CDMA - Hướng dẫn nhanh

CDMA là gì?

Code Division Multiple Access (CDMA) là một công nghệ di động kỹ thuật số được sử dụng cho liên lạc di động. CDMA là cơ sở để xây dựng các phương pháp truy cập như cdmaOne, CDMA2000 và WCDMA. Hệ thống di động CDMA được coi là ưu việt hơn FDMA và TDMA, đó là lý do tại sao CDMA đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống thông tin vô tuyến hiệu quả, mạnh mẽ và an toàn.

Phép tương tự đơn giản

Hãy lấy một phép loại suy đơn giản để hiểu khái niệm CDMA. Giả sử chúng ta có một vài sinh viên tụ tập trong một lớp học muốn nói chuyện với nhau đồng thời. Sẽ không có gì có thể nghe được nếu mọi người bắt đầu nói cùng một lúc. Họ phải thay phiên nhau nói hoặc sử dụng các ngôn ngữ khác nhau để giao tiếp.

Lựa chọn thứ hai khá giống với CDMA - sinh viên nói cùng một ngôn ngữ có thể hiểu nhau, trong khi các ngôn ngữ khác bị coi là nhiễu và bị từ chối. Tương tự, trong CDMA radio, mỗi nhóm người dùng được cấp một mã dùng chung. Nhiều mã chiếm cùng một kênh, nhưng chỉ những người dùng được liên kết với một mã cụ thể mới có thể giao tiếp.

Các tính năng nổi bật của CDMA

CDMA, dựa trên kỹ thuật trải phổ có các đặc điểm nổi bật sau:

Trong CDMA, mọi kênh đều sử dụng toàn bộ phổ tần sẵn có.
Các cuộc trò chuyện riêng lẻ được mã hóa bằng một chuỗi kỹ thuật số giả ngẫu nhiên và sau đó được truyền đi bằng dải tần số rộng.
CDMA luôn cung cấp dung lượng tốt hơn cho liên lạc thoại và dữ liệu, cho phép nhiều thuê bao hơn kết nối vào bất kỳ thời điểm nào.
CDMA là nền tảng chung mà các công nghệ 3G được xây dựng. Đối với 3G, CDMA sử dụng 1x EV-DO và EV-DV.

Tiêu chuẩn thế hệ thứ ba

CDMA2000 sử dụng chế độ song công-đa sóng mang phân chia theo tần số (FDD-MC). Ở đây, đa sóng mang ngụ ý các kênh N × 1,25 MHz được phủ lên N sóng mang IS-95 hiện có hoặc được triển khai trên phổ không có sẵn. CDMA2000 bao gồm -

1x - sử dụng tốc độ lan truyền là 1,2288 Mcps.
3x - sử dụng tỷ lệ trải rộng 3 × 1,2288 Mcps hoặc 3,6864 Mcps.
1xEV-DO (1x Evolution - Data Optimized) - sử dụng tốc độ trải rộng 1,2288 Mcps, được tối ưu hóa cho dữ liệu.
WCDMA / FDD-DS - Chế độ phân chia theo tần số CDMA (WCDMA) băng rộng song công-trải rộng theo trình tự trực tiếp (FDD-DS). Điều này có một kênh 5 MHz duy nhất. WCDMA sử dụng một sóng mang duy nhất trên mỗi kênh và sử dụng tốc độ trải rộng là 3,84 Mcps.

Nhóm phát triển CDMA (CDG)

CDMA Development Group (CDG), được thành lập vào tháng 12 năm 1993, là một tập đoàn quốc tế của các công ty. Nó làm việc cùng nhau để dẫn đầu sự phát triển và phát triển của các hệ thống viễn thông không dây tiên tiến.

CDG bao gồm các nhà cung cấp dịch vụ, nhà sản xuất cơ sở hạ tầng, nhà cung cấp thiết bị, nhà cung cấp thiết bị thử nghiệm, nhà phát triển ứng dụng và nhà cung cấp nội dung. Các thành viên của nó cùng xác định các yêu cầu kỹ thuật để phát triển các hệ thống bổ sung CDMA2000 và 4G. Hơn nữa, khả năng tương tác với các công nghệ không dây mới nổi khác nhằm tăng tính khả dụng của các sản phẩm và dịch vụ không dây cho người tiêu dùng và doanh nghiệp trên toàn thế giới.

Hệ thống IMT-2000

Các kênh CDMA có thể được phân loại rộng rãi là kênh Chuyển tiếp và kênh Đảo ngược. Chương này giải thích các chức năng của các kênh này.

Kênh chuyển tiếp

Kênh Chuyển tiếp là hướng của đường truyền thông tin liên lạc hoặc đường xuống từ thiết bị di động đến tế bào. Nó bao gồm các kênh sau:

Pilot Channel- Kênh hoa tiêu là kênh tham khảo. Nó sử dụng trạm di động để thu nhận thời gian và làm tham chiếu pha để giải điều chế mạch lạc. Nó được truyền liên tục bởi mỗi trạm gốc trên mỗi tần số CDMA hoạt động. Và, mỗi trạm di động theo dõi tín hiệu này liên tục.
Sync Channel- Kênh đồng bộ mang một bản tin lặp lại duy nhất, đưa thông tin về thời gian và cấu hình hệ thống đến trạm di động. Tương tự như vậy, trạm di động có thể có thời gian hệ thống chính xác bằng cách đồng bộ hóa với mã ngắn.
Paging Channel- Mục tiêu chính của Paging Channel là gửi các trang, tức là, thông báo về các cuộc gọi đến, đến các trạm di động. Trạm gốc sử dụng các trang này để truyền thông tin trên không của hệ thống và các thông báo cụ thể của trạm di động.
Forward Traffic Channel- Kênh lưu lượng chuyển tiếp là kênh mã. Nó được sử dụng để chỉ định các cuộc gọi, thường là lưu lượng thoại và tín hiệu cho từng người dùng.

Kênh đảo ngược

Kênh Đảo ngược là hướng liên lạc di động đến tế bào hoặc đường dẫn lên. Nó bao gồm các kênh sau:

Access Channel- Kênh truy nhập được sử dụng bởi các trạm di động để thiết lập liên lạc với trạm gốc hoặc để trả lời các bản tin Kênh nhắn tin. Kênh truy cập được sử dụng cho các cuộc trao đổi tin nhắn báo hiệu ngắn như cuộc gọi lên, trả lời các trang và đăng ký.
Reverse Traffic Channel - Kênh lưu lượng ngược được sử dụng bởi từng người dùng trong các cuộc gọi thực tế của họ để truyền lưu lượng từ một trạm di động đến một hoặc nhiều trạm gốc.

Khả năng hoạt động ở chế độ FDD hoặc TDD được phép sử dụng hiệu quả phổ tần khả dụng theo phân bổ tần số ở các vùng khác nhau.

Song công phân chia tần số

Một phương pháp song công trong đó truyền Đường lên và Đường xuống sử dụng hai dải tần riêng biệt -

Uplink - 1920 MHz đến 1980 MHz
Downlink - 2110 MHz đến 2170 MHz
Bandwidth - Mỗi sóng mang nằm trên trung tâm của băng tần rộng 5 MHz

Tách kênh

Giá trị danh nghĩa 5 MHz có thể được điều chỉnh.

Channel Raster

200 kHz (tần số trung tâm phải là bội số của 200 kHz).

Tx-Rx Tách tần số

Giá trị danh nghĩa 190 MHz. Giá trị này có thể cố định hoặc thay đổi (tối thiểu là 134,8 và tối đa là 245,2 MHz).

Số kênh

Tần số sóng mang được chỉ định bởi Số kênh tần số vô tuyến tuyệt đối UTRA (UARFCN). Số này được gửi bởi mạng (đối với đường lên và đường xuống) trên kênh logic BCCH và được xác định bởi Nu = 5 * (Đường lên tần số MHz) và ND = 5 * (Đường xuống tần số MHz).

Song công phân chia thời gian

Song công phân chia theo thời gian là một kỹ thuật mà đường truyền Đường lên và Đường xuống được thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng các khoảng thời gian được đồng bộ hóa. Nhà mạng sử dụng băng tần 5 MHz, mặc dù 3GPP đang nghiên cứu giải pháp tốc độ chip thấp (1,28 Mcps). Các băng tần khả dụng cho TDD sẽ là 1900–1920 MHz và 2010 - 2025 MHz.

Phương thức song công của liên kết vô tuyến

Trong trường hợp Song công phân chia theo thời gian, tần số liên kết thuận giống như tần số liên kết ngược. Trong mỗi mắt xích, các tín hiệu được truyền liên tục theo lượt - giống như trò chơi bóng bàn.

Ví dụ về Hệ thống TDD

TDD sử dụng một dải tần số duy nhất để truyền và nhận. Hơn nữa, nó chia sẻ băng tần bằng cách ấn định các khoảng thời gian thay thế cho các hoạt động truyền và nhận. Thông tin được truyền có thể là dữ liệu thoại, video hoặc máy tính ở định dạng bit-serial. Mỗi khoảng thời gian có thể dài 1 byte hoặc có thể là một phần của vài byte.

TDD luân phiên dữ liệu trạm truyền và nhận theo thời gian. Các khe thời gian có thể có độ dài thay đổi. Do bản chất của dữ liệu tốc độ cao, các bên giao tiếp không thể có nghĩa là việc truyền là không liên tục. Các đường truyền xuất hiện đồng thời thực sự đang cạnh tranh lẫn nhau. Được chuyển đổi kỹ thuật số thành giọng nói tương tự, không ai có thể nói rằng nó không phải là song công.

Trong một số hệ thống TDD, các khoảng thời gian thay thế có cùng thời lượng hoặc có cả DL và UL; tuy nhiên, hệ thống không cần đối xứng 50/50. Hệ thống có thể không đối xứng theo yêu cầu.

Ví dụ, trong khi truy cập Internet, tốc độ tải xuống thường cao hơn tốc độ tải lên. Hầu hết các thiết bị hoạt động ở chế độ không đồng bộ trong đó tốc độ tải xuống cao hơn tốc độ tải lên. Khi tốc độ tải xuống cao hơn tốc độ tải lên, cần ít khoảng thời gian hơn để tải lên. Một số định dạng TDD cung cấp phân bổ băng thông động khi số lượng khoảng thời gian hoặc thời lượng được thay đổi nhanh chóng khi cần thiết.

Ưu điểm thực sự của TDD là nó chỉ là một kênh duy nhất của phổ tần số và nó không yêu cầu bảo vệ băng tần hoặc phân tách kênh khi các khoảng thời gian diễn ra bằng cách sử dụng các khe thời gian. Điểm bất lợi là để thực hiện thành công TDD đòi hỏi một hệ thống định thời. Cần định thời chính xác cho cả máy phát và máy thu để đảm bảo rằng các khoảng thời gian không trùng lặp hoặc gây nhiễu cho khoảng thời gian khác.

Thời gian thường được đồng bộ hóa với tiêu chuẩn đồng hồ nguyên tử GPS dẫn xuất cụ thể. Thời gian bảo vệ cũng cần thiết giữa các khe thời gian để tránh trùng lặp. Thời gian này nói chung bằng với thời gian xử lý truyền - nhận (thời gian chuyển mạch truyền - nhận) và độ trễ truyền (độ trễ) trên kênh truyền thông.

Song công phân chia tần số

Trong Song công phân chia theo tần số (FDD), tần số liên kết thuận không giống với tần số liên kết ngược. Trong mỗi liên kết, các tín hiệu liên tục được truyền song song.

Ví dụ về Hệ thống FDD

FDD yêu cầu hai đoạn phổ đối xứng cho kênh đường lên và kênh đường xuống.

Trong điện thoại di động có bộ phát và bộ thu, hoạt động đồng thời ở khoảng cách gần nhau như vậy, bộ thu phải lọc càng nhiều tín hiệu từ bộ phát càng tốt. Nhiều phân tách quang phổ, các bộ lọc hiệu quả nhất.

FDD sử dụng rất nhiều phổ tần số, thường gấp đôi phổ tần TDD yêu cầu. Ngoài ra, phải có sự phân tách phổ thích hợp giữa truyền và nhận của các kênh. Những ban nhạc này tiếp tục nói - nó không thể được sử dụng, chúng không cần thiết. Do sự khan hiếm và chi phí của quang phổ, chúng thực sự là những bất lợi.

Sử dụng FDD

FDD được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện thoại di động khác nhau. Trong một số hệ thống, băng tần 869-894 MHz được sử dụng làm phổ đường xuống (DL) từ tháp vị trí tế bào đến thiết bị. Và, băng tần 824-849 MHz được sử dụng làm phổ đường lên (UL) của thiết bị cầm tay tại vị trí di động.

FDD cũng hoạt động trên một cáp nơi các kênh truyền và nhận được cung cấp các phần khác nhau của phổ cáp, như trong hệ thống truyền hình cáp. Và, bộ lọc được sử dụng để giữ các kênh riêng biệt.

Nhược điểm của FDD

Hạn chế của FDD là nó không cho phép các kỹ thuật đặc biệt như nhiều ăng-ten, nhiều đầu vào-đầu ra (MIMO) và định dạng chùm tia. Những công nghệ này là yếu tố thiết yếu của chiến lược mới Điện thoại di động 4G Tiến hóa dài hạn (LTE) để tăng tốc độ dữ liệu. Rất khó để tạo ra băng thông đủ rộng để phủ sóng cả hai dải phổ anten. Mạch điều chỉnh động phức tạp là cần thiết.

Nhiều phương thức truy cập

Kênh vô tuyến là một phương tiện liên lạc được chia sẻ bởi một số người dùng trong một khu vực địa lý. Các trạm di động đang cạnh tranh với nhau về tài nguyên tần số để truyền luồng thông tin của chúng. Nếu không có các biện pháp khác để kiểm soát quyền truy cập đồng thời của một số người dùng, có thể xảy ra va chạm. Vì va chạm là không mong muốn đối với giao tiếp theo hướng kết nối như điện thoại di động, các trạm thuê bao cá nhân / di động cần được phân bổ các kênh dành riêng theo yêu cầu.

Giao tiếp di động, chia sẻ tài nguyên không dây trên tất cả người dùng, phải được giao tiếp để xác định người dùng. Trong khi xác định người dùng, nó được gọi là "đa truy cập" (Multiple Access) đang nhận sóng vô tuyến của một số trạm phát trong một trạm thu (như trong hình sau).

Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) là một trong những phương pháp đa truy nhập tương tự phổ biến nhất. Dải tần được chia thành các kênh có băng thông bằng nhau để mỗi cuộc hội thoại được truyền trên một tần số khác nhau ( như trong hình bên dưới ).

Tổng quan về FDMA

Trong phương pháp FDMA, các băng tần bảo vệ được sử dụng giữa các phổ tín hiệu liền kề để giảm thiểu nhiễu xuyên âm giữa các kênh. Một băng tần cụ thể được trao cho một người và nó sẽ nhận được bằng cách xác định từng tần số ở đầu nhận. Nó thường được sử dụng trong thế hệ đầu tiên của điện thoại di động analog.

Ưu điểm của FDMA

Do hệ thống FDMA sử dụng tốc độ bit thấp (thời gian ký hiệu lớn) so với độ trễ trung bình, nó mang lại những ưu điểm sau:

Giảm thông tin tốc độ bit và việc sử dụng các mã số hiệu quả làm tăng dung lượng.
Nó làm giảm chi phí và giảm nhiễu giữa các ký hiệu (ISI)
Việc cân bằng là không cần thiết.
Một hệ thống FDMA có thể được thực hiện dễ dàng. Một hệ thống có thể được cấu hình để có thể dễ dàng kết hợp các cải tiến về bộ mã hóa giọng nói và giảm tốc độ bit.
Vì quá trình truyền là liên tục, số lượng bit ít hơn được yêu cầu để đồng bộ hóa và đóng khung.

Nhược điểm của FDMA

Mặc dù FDMA cung cấp một số ưu điểm, nhưng nó cũng có một số nhược điểm, được liệt kê dưới đây:

Nó không khác biệt đáng kể so với các hệ thống tương tự; cải thiện công suất phụ thuộc vào mức giảm tín hiệu trên nhiễu, hoặc tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR).
Tốc độ dòng chảy tối đa trên mỗi kênh là cố định và nhỏ.
Các dải bảo vệ dẫn đến lãng phí dung lượng.
Phần cứng ngụ ý các bộ lọc băng hẹp, không thể thực hiện được trong VLSI và do đó làm tăng chi phí.

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) là một công nghệ liên lạc điện thoại di động kỹ thuật số. Nó tạo điều kiện cho nhiều người dùng chia sẻ cùng một tần số mà không bị nhiễu. Công nghệ của nó chia tín hiệu thành các khoảng thời gian khác nhau và tăng khả năng mang dữ liệu.

Tổng quan về TDMA

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) là một công nghệ phức tạp, vì nó đòi hỏi sự đồng bộ chính xác giữa máy phát và máy thu. TDMA được sử dụng trong các hệ thống vô tuyến di động kỹ thuật số. Các trạm di động riêng lẻ ấn định tần số theo chu kỳ cho việc sử dụng riêng một khoảng thời gian.

Trong hầu hết các trường hợp, toàn bộ băng thông hệ thống trong một khoảng thời gian không được gán cho một trạm. Tuy nhiên, tần số của hệ thống được chia thành các băng con và TDMA được sử dụng cho đa truy nhập trong mỗi băng tần con. Các dải con được gọi làcarrier frequencies. Hệ thống di động sử dụng kỹ thuật này được gọi làmulti-carrier systems.

Trong ví dụ sau, dải tần đã được chia sẻ bởi ba người dùng. Mỗi người dùng được chỉ định xác địnhtimeslotsđể gửi và nhận dữ liệu. Trong ví dụ này, người dùng‘B’ gửi sau khi người dùng ‘A,’ và người dùng ‘C’gửi sau đó. Bằng cách này, công suất cực đại trở thành một vấn đề và lớn hơn bởi liên lạc bùng nổ.

FDMA và TDMA

Đây là một hệ thống TDMA đa sóng mang. Dải tần số 25 MHz có băng thông 124 chuỗi đơn (tần số sóng mang 200) của mỗi kHz; mỗi kênh tần số này chứa 8 kênh hội thoại TDMA. Do đó, chuỗi các khe thời gian và tần số được gán cho một trạm di động là các kênh vật lý của hệ thống TDMA. Trong mỗi khoảng thời gian, trạm di động truyền một gói dữ liệu.

Khoảng thời gian được gán cho một ô thời gian cho một trạm di động cũng xác định số lượng kênh TDMA trên tần số sóng mang. Khoảng thời gian của các khe thời gian được kết hợp trong một khung gọi là TDMA. Tín hiệu TDMA truyền trên tần số sóng mang thường yêu cầu nhiều băng thông hơn tín hiệu FDMA. Do sử dụng nhiều lần nên tốc độ dữ liệu gộp còn cao hơn.

Ưu điểm của TDMA

Dưới đây là danh sách một số lợi thế đáng chú ý của TDMA -

Cho phép tốc độ linh hoạt (nghĩa là một số vị trí có thể được chỉ định cho một người dùng, ví dụ: mỗi khoảng thời gian dịch 32Kbps, một người dùng được chỉ định hai vị trí 64 Kbps trên mỗi khung hình).
Có thể chịu được lưu lượng truy cập tốc độ bit mạnh hoặc thay đổi. Số lượng khe được phân bổ cho người dùng có thể được thay đổi theo từng khung (ví dụ: hai khe trong khung 1, ba khe trong khung 2, một khe trong khung 3, khung 0 trong số các rãnh 4, v.v.).
Không yêu cầu băng tần bảo vệ cho hệ thống băng rộng.
Không cần bộ lọc băng hẹp cho hệ thống băng rộng.

Nhược điểm của TDMA

Những nhược điểm của TDMA như sau:

Tốc độ dữ liệu cao của các hệ thống băng thông rộng đòi hỏi sự cân bằng phức tạp.
Do chế độ liên tục, cần một số lượng lớn các bit bổ sung để đồng bộ hóa và giám sát.
Thời gian cuộc gọi là cần thiết trong mỗi khe để điều chỉnh thời gian không chính xác (do đồng hồ không ổn định).
Điện tử hoạt động ở tốc độ bit cao làm tăng mức tiêu thụ năng lượng.
Xử lý tín hiệu phức tạp được yêu cầu để đồng bộ hóa trong các khe ngắn.

Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) là một loại ghép kênh tạo điều kiện cho các tín hiệu khác nhau chiếm một kênh truyền duy nhất. Nó tối ưu hóa việc sử dụng băng thông có sẵn. Công nghệ này thường được sử dụng trong các hệ thống điện thoại di động siêu cao tần (UHF), các băng tần nằm trong khoảng 800 MHz đến 1,9 GHz.

Tổng quan về CDMA

Hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã rất khác với ghép kênh theo thời gian và tần số. Trong hệ thống này, người dùng có quyền truy cập vào toàn bộ băng thông trong toàn bộ thời gian. Nguyên tắc cơ bản là các mã CDMA khác nhau được sử dụng để phân biệt giữa những người dùng khác nhau.

Các kỹ thuật thường được sử dụng là điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA), nhảy tần hoặc phát hiện CDMA hỗn hợp (JDCDMA). Tại đây, một tín hiệu được tạo ra mở rộng trên một băng thông rộng. Một mã được gọi làspreading codeđược sử dụng để thực hiện hành động này. Sử dụng một nhóm mã trực giao với nhau, có thể chọn một tín hiệu với một mã cho trước với sự hiện diện của nhiều tín hiệu khác với các mã trực giao khác nhau.

CDMA hoạt động như thế nào?

CDMA cho phép tối đa 61 người dùng đồng thời trong một kênh 1,2288 MHz bằng cách xử lý mỗi gói thoại với hai mã PN. Có 64 mã Walsh có sẵn để phân biệt giữa các cuộc gọi và giới hạn lý thuyết. Giới hạn hoạt động và các vấn đề về chất lượng sẽ làm giảm số lượng cuộc gọi tối đa thấp hơn giá trị này một chút.

Trên thực tế, nhiều băng gốc "tín hiệu" khác nhau với các mã trải rộng khác nhau có thể được điều chế trên cùng một sóng mang để cho phép nhiều người dùng khác nhau được hỗ trợ. Sử dụng các mã trực giao khác nhau, nhiễu giữa các tín hiệu là tối thiểu. Ngược lại, khi nhận được tín hiệu từ một số trạm di động, trạm gốc có khả năng cô lập từng trạm vì chúng có các mã trải trực giao khác nhau.

Hình dưới đây cho thấy tính kỹ thuật của hệ thống CDMA. Trong quá trình truyền bá, chúng tôi đã trộn các tín hiệu của tất cả người dùng, nhưng do đó bạn sử dụng cùng một mã với mã đã được sử dụng tại thời điểm gửi cho bên nhận. Bạn chỉ có thể lấy ra tín hiệu của từng người dùng.

Dung lượng CDMA

Các yếu tố quyết định dung lượng CDMA là:

Chế biến tăng
Tỷ lệ tín hiệu trên tiếng ồn
Yếu tố hoạt động giọng nói
Tần suất tái sử dụng hiệu quả

Dung lượng trong CDMA là mềm, CDMA có tất cả người dùng trên mỗi tần số và người dùng được phân tách bằng mã. Điều này có nghĩa là CDMA hoạt động trong điều kiện có nhiễu và nhiễu.

Ngoài ra, các ô lân cận sử dụng cùng tần số, có nghĩa là không sử dụng lại. Vì vậy, việc tính toán dung lượng CDMA sẽ rất đơn giản. Không có kênh mã trong một ô, nhân với không có ô. Nhưng nó không phải là đơn giản. Mặc dù các kênh mã không có sẵn là 64, có thể không sử dụng được một lần vì tần số CDMA là như nhau.

Phương pháp tập trung

Băng tần được sử dụng trong CDMA là 824 MHz đến 894 MHz (50 MHz + 20 MHz tách biệt).
Kênh tần số được chia thành các kênh mã.
1.25 MHz của kênh FDMA được chia thành 64 kênh mã.

Chế biến tăng

CDMA là một kỹ thuật trải phổ. Mỗi bit dữ liệu được trải bởi một chuỗi mã. Điều này có nghĩa là, năng lượng trên mỗi bit cũng được tăng lên. Điều này có nghĩa là chúng ta đạt được điều này.

P (tăng) = 10log (W / R)

W là tỷ lệ chênh lệch

R là Tốc độ Dữ liệu

Đối với CDMA P (đạt được) = 10 log (1228800/9600) = 21dB

Đây là hệ số khuếch đại và tốc độ truyền dữ liệu thực tế. Trung bình, một điều kiện truyền dẫn điển hình yêu cầu tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm là 7 dB để có chất lượng giọng nói phù hợp.

Được dịch thành một tỷ lệ, tín hiệu phải mạnh hơn tiếng ồn năm lần.

Độ lợi xử lý thực tế = P (độ lợi) - SNR

= 21 - 7 = 14dB

CDMA sử dụng mã hóa tốc độ thay đổi

The Voice Activity Factor of 0.4 is considered = -4dB.

Do đó, CDMA có khả năng tái sử dụng 100% tần số. Việc sử dụng cùng tần số trong các ô xung quanh gây ra thêm một số nhiễu.

In CDMA frequency, reuse efficiency is 0.67 (70% eff.) = -1.73dB

Ưu điểm của CDMA

CDMA có dung lượng mềm. Số lượng mã càng lớn thì số lượng người dùng càng nhiều. Nó có những ưu điểm sau:

CDMA yêu cầu kiểm soát công suất chặt chẽ, vì nó bị ảnh hưởng từ gần xa. Nói cách khác, một người dùng gần trạm gốc truyền cùng công suất sẽ làm chìm tín hiệu sau này. Tất cả các tín hiệu phải có nhiều hơn hoặc ít hơn công suất bằng nhau tại máy thu
Máy thu Rake có thể được sử dụng để cải thiện khả năng thu tín hiệu. Các phiên bản trễ của thời gian (chip trở lên) của tín hiệu (tín hiệu đa đường) có thể được thu thập và sử dụng để đưa ra quyết định ở mức bit.
Có thể sử dụng chuyển khoản linh hoạt. Các trạm gốc di động có thể chuyển đổi mà không cần thay đổi nhà điều hành. Hai trạm gốc nhận tín hiệu di động và thiết bị di động nhận tín hiệu từ hai trạm gốc.
Transmission Burst - giảm nhiễu.

Nhược điểm của CDMA

Những nhược điểm của việc sử dụng CDMA như sau:

Độ dài mã phải được lựa chọn cẩn thận. Độ dài mã lớn có thể gây ra độ trễ hoặc có thể gây nhiễu.
Đồng bộ hóa thời gian là bắt buộc.
Chuyển giao dần dần làm tăng việc sử dụng tài nguyên vô tuyến và có thể làm giảm dung lượng.
Vì tổng công suất nhận và truyền từ một trạm gốc cần được kiểm soát công suất chặt chẽ liên tục. Điều này có thể dẫn đến một số chuyển giao.

Mạng CDMA là hệ thống dùng để điều chỉnh công nghệ CDMA. Nó bao gồm tất cả các khía cạnh và chức năng bắt đầu từ trạm gốc, anten phát, anten thu, đến các trung tâm chuyển mạch di động.

Tổng quan về mạng CDMA

Trạm gốc là một phần tử thiết yếu của mạng CDMA. Một trạm gốc bao gồm một khu vực địa lý nhỏ được gọi làcell. Một tế bào có thể là đa hướng hoặc theo ngành. Mỗi trạm gốc có một anten phát và hai anten thu cho mỗi ô. Hai ăng ten thu được sử dụng trên mỗi ô cho mục đíchspatial diversity. Trong nhiều ứng dụng, nó là BSC (Bộ điều khiển Trạm gốc), điều khiển một số trạm gốc.

Vì tốc độ dữ liệu điện thoại di động là 13kbps hoặc 8kbps, không phải làISDN, nhưng các bộ chuyển mạch là trung tâm chuyển mạch di động (MSC) thường được chuyển sang 64 kbps. Vì vậy, trước khi chuyển đổi, cần phải chuyển đổi tốc độ dữ liệu di động này thành 64 kbps. Điều này được thực hiện bởi một thành viên, đó làtranscoder. Bộ chuyển mã có thể là một phần tử riêng biệt hoặc nó có thể được sắp xếp chung trong mỗi trạm gốc hoặc MSC.

Tất cả các trạm gốc đều được kết nối với MSC, là mobile slàm héo cđi vào. MSC là đơn vị quản lý việc thiết lập, kết nối, duy trì và xử lý các cuộc gọi trong mạng và cả với thế giới bên ngoài.

MSC cũng có một cơ sở dữ liệu được gọi là HLR / AC, là một trung tâm xác thực / đăng ký vị trí nhà. HLR là cơ sở dữ liệu, duy trì cơ sở dữ liệu của tất cả các thuê bao mạng. Trung tâm xác thực AC là một phần bảo mật của HLR, một số thuật toán kiểm tra điện thoại di động.

MSC được kết nối với thế giới bên ngoài, tức là mạng đường dây cố định. MSC cũng có thể được kết nối với một số MSC khác.

Danh tính CDMA

Nhận dạng mạng -

SID (Nhận dạng hệ thống)
NID (Nhận dạng mạng)

Nhận dạng trạm di động -

ESN (Số sê-ri điện tử)
ESN đã hoán đổi
IMSI (Nhận dạng trạm di động quốc tế)
IMSI_S
IMSI_11_12
Dấu lớp ga

Nhận dạng hệ thống và mạng

Trạm gốc là một thành viên của hệ thống di động và mạng. Mạng là một tập hợp con của hệ thống. Hệ thống được cài đặt với một nhận dạng được gọi làIdentification System(CIS). Các mạng có hệ thống nhận làNetwork identification(NID). Nó là một cặp mạng được xác định duy nhất của (SID, NID). Trạm di động có danh sách một hoặc nhiều cặp home (không chuyển vùng) (SID, NID).

SID

Một chỉ báo nhận dạng hệ thống 15 bit (SID) được lưu trữ trong một trạm di động. Nó được sử dụng để xác định hệ thống máy chủ của các trạm di động. Sự phân bổ bit của chỉ báo nhận dạng hệ thống được hiển thị bên dưới.

Sự phân bố của mã quốc tế (INTL) (bit 14 và 13) cũng được thể hiện trong bảng. Các bit 12-0 được FCC ấn định cho từng hệ thống của Hoa Kỳ đối với các quốc gia không thuộc Hoa Kỳ. Việc phân bổ bit sẽ được thực hiện bởi các cơ quan quản lý địa phương.

NID

NID có dải giá trị dành riêng từ 0-65535. Giá trị 65535 trong một SID có nghĩa là, cặp NID là để chỉ ra rằng Trạm di động coi toàn bộ SID là nhà.

Hệ thống và Mạng

Một trạm di động có danh sách một hoặc nhiều cặp số gia đình (không chuyển vùng) (SID, NID). Trạm di động đang chuyển vùng khi cặp trạm phát sóng (SID, NID) không khớp với một trong các cặp trạm di động không chuyển vùng (SID, NID).

Trạm di động là một máy chuyển vùng NID nước ngoài -

nếu trạm di động đang chuyển vùng và có một số cặp (SID, NID) trong danh sách trạm di động (SID, NID) tương ứng với SID.
nếu trạm di động đang chuyển vùng và có một số cặp (SID, NID) trong danh sách trạm di động (SID, NID) mà không có SID phù hợp nào khả dụng (có nghĩa là một trạm di động có SID nước ngoài của khách hàng chuyển vùng).

Số sê-ri điện tử (ESN)

ESN là số nhị phân 32 bit xác định duy nhất trạm di động trong hệ thống di động CDMA. Nó phải được đặt tại nhà máy và không thể dễ dàng thay đổi tại hiện trường. Thay đổi ESN sẽ yêu cầu thiết bị đặc biệt, thường không có sẵn cho người đăng ký. Sự phân bổ bit của ESN được hiển thị bên dưới:

Mạch cung cấp ESN phải được cách ly để không ai có thể tiếp xúc và giả mạo. Nỗ lực thay đổi mạch ESN sẽ làm cho trạm di động không hoạt động. Tại thời điểm ban hành chấp nhận ban đầu, nhà sản xuất phải được gán mã Nhà sản xuất (MFR) trong tám bit quan trọng nhất (bit 31-24 bit) số sê-ri 32 bit. Các bit 23-18 được đặt trước (ban đầu bằng 0). Và, mọi nhà sản xuất chỉ phân bổ 17 bit đến 0. Khi một nhà sản xuất đã sử dụng gần như tất cả các kết hợp có thể có của các số sê-ri ở bit 17-0, nhà sản xuất có thể gửi thông báo cho FCC. FCC sẽ ấn định số nhị phân tuần tự tiếp theo trong khối dự trữ (từ bit 23 đến hết).

ESN đã hoán đổi

CDMA là một kỹ thuật trải phổ trong đó nhiều người dùng truy cập hệ thống tại cùng một ví dụ trong một ô và tất nhiên trên cùng một tần số. Do đó, nó phân biệt người dùng trên liên kết ngược (tức là thông tin từ MS đến trạm gốc). Nó truyền bá thông tin bằng cách sử dụng các mã dành riêng cho trạm di động trong tất cả các hệ thống di động CDMA. Mã này có một phần tử là ESN, nhưng nó không sử dụng ESN ở cùng một định dạng mà thay vào đó, nó sử dụng một ESN được hoán đổi.

Nếu có hai điện thoại di động trong cùng một nhãn hiệu và có số sê-ri liên tiếp và đối với máy thu của trạm gốc, việc kết nối chúng sẽ trở nên khó khăn. Do đó, để tránh mối tương quan chặt chẽ giữa các mã dài tương ứng với ESN kế tiếp, chúng ta sử dụng các ESN hoán vị.

Nhận dạng trạm di động quốc tế (IMSI)

Các trạm di động được xác định bởi danh tính của Identity trạm di động quốc tế (IMSI). IMSI bao gồm tối đa 10 đến 15 chữ số. Ba chữ số đầu tiên của IMSI là mã quốc gia của thiết bị di động (MCC), các chữ số còn lại là mã nhận dạng trạm di động NMSI quốc gia. NMSI bao gồm mã mạng di động (MNC) và số nhận dạng trạm di động (SIDS).

IMSI ≤15 chữ số
MCC	MSN	MSIN
	NMSI

MCC: Mã quốc gia di động
MNC: Mã mạng di động
MSIN: Nhận dạng trạm di động
NMSI: Nhận dạng Trạm Di động Quốc gia

IMSI có 15 chữ số được gọi là IMSI lớp 0 (NMSI là 12 chữ số). IMSI, có độ dài dưới 15 chữ số, được gọi là IMSI lớp 1 (NMSI có độ dài nhỏ hơn 12 số đếm). Đối với hoạt động CDMA, cùng một IMSI có thể được đăng ký trên nhiều trạm di động. Các hệ thống riêng lẻ có thể cho phép hoặc không cho phép các khả năng này. Việc quản lý các chức năng này là chức năng của trạm gốc và người vận hành hệ thống.

Người nhận tiền

Do phản ánh những thách thức của băng thông rộng, kênh vô tuyến có thể bao gồm nhiều bản sao (đa đường), tín hiệu ban đầu được truyền với biên độ, pha và độ trễ khác nhau. Nếu các thành phần tín hiệu đến trong một khoảng thời gian chip của nhau, một bộ thu tín hiệu có thể được sử dụng để điều chỉnh và kết hợp. Máy thu Rake sử dụng nguyên tắc phân tập thông qua nhiều đường dẫn. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ máy thu Rake.

Bộ thu Rake xử lý một số thành phần tín hiệu đa đường. Các đầu ra của bộ tương quan được kết hợp để đạt được độ tin cậy và hiệu suất truyền thông tốt hơn. Quyết định bit trên cơ sở tương quan đơn lẻ có thể tạo ra tỷ lệ lỗi bit lớn do thành phần đa đường được xử lý bởi thực tế là bộ tương quan có thể bị hỏng do đổi màu. Nếu đầu ra của một bộ tương quan bị hỏng do mờ dần, thì bộ kia không thể bị lỗi và tín hiệu bị hỏng có thể được giảm bằng quy trình trọng số.

Mã Walsh

Mã Walsh được sử dụng phổ biến nhất trong các mã trực giao của các ứng dụng CDMA. Các mã này tương ứng với các dòng của ma trận vuông đặc biệt được gọi là ma trận Hadamard. Đối với một bộ mã Walsh có độ dài N, nó gồm n dòng để tạo thành một ma trận vuông n × n mã Walsh.

Hệ thống IS-95 sử dụng ma trận hàm 64 Walsh 64. Dòng đầu tiên của ma trận này chứa một chuỗi tất cả các số không với mỗi dòng sau chứa các kết hợp khác nhau của bit 0 và 1. Mỗi dòng là biểu diễn trực giao và bằng nhau cho các bit nhị phân. Khi được triển khai với hệ thống CDMA, mỗi người dùng di động sử dụng một trong 64 chuỗi các hàng trong ma trận làm mã trải rộng. Và, nó cung cấp không có mối tương quan chéo giữa tất cả những người dùng khác. Ma trận này được định nghĩa đệ quy như sau:

Trong đó n là lũy thừa của 2 và biểu thị các kích thước khác nhau của ma trận W. Hơn nữa, n biểu thị phép toán KHÔNG logic trên tất cả các bit trong ma trận này. Ba ma trận W _2, W ₄ và W ₈ lần lượt hiển thị hàm Walsh cho thứ nguyên 2, 4 và 8.

Mỗi dòng của ma trận 64 Walsh 64 tương ứng với một số kênh. Số kênh 0 được ánh xạ tới hàng đầu tiên của ma trận Walsh, là mã của tất cả các số không. Kênh này còn được gọi là kênh hoa tiêu và được sử dụng để hình thành và ước tính phản ứng xung của một kênh vô tuyến di động.

Để tính toán mối tương quan chéo giữa các chuỗi, chúng ta sẽ cần chuyển các bit thành ma trận để tạo thành các giá trị đối nghịch của ± 1. Tuy nhiên, tất cả người dùng trên cùng một kênh CDMA có thể được đồng bộ hóa với độ chính xác của một khoảng thời gian chip bằng cách sử dụng một chuỗi PN dài chung. Nó cũng hoạt động như một trình xáo trộn dữ liệu.

Mã Walsh là một nhóm mã trải rộng có đặc tính tự tương quan tốt và đặc tính tương quan chéo kém. Mã Walsh là xương sống của hệ thống CDMA và được sử dụng để phát triển các kênh riêng lẻ trong CDMA.
Đối với IS-95, có 64 mã có sẵn.
- Mã '0' được sử dụng làm hoa tiêu và mã '32' được sử dụng để đồng bộ hóa.
- Các mã từ 1 đến 7 được sử dụng cho các kênh điều khiển, và các mã còn lại dùng cho các kênh lưu lượng. Các mã từ 2 đến 7 cũng có sẵn cho các kênh lưu lượng nếu chúng không cần thiết.
Đối với cdma2000, tồn tại vô số mã Walsh, có độ dài khác nhau để phù hợp với các tốc độ dữ liệu và Hệ số lan truyền khác nhau của các Cấu hình Radio khác nhau.
Một trong 64 mẫu bit trực giao với tốc độ 1,2288 Mcps.
Mã Walsh được sử dụng để xác định dữ liệu cho mỗi lần truyền riêng lẻ. Trong liên kết chuyển tiếp, chúng xác định các kênh mã chuyển tiếp trong một tần số CDMA.
Trong liên kết ngược, tất cả 64 mã được sử dụng bởi mỗi kênh ngược để mang thông tin.

Hãy xem hình minh họa sau đây. Nó cho thấy cách ghép kênh được thực hiện bằng cách sử dụng Mã Walsh.

Tất cả điều chế và giải điều chế kỹ thuật đều cố gắng đạt được công suất lớn hơn và / hoặc hiệu quả của băng thông trong kênh nhiễu tĩnh có phụ gia Gaussian màu trắng. Vì băng thông là một tài nguyên giới hạn, một trong những mục tiêu thiết kế chính của tất cả các sơ đồ điều chế là giảm thiểu băng thông cần thiết để truyền. Mặt khác, kỹ thuật trải phổ sử dụng băng thông truyền dẫn có độ lớn lớn hơn băng thông yêu cầu của tín hiệu tối thiểu.

Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ là - nhiều người dùng có thể đồng thời sử dụng cùng một băng thông mà không gây nhiễu lẫn nhau. Do đó, trải phổ không kinh tế khi số lượng người dùng ít hơn.

Trải phổ là một hình thức truyền thông không dây trong đó tần số của tín hiệu truyền được thay đổi một cách có chủ ý dẫn đến băng thông cao hơn.
Trải phổ rõ ràng trong định lý dung lượng kênh Shannon và Hartley -

C = B × log ₂ (1 + S / N)
Trong phương trình đã cho, `C 'là dung lượng kênh tính bằng bit trên giây (bps), là tốc độ dữ liệu tối đa cho tỷ lệ lỗi bit lý thuyết ( BER ). 'B' là băng thông kênh yêu cầu tính bằng Hz và S / N là tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu.
Trải phổ sử dụng băng thông rộng, các tín hiệu giống tiếng ồn khó phát hiện, đánh chặn hoặc giải điều chế. Ngoài ra, tín hiệu trải phổ khó bị nhiễu (gây nhiễu) hơn so với tín hiệu dải hẹp.
Vì tín hiệu trải phổ rất rộng nên chúng truyền ở mật độ công suất phổ thấp hơn nhiều, được đo bằng watt trên hertz, so với các máy phát dải hẹp. Tín hiệu dải phổ và dải hẹp có thể chiếm cùng một băng tần, ít hoặc không có nhiễu. Khả năng này là điểm thu hút chính cho tất cả sự quan tâm đến trải phổ ngày nay.

Points to Remember -

Băng thông tín hiệu truyền đi lớn hơn băng thông thông tin tối thiểu, cần thiết để truyền tín hiệu thành công.
Một số chức năng khác với bản thân thông tin thường được sử dụng để xác định băng thông truyền dẫn kết quả.

Sau đây là hai loại kỹ thuật trải phổ:

Trình tự trực tiếp và
Nhảy tần số.

Trình tự trực tiếp được CDMA chấp nhận.

Trình tự trực tiếp (DS)

Đa truy nhập phân chia theo trình tự mã trực tiếp (DS-CDMA) là một kỹ thuật ghép kênh người dùng bằng các mã khác nhau. Trong kỹ thuật này, cùng một băng thông được sử dụng bởi những người dùng khác nhau. Mỗi người dùng được chỉ định một mã lây lan của riêng mình. Các bộ mã này được chia thành hai lớp:

Mã trực giao và
Mã không trực giao

Các chuỗi Walsh nằm trong danh mục đầu tiên là Mã trực giao trong khi các chuỗi khác như PN, Gold và Kasami là chuỗi thanh ghi dịch chuyển.

Mã trực giao được gán cho người dùng, đầu ra của bộ tương quan trong máy thu sẽ bằng 0 ngoại trừ trình tự mong muốn. Trong trình tự trực tiếp đồng bộ, máy thu nhận được cùng một chuỗi mã đã được truyền đi để không có sự dịch chuyển thời gian giữa những người dùng.

Giải điều chế tín hiệu DS - 1

Để giải điều chế tín hiệu DS, bạn cần biết mã đã được sử dụng tại thời điểm truyền. Trong ví dụ này, bằng cách nhân mã được sử dụng trong quá trình truyền với tín hiệu thu, chúng ta có thể nhận được tín hiệu đã truyền.

Trong ví dụ này, nhiều mã đã được sử dụng tại thời điểm truyền (10.110.100) đến tín hiệu nhận được. Ở đây, chúng tôi đã tính toán bằng cách sử dụng luật hai phụ gia (Phép cộng Modulo 2). Nó còn được giải điều chế bằng cách nhân mã được sử dụng tại thời điểm truyền này, được gọi làreverse diffusion(khử lây lan). Trong sơ đồ cho dưới đây, có thể thấy rằng trong quá trình truyền dữ liệu đến phổ dải hẹp (Narrow Band), phổ của tín hiệu bị phân tán.

Giải điều chế tín hiệu DS - 2

Mặt khác, nếu bạn không biết mã đã được sử dụng tại thời điểm truyền, bạn sẽ không thể giải điều chế. Ở đây, bạn đang cố gắng giải điều chế theo mã khác (10101010) và thời gian truyền, nhưng không thành công.

Ngay cả khi nhìn vào quang phổ, nó đang lan truyền trong thời gian truyền. Khi nó được đưa qua bộ lọc thông dải (Bộ lọc đường dẫn dải), chỉ còn lại tín hiệu nhỏ này và chúng không được giải điều chế.

Đặc điểm của Spread Spectrum

Như thể hiện trong hình sau, mật độ công suất của tín hiệu Spread Spectrum có thể thấp hơn mật độ nhiễu. Đây là một tính năng tuyệt vời có thể giữ cho các tín hiệu được bảo vệ và duy trì sự riêng tư.

Bằng cách trải rộng phổ của tín hiệu đã truyền, người ta có thể giảm mật độ công suất của nó sao cho nó trở nên nhỏ hơn mật độ công suất của nhiễu. Bằng cách này, có thể ẩn tín hiệu trong nhiễu. Nó có thể được giải điều chế nếu bạn biết mã được sử dụng để gửi tín hiệu. Trong trường hợp mã không được biết, thì tín hiệu nhận được sẽ vẫn ẩn trong nhiễu ngay cả sau khi giải điều chế.

DS-CDMA

Mã DS được sử dụng trong CDMA. Cho đến nay, nó đã được giải thích một phần cơ bản của truyền thông trải phổ. Từ đây, chúng tôi sẽ giải thích cách hoạt động của Đa truy cập phân chia theo trình tự mã trực tiếp (DS-CDMA).

Tín hiệu trải phổ, chỉ có thể được giải điều chế bằng một mã dùng để truyền. Bằng cách sử dụng này, tín hiệu truyền của mỗi người dùng có thể được xác định bằng mã riêng khi nhận được tín hiệu. Trong ví dụ đã cho, tín hiệu lan truyền của người dùng A ở mã A và tín hiệu khuếch tán của người dùng B ở mã B. Mỗi tín hiệu khi nhận được đều trộn lẫn. Tuy nhiên, bằng bộ khuếch tán nghịch đảo (Des spreadder), nó xác định tín hiệu của từng người dùng.

DS-CDMA System - Forward Link

DS-CDMA System - Reverse Link

Mã lây lan

Cross-Correlation

Tương quan là một phương pháp đo lường mức độ chính xác của một tín hiệu đã cho khớp với một mã mong muốn. Trong công nghệ CDMA, mỗi người dùng được gán một mã khác nhau, mã do người dùng gán hoặc chọn là rất quan trọng để điều chế tín hiệu vì nó liên quan đến hiệu suất của hệ thống CDMA.

Một sẽ có được hiệu suất tốt nhất khi có sự tách biệt rõ ràng giữa tín hiệu của người dùng mong muốn và tín hiệu của những người dùng khác. Sự tách biệt này được thực hiện bằng cách tương quan giữa mã tín hiệu mong muốn được tạo cục bộ và các tín hiệu nhận được khác. Nếu tín hiệu trùng khớp với mã của người dùng thì hàm tương quan sẽ cao và hệ thống có thể trích xuất tín hiệu đó. Nếu mã mong muốn của người dùng không có điểm chung nào với tín hiệu, thì mối tương quan phải càng gần 0 càng tốt (do đó loại bỏ tín hiệu); còn được gọi là tương quan chéo. Vì vậy, có mộtself-correlation (Tương quan bản thân) và cross-correlation (Tương quan chéo).

Các thuộc tính của tự tương quan và mã được thể hiện trong sơ đồ dưới đây, nơi thể hiện mối tương quan giữa trải mã 'A' và mã trải rộng 'B'. Trong ví dụ này, mối tương quan được tính toán của mã trải rộng 'A (1010110001101001) và mã trải rộng' B '(1010100111001001) được đưa ra, trong khi thực hiện các phép tính trong ví dụ dưới đây, kết quả là 6/16.

Preferable Codes

Mã ưu tiên được sử dụng trong CDMA. Có nhiều mã khác nhau có thể được sử dụng tùy thuộc vào loại hệ thống CDMA. Có hai loại hệ thống -

Hệ thống đồng bộ (Synchronous) và
Hệ thống không đồng bộ (Asynchronous).

Trong hệ thống đồng bộ, có thể sử dụng các mã trực giao (Orthogonal Code). Trong hệ thống không đồng bộ cho điều này, chẳng hạn như mã giả ngẫu nhiên (Pseudo-random Noise) hoặc mã Vàng được sử dụng.

Để giảm thiểu sự can thiệp lẫn nhau trong DS-CDMA, nên chọn các mã trải rộng ít tương quan chéo hơn.

Synchronous DS-CDMA

Mã trực giao là thích hợp. (Mã Walsh, v.v.)

Asynchronous DS-CDMA

Mã nhiễu giả ngẫu nhiên (PN) / Chuỗi tối đa
Mã vàng

Synchronous DS-CDMA

Hệ thống CDMA đồng bộ được thực hiện trong Hệ thống điểm tới đa điểm. Ví dụ: Liên kết chuyển tiếp (Trạm gốc đến Trạm di động) trong Điện thoại di động.

Hệ thống đồng bộ hóa được sử dụng trong các hệ thống một-nhiều (Điểm đến đa điểm). Ví dụ, tại một thời điểm nhất định, trong hệ thống thông tin di động, một trạm gốc (BTS) có thể liên lạc với nhiều điện thoại di động (liên kết chuyển tiếp / liên kết xuống).

Trong hệ thống này, một tín hiệu truyền cho tất cả người dùng có thể giao tiếp đồng bộ. Có nghĩa là, "Đồng bộ hóa" ở điểm này là một ý nghĩa có thể được gửi để căn chỉnh đầu mỗi tín hiệu của người dùng. Trong hệ thống này, có thể sử dụng các mã trực giao và cũng có thể giảm nhiễu lẫn nhau. Và mã trực giao, nó là dấu hiệu, chẳng hạn như tương quan chéo tức là 0.

Asynchronous DS-CDMA

Trong hệ thống CDMA không đồng bộ, các mã trực giao có tương quan chéo không tốt.

Không giống như tín hiệu từ trạm gốc, tín hiệu từ trạm di động đến trạm gốc, trở thành hệ thống không đồng bộ.

Trong một hệ thống không đồng bộ, sự giao thoa lẫn nhau phần nào tăng lên, nhưng nó sử dụng các mã khác như mã PN hoặc mã Vàng.

Ưu điểm của Spread Spectrum

Vì tín hiệu được trải rộng trên một dải tần rộng, mật độ phổ công suất trở nên rất thấp, do đó các hệ thống thông tin liên lạc khác không bị ảnh hưởng bởi loại giao tiếp này. Tuy nhiên, tiếng ồn Gaussian tăng lên. Dưới đây là danh sách một vài ưu điểm chính của Spread Spectrum -

Multipath có thể được đồng ý, vì một số lượng lớn mã có thể được tạo ra, cho phép một số lượng lớn người dùng.
Trong trải phổ, không có giới hạn người dùng trong khi công nghệ FDMA có giới hạn người dùng.
Bảo mật - nếu không biết mã lây lan, khó có thể khôi phục dữ liệu đã truyền.
Từ chối giảm dần - vì băng thông lớn được sử dụng hệ thống; nó ít bị biến dạng hơn.

Trình tự PN

Hệ thống DS-CDMA sử dụng hai loại chuỗi trải rộng, tức là PN sequences và orthogonal codes. Như đã đề cập ở trên, chuỗi PN được tạo ra bởi bộ tạo nhiễu giả ngẫu nhiên. Nó chỉ đơn giản là một thanh ghi dịch chuyển phản hồi tuyến tính nhị phân, bao gồm các cổng XOR và một thanh ghi dịch chuyển. Máy phát PN này có khả năng tạo ra một chuỗi giống hệt nhau cho cả máy phát và máy thu,and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.

Một chuỗi PN có nhiều đặc điểm như có số lượng số không và số một gần như bằng nhau, tương quan rất thấp giữa các phiên bản dịch chuyển của chuỗi và tương quan chéo rất thấp với các tín hiệu khác như nhiễu và nhiễu. Tuy nhiên, nó có thể tương quan tốt với chính nó và nghịch đảo của nó. Một khía cạnh quan trọng khác là tính tự tương quan của chuỗi vì nó xác định khả năng đồng bộ hóa và khóa mã trải rộng cho tín hiệu nhận được. Cuộc chiến này tác động hiệu quả đến nhiều nhiễu và cải thiện SNR. Trình tự M, mã Vàng và trình tự Kasami là những ví dụ về loại trình tự này.

Chuỗi nhiễu giả ngẫu nhiên (PN) là một chuỗi các số nhị phân, ví dụ ± 1, dường như là ngẫu nhiên; nhưng trên thực tế, nó hoàn toàn xác định.
Chuỗi PN được sử dụng cho hai loại kỹ thuật trải phổ PN -
- Phổ trải rộng tín hiệu trực tiếp (DS-SS) và
- Phổ trải rộng Hop tần số (FH-SS).
Nếu 'u' sử dụng PSK để điều chỉnh chuỗi PN, thì kết quả là DS-SS.
Nếu 'u' sử dụng FSK để điều chỉnh chuỗi PN, thì kết quả là FH-SS.

Công nghệ nhảy tần số

Nhảy tần là một trải phổ trong đó sự lan truyền diễn ra bằng cách nhảy tần trên một dải rộng. Thứ tự chính xác mà ngắt xảy ra được xác định bằng bảng nhảy được tạo bằng cách sử dụng chuỗi mã giả ngẫu nhiên.

Tốc độ nhảy là một chức năng của thông tin tốc độ. Thứ tự của các tần số được lựa chọn bởi máy thu và được quy định bởi chuỗi nhiễu giả ngẫu nhiên. Mặc dù việc truyền phổ tín hiệu nhảy tần khá khác so với truyền của tín hiệu tuần tự trực tiếp, nhưng cần lưu ý rằng dữ liệu được phân phối trên một dải tín hiệu lớn hơn mức cần thiết. Trong cả hai trường hợp, tín hiệu thu được sẽ xuất hiện dưới dạng nhiễu và bộ thu sử dụng một kỹ thuật tương tự, được sử dụng trong quá trình truyền để khôi phục lại tín hiệu ban đầu.

Trong truyền thông không dây, fade là độ lệch của sự suy giảm tín hiệu ảnh hưởng đến một phương tiện truyền dẫn nhất định. Sự đổi màu có thể thay đổi theo thời gian, vị trí địa lý hoặc tần số của đài, thường được mô phỏng như một quá trình ngẫu nhiên. Một kênh mờ dần là một kênh giao tiếp đang bị mờ dần.

Multipath Fading

Trong các hệ thống không dây, sự mờ dần có thể do đa đường, được gọi là multipath fading hoặc do shadowing khỏi các chướng ngại vật ảnh hưởng đến sự truyền sóng, được gọi là shadow fading. Ở đây trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về cách ảnh hưởng của fade đa đường đến việc nhận tín hiệu trong CDMA.

Làm mờ dần trong Hệ thống CDMA

Hệ thống CDMA sử dụng tốc độ chip tín hiệu nhanh để trải phổ. Nó có độ phân giải thời gian cao, do đó nó nhận được một tín hiệu khác nhau từ mỗi đường dẫn riêng biệt. Bộ thu RAKE ngăn chặn sự suy giảm tín hiệu bằng cách tổng hợp tất cả các tín hiệu.

Bởi vì CDMA có độ phân giải thời gian cao, các đường dẫn khác nhau làm trễ tín hiệu CDMA, có thể bị phân biệt. Do đó, năng lượng từ tất cả các đường đi có thể được tổng hợp bằng cách điều chỉnh các pha và độ trễ đường đi của chúng. Đây là một nguyên tắc của máy thu RAKE. Bằng cách sử dụng bộ thu RAKE, có thể cải thiện tình trạng mất tín hiệu nhận được do mờ dần. Nó có thể đảm bảo một môi trường giao tiếp ổn định.

Trong các hệ thống CDMA, truyền đa đường cải thiện chất lượng tín hiệu bằng cách sử dụng bộ thu RAKE.

Vấn đề gần xa là một trong những vấn đề lớn gây ảnh hưởng nặng nề đến liên lạc di động. Trong hệ thống CDMA, sự giao thoa lẫn nhau sẽ quyết định phần lớn tỷ lệ SN của mỗi người dùng.

Làm thế nào vấn đề gần xa ảnh hưởng đến giao tiếp?

Hình minh họa sau đây cho thấy vấn đề xa gần ảnh hưởng đến giao tiếp như thế nào.

Như trong hình minh họa, người dùng A ở xa bộ thu và người dùng B ở gần bộ thu, sẽ có sự khác biệt lớn giữa công suất tín hiệu mong muốn và công suất tín hiệu bị nhiễu. Công suất tín hiệu mong muốn sẽ cao hơn nhiều so với công suất tín hiệu bị nhiễu và do đó tỷ số SN của người dùng A sẽ nhỏ hơn và chất lượng giao tiếp của người dùng A sẽ bị suy giảm nghiêm trọng.

Trong CDMA, vì tất cả các điện thoại di động đều truyền ở cùng một tần số nên nhiễu nội bộ của mạng đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định dung lượng mạng. Hơn nữa, mỗi công suất máy phát di động phải được kiểm soát để hạn chế nhiễu.

Kiểm soát quyền lực về cơ bản là cần thiết để giải quyết vấn đề gần-xa. Ý tưởng chính để giảm vấn đề gần-xa, là đạt được cùng một mức công suất mà tất cả các điện thoại di động nhận được đến trạm gốc. Mỗi công suất nhận được ít nhất phải ở mức sao cho nó cho phép liên kết đáp ứng các yêu cầu của hệ thống như Eb / N0. Để nhận được cùng mức công suất tại trạm gốc, các điện thoại di động ở gần trạm gốc sẽ truyền ít công suất hơn các điện thoại di động ở xa trạm gốc.

Trong hình bên dưới, có hai ô di động A và B. A ở gần trạm gốc hơn và B ở xa trạm gốc. Pr là mức tín hiệu tối thiểu cho hiệu suất của hệ thống yêu cầu. Do đó, thiết bị di động B nên truyền nhiều công suất hơn để đạt được cùng một Pr tới trạm gốc (PB> PA). Nếu không có điều khiển công suất, hay nói cách khác, công suất truyền từ cả hai ô di động là như nhau, tín hiệu nhận được từ A mạnh hơn nhiều so với tín hiệu nhận được từ ô di động B.

Khi tất cả các trạm di động truyền tín hiệu ở cùng một công suất (MS), các mức nhận được tại trạm gốc sẽ khác nhau, điều này phụ thuộc vào khoảng cách giữa BS và MS.

Mức nhận được dao động nhanh chóng do mờ dần. Để duy trì mức nhận được ở BS, một kỹ thuật điều khiển công suất phù hợp phải được sử dụng trong hệ thống CDMA.

Chúng ta cần kiểm soát công suất truyền tải của từng người dùng. Kiểm soát này được gọi làtransmission power control(Điều khiển năng lượng). Có hai cách để điều khiển công suất truyền. Đầu tiên làopen-loop Điều khiển (Vòng lặp mở) và thứ hai là closed-loop (Vòng lặp đóng) điều khiển.

Điều khiển nguồn liên kết ngược

Ngoài hiệu ứng gần-xa được mô tả ở trên, vấn đề trước mắt là xác định công suất phát của di động khi nó thiết lập kết nối lần đầu. Cho đến khi điện thoại di động không tiếp xúc với trạm gốc, nó không có ý tưởng về lượng nhiễu trong hệ thống. Nếu nó cố gắng truyền công suất cao để đảm bảo tiếp xúc, thì nó có thể gây ra quá nhiều nhiễu. Mặt khác, nếu thiết bị di động truyền ít công suất hơn (không làm ảnh hưởng đến các kết nối di động khác), thì công suất không thể đáp ứng E _b / N ₀ theo yêu cầu.

Theo quy định trong tiêu chuẩn IS-95, thiết bị di động hoạt động khi nó muốn xâm nhập vào hệ thống, nó sẽ gửi một tín hiệu được gọi là access.

Trong CDMA, công suất truyền của mỗi người dùng được phân bổ bởi công suất điều khiển để đạt được cùng một công suất (Pr) mà trạm gốc / BTS nhận được với đầu dò truy cập có công suất thấp. Điện thoại di động gửi thăm dò truy cập đầu tiên của nó, sau đó chờ phản hồi từ trạm gốc. Nếu nó không nhận được phản hồi, thì đầu dò truy cập thứ hai được gửi với công suất cao hơn.

Quá trình được lặp lại cho đến khi trạm gốc phản hồi. Nếu tín hiệu được trả lời bởi trạm gốc cao, thì điện thoại di động được kết nối với trạm gốc gần ô di động hơn với công suất truyền thấp. Tương tự, nếu tín hiệu yếu, thiết bị di động biết rằng tổn thất đường dẫn lớn hơn và truyền công suất cao.

Quá trình được mô tả ở trên được gọi là open loop power controlvì nó chỉ được điều khiển bởi chính thiết bị di động. Điều khiển công suất vòng hở bắt đầu khi thiết bị di động đầu tiên cố gắng giao tiếp với trạm gốc.

Điều khiển công suất này được sử dụng để bù cho các hiệu ứng đổ bóng các biến chậm. Tuy nhiên, vì các liên kết phía sau và phía trước nằm trên các tần số khác nhau, công suất phát ước tính không đưa ra giải pháp chính xác cho việc điều khiển công suất do mất đường dẫn đến phía trước của trạm gốc. Điều khiển công suất này không thành công hoặc quá chậm đối với các kênh mờ dần Rayleigh nhanh.

Sức mạnh của điều khiển vòng kín được sử dụng để bù cho sự đổi màu Rayleigh nhanh chóng. Lần này, công suất phát di động được điều khiển bởi trạm gốc. Với mục đích này, trạm gốc liên tục giám sát chất lượng tín hiệu liên kết ngược. Nếu chất lượng kết nối thấp, nó sẽ yêu cầu thiết bị di động tăng sức mạnh; và nếu chất lượng của kết nối rất cao, bộ điều khiển trạm gốc di động sẽ giảm công suất của nó.

Kiểm soát nguồn liên kết chuyển tiếp

Tương tự, để điều khiển công suất liên kết ngược, điều khiển công suất liên kết thuận cũng cần thiết để duy trì chất lượng liên kết thuận đến một mức xác định. Lần này, điện thoại di động giám sát chất lượng liên kết chuyển tiếp và chỉ báo cho trạm gốc để bật hoặc tắt. Việc kiểm soát công suất này không ảnh hưởng đến vấn đề xa gần. Tất cả các tín hiệu được làm mờ cùng nhau ở cùng một mức công suất khi chúng được truyền đến thiết bị di động. Nói tóm lại, không có vấn đề xa gần trong liên kết chuyển tiếp.

Hiệu quả của kiểm soát quyền lực

Bằng cách kiểm soát công suất truyền, người dùng có thể có được một môi trường liên lạc liên tục bất kể vị trí. Người dùng ở xa trạm gốc sẽ gửi công suất truyền cao hơn người dùng ở gần trạm gốc. Cũng bằng cách kiểm soát công suất truyền này, bạn có thể giảm bớt ảnh hưởng của sự phai màu. Điều này có nghĩa là sự thay đổi của công suất nhận được do sự tắt dần có thể bị triệt tiêu bởi điều khiển công suất truyền.

Kiểm soát công suất có khả năng bù đắp sự dao động mờ dần.
Công suất nhận được từ tất cả các MS được điều khiển bằng nhau.
Vấn đề gần-xa được giảm thiểu nhờ điều khiển công suất.

Ưu điểm về dung lượng chính của CDMA là nó sử dụng lại cùng một tần số được phân bổ trong mọi sector của mọi cell. Trong IS-136 và các hệ thống di động tương tự, có một hệ số lặp lại bảy ô, với ba cung. Điều này có nghĩa là chỉ có một trong số 21 kênh khả dụng cho mỗi lĩnh vực. CDAM được thiết kế để chia sẻ cùng một tần số trong mỗi cung của mỗi ô. Đối với mỗi người dùng sử dụng mã hóa cdma2000 thay vì IS-95, hệ thống sẽ hiệu quả hơn.

Trong FDMA hoặc TDMA, tài nguyên vô tuyến được cấp phát để không gây nhiễu giữa các ô lân cận -

Các ô lân cận không được sử dụng cùng một dải tần (hoặc khe thời gian).
Hình bên trái cho thấy phân bổ ô đơn giản với bảy dải tần số.

Trong tình hình thực tế, do việc truyền sóng vô tuyến phức tạp và việc phân bổ ô không đều, nên việc phân bổ tần số (hoặc thời gian) một cách hợp lý là không dễ dàng.

Trong hệ thống CDMA chống lại điều này, vì tất cả người dùng chia sẻ cùng một tần số, việc sắp xếp tần số không phải là một vấn đề. Đây là ưu điểm lớn nhất của công nghệ CDMA.

Trong CDMA, tài nguyên vô tuyến giống hệt nhau có thể được sử dụng giữa tất cả các ô, vì các kênh CDMA sử dụng đồng thời cùng một tần số.

Phân bổ tần số trong CDMA là không cần thiết.
Theo nghĩa này, hệ thống di động CDMA rất dễ thiết kế.

Bất cứ khi nào một thuê bao di động đi qua trạm gốc này đến trạm gốc khác, mạng sẽ tự động chuyển sang trạm gốc tương ứng khác và duy trì trách nhiệm phủ sóng. Hành vi này được gọi là "chuyển giao" (Handoff) hoặc "trao tay" (Handover).

Trong khi đó trong các hệ thống FDMA và TDMA, nó sử dụng một tần số khác để liên lạc với trạm gốc của khu vực đó. Có nghĩa là, sẽ có một bộ chuyển đổi tần số từ tần số này sang tần số khác và trong quá trình chuyển đổi, sẽ có một chút cắt giao tiếp, được gọi là"hard handoff" (Hard Handoff) hoặc "hard handover" (Bàn giao cứng).

Khó khăn

Trong hệ thống di động FDMA hoặc TDMA, một giao tiếp mới có thể được thiết lập sau khi ngắt giao tiếp hiện tại tại thời điểm chuyển giao. Giao tiếp giữa MS và BS ngắt tại thời điểm chuyển đổi tần số hoặc khe thời gian.

Bàn giao mềm

Hệ thống di động theo dõi các trạm di động để duy trì các liên kết giao tiếp của chúng. Khi trạm di động đến một ô lân cận, liên kết truyền thông sẽ chuyển từ ô hiện tại sang ô lân cận.

Khi một thiết bị di động đi vào một khu vực mới (từ trạm gốc đến trạm gốc khác), thiết bị di động là thiết bị điều khiển thứ hai cung cấp đủ năng lượng bằng cách gửi thông báo về cường độ của người lái xe đến trạm gốc đầu tiên. Trạm gốc thông báo MTSO và sau đó MTSO yêu cầu mớiWalsh code assignment của trạm gốc thứ hai.

Trạm gốc đầu tiên điều khiển với MTSO chuyển giao tiến bộ mới Walsh sau đó gửi liên kết đất đến trạm gốc thứ hai. Di động được cung cấp bởi hai trạm gốc và MTSO chọn trạng thái chất lượng tốt nhất cho mỗi 20 ms.
Công suất xuống thấp tại trạm di động bởi BS đầu tiên và thiết bị di động sẽ gửi một bản tin cường độ thí điểm sau đó việc truyền BS đầu tiên dừng lại và giải phóng kênh. Và, kênh lưu lượng tiếp tục trên trạm gốc thứ hai.
Trong hệ thống di động CDMA, giao tiếp không hòa nhập vào thời điểm hiện tại khi thực hiện chuyển giao, vì tần số chuyển mạch hoặc khoảng thời gian không bắt buộc.

Note- Chuỗi Walsh là một phần của Mã trực giao, trong khi các chuỗi khác như PN, Gold và Kasami là chuỗi thanh ghi dịch chuyển. Trong trường hợp mã trực giao được gán cho người dùng, đầu ra của bộ tương quan trong máy thu sẽ bằng 0 ngoại trừ chuỗi mong muốn, trong khi máy thu chuỗi trực tiếp đồng bộ nhận cùng một chuỗi mã đã được truyền, do đó không có sự dịch chuyển thời gian giữa những người dùng.

Tín hiệu CDMA gặp phải các tín hiệu nhiễu cao khác với tín hiệu CDMA. Điều này xảy ra hai hình thức can thiệp - can thiệp từ những người dùng khác trong cùng một minicell và can thiệp từ các ô lân cận. Tổng nhiễu cũng bao gồm nhiễu nền và các tín hiệu giả khác.

CDMA dựa trên việc sử dụng một dạng điều chế trải phổ để mã hóa một tín hiệu cho quá trình truyền và truy xuất của nó.

Nguồn tiếng ồn

Trong công nghệ trải phổ, các tín hiệu vô tuyến được phân phối trên một băng tần rộng 1,23 MHz. Mỗi thuê bao được gán mã PN. Các tín hiệu tương ứng với các mã PN được giải mã và xử lý. Các tín hiệu không chứa các mã khớp được coi là nhiễu và bị bỏ qua.

Xử lý tín hiệu: Nhận

CDMA bắt đầu với một tín hiệu băng hẹp được mã hóa; điều này lan rộng khi sử dụng mã PN tới băng thông 1,23 MHz.

Khi nhận được tín hiệu, nó sẽ được lọc và xử lý để khôi phục tín hiệu mong muốn. Bộ tương quan loại bỏ các nguồn gây nhiễu vì chúng không tương quan với việc xử lý tín hiệu mong muốn. Sử dụng phương pháp này, số lượng cuộc gọi CDMA có thể chiếm cùng một phổ tần số đồng thời.

Tỷ lệ lỗi khung hình

Số lỗi truyền dẫn, được đo bằng tỷ lệ lỗi khung hình (FER). Nó tăng lên theo số lượng cuộc gọi. Để khắc phục sự cố này, minicell và trang web dành cho thiết bị di động có thể tăng sức mạnh cho đến khi thiết bị di động hoặc trang web minicell có thể hoạt động mạnh hơn nữa để giảm FER xuống mức chấp nhận được. Sự kiện này cung cấp các lệnh gọi giới hạn mềm từ một minicell cụ thể và phụ thuộc vào -

Sàn tiếng ồn xảy ra tự nhiên và sự can thiệp của con người.
Nhiễu từ các cuộc gọi trên minicell này.
Gây nhiễu từ các cuộc gọi trên các ô khác.

Mã Power per Walsh

Bit điều khiển công suất được sử dụng trong quá trình xử lý cuộc gọi để duy trì công suất tương đối của từng kênh lưu lượng hoạt động riêng lẻ và tăng hoặc giảm công suất để duy trì các phép đo FER được chấp nhận bởi thiết bị di động trên kênh. Sức mạnh này được thể hiện dưới dạng đơn vị khuếch đại kỹ thuật số.

Các hành động sau có thể được nhìn thấy trong đường dẫn truyền:

Gói thoại kỹ thuật số tốc độ bit thấp từ PSU2 (đơn vị chuyển mạch gói 2 trong bộ chuyển mạch 5ESS) được phát tán bằng mã Walsh trong minicell.
Tần số sóng mang phát RF được điều chế bởi tín hiệu trải rộng.
Tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp được truyền đi.

Các hành động sau có thể được nhìn thấy trong đường dẫn nhận:

Tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp được nhận.
Tín hiệu được giải điều chế bằng cách sử dụng tần số sóng mang thu RF.
Tín hiệu truyền đi bằng cách sử dụng cùng một mã Walsh.
Một bộ dò bit khôi phục tín hiệu đã giải mã thành một biểu diễn hợp lý của mẫu giọng nói ban đầu.