Bài giảng mạng không dây chương 4 kỹ thuật đa truy cập

Chương Kỹ thuật đa truy cập (Multiple Access Techniques) Agenda • Introduction • Contentionless Multiple Access • Contention Multiple Access • Hanging Multiple Access 1/19/22 – Department of Computer Introduction • • • Hệ thống khơng dây thường hệ thống đa người dùng (multi-users systems) Sóng vô tuyến: – Hạn chế băng thông – Hạn chế số lượng kênh truyền Sóng vơ tuyến thường chia cho nhiều người dùng Kỹ thuật đa truy cập (Multiple Access 1/19/22 – Department of Computer Technique) định nghĩa • Classification 1/19/22 – Department of Computer • Contentionless Multiple Contentionless Multiple Access – Đa truy Access cập khơng tranh chấp • Contentionless based: – Cần điều khiển logic (BS-Base Station AP-Access Point) để phối hợp tất kênh truyền – Bộ điều khiển thông báo cho thiết bị truyền kênh truyền – Đụng độ (Collisions) tránh hồn tồn – Người 1/19/22 – Department Computer lịch dùng truyền tinofvới thứ tự theo Contentionless MA Protocols • Fixed assignment scheduling – Phân công cố định – Dung lượng sẵn có kênh truyền chia cho người dùng, người dùng phân bố phần dung lượng cố định phục vụ cho hoạt động độc lập người dùng – Việc phân chia thực theo thời gian tần số Vd: TDMA, FDMA 1/19/22 – Department of Computer Contentionless MA Protocols • Demand assignment scheduling – Phân công theo nhu cầu – Một người dùng u cầu truyền thơng hoạt động (active)  Người dùng hoạt độn (Active/Ready user) truyền thơng cách có trật tự theo lịch trình • • 1/19/22 Phân công theo nhu cầu với điều khiển tập trung, thực thể đơn lập lịch cho việc truyền thông (Polling Protocol) Phân công theo nhu cầu với điều khiển phân tán, tất người dùng tham gia vào trình lập kế hoạch, vd:–giao thức oftoken-passing protocol Department Computer • Contention-based Multiple Access Contention-based MA – Đa truy cập tranh chấp • Các thiết bị đầu cuối truyền cách phi tập trung • Khơng có điều khiển trung tâm • • Nếu “ready users” bắt đầu truyền thông thời điểm  tất truyền thông đếu thất bại Các giao thức truy cập ngẫu nhiên (random access protocol) xử lý vấn đề tranh chấp xuất người dùng truyền tải đồng thời 1/19/22 – Department of Computer • • Contention-based Multiple Access Example: – ALOHA – Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Standard: – GSM uses the slotted ALOHA in the terminal’s initial access process – IEEE 802.11 uses CSMA based contention access scheme (CSMA/CA) 1/19/22 – Department of Computer Contention-based Types • • Two types – Repeated random access protocols – Random access with reservation Repeated random access protocols – Với truyền thơng có khả xảy cạnh tranh  lập lại trình truyền – Pure (P)-ALOHA, Slotted (S)-ALOHA, CSMA & its variants 1/19/22 – Department of Computer 10 SC-FDE • • SC-FDE điều chế sóng mang máy phát/truyền  PAPR thấp Tín hiệu đầu vào OFDM miền tần số, tín hiệu đầu vào SCFDE miền thời gian 1/19/22 – Department of Computer 111 Single-carrier FDMA Concept • • Single-carrier FDMA (SC-FDMA) phiên đa người dùng SC-FDC Tương tự TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA; SCFDMA phân công nhiều người dùng để chia sẻ tài nguyên truyền thông 1/19/22 – Department of Computer 112 Single-carrier FDMA Concept • • Tính phân biệt SC-FDMA truyền đơn sóng mang, OFDMA truyền đa sóng mang Lợi ích SC-FDMA: – Giảm truyền tải điện tức thời – Có khả tăng khuye61ch đại lượng 1/19/22 – Department of Computer 113 Single-carrier FDMA Concept • • Cấu hình hệ thống SC-FDMA tương tự OFDMA với việc bổ sung khối DFT IDFT SC-FDMA dựa nguyên tắc SC-FDE, khác chỗ SC-FDMA sử dụng cho điều chế đa người dùng, SC-FDE sử dụng cho điều chế đơn 1/19/22 – Department of Computer 114 SC-FDMA Components • • • • • DFT , IDFT: dùng để tạo tín hiệu đơn sóng mang FDMA Serial to Parallel Convertor (S-to-P): biểu tượng điều chế chuyển đổi thành biểu tượng song song tổ chức thành khối (blocks) K-Point IDFT: Chuyển đổi sóng mang ánh xạ tới miền thời gian để tính tốn hiệu (K>N) N-Point DFT: Chuyển đổi miền thời gian Converts time domain single carrier blocks into N discrete frequency tones Subcarrier Mapping: Controls the frequency allocation, and maps N-discrete frequency tones to subcarriers for transmission 1/19/22 – Department of Computer 115 SC-FDMA Components • • • Parallel to Serial Convertor (P-to-S): The time domain subcarriers are converted back from parallel to serial Add Cyclic Prefix: CP is added to avoid ISI The length of CP is larger than the channel delay spread in order to avoid ISI at the receiver Digital to Analog Convertor (DAC): Converts the digital signal to analog signal and upconvert (convert set of values to higher set of values) to RF for transmission over the channel 1/19/22 – Department of Computer 116 Explaining SC-FDMA 1/19/22 – Department of Computer 117 Explaining SC-FDMA • • Transmitter – Converts the input information bit stream into a parallel bit stream – Groups the bits into sets of m bits – The sets are mapped to M symbols where M = 2m A block of K modulation symbols from some modulation alphabet, e.g QPSK, 16-QAM or 64-QAM, is first applied to a size-K DFT 1/19/22 – Department of Computer 118 Explaining SC-FDMA • • • A K point DFT operation transforms the time domain symbols into the frequency domain Next, the transmitter maps the outputs of the DFT block to N orthogonal subcarriers where N > K and where the unused inputs of the IDFT are set to zero In a system with L user terminals, if all the terminals transmit K symbols per block, then N = K×L 1/19/22 – Department of Computer 119 Explaining SC-FDMA • • • The output of the IDFT will be a signal with ‘singlecarrier’ properties, i.e a signal with low power variations, and with a bandwidth that depends on K If the DFT size K equals to the IDFT size N, the cascaded DFT and IDFT blocks would completely cancel out each other Typically, the inverse-DFT size N is selected as N=2n for some integer n to allow for the IDFT to be implemented by means of computationally efficient radix-2 IFFT 1/19/22 – Department of Computer 120 Explaining SC-FDMA • • • After subcarrier mapping, an N point Inverse DFT (IDFT) operation is performed to generate a time domain signal The transmitter then adds the Cyclic Prefix (CP), containing the last part of the block of symbols, to the start of the block in order to prevent against Inter Block Interference (IBI) Finally , after passing through the transmission filter for pulse shaping, the signal is transmitted 1/19/22 – Department of Computer 121 Subcarrier Mapping • • Controls the frequency allocation, and maps N discrete frequency tones to subcarriers for transmission Two types of SM in a SC-FDMA system – Localized (LFDMA): the M outputs of the DFT block from a particular terminal are mapped to a chunk of K adjacent subcarriers – Distributed (DFDMA): the symbols are mapped to subcarriers which are equally spaced across a particular part of the (or the entire) bandwidth • 1/19/22 Interleaved SC-FDMA (IFDMA) is a special case of DFDMA, where the chunk of K subcarriers occupy the entire bandwidth with a spacing of L − subcarriers (where L is the number of users) – Department of Computer 122 Subcarrier Mapping • In both of the subcarrier allocation methods, the transmitter assigns zero amplitudes to the remaining N-K unused subcarriers 1/19/22 – Department of Computer 123 Subcarrier Mapping - example • • For K = symbols per block, N = 12 subcarriers, and L = user terminals The input time domain symbols from user terminal L1 are x1, x2, x3 and x4, and X1, X2, X3 and X4 represent the outputs of the DFT blocks 1/19/22 – Department of Computer 124 Subcarrier Mapping - example 1/19/22 – Department of Computer 125 ... khơng dây thường hệ thống đa người dùng (multi-users systems) Sóng vô tuyến: – Hạn chế băng thông – Hạn chế số lượng kênh truy? ??n Sóng vơ tuyến thường chia cho nhiều người dùng Kỹ thuật đa truy cập. .. Contention-based MA – Đa truy cập tranh chấp • Các thiết bị đầu cuối truy? ??n cách phi tập trung • Khơng có điều khiển trung tâm • • Nếu “ready users” bắt đầu truy? ??n thông thời điểm  tất truy? ??n thông đếu... lần truy? ??n thiết truy? ??n cách để tránh đụng độ với thiết bị khác – Một truy? ??n thành công lần đầu tiên, lần truy? ??n thông lập lịch theo thứ tự để không xuất tranh chấp – Implicit: thiết kế không