CdmaOne, CDMA2000 và WCDMA:

Tương đồng và khác biệt

ICTnews - Muốn hiểu rõ hơn CDMA, cần nhìn vào những công nghệ khác đã được dùng khi cdmaOne được thương mại hóa vào giữa thập niên 90.

Đa truy cập băng tần trải rộng dãy trực tiếp

Nền tảng của tất cả hệ thống CDMA di động là Đa truy cập băng tần trải rộng dãy trực tiếp, cung cấp khả năng duy trì nhiều cuộc gọi trong một kênh băng rộng bằng cách chỉ định một mã số duy nhất cho mỗi người gọi. Đây là một kỹ thuật cách mạng đã đuợc áp dụng cho truyền thông di động và nó rất khác biệt với những kỹ thuật TDMA được sử dụng trước đây trong những mạng GSM và IS-54 (một phiển bản nâng cao có tên IS-136) vào lúc bấy giờ.

Muốn hiểu rõ hơn CDMA, cần nhìn vào những công nghệ khác đã được dùng khi cdmaOne được thương mại hóa vào giữa thập niên 90. Những hệ thống Analog như AMPS, TACS và NMT đã dùng đa truy cập phân chia theo tần số(FDMA) để chia băng tần sử dụng thành những kênh tần số cho mỗi người dùng. Mỗi người dùng được cấp 1 kênh đơn. Những hệ thống đa truy cập phân chia theo thời gian kỹ thuật số (TDMA) như GSM và IS-136 (TDMA Bắc Mỹ) lại chia thêm mỗi kênh tần số thành những khe thời gian riêng biệt trên mỗi người dùng. Điều này đã làm tăng dung lượng trên các hệ thống Analog trước đây theo một hệ số tỉ lệ với số khe thời gian được sử dụng cho mỗi kênh.

QUALCOMM đã thiết kế một hệ thống đa truy cập hoàn toàn khác gọi là CDMA, trong đó nhiều người dùng sử dụng toàn bộ băng thông của kênh cùng một lúc để làm tăng rất nhiều dung lượng mạng của một hệ thống di động kỹ thuật số.

Mặc dù cả hai tiêu chuẩn CDMA2000 và WCDMA đều cơ bản sử dụng kỹ thuật băng tần trải rộng dãy trực tiếp, WCDMA trải rộng băng tần xuyên suốt một băng thông 5MHz trong khi CDMA2000 trải rộng băng tần qua một băng thông 1,25 MHz (tương đương với băng thông trong các hệ thống cdmaOne). Tuy nhiên, cả hai công nghệ trên đều cung cấp những dung lượng tương đương khi chúng được chuẩn hóa trong những băng thông tương đương.

Đa truy cập phân chia theo mã số trực giao

Trong các hệ thống CDMA, như CDMA2000 và WCDMA, mỗi người dùng hoặc kênh mã số được chỉ định một dãy mã số trực giao duy nhất để mã hóa các tín hiệu mang “thông tin” của mình trên mang liên kết xuôi.

Máy thu biết dãy mã số trực giao duy nhất của người dùng, thu hẹp những tín hiệu nhận đuợc bằng cách dùng những kỹ thuật tương quan và phục hồi dữ liệu thông tin ban đầu. Đồng thời, những tín hiệu băng tần trải rộng gây nhiễu khác vẫn còn trải rộng trên băng thông rộng hơn. Do đó, công suất trong tín hiệu “mang thông tin” khi tương quan sẽ lớn hơn công suất của tín hiệu gây nhiễu cộng thêm tiếng ồn, miễn là không có quá nhiều yếu tố gây nhiễu và tín hiệu mong muốn có thể được trích ra.

Tính trực giao của mã số là điều quan trọng để duy trì nhiễu tối thiểu giữa nhiều người dùng trong một hệ thống CDMA và cơ bản giúp rất nhiều người dùng liên lạc rõ ràng trong một môi trường di động. Càng nhiều người gọi tải vào mạng, điều này càng quan trọng.

Kiểm soát công suất

Thách thức lớn nhất mà các hệ thống truyền thông đa truy cập trải rộng băng tần, như CDMA2000 và WCDMA phải đối phó là hiệu ứng trường gần-xa. Đó là một hiện tượng gây ra bởi có nhiều người dùng ở “gần” và ”xa” muốn liên lạc với cùng một trạm gốc. Vì công suất phát tín hiệu vô tuyến giảm rất nhiều theo khoảng cách, tín hiệu từ người dùng ở xa thường rất yếu và tín hiệu từ người dùng trạm gốc thì mạnh hơn nên có thể cản trở các tín hiệu ở xa.

QUALCOMM đã giải quyết hiệu ứng trường gần- xa bằng cách giảm thiểu công suất truyền do các thiết bị di động ở gần phát ra qua một kỹ thuật gọi là “kiểm soát công suất” trong đó công suất phát của thiết bị di động của người dùng được kiểm soát qua 2 vòng kín- một vòng kín ngoài và một vòng kín trong. Một kỹ thuật thứ 3, gọi là vòng mở ấn định trị số công suất phát dựa trên công suất tổng cộng nhận được trên thiết bị cầm tay. Thực hiện kỹ thuật kiểm soát công suất chặt chẽ, nhanh và chính xác này đã giải quyết được vấn đề xa- gần bằng cách giúp các thiết bị CDMA truyền vừa đủ công suất để bảo đảm việc thu đáng tin cậy. Ngoài ra nó còn phục vụ 2 mục đích là (1) giảm thiểu nhiễu với các người dùng khác và (2) kéo dài tuổi thọ pin của thiết bị di động. Đối với người tiêu dùng. điều này có nghĩa là hiệu quả sử dụng tốt hơn, ít bị rớt cuộc gọi và tuổi thọ pin lâu hơn.

Các máy thu chống suy yếu đa dẫn (RAKE)

Trong các hệ thống di động, các thiết bị di động thu nhiều phiên bản của cùng một tín hiệu khi chúng đến trên nhiều đường với những thời gian chờ khác nhau (ví dụ, một đường tín hiệu trực tiếp và một đường tín hiệu bị chờ vì phản xạ lại từ một tòa nhà hoặc các trở ngại khác). Hiện tượng này gọi là đa dẫn (nhiều đường). Những tín hiệu này thường có thể đến tại một máy thu,”đối pha”(180 độ) với nhau và có thể gây ra nhiễu phá hủy.

Dùng một kỷ thuật gọi là các máy thu chống suy yếu đa – dẫn, các hệ thống CDMA2000 và WCDMA hưởng lợi thực sự từ đa dẫn (nhiều đường). Các máy thu này được thiết kế để dùng nhiều ngón tay để nhận các tín hiệu đa-dẫn đến tại một anten thu với những độ lệch thời gian khác nhau, tương quan với chúng, rồi tổng hợp chúng lại thành một tín hiệu đồng bộ đơn. Điều này đã cải tiến sự miễn nhiễm với suy yếu đa-dẫn và đưa đến những độ lợi (gains) đáng kể về dung sai liên lạc(link margin), với người tiêu dùng hưởng lợi từ chất lượng cuộc sống được cải tiến và phủ sóng tốt hơn.

Bộ khóa/giải mã điều chỉnh bằng tiếng nói

Một phương tiện khác để làm giảm nhiễu, hơn phân nửa, là qua sử dụng một bộ khóa-giải mã điều chỉnh bằng tiếng nói làm giảm các tốc độ bit truyền trong khoảng thời gian không có thoại (im lặng) hoặc hoạt động giảm, nên làm giảm công suất phát. Công nghệ này cho phép CDMA được thuận lợi về hoạt động không có tiếng nói cố hữu (ví dụ, những lúc nghỉ) thông thường trong đàm thoại, làm cho dung lượng mạng tăng lên. Xin lưu ý rằng, các bộ khóa giải mã GSM thuộc loại tắt-mở và không dùng tốc độ thay đổi. Chúng có trước các bộ khóa giải mã tốc độ thay đổi do CDMA2000 sử dụng. Chủ yếu là các bộ khóa giải mã tốc độ thay đối cho phép ta giảm tốc độ trong lúc hoạt động ít hơn hoặc khi có ít thông tin nói hơn được truyền đi. Loại khóa giải mã tắt-mở GSM khá quan trọng khi nói về khóa/giải mã, nếu không thì chúng không gởi được những phần quan trọng của câu nói. Điều này ít quan trọng hơn nhiều với một bộ khóa/giải mã tốc độ thay đổi.

Những bộ khóa/giải mã điều chỉnh bằng câu nói giúp nhà khai thác mạng hổ trợ truyền thoại nhiều hơn và cho phép người tiêu dùng hướng truyền thông vô tuyến không bị gián đoạn (ví dụ, nghẽn hoặc rớt cuộc gọi) và tuổi thọ pin lâu hơn trên thiết bị di động của họ.

Chuyển giao mềm và mềm hơn

Chuyển giao mềm là một phát minh quan trọng của QUALCOMM để quản lý hiệu quả các cuộc gọi CDMA xuyên qua các ranh giới ô trước khi một tiếp nhận (handover) diễn ra. Cụm từ “chuyển giao mềm” đặc trưng cho chuyển giao của một tín hiệu CDMA giữa 2 trạm gốc, còn “chuyển giao mềm hơn” dùng để phân biệt một chuyển giao mềm giữa 2 sector trong cùng một trạm gốc.

Trái lại, một chuyển giao cứng (cần thiết trong các mạng cũ hơn như GSM, TDMA và AMPS) là một kết nối “ngừng-trước khi-thực hiện” (break-before-make). Thiết bị di động ngừng gởi thông tin của người dùng (ví dụ, thoại) tới trạm gốc thứ nhất trước khi gởi thông tin ấy tới trạm gốc thứ nhì. Điều này đưa đến một tỉ lệ rớt cuộc gọi cao hơn.

Những chuyển giao mềm và mềm hơn giúp được lợi về tính đa dạng trong ngân sách kết nối ở ranh giới ô của mạng CDMA. Kết quả là các thiết bị di động CDMA2000 và WCDMA duy trì được tính liên tục và chất lượng của các kết nối vô tuyến khi di chuyển từ một trạm gốc này đến một trạm gốc khác.

Cấu trúc tín hiệu của CDMA, song song với các máy thu chống suy yếu đa- dẫn, kiểm soát công suất trạm gốc và tái sử dụng tần số đơn cố hữu, giúp thực hiện thành công các chuyển giao mềm trong một máy thu CDMA.

Tái sử dụng tần số đơn

Đây là một phát minh khác của QUALCOMM giúp thực hiện các mạng CDMA dung lượng cao. QUALCOMM đã nghĩ ra những kỷ thuật cho phép tất cả các trạm gốc trong một mạng CDMA2000 hoặc WCDMA sử dụng một tần số đơn- giúp thực hiện một hệ số tái sử dụng tần số bằng 1.

Giúp cùng một tần số được dùng bởi các trạm gốc kế cận của CDMA2000 hoặc WCDMA làm tăng hiệu suất băng tần và dung lượng mạng tổng cộng một cách đáng kể. Nó cũng cho phép hai hoặc nhiều trạm gốc nhận được cùng một tín hiệu liên kết ngược từ một thiết bị di động. Đối với các nhà khai thác dịch vụ, điều này đưa đến những kế hoạch mạng đơn giản hơn, chi tiêu vốn thấp hơn và tăng dung lượng mạng.

Tóm lại, mỗi công nghệ trong các công nghệ tích hợp và liên quan chặt chẽ mô tả trên đây và nhiều thứ khác- do QUALCOMM nghĩ ra- đều là cơ bản để khai thác đúng tất cả- các hệ thống cdmaOne, CDMA2000 và WCDMA. Quan trọng hơn, chúng đã giúp thực hiện những biểu tượng sau đây của CDMA, là: Hiệu suất băng tần lớn hơn; Dung lượng mạng lớn hơn; Thoại rõ hơn; Phủ sóng của mỗi trạm gốc rộng hơn; Kéo dài tuổi thọ pin...  

L.S

(Còn nữa)

  • Đọc toàn bộ bài viết trên báo Bưu điện Việt Nam số cuối tháng 12/2007