Đồ Án TỐT NGHIỆP : Nghiên cứu và thi công hệ thống trải phổ trong CDMA

GIỚI THIỆU

Lịch sử phát triển CDMA được bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyết truyền thông trải phổ trong thập niên 50. Với hàng loạt các ưu điểm đi kèm, truyền thông trải phổ được ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó. Đến thập niên 80, CDMA được phép thương mại hóa và chính thức được đề xuất bởi Qualcomm, một trong những công ty hàng đầu về công nghệ truyền thông.

CDMA (Code Division Multiple Access) nghĩa là đa truy nhập phân chia theo mã. GSM phân phối tần số thành những kênh nhỏ, rồi chia sẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng. Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi thuê bao có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao với mã ngẫu nhiên tương ứng.

Với mục đích cung cấp những kiến thức cơ bản cho những đối tượng quan tâm đến hệ thống thông tin di động nói chung và trải phổ trong CDMA nói riêng. Nhóm đã thực hiện đồ án “Nghiên cứu và thi công hệ thống trải phổ trong CDMA”. Các thiết kế sơ đồ mạch điện cũng như tính toán các thông số được xây dựng theo các hướng đơn giản hơn nhiều so với thực tế.

Đồ án được chia thành tám chương:

Chương 1: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động, cho thấy sự phát triển của thông tin di động từ thế hệ thứ nhất đến thứ tư.

Chương 2: Kênh truyền vô tuyến, xét ảnh hưởng của kênh truyền vô tuyến đối với hệ thống thông tin di động.

Chương 3: Các phương pháp điều chế số, nêu lên đặc tính cơ bản của các phương pháp điều chế số.

Chương 4: Các chuỗi giả tạp âm, giải thích cách tạo thành chuỗi giả dùng trong trải phổ tín hiệu.

Chương 5: Các hệ thống trải phổ, phân tích các hệ thống trải phổ và những ứng dụng thực tế của các hệ thống này.

Chương 6: Tổng quan về CDMA, cung cấp những kiến thức cơ bản về hệ thống CDMA, phân tích đặc tính của tuyến lên, tuyến xuống và giao diện vô tuyến của CDMA.

Chương 7: Thiết kế và thi công hệ thống trải phổ trong CDMA, xây dựng các mạch điện để giải quyết vấn đề về phát và thu tín hiệu trong DS-CDMA. Sử dụng IC, op-amp và các linh kiên thụ động để tạo ra dữ liệu, chuỗi PN, mạch điều chế - giải điều chế, mạch khuếch đại công suất phát và mạch thu vô tuyến.

Chương 8: Kết luận và hướng phát triển đề tài, nêu lên những công việc đã thực hiện được và một số giải pháp để nâng cao chất lượng hệ thống.




LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay ở nước ta, công nghệ CDMA chưa được sử dụng rộng rãi như là GSM. Nhưng tài liệu về nó có rất nhiều. Trong các diễn đàn điện tử - viễn thông trên mạng internet, mọi người đang bàn tán rất nhiều về CDMA. Điều này chứng tỏ rằng số người quan tâm đến công nghệ CDMA sẽ có xu hướng ngày một tăng.

Với những kiến thức đã học cũng như đã tìm hiểu về hệ thống CDMA. Nhóm đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu và thi công hệ thống trải phổ trong CDMA” với sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Ths. Nguyễn Ngô Lâm. Tuy hệ thống thiết kế đơn giản nhưng đã thể hiện được đặc tính của hệ thống trải phổ trong CDMA. Nhóm thực hiện đồ án hy vọng đây sẽ là tài liệu dễ hiểu và bổ ích cho những ai quan tâm đến trải phổ CDMA.

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, mặc dù nhóm thực hiện đồ án đã cố gắng rất nhiều nhưng do trình độ có hạn và khoảng thời gian không nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót, nhóm thực hiện đồ án rất mong nhận được sự đóng góp, hướng dẫn và sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè.

Nhóm thực hiện đồ án



MỤC LỤC

Phần A: Giới Thiệu i

GIỚI THIỆU ii

LỜI CẢM ƠN iv

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI v

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN vi

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN vii

LỜI NÓI ĐẦU viii

MỤC LỤC ix

LIỆT KÊ BẢNG xiv

LIỆT KÊ HÌNH xix

Phần B: Nội Dung 1

CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2

1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ NHẤT 2

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ HAI 4

1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA. 4

1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA. 5

1.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA 7

1.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ TƯ 9

CHƯƠNG 2: KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 11

2.1 GIỚI THIỆU 11

2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 11

2.2.1 Các kiểu kênh truyền 11

2.2.2 Truyền dẫn trong không gian tự do 12

2.3 CÁC HIỆN TƯỢNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 14

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH TRUYỀN ĐỐI VỚI TÍN HIỆU 15

2.4.1 Hiện tượng phạn xạ 15

2.4.2 Hiện tượng tán xạ 15

2.4.3 Hiện tượng nhiễu xạ 16

2.4.4 Hiện tượng trải trễ 16

2.4.5 Băng thông liên kết và thời gian liên kết 17

2.5 MÔ HÌNH KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN 17

2.6 CÁC LOẠI PHÂN BỐ CỦA KÊNH TRUYỀN 21

2.6.1 Phân bố Rayleigh. 21

2.6.2 Phân bố fading Ricean. 22

2.6.3 Phân bố fading logarit chuẩn. 23

2.6.4 Phân bố Gaussian 23

CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHẾ SỐ 26

3.1 ASK (Amplitude Shift Keying) 26

3.1.1 BASK 26

3.1.2 ASK M mức 29

3.2 PSK 29

3.2.1 BPSK 29

3.2.2 M-PSK 30

3.2.3 Tỷ lệ lỗi bit ( BER : Bit Error Ratio) 31

3.3 FSK 31

CHƯƠNG 4: CHUỖI GIẢ TẠP ÂM 35

4.1 CHUỖI m 35

4.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHUỖI m 38

4.3 CÁC CHUỖI ĐA TRUY CẬP TRẢI PHỔ 40

4.3.1 Chuỗi GOLD 40

4.3.2 Chuỗi Kasami 42

4.3.2.1 Tập nhỏ các chuỗi nhỏ Kasami 42

4.3.2.2 Tập lớn các chuỗi Kasami 42

4.3.3 Các chuỗi trực giao 42

4.3.4 Các chuỗi phức 44

4.3.4.1 Các chuỗi m phức 44

4.3.4.2 Các dãy FZC 45

4.3.4.3 Các dãy phức 4 pha 45

4.4 ÁP DỤNG MÃ TRONG CÁC HỆ THỐNG CDMA 46

4.4.1 Mã PN dài ( Long PN code ) 46

4.4.2 Mã PN ngắn ( Short PN code ) 46

4.4.3 Mã Gold 46

4.4.4 Mã trực giao Walsh 46

CHƯƠNG 5: CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 48

5.1 TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP: 48

5.1.1 Khái niệm 48

5.1.2 Tín hiệu giả tạp 48

5.1.3 Hệ thống DSSS – BPSK 48

5.1.3.1 Máy phát 48

5.1.3.2 Máy thu 50

5.1.3.3 Độ lợi xử lý (Processing Gain – PG) 51

5.2 TRẢI PHỔ NHẢY TẦN FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) 52

5.2.1 Khái niệm 52

5.2.2 Các hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh (FFH : Fast FH) 52

5.2.2.1 Máy phát 53

5.2.2.2 Dải thông 54

5.2.2.3 Máy thu 55

5.2.2.4 FFH với FSK m mức 56

5.2.2.5 Tốc độ đồng hồ trong hệ thống FFH 57

5.2.3 Các hệ thống trải phổ nhảy tần chậm (SFH : Slow FH) 58

5.3 TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN THSS (Time Hopping Spread Spectrum) 59

5.4 CÁC DẠNG LAI GHÉP 60

5.5 SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG SS 60

CHƯƠNG 6: TỔNG QUAN VỀ CDMA 62

6.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 62

6.1.1 Mạng di động tế bào 62

6.1.2 Các thành phần trong hệ thống CDMA 63

6.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CDMA 64

6.3 TUYẾN LÊN VÀ TUYẾN XUỐNG 65

6.3.1 Các kênh của tuyến xuống (Forward channel) 66

6.3.1.1 Kênh Pilot 68

6.3.1.2 Kênh đồng bộ 68

6.3.1.3 Kênh paging 70

6.3.1.4 Kênh lưu lượng 72

6.3.2 Các kênh của tuyến lên (Reverse channel) 73

6.3.2.1 Kênh truy nhập 73

6.3.2.2 Kênh lưu lượng 76

6.3.3 So sánh tuyến lên và tuyến xuống 78

6.4 XỬ LÝ CUỘC GỌI 78

6.5 CÁC THUỘC TÍNH CỦA CDMA 79

6.5.1 Tần số 79

6.5.2 Điều khiển công suất 80

6.5.2.1 Điều khiển công suất tuyến lên 80

6.5.2.2 Điều khiển công suất tuyến xuống 81

6.5.3 Chuyển giao 82

6.5.3.1 Chuyển giao cứng (Hard handoffs : Break Before Make) 82

6.5.3.2 Chuyển giao mềm (Soft Handoffs) 83

6.5.3.3 Chuyển giao rỗi 84

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNGHỆ THỐNG 85

7.1 SƠ ĐỒ PHÁT VÀ THU HỆ THỐNG DS-CDMA. 85

7.1.1 Sơ đồ máy phát. 85

7.1.2 Sơ đồ máy thu. 85

7.2 MẠCH NGUỒN 86

7.3 MÁY PHÁT. 87

7.3.1 Mạch tạo xung vuông 87

7.3.2 Mạch tạo dữ liệu 8 bit 88

7.3.3 Mạch tạo chuôi PN 91

7.3.3.1 Mạch tạo chuỗi PN dùng FF-D với chiều dài chuỗi là 31chip 91

7.3.3.2 Mạch tạo chuôi PN dùng 89S52 với chiều dài chuỗi là 7 chip 93

7.3.4 Mạch trải phổ và dịch mức điện áp. 94

7.3.5 Mạch tạo sóng mang. 95

7.3.6 Mạch điều chế BPSK. 97

7.3.7 Mạch khuếch đại công suất cao tần. 100

7.4 MÁY THU 106

7.4.1 Mạch cộng hưởng ngõ vào 106

7.4.2 Mạch giải điều chế BPSK 107

7.4.3 Mạch đệm 108

7.4.4 Mạch lọc 108

7.4.5 Mạch sửa dạng xung 112

7.4.6 Mạch làm trể và giải trải phổ. 112

7.5 CÁC DẠNG SÓNG ĐO ĐƯỢC 114

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 122

8.1. KẾT LUẬN 122

8.2. ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 122

Phần C: Tài Liệu Tham Khảo Và Phụ Lục 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

PHỤ LỤC 126

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 128





CHÚ THÍCH : TÀI LIỆU TRÊN GỒM THUYẾT MINH ( FILE WORD GỐC ) + CÁC PHỤ LỤC BẢN VẼ , MẠCH .