Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1. Khái quát một số công nghệ đa truy nhập điển hình. Về lý thuyết, có ba công nghệ đa truy cập truyền thống chủ yếu: FDMA, TDMA và CDMA như minh hoạ trên hình 1.1 Các kiểu đa truy nhập : (a) FDMA (b) TDMA (c) CDMA Công nghệ đa truy cập sử dụng trong hệ thống viễn thông không dây trên thực tế là một trong các đặc trưng chủ yếu của hệ thống, vì nó xác định cách thức mà người sử dụng chia sẻ môi trường truyền dẫn chung như thế nào. FDMA chia một băng tần đã cho thành nhiều kênh tần nhỏ và gán mỗi kênh tần cho một người sử dụng có nhu cầu.
Nó đã được dùng trong các hệ thống viễn thông vô tuyến tương tự. Các chuẩn của hệ thống không dây tế bào FDMA điển hình là: Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS) của Mỹ, Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu (NMT) ở Châu Âu và Hệ thống viễn thông truy cập toàn diện (TACS) ở Anh. TDMA TDMA là một công nghệ đa truy cập khác áp dụng trong các hệ thống viễn thông vô tuyến số. Nó chia băng tần thành các khe thời gian và trong mỗi - 2 - khe thì chỉ có một người sử dụng được phép truyền và nhận thông tin.
Theo đó, việc phân kênh cho các người sử dụng trong cùng một băng tần được thực hiện thông qua việc phân chia về thời gian. Các chuẩn TDMA chính là Hệ thống di động toàn cầu (GSM) ở Châu Âu và chuẩn IS-54/136 ở Bắc Mỹ. Từ năm 1990 GSM đã được phát triển lên hệ thống truyền thông tế bào số thế hệ hai ở Châu Âu. Các hệ thống dựa trên chuẩn này được triển khai lần đầu tiên ở 18 nước Châu Âu vào năm 1991.
Vào cuối năm 1993 nó cũng được chấp nhận ở hơn 9 nước Châu Âu khác cũng như ở Úc, Hồng Kông, nhiều nước ở Châu Á, Nam Mỹ và hiện giờ là ở Mỹ. CDMA là một công nghệ đa truy cập khác sử dụng trong các hệ thống truyền thông di động số. Trong CDMA, người ta thực hiện đa truy cập bằng cách gán cho mỗi người sử dụng một mã giả ngẫu nhiên có các tính chất tự tương quan và tương quan chéo. Mã này dùng để chuyển tín hiệu người dùng thành tín hiệu có phổ được trải rộng.
Sau đó phía thu sẽ dùng một mã giả ngẫu nhiên tương tự để chuyển tín hiệu băng rộng thành tín hiệu ban đầu. Trong khi đó các tín hiệu băng rộng của các người sử dụng khác thì vẫn giữ nguyên là tín hiệu băng rộng. Các tín hiệu nhiễu băng hẹp cũng sẽ bị khử trong quá trình này. Phổ sẽ bị chia thành các kênh, mỗi kênh có băng thông rộng hơn nhiều so với các hệ thống TDMA.
Tuy nhiên trong CDMA ta có thể sử dụng chung một sóng mang cho tất cả các cell. Mỗi người sử dụng được gán một mã duy nhất, đây thực chất là một chuỗi giả ngẫu nhiên để có thể cho phép nhiều người sử dụng được truyền thông tin đồng thời trên cùng một băng tần. Các tín hiệu đựơc tách ra tại phía thu bằng cách sử dụng một một tương quan có khả năng tách được phần năng lượng của người sử dụng mong muốn. Một trong các chuẩn CDMA chính là chuẩn IS-95 ở Bắc Mỹ.
Việc sử dụng công nghệ CDMA - 3 - trong các hệ thống tế bào vô tuyến bắt đầu với việc phát triển chuẩn IS-95_một trong các hệ thống 2G vào đầu thập niên 90. Vào thời điểm đó, người ta mới chỉ tập trung vào việc tìm ra một giải pháp thay thế hữu hiệu cho các hệ thống dựa trên chuẩn AMPS để cung cấp các dịch vụ thoại đồng thời cũng mới chỉ đưa ra một loại hình dữ liệu là dịch vụ dữ liệu thấp 9,6 Kbps. Thị trường chủ yếu của IS-95 là Mỹ, Nhật và Hàn Quốc, trong đó thị trường Hàn Quốc là lớn hơn cả với 25 triệu thuê bao. Thành công của IS-95 ở Hàn Quốc là do IS-95 đã được xét duyệt là chuẩn quốc gia vào đầu những năm 90.
Hiện giờ, CDMA được coi là một trong những công nghệ vô tuyến số phát triển nhanh nhất. CDMA đã được hơn 50 nước thông qua. Hơn nữa, CDMA đã được chọn là mô hình đa truy cập cho các hệ thống thế hệ ba (3G) 1. Qua phần tóm lược trên đây, chúng ta phần nào có thể hiểu rõ hơn về khái niệm đa truy nhập, từ đó thấy được tính đa dạng trong các kỹ thuật đa truy nhập.
Về mặt lý thuyết thì có rất nhiều cách để thực hiện đa truy nhập, tuy nhiên trong thực tế chỉ có ba loại công nghệ đa truy nhập chính là FDMA, TDMA và CDMA đựơc đưa vào áp dụng. Trong ba loại này thì CDMA tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hai công nghệ trên về khả năng tích hợp dịch vụ cũng như về mặt dung lượng.Sau khi đã hiểu được nét khác biệt chính của công nghệ đa truy nhập CDMA so với các loại công nghệ khác chúng ta có cơ sở vững chắc hơn để phân tích về dung lượng và các yếu tố có thể ảnh hưởng tới dung lượng trong CDMA ở chương sau. Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động tế bào CDMA - 4 - Hình 1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống vô tuyến tế bào Việc áp dụng công nghệ CDMA trong các hệ thống tế bào không dây được bắt đầu bằng việc phát triển chuẩn IS-95A, IS-95A được thiết kế để có thể đạt dung lượng cao hơn so với các hệ thống thế hệ thứ nhất để đáp ứng sự gia tăng nhanh chóng của các thuê bao. Sự phát triển IS-95 theo hướng hỗ trợ các dịch vụ tốc độ cao cũng đã bắt đầu từ năm 1996.
Điều này dẫn tới sự ra đời của chuẩn IS-95B vào năm 1998. Trong khi IS-95A chỉ dùng một mã trải phổ trên một kênh lưu lượng thì chuẩn IS-95B có thể ghép 8 mã vào để truyền dẫn tốc độ bít cao hơn. Các hệ thống IS-95B có thể hỗ trợ các tốc độ dữ liệu người dùng tới 115,2 Kbps bằng cách kết hợp mã mà không làm thay đổi lớp vật lý của IS-95A. Bước phát triển tiếp theo của các hệ thống CDMA là CDMA băng rộng.
CDMA băng rộng có băng tần 5MHz hoặc lớn hơn. Một vài mô hình CDMA băng rộng là các hệ thống không dây 3G. Hai mô hình CDMA băng rộng cho 3G là WCDMA và CDMA2000. Cuôc chạy đua về gói dữ liệu tốc độ cao trong CDMA bắt đầu vào cuối năm 1999.
Trước đó, WCDMA và CDMA2000 cũng - 5 - hỗ trợ truyền dữ liệu gói song cơ sở thiết kế thì vẫn theo kiểu cũ vì các tài nguyên hệ thống như công suất, mã và tốc độ dữ liệu vẫn chỉ tối ưu cho các ứng dụng theo kiểu thoại. Vào cuối năm 1999 thì mọi việc đã thay đổi vì các nhà thiết kế hệ thống nhận ra rằng các ứng dụng dữ liệu vô tuyến chủ yếu là các ứng dụng có liên quan tới giao thức Internet, do đó việc tối ưu hoá hiệu năng của dữ liệu gói là mục tiêu hàng đầu đối với các nhà thiết kế hệ thống. Cùng với việc thay đổi cơ sở thiết kế thì cũng xuất hiện thêm một số công nghệ mới như công nghệ truyền dẫn radio 1x cho riêng dữ liệu tốc độ cao (1xEV-DO) và truy cập gói hướng xuống tốc độ cao (HSDPA). Yếu tố quan trọng nhất của các hệ thống này gồm truyền dẫn dữ liệu tốc độ biến đổi và tương thích, điều chế và mã hoá thích nghi và lai ghép các yêu cầu tự lặp lại ARQ để tương thích với mạng dựa trên nền IP trong điều kiện kênh truyền xác định và tối ưu hoá hiệu năng hệ thống bằng cách sử dụng các công nghệ tương thích khác nhau trong khi vẫn thoả mãn các giới hạn về chất lượng dịch vụ (QoS).
Đầu tiên, HSDPA là bước tiến chủ yếu của mạng không dây WCDMA, trong đó tốc độ đỉnh dữ liệu và thông lượng của đường lên WCDMA cho các dữ liệu theo cơ chế best effort (một phương pháp thực hiện QoS theo kiểu định tuyến theo đường ngắn nhất) được tăng lên rõ rệt so với phiên bản đưa ra năm 1999. Vào tháng 3 năm 2000, một nghiên cứu khả thi về HSDPA đã được 3GPP chấp nhận. Báo cáo về công trình này là một phần trong bản release 4 và các chỉ tiêu cụ thể của HSDPA được hoàn thành trong bản 5 đưa ra vào cuối năm 2001. Ngược lại, CDMA2000 lại phát triển theo một hướng khác, trong đó bước đầu tiên của CDMA2000 là xuất phát từ 1xEV-DO còn 1xEV-DV cho thoại và dữ liệu tốc độ cao là bước thứ hai.
Chú ý là 1xEV-DV không cần xuất phát từ 1xEV-DO. Cả 1xEV-DO và 1xEV-DV đều hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 2,4Mbps với băng tần 1,25MHz, tương thích với chiến lược về tần số của các hệ thống CDMA 2G và 3G dựa trên IS-95 và CDMA2000. - 6 - Sự phát triển của CDMA là một tất yếu vì CDMA có ưu điểm vượt trội so với các hệ thống đa truy nhập khác như: hiệu quả tái sử dụng tần số cao hơn do hệ sô tái sử dụng tần số bằng 1,khả năng chống nhiễu đa đường tốt hơn, khả năng chịu được quá tải, đơn giản trong khai thác biện pháp sector hoá và khai thác các thời điểm không tích cực thoại. Hơn nữa, CDMA có các thủ tục chuyển giao rất hiệu quả.
Vì các hệ thống vô tuyến có giới hạn về mặt tài nguyên hệ thống và các dịch vụ đa phương tiện có các yêu cầu về QoS khác nhau, việc đánh giá về dung lượng hệ thống là một trong những vấn đề vô cùng quan trọng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền thông đa phương tiện giữa nhiều người sử dụng. Dung lượng của các hệ thống CDMA có liên quan mật thiết tới các đặc trưng về lưu lượng, điều khiển công suất, sector hoá và các yếu tố khác. Việc đánh giá dung lượng của các hệ thống CDMA hỗ trợ các dịch vụ hỗn hợp trên cơ sở tập trung vào các đặc trưng của các loại lưu lượng khác nhau là một công việc cần thiết và khá hữu ích. Công nghệ CDMA 2000 1.
Các đặc điểm của CDMA (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.