Trung tâm
động 1
chuyển mạch
điện thoại di
động 1
Hình 1.1. Hệ thống thông tin di động tổ ong
Trang 3
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
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
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.
1.2.2. 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 số (FDMA-Frequency Division Multiple Access). Tiếp theo là thế hệ 2 và hiện
nay là thế hệ 3 đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
Năm 81 90 2000
Mỹ TDMDPDCH
Năm 81 90 2000
AMPS NAMPS
DPCCH
Mỹ
CMTS IS-136
AMPS NAMP IS-54B
TACS ETACS IS-95
CMTS
Châu Âu S IS-136 #14
CDMAKhe
TACS ETACS IS-95 I
K GSM M
he U T
NMT45 NMT900
#i GSM PCN CDMA M 2
DEC T 0
NMT45 Kh
NMT900 PCN S
e CT-2 DKhe #0
0
0
#1 I
EC
Nhật NTT NTT PDC
P
Nhật NTT PDC P
JTACS NJTACS PHS L
PS POCSAG NTT Mới
M
JTACS NJTACS PHS T
Tkh ERMES S
Cuộc gọi gói
Số
= FLEX liệ
S POCSAG e ERMES
25 u
Hình 1.2. Quá trình phát triển FLEX
60 của các hệ thống thông N
tinda di động trên thế giới
chi
ta
p,
bit
90 10. Trang 4
2k
2000 bit
(k
0
Năm …
6)
n di động trên thế giới
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
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
(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
hình.
1.3. Hệ thống thông tin di động CDMA
1.3.1. 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 Hệ thống chuyển
mạch
VLR HLR EIR
Các mạng
Các
khácmạng GMSC MSC
khác
ISDN,
ISDN,
PSTN…
PSTN…
BSS
Hệ thống trạm gốc BSC
OMC
Hệ thống vận hành và bảo
BTS dưỡng
Truyền dẫn
Kết nối cuộc gọi
SIM MS
Hình 1.3. Cấu trúc mạng thông tin di động
số
Trang 5
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
1.3.1.1. 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.
1.3.1.2. 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.
1.3.1.3. 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.
Trang 6
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
+ 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.
1.3.1.4. 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.
1.3.2. 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, PN-
PseudoNoise: 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.
Trang 7
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
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
Phổ tin tức đã phát
Trải phổ
f
0 1/T Fc Fc+T/L
T/L T
Máy thu dùng bản sao mã PN để nén phổ
Phổ tín hiệu
thu được Phổ tin tức
Nén phổ
f
fc fc+T/L 0 1/T
Hình 1.4. Phổ trong quá trình phát và thu CDMA
1.3.3. Các đặc tính của CDMA
1.3.3.1. 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.
1.3.3.2. 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
Trang 8
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
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.
1.3.3.3. 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.
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.
1.3.3.4. 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
Trang 9
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
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.
BTSa BTSb BTSa BTSb BTSa BTSb
Chuyển giao mềm
MS
MS MS
Chuyển giao cứng
BTSa BTSb BTSa BTSb
MS MS
Hình 1.5. Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng trong CDMA
1.3.3.5. 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
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
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
Trang 10
Chương 1 Tổng quan về mạng CDMA
chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu đối với
máy phát nhờ giảm Eb/No.
1.3.4. 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:
LA1
Vùng PLMN LA2
MSC
Vùng MSC/VLR VLR
LA3
LA LA4
CELL
Cell
Hình 1.6. Kiến trúc địa lý mạng Hình 1.7. Phân vùng phục vụ MSC thành các
vùng định vị và các cell
IV III
VLR VLR
MSC MSC
VLR VLR
MSC MSC
I II
PLMN
Hình 1.8. Vùng phục vụ MSC/VLR
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.
Trang 11