Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình hiện đại hóa mạng lưới viễn thông thì thông tin di động đã đáp ứng được nhu cầu của một xã hội phát triển, hàng loạt kỹ thuật công nghệ ra đời như kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA, và giao thức ứng dụng không dãy (WAP). Mỗi kỹ thuật công nghệ có ưu nhược điểm riêng nhưng công nghệ CDMA có nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ khác có thể đáp ứng được dung lượng lớn, chuyển giao mềm, điều khiển công suất nhanh có tính bảo mật cao. Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới. Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông tin lớn so với các công nghệ tương tự hoặc số khác do đó số lượng thuê bao đã truy cập lớn hơn nhiều. Nhờ dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các tác động gây nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các mạng thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA có thể đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. Do đó, việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Khoa Điện Tử Viễn Thông BÁO CÁO MÔN HỌC Đề Tài: PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP CDMA Giáo viên hướng dẫn: Nhóm 4: 1. 6. 2. 7. 3. 8. 4. 9. 5. 10. MỤC LỤC Mở đầu. Phần I. TỔNG QUAN VỀ CDMA. 1. Tổng Quan. 1.1 Nguồn gốc. 1.2 CDMA là gì ? 1.3 Đa truy nhập là gì? 2. Đặc tính của CDMA. 3. Phân Loại phương pháp. 4. Nguyên Lý. Phần II. Ưu điểm và nhược điểm của CDMA. 1. Ưu điểm. 2. Nhược điểm. Phần III. Ứng dụng của CDMA. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN BỘ MÔN ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ ______________________________________________ Chữ ký giáo viên bộ môn Hà Nội, Ngày Tháng Năm LỜI MỞ ĐẦU Bước vào thế kỷ 21, Kỷ nguyên của xã hội thông tin, các quốc gia trên thế giới đang tập trung sức lực và tiềm năng của mình cho ngành công nghiệp viễn thông nhằm dành được thế cạnh tranh trong lĩnh vực này và đồng thời tìm mọi cách để không bị tụt hậu trong xã hội được gọi là xã hội thông tin này. Với chiến lược phát triển là đi thằng vào công nghệ hiện đại, trong những năm qua ngành viễn thông Việt Nam đã cơ bản hoàn thành việc số hóa mạng lưới viễn thông tạo điều kiện dễ dàng cho sự hòa nhập tin học với viễn thông và góp phần không nhỏ cho sự phát triển kinh tế - xã hội trong công cuộc đổi mới đất nước. Trong quá trình hiện đại hóa mạng lưới viễn thông thì thông tin di động đã đáp ứng được nhu cầu của một xã hội phát triển, hàng loạt kỹ thuật công nghệ ra đời như kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA, và giao thức ứng dụng không dãy (WAP). Mỗi kỹ thuật công nghệ có ưu nhược điểm riêng nhưng công nghệ CDMA có nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ khác có thể đáp ứng được dung lượng lớn, chuyển giao mềm, điều khiển công suất nhanh có tính bảo mật cao. Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới. Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông tin lớn so với các công nghệ tương tự hoặc số khác do đó số lượng thuê bao đã truy cập lớn hơn nhiều. Nhờ dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các tác động gây nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các mạng thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA có thể đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. Do đó, việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu. Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS), kỹ thuật đa truy nhập dựa trên công nghệ trải còn một số ký thuật khác gọi là trải phổ nhảy tần (FHSS – frequency hopping SS) và trải phổ nhảy thời gian (THSS – time hopping SS) nhưng không hiệu quả cao như DSSS. Hệ thống CDMA chỉ sử dụng kỹ thuật trải phổ DSSS. Phần I: Tổng quan về CDMA 1. Tổng quan: 1.1 Nguồn gốc: - Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1980 và được áp dụng trong thông tin quân sự từ năm 1960 cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin vào năm 1980 CDMA đã được thương mại hoá từ phương pháp thu GRS và ommi - Tracs, phương pháp này được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qual Comm - Mỹ vào năm 1990. 1.2 CDMA là gì: - CDMA viết đầy đủ là Code Division Multiple Access nghĩa là Đa truy nhập (đa người dùng) phân chia theo mã. Nên trước khi tìm hiểu khái niệm CDMA, trước hết hãy xem xét khái niệm đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động. Hình 1: Hệ thống điện thoại di động. Trung tâm chuyên mạch điện thoại di động 1 Trung tâm chuyên mạch điện thoại di động 1 PSTN Mạng điện thoại công cộng - Mô hình hệ thống CDMA: FDMA: Đa truy cập theo tần số, phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. TDMA: Đa truy cập theo thời gian, phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau. CDMA: Đa truy cập theo mã, phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau. PDMA: Đa truy cập theo cực tính, phục vụ các cuộc gọi theo sự phân cực khác của sóng vô tuyến. SDMA: Đa truy cập theo không gian, phục vụ các cuộc gọi theo định hướng búp sóng đẹp. Hình 2: Mô hình mạng. Mỗi sự ra đời của một mạng di động đều có những mô hình riêng, thậm chí trong cùng một thế hệ cũng có sự cải tiến cho những mạng di động sử dụng công nghệ CDMA đều đưa ra những tiêu chuẩn mới và tốt hơn. Do đó, sẽ xuất hiện những mô hình mạng đi liền với những tiêu chuẩn đó. 1.3 Đa truy nhập là gì? - - Đa truy nhập là phương pháp dùng một trạm gốc phục vụ cho nhiều thuê bao di động. Hay cũng có thể nói đa truy nhập là cách thức để nhiều người sử dụng có thể sử dụng chung trên một kênh mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau. - Có ba loại đa truy nhập là: FDMA, TDMA và CDMA. (Ngoài ra hiện nay còn có cả phương pháp phân tách kênh theo bước sóng: WDMA, nhưng về bản chất có thể coi nó gần nh là FDMA) 2. Đặc tính của CDMA. 2.1 Tính đa dạng của phẩn tập: Phân tập là 1 hình thức tốt để làm giảm pha đinh : Có 3 loại phân tập: • Phân tập theo thời gian • Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 Mhz • Phân tập theo khoảng cách 2.2 Điều khiển công suất CDMA: Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (Từ BTS đến máy di động và ngược lại). Mục đích điều khiển công suất phát của máy di động để cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu được với độ nhậy trung bình tại bộ thu của BS. Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu thu từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp còn tín hiệu của các máy di động khác chỉ còn là tín hiệu tạp âm của băng rộng. 2.3 Bộ mã - Giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi: Do sự tách biệt tần số 45 MHz giữa kênh hướng đi và hướng về vượt quá dải thông liên kết của các kênh nên máy di động được giả thiết là các giá trị của tổn hao hai đa đường dẫn giống nhau, do không có khả năng đo suy hao đường dẫn hướng về mặc dù có 1 chênh lệch giữa suy hao đa đường trên kênh hướng đi để đo ở máy di động và suy hao đa đường của kênh hướng về. Phương pháp đo này cung cấp giá trị trung bình chính xác cho công suất phát nhưng 1 phương pháp phụ được cần tới để tính toán giao thoa Rayleigh chỉ ra các tính chất khác nhau trên 2 kênh. 2.4 Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hướng về của CDMA: Các tín hiệu công suất phát được điều khiển bởi thông tin điều khiển phát đi từ trạm gốc. Khi xảy ra sự suy giảm đáng kể trên kênh hướng đi trong một vùng nhất định và nếu công suất phát không tăng lên thì chất lượng thoại của các cuộc gọi qua kênh này giảm xuống dưới tiêu chuẩn chất lượng. Để điều khiển công suất trên kênh hướng đi trạm gốc giảm theo chu kỳ công suất phát ra tới máy di động, giảm công suất ra như vậy duy trì cho đến khi các máy di động yêu cầu công suất ra bổ xung nhờ dò thấy tăng tỷ lệ lỗi khung và trạm gốc tăng công suất phát ra với số gia 0,5 db. Sự tăng giảm công suất ra được thực hiện một lần cho mỗi khung mỗi tiếng nói tức là cứ trung bình 12 đến 20 ms chậm hơn tốc độ tăng hay giảm công suất ra trên kênh hướng vùng động tăng hay giảm công suất ra có thể điều khiển tới +6,-6 db xung quanh công suất ra trung bình. 2.5 Bảo mật cuộc gọi: Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi cao và về cơ bản tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìn kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA vì tín hiệu đã được trộn ( Seranbling ). 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 gọi được định rõ trong CIA/TIA/SI-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác. 3. Phân Loại phương pháp. 3.1 Khái niệm về trải phổ: - CDMA là hệ thống đa truy nhập theo mã dùa trên kỹ thuật điều chế trải phổ, các thuê bao sử dụng chung tần số và thời gian và được phân biệt nhau bằng một mã duy nhất gọi là mã trải phổ (hay dãy tạp âm giả ngẫu nhiên PN) để trải phổ. Mã trải phổ này có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ của tín hiệu thông tin cần truyền đi. Do vậy sau khi nhân với tín hiệu thông tin với mã trải phổ thì phổ tần được trải rộng ra lớn hơn nhiều so với phổ tần của tín hiệu thông tin. Phương pháp này làm cho năng lượng tín hiệu cần truyền được dàn trải trên toàn bộ băng tần trải phổ lớn hơn nhiều băng thông cần thiết để truyền thông tin. Do vậy tại đầu ra của bộ điều chế phía phát tín hiệu có phổ rộng hơn nhiều lần tín hiệu thông tin đồng thời có mật độ phổ công suất thấp. Tại phía thu chỉ có những máythu có hàm tương quan trực giao giữa tín hiệu thu được với bản sao chính xác của tín hiệu trải phổ phía phát mới có khả năng giải điều chế và thu được tín hiệu thông tin cần thiết. Như vậy trong hệ thống này mỗi thuê bao có mã riêng và việc thu nhận tín hiệu chỉ được thực hiện khi có mã tương quan phù hợp. - Có bốn kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Trải phổ dãy trực tiếp (DS: Directed Sequence), trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping), hệ thống dịch thời gian (TH:Time Hopping) và hệ thống lai (Hybrid). • Trải phổ dãy trực tiếp: tín hiệu mang thông tin được nhân trực tiếp mã trải phổ tốc độ cao. • Trải phổ nhảy tần: Mã trải phổ điều khiển bộ tạo dao động sóng mang làm tần số sóng mang thay đổi tại sau đó sóng mang này lại được điều chế với dữ liệu. • Trải phổ dịch thời gian: Trong kỹ thuật này, dữ liệu có tốc độ dòng bit không đổi R được phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài hơn thời gian cần thiết để truyền đi dòng tin này bằng cách truyền dẫn thông thường. Dòng bit số được gửi đi theo sự điều khiển của mã nhảy thời gian. Vì vậy có thể nói dòng bít đã bị trải ra theo thời gian và phía thu bất hợp pháp không thể biết tập con dữ liệu nào đang được sử dụng. - Hệ thống lai: Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS và FH được sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống. Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH và (3) TH/DS. Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp các đặc tính mà một hệ thống không thể có được. Một mạch không cần phức tạp lắm có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trước. Bộ giải mã kênh Bộ giải điều chế Bộ mã hóa kênh Bộ điều chế Kênh Dãy tín hiệu ra Dãy tín hiệu vào Bộ tạo mẫu giả ngẫu nhiên Bộ tạo mẫu giả ngẫu nhiên Hình 3: Hệ thống thông tin trải phổ 3.2 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp (DS – SS: Direct Sequence Spread Spectrum) - 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. - Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu được nhân trực tiếp với mã trải phổ, sau đó tín hiệu được điều chế sóng mang băng rộng. - Máy thu thường sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ, và sử dụng mã trải phổ nội bộ được đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu được. Điều này được đồng bộ bởi khối bám và đồng bộ mã. - Sau khi nén phổ nhận được tín hiệu dữ liệu đã điều chế, và sau khi qua bộ giải điều chế tín hiệu (thường là giải điều chế PSK) ta có được dữ liệu ban đầu. 3.3 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số ( FH – SS: Frequency Hopping Spread Spectrum) - Kỹ thuật trải phổ nhảy tần là kỹ thuật trong đó có sử dụng một bộ phát mã PN để điều khiển bộ tổng hợp tần số. Hệ thống FH được coi như là việc điều chế gián tiếp vào mã trải phổ. Hệ thống FH sẽ tạo ra hiệu quả của việc trải phổ bằng cách nhảy tần số giả ngẫu nhiên giữa các tần số vô tuyến f1, f2, f3 …. Fn với n có thể rất lớn. - Trong hệ thống FH nwus tốc độ nhảy tần lớn hơn tốc độ của bit thông tin thì đượng gọi là hệ thống nhảy tần cao nhanh FFH (Fast Frequency Hopping). [...]... công nghệ CDMA đang được sử dụng nhiều ở Mỹ, Hàn Quốc, Nhật Bản Công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA là công nghệ truy n sóng kỹ thuật số, cho phép một số người dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt bằng cách định vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh Công nghệ này đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA Còn công nghệ đa truy nhập phân... bằng phương pháp nhảy thời gian (TH – SS: Time Hopping Spread Spectrum ): - Trục thời gian được chia thành các khung (frame) Mỗi khung lại được chia thành k khe thời gian (slot) Trong một khung, tùy theo mã của từng user mà nó sẽ sử dụng một trong k khe thời gian của khung Tín hiệu được truy n trong mỗi khe có tốc độ gấp k lần so với tín hiệu truy n trong toàn bộ khung nhưng tần số cần thiết để truy n... Điều chế nhảy tần: - Đồng bộ của FH -CDMA dễ dàng hơn nhiều so với DS -CDMA Với FH -CDMA việc đồng bộ được thực hiện trong từng khoảng thời gian bước nhẩy tần Vì việc trải phổ dành được không phải do sử dụng tần số nhẩy tần rất cao mà do sử dụng một tổ hợp rất lớn các tần số nên thời gian bước nhẩy tần số lớn hơn nhiều so với thời gian chip của hệ thống DS-CMA Do đó, FH -CDMA cho phép một tỷ lệ lỗi đồng bộ... Fc+T/L 0 1/T Hình 3: Phổ trong quá trình phát và thu CDMA Phần II Ưu điểm và nhược điểm của CDMA 1 Ưu điểm: 1.1 CDMA: - Sử dụng kỹ thuật trải phổ nên tính bảo mật cao Dung lượng hệ thống lớn do MS (mobile station) phân biệt nhau bằng các mã PN (pin code) - Chống Fading đa dường tốt - Chuyển giao mềm - Chất lượng thoại tốt hơn - Đáp ứng được các dịch vụ truy n dữ liệu, video - Cần ít trạm thu phát gốc... 3.4 4 Nguyên lý của 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 phần biệt lần 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... tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA là công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số được sử dụng đồng thời; mã hóa từng gói tín hiệu số bằng một mã khóa duy nhất và gửi đi Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận và giải mã Công nghệ này có tính bảo mật tín hiệu cao hơn TDMA.Ngoài ra, với tốc độ truy n nhanh hơn các công nghệ hiện có, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai... tần lân cận nhau Kết hợp với ưu điểm dễ đồng bộ nên FHCMA cho phép làm việc với các băng tần trải phổ lớn hơn nhiều so với DS -CDMA - Do hệ thống cho phép sử dụng một băng tần lớn hơn Nên nó có khả năng loại trừ nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống DS - 1.2 1.3 2 Nhược điểm: 2.1 CDMA: - Đồng bộ chuỗi PN phức tạp - Băng thông yêu cầu lớn 2.2 Điều chế trải phổ trực tiếp: - Khó đồng bộ giữa tín hiệu mã... MHz Điều chế nhảy tần: - Hệ thống yêu cầu bộ tổng hợp tần số phức tạp - Việc giải điều chế nhất quán khó thực hiện - 2.3 Phần III Ứng dụng của CDMA - Hiện nay ở Việt Nam có 06 nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động Trong đó, S-Telecom (S-Fone) sử dụng công nghệ CDMA, Gmobile, MobiFone, VinaPhone, Vietnamobile và Viettel sử dụng công nghệ GSM - Mạng sử dụng chuẩn GSM đang chiếm gần 50% số người dùng điện... dịch vụ có thể triển khai nhiều tùy chọn dịch vụ như thoại, thoại và dữ liệu, fax, Internet… - Theo các chuyên gia CNTT Việt Nam, xét ở góc độ bảo mật thông tin, CDMA có tính năng ưu việt - Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, CDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến, nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa... gốc thì máy thi phải dùng mã phổ PN chính xác như 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 may phát thì tin tức không thể thu nhận được - Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệu vào một dải tần rất rộng hơn phổ gốc của tín hiệu gốc Ở phía thu, phổ tín hiệu lại được trở lại về phổ của tín hiệu gốc T/L T Máy phát dùng mã PN . HỌC Đề Tài: PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP CDMA Giáo viên hướng dẫn: Nhóm 4: 1. 6. 2. 7. 3. 8. 4. 9. 5. 10. MỤC LỤC Mở đầu. Phần I. TỔNG QUAN VỀ CDMA. 1. Tổng Quan. 1.1 Nguồn gốc. 1.2 CDMA là gì. gì ? 1.3 Đa truy nhập là gì? 2. Đặc tính của CDMA. 3. Phân Loại phương pháp. 4. Nguyên Lý. Phần II. Ưu điểm và nhược điểm của CDMA. 1. Ưu điểm. 2. Nhược điểm. Phần III. Ứng dụng của CDMA. LỜI. năm 1980 CDMA đã được thương mại hoá từ phương pháp thu GRS và ommi - Tracs, phương pháp này được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qual Comm - Mỹ vào năm 1990. 1.2 CDMA là gì: - CDMA viết