Mạng thông tin di động CDMA và chuỗi PN Offset

- NGUYỄN VĂN CHIẾN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA VÀ CHUỖI PN OFFSET LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ VIÊN THÔNG Hà Nội – 2011 NGUYỄN VĂN CHIẾN ĐIỆN TỬ VIÊN THÔNG KHOÁ 2009-2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Họ và tên tác giả luận văn NGUYỄN VĂN CHIẾN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA VÀ CHUỖI PN OFFSET CHUYÊN NGHÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ XUÂN THỤ Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 1 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.
- 9 1.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động.
- 9 1.1.2 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào.
- 12 1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất.
- 12 1.1.2.3 Thế hệ thứ ba.
- 20 1.3.3 Dung lượng hệ thống.
- 27 1.3.6 Chuyển giao (Handoff) ở hệ thống CDMA.
- 31 2.2 Các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp.
- 33 2.2.1 Hệ thống DSSS-BPSK.
- 35 2.2.2 Hệ thống DSSS-QPSK.
- 38 2.3 Các hệ thống trải phổ nhảy tần.
- 43 2.3.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ nhảy tần.
- 47 2.3.3 Tốc độ nhảy tần cho các hệ thống nhảy tần nhanh.
- 48 2.3.4 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm.
- 49 2.4 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian.
- 50 2.4.1 Khái niệm hệ thống trải phổ nhảy thời gian.
- 50 2.4.2 Nguyên lý của hệ thống trải phổ nhảy thời gian.
- 50 2.5 Hệ thống dịch lai- Nhảy tần chuỗi trực tiếp.
- 52 2.6 So sánh các hệ thống trải phổ.
- 80 Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 4 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DSSS Direct Sequence Spread spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FSK Phase Shift Keying Khóa dịch tần số IMT-2000 Internationnal Mobile Telecommunications Các tiêu chuẩn viễn thông di động toàn cầu 2000 IS95-CDMA Interim Standard-95 Chuẩn thông tin di động CDMA của Mỹ (Do Qualcom đề xuất) ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ MS Mobile Station Máy di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập PDSN Packet Data Switching Node Điểm chuyển mạch số liệu gói PN Pseudo Noise Giả ngẫu nhiên PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha RF Radio Frequency Tần số vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 5 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Bảng giá trị của phép toán cộng và nhân hai số nhi phân.
- 69 Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 6 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào.
- 10 Hình 1.2 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số.
- 15 Hình 1.3 Phổ tín hiệu FDMA.
- 16 Hình 1.4 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian.
- 16 Hình 1.5 Phổ tín hiệu TDMA.
- 17 Hình 1.6 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã.
- 17 Hình 1.7 Phổ tín hiệu CDMA.
- 18 Hình 1.8 Sơ đồ bộ thu phát tín hiệu CDMA.
- 18 Hình 1.9 Tổng công suất của hệ thống CDMA.
- 22 Hình 1.11 Minh họa hệ số tải.
- 24 Hình 1.12 Một Cell được sector hóa.
- 25 Hình 1.13 Chuyển giao mềm của 2 BS đường xuống và đường lên.
- 28 Hình 2.1 Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15.
- 33 Hình 2.2 Sơ đồ khối của máy phát DSSS-BPSK.
- 34 Hình 2.3 Giản đồ của máy phát DSSS-BPSK.
- 35 Hình 2.4 Sơ đồ máy thu DSSS – BPSK.
- 35 Hình 2.5 Giản đồ của máy thu DSSS-BPSK.
- 36 Hình 2.6 Các dạng sóng ở hệ thống DSSS-QPSK cho điều chế đồng thời ở 1 bít ở cả hai nhánh I và Q.
- 39 Hình 2.7 Sơ đồ khối của máy thu DSSS-QPSK.
- 40 Hình 2.8 Thí dụ c1(t) và c2(t) nhận được từ cùng một c(t.
- 42 Hình 2.9 Sơ đồ khối cho máy phát FHSS.
- 44 Hình 2.10 Sơ đồ khối cho máy thu FHSS.
- 46 Hình 2.11 Biểu đồ cho hệ thống nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK với M=4.
- 48 Hình 2.12 Biểu đồ tần số cho một hệ thống nhảy tần chậm điều chế FSK.
- 50 Hình 2.13 Biểu đồ thời gian cho một hệ thống nhảy tàn thời gian THSS.
- 51 Hình 2.14 Phổ tần của hệ thống tổng hợp FH/SS.
- 53 Hình 2.15 Bộ điều chế tổng hợp FH/SS.
- 54 Hình 2.16 Bộ thu tổng hợp FH/SS.
- 54 Hình 3.1 Thanh ghi dịch M tầng hồi tiếp tuyến tính dạng Fibonacci.
- 61 Hình 3.2 LRSR bộ nhớ tối thiểu trong cấu hình Galoa.
- 64 Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 7 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 3.3 Mạch thanh ghi dịch.
- 64 Hình 3.4 Sơ đồ tạo chuỗi mã m với g(x)=x5+x4+x3+x+1.
- 66 Hình 3.5 Mạch thanh ghi dịch tốc độ cao.
- 66 Hình 3.6 Mạch thanh ghi dịch tốc độ cao cho g(x)=x5+x4+x3+x+1.
- 67 Hình 3.7 Mạch thanh ghi dịch cho đa thưc tạo mã g(x)= x4+x3+x2+x+1.
- 69 Hình 3.8 Mạch thanh ghi dịch cho đa thức tạo mã g(x)= x3+x2+1.
- 70 Hình 3.9 Bộ tạo chuỗi mã Gold cho cặp ưa chuộng g1(x)=x3+x2+1 và g2(x)=x3+x+1.
- 73 Hình 4.1 Giao diện chương trình mô phỏng.
- 76 Hình 4.2: Giá trị tương quan của chuỗi PN và Gold.
- 77 Hình 4.3: Giá trị tương quan chéo của chuỗi Gold và chuỗi PN.
- Thế kỷ 21 đã chứng kiến sự bùng nổ của ngành thông tin vô tuyến và thông tin di động đóng một vai trò hết sức quan trọng.
- Nhu cầu thông tin ngày càng cao của người dùng đã thúc đẩy thế giới tìm ra phương thức thông tin mới.
- Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của ngành thông tin di động thế giới.
- Trong công nghệ CDMA thì vấn đề quan trọng và là cốt lõi của hệ thống đó là mã trải phổ.
- Trên cơ sở đó, để tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc, các đặc tính của mã trải phổ, em chọn đề tài “Mạng thông tin di động CDMA và chuỗi PN offset”.
- Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2011 Nguyễn Văn Chiến Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 9 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CDMA 1.1 Tổng quan Thông tin di động lần đầu tiên được sử dụng năm 1920 trong quân đội.
- Cùng với sự phát triển như vũ bão của ngành Điện Tử Viễn Thông, thông tin di động cũng có những bước phát triển đáng kể cả về số lượng cũng như chất lượng.
- Mặc dù mới phát triển nhưng thông tin di động đã nhanh chóng trải qua ba thế hệ.
- Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA.
- Thế hệ thứ hai là thế hệ thông tin di động số có tốc độ cao sử dụng công nghệ đa truy nhập theo mã băng rộng W_CDMA.
- 1.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động Khác với hệ thống thông tin cố định, các thiết bị đầu cuối của hệ thống thông tin di động truy nhập vào mạng thông qua giao diện vô tuyến.
- Do vậy thuê bao chỉ có thể truy nhập vào mạng khi nằm trong vùng phủ sóng của hệ thống.
- Vùng phục Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 10 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vụ của hệ thống thông tin di động được chia thành các vùng nhỏ gọi là tế bào (Cell).
- Cấu trúc chung của hệ thống thông tin tế bào bao gồm - Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem.
- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào.
- Hệ thống di động tế bào bao gồm.
- MS: Máy di động - BSS: Hệ thống trạm gốc - BTS: Trạm thu phát gốc - BSC: Trạm điều khiển trạm gốc - SS: Hệ thống chuyển mạch - VLR: Bộ định vị tạm trú - HLR: Bộ định vị thường trú - MSC: Trung tâm chuyển mạch di động - EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị - AUC: Trung tâm nhận thực - OMC: Trung tâm vận hành bảo dưỡng Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 11 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ - PSPDN:Mạng chuyển mạch công cộng theo gói - CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng - PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng - PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng Trong đó: MS: Gồm bộ thu phát RF, anten và bộ điều khiển BTS: Bao gồm bộ thu phát RF để kết nối với MS với MSC, bộ điều khiển, anten và đầu cuối số liệu.
- Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát (Kênh có thể là RF, CDMA, TDMA), cặp kênh này có thể thay đổi khi MS di chuyển qua lại giữa các tế bào.
- Bộ điều khiển của MSC sẽ điều khiển sắp đặt, quản lý hoạt động của toàn bộ hệ thống.
- MSC kết nối để thiết lập các cuộc gọi giữa các thuê bao với nhau và trao đổi thông tin báo hiệu đa đường qua đường số liệu giữa MSC với BS.Việc trao đổi thông tin giữa BTS và MSC có thể thực hiện bằng đường vô tuyến hoặc cáp.
- 1.1.2 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào [5],[9] Hệ thống thông tin di động đã trải qua hai thế hệ và đang tiến tới thế hệ thứ ba.
- Thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ số hiện hành - Thế hệ thứ ba được thiết kế cho thông tin đa phương tiện.
- 1.1.2.1 Thế hệ thứ nhất Thế hệ thứ nhất dựa trên kỹ thuật truyền dẫn tương tự và được thiết kế để cung cấp cho dịch vụ thoại di động cục bộ với vùng phủ sóng trên diện tích nhỏ gọi là ô (tế bào).
- Các hệ thống theo tiêu chuẩn khác nhau được phát triển ở khắp thế giới.
- Các hệ thống này sử dụng công nghệ đa truy nhập FDMA và đã phát triển mạnh Quá trình phát triển được thể hiện như sau.
- 1946: Dịch vụ thoại di động đầu tiên được giới thiệu bởi AT&T tại Mỹ - 1979: Thử nghiệm hệ thống thoại di động tiên tiến (AMOBILE PHONES) ở Mỹ và MCS-L1 được giới thiệu ở Nhật bởi NTT (Dựa trên AMOBILE PHONES với các kênh 25 KHz.
- 1985: Hệ thống C450 được đưa ra thị trường tại Đức, hệ thống TACS (Dựa trên AMOBILE PHONES) được đưa ra thị trường tại Anh.
- Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 13 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thế hệ này với khả năng truyền thoại theo đường vô tuyến đã đẩy số lượng điện thoại di động vượt qua số lượng điện thoại có dây và sự xâm nhập của điện thoại di động tại trên 70% các quốc gia trên thế giới.
- 1982: Nhóm đặc trách di động (GSM) được ra đời ở Châu Âu.
- 1992: Hầu hết các nhà vận hành ở Châu Âu đều đưa mạng GSM vào khai thác thương mại - 1993: Hệ thống CSCS 1800 đầu tiên được đưa ra thị trường tại Anh.
- 1.1.2.3 Thế hệ thứ ba.
- Các hệ thống thế hệ thứ 3 của tương lai là sự phát triển nâng cấp đặc biệt từ hệ thống thứ hai tập trung chủ yếu vào khía cạnh cung cấp dịch vụ cho người dùng.
- Các hệ thống thứ 3 sẽ cung cấp các dịch vụ có tốc độ truyền dẫn cao, truyền dẫn đa phương tiện và cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói hiệu quả hơn.
- Với thế hệ này ngoài việc có thể tìm gọi, nhắn tin, đàm thoại thông thường còn có thể truy cập vào mạng Internet đọc báo trí, tra cứu thông tin… Do băng tần mở rộng nó cung cấp dịch vụ thoại thấy hình, truyền hình ảnh… Quá trình phát triển: Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Văn Chiến 14 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Chính do sự thành công to lớn trên phạm vi toàn thế giới của GSM các nhà vận hành Châu Âu và các nhà sản xuất đã không chú ý tới một hệ thống mới cho đến giữa thập niên 90.
- Chỉ sau khi ITU đưa ra định hướng về một hệ thống di động mới cần phát triển những năm đầu của thế kỷ 21, các hoạt động cụ thể đối với UMTS của ETSI mới được thực thi năm 1995.
- Hệ thống 3G tương lai sau đó đã được ITU đặt tên là IMT-2000.
- Hệ thống viễn thông quốc tế của thế kỷ 21.
- 1.1.3 Các phương pháp đa truy nhập Mặc dù hệ thống thông tin vô tuyến có rất nhiều ưu điểm cực kỳ tiện dụng cho người sử dụng.
- Song với hệ thống này có một vấn đề được đặt ra đó là nguồn tài nguyên (Tần số, thời gian), truy nhập bởi nhiều người sử dụng khác nhau tại cùng một nơi, cùng một lúc chỉ có giới hạn nhất định

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt