CDMA - Fading - Dongthoigian

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, mờ dần có thể là do đa đường, được gọi là mờ đa đường hoặc do che khuất từ các chướng ngại vật ảnh hưởng đến sự truyền sóng, được gọi là mờ dần . 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.

CDMA – Near-Far Problem Vấn đề gần xa

Vấn đề gần xa là một trong những vấn đề lớn 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.

CDMA – Kiểm soát nguồn điện

Trong CDMA, vì tất cả các điện thoại di động truyền ở cùng một tần số, 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 để nó cho phép liên kết đáp ứng các yêu cầu của hệ thống như Eb / N0. Để nhận được cùng một mức công suất tại trạm gốc, điện thoại di động ở gần trạm gốc sẽ truyền ít công suất hơn 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 thì 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 ở 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 tại BS, một kỹ thuật điều khiển công suất phù hợp phải được sử dụng trong hệ thống CDMA. Chúng ta cần kiểm soát sức mạnh truyền tải của từng người dùng. Điều khiển này được gọi là điều khiển công suất truyền (Control Power). Có hai cách để điều khiển công suất truyền. Đầu tiên là điều khiển vòng mở (Open Loop) và thứ hai là điều khiển vòng kín (Closed Loop).

Kiểm soát 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 mức độ 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.

Như được quy định trong các tiêu chuẩn IS-95, di động hoạt động khi nó muốn xâm nhập vào hệ thống, nó sẽ gửi một tín hiệu được gọi là truy cập .

Trong CDMA, công suất truyền dẫn 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 sẽ 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 truyền lớn hơn và truyền tải công suất cao.

Quá trình được mô tả ở trên được gọi là điều khiển công suất vòng hở vì 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 đắp 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 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 gì 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. Tóm lại, không có vấn đề gần-xa trong liên kết chuyển tiếp.

Hiệu lực của Kiểm soát quyền lực

Bằng cách kiểm soát công suất truyền, người dùng có thể có được một môi trường giao tiếp liên tục bất kể vị trí. Người dùng ở xa trạm gốc sẽ gửi công suất truyền cao hơn so với người dùng ở gần trạm gốc. Cũng bằng cách kiểm soát công suất truyền này, bạn có thể giảm các tác động của sự phai màu. Điều này có nghĩa là sự thay đổi của công suất nhận được do sự tắt dần có thể được ngăn chặn 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

CDMA – Frequency Allocation Phân bổ tần số

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 khung 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.