Phân tích các nội dung sau các kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến FDMA, TDMA, CDMA và ứng dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TPHCM BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG Đề tài: Phân tích nội dung sau: Các kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến FDMA, TDMA, CDMA ứng dụng hệ thống thông tin di động hệ 2? GVHD: Th.S Ngô Thế Anh Sinh viên thực : Trần Long Định Vũ Anh Tú Phạm Đức Lương Lớp: K59 – Kỹ Thuật Viễn Thông TPHCM: 04/2022 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ FDMA FDMA - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA ( Frequency DivisionMultiple Access ): Phục vụ gọi theo kênh tần số khác nhau, phổ tần số chia thành 2N dải tần số cách khoảng bảo vệ Mỗi dải tần gán cho kênh liên lạc, kênh tần số N dành cho liên lạc hướng lên, N kênh tần số lại dành cho liên lạc hướng xuống Mỗi người dùng cấp phát kênh tần số riêng biệt tập hợp kênh tần số riêng biệt Về cấu trúc FDMA có nhược điểm sóng mang tần số vơ tuyến truyền erlang, trạm gốc cần cung cấp N erlang dung lượng phải cần N thu phát cho trạm Ngoài phải cần kết hợp tần số vô tuyến cho kênh Để tăng hiệu suất sử dụng tần số sử dụng FDMA kết hợp với gép song công theo thời gian, phương pháp máy thu phát sử dụng tần số thời gian phát thu luân phiên Phương pháp FDMA nhạy cảm với phân tán thời gian truyền lan sóng, khơng cần đồng khơng xảy trễ khơng cần xử lý tín hiệu nhiều giảm trể hồi âm ỨNG DỤNG Sự tiến công nghệ điện thoại di động đánh dấu theo hệ (G) Điện thoại analog có liên quan đến hệ thứ (1G), sau đến điện thoại kỹ thuật số đánh dấu hệ thứ hai (2G) Điện thoại di động hệ thứ hai thay đổi khái niệm điện thoại di động cách giới thiệu tốc độ truyền liệu cao, tăng băng tần kết nối không dây Có ba loại cơng nghệ khác hệ thứ hai FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số), TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian) CDMA (Đa truy cập phân chia theo mã) Tất loại có đặc điểm chung nhiều quyền truy cập có nghĩa nhiều người dùng sử dụng số lượng ô Phần tất công nghệ tạo khác biệt Do loại công nghệ khác sử dụng điện thoại di động 2G, nên có loại điện thoại di động khác tùy theo công nghệ kết hợp chúng Hãy xem công nghệ 2G sử dụng điện thoại di động chức chúng chúng hoạt động  Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) cho phép gọi sử dụng tần số khác cách chia thành ô nhỏ Mỗi gọi sử dụng tần số khác Hiện tượng giống radio kênh khác phát tần số riêng biệt Vì vậy, đài phát ấn định tần số khác theo băng tần cụ thể có sẵn FDMA tốt trường hợp truyền tương tự hỗ trợ truyền kỹ thuật số Khơng nghi ngờ nữa, có khả đáp ứng tín hiệu kỹ thuật số với dịch vụ CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TDMA TDMA - Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA ( Time Division MultipleAccess ): Khi có u cầu gọi kênh vô tuyến ấn định, thuê bao khác dùng chung kênh tần số nhờ cài xen thời gian Mỗi thuê bao cấp khe thời gian ( time slot ) cấu trúc khung tuần hồn khe So với FDMA TDMA cho phép tiết kiệm tần số thiết bị thu phát Tuy nhiên, nhiều hệ thống sử dụng cặp tần số khơng đủ đảmbảo dung lượng mạng TDMA thường sử dụng kết hợp với FDMA cho mạng đòi hỏi dung lượng cao Nhược điểm TDMA đòi hỏi đồng tốt thiết bị phức tạp FDMA cần dung lượng truyền dẫn cao, ngồi địi hỏi xử lý số phức tạp nên xảy tượng hồi âm Cấu trúc khung TDMA hiển thị luồng liệu chia thành khung khung chia thành khe thời gian - - - Truy nhập vào hệ thống kênh tần số phân chia với mặt thời gian trục thời gian chia làm khung TDMA khác Mỗi khung TDMA lại nhỏ thành N khe thời gian ( TS: Time Slot) tế bào truy nhập vào hệ thống khe thời gian tuần hoàn theo khung TDMA: kênh tần số phục vụ N người dùng khác cách chia thời gian Hệ thống cần phục vụ người dùng người dùng truy nhập vào kênh tần số luân phiên với mặt thời gian Mỗi người dùng truy nhập vào hệ thống khe thời gian nhưng tuần hoàn theo khung Tài nguyên người dùng minh họa thành khối màu khác người dùng thứ 1( K1) màu đỏ, người dùng thứ 2( K2) màu tím… Tất người dùng truy nhập vào hệ thống kênh tần số Nhưng phân chia trục thời gian Bằng cách trục thời gian người ta chia thành nhiều khung TDMA( Time Division Multiple Access) Ưu điểm nhược điểm TDMA  Ưu điểm: - Thiết bị trạm gốc đỡ cồng kềnh lúc trạm gốc cần máy thu phát để liên lạc N người dùng khác - Cho phép thông lượng linh hoạt ( nghĩa là: nhiều khe định cho người dùng, ví dụ: khe thời gian chuyển thành 32kps, người dùng định khe thời gian 64kps khung) - Có thể hỗ trợ lưu lượng liên tục tốc độ bit thay đổi số lượng khe phân bổ cho người dùng thay đổi khung ( ví dụ: khe khung 1, khe khung 2, khe khung 4…) - Không yêu cầu băng tần bảo vệ cho hệ thống băng thơng rộng( ví dụ: băng thơng rộng đường truyền liệu cho phép truyền lúc nhiều tín hiệu nhiều đường truyền qua khoảng cách xa, tốc độ cao)  Nhược điểm: - Yêu cầu đồng thời gian khó khăn nhiều làm hệ thống trở nên phức tạp - TDMA thời gian phát thu mà lệch khơng thu tín hiệu Mất đồng bộ: phát khe thời gian thu khe thời gian khác khơng thu tin Hoặc khe thời gian phát thu lệch đoạn khoảng thời gian lệch hồn tồn khơng thể khơi phục - TDMA: cần có khoảng bảo vệ mặt thời gian GP( Guard Period) khe thời gian liền kề nhằm mục đích chống nhiễu người dùng Các khoảng bảo vệ GP thể khoảng trắng giữ khe thời gian ( K1 ,K2,K3…) - Khi có GP làm giảm hiệu suất truyền dẫn kênh CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA CDMA - Đa truy nhập theo mã CDMA ( Code Division Multiple Access ): Là phương pháp trải phổ tín hiệu, thực gán cho MS mã riêng biệt cho phép nhiều MS thu, phát độc lập băng tần nên tăng dung lượng cho hệ thống Đặc điểm CDMA sử dụng dải rộng kênh thông tin nhiều xạ tần, dải tần tín hiệu rộng hàng MHz, sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.v.v Về mặt ưu điểm CDMA cho dung lượng cao thay đổi dung lượng được, hiệu suất sử dụng tần số cao, kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng cường độ trường nhỏ chống nhiễu, chống pha đinh tốt FDMA CDMA, bảo mật thông tin tốt hơn, dễ dàng áp dụng cho hệ thống đòi hỏi cung cấp linh hoạt dung lượng kênh cho người sử dụng Song CDMA không tránh khỏi nhược điểm như: Đồng phức tạp hơn, ngồi định thời cịn phải thực đồng mã, cần điều chỉnh mạch điện xử lý số hơn, mạng cho hiệu suất sử dụng cao nhiều người sử dụng tần số Cơng nghệ CDMA đời sau ưu điểm trội thực nhà khoa học, nhà khai thác cơng nhận vị trí hàng đầu tương lai có nhiều thuê bao cơng nghệ CDMA hài lịng với chất lượng - - Mỗi người dùng hệ thống CDMA sử dụng mã khác để điều chế tín hiệu họ Việc chọn mã dùng để điều chế tín hiệu quan trọng hoạt động hệ thống CDMA Hiệu suất tốt xảy có tách biệt tốt tín hiệu người dùng mong muốn tín hiệu người dùng khác Việc tách tín hiệu thực cách tương quan tín hiệu nhận với mã tạo cục người dùng mong muốn Nếu tín hiệu phù hợp với mã người dùng mong muốn, hàm tương quan cao hệ thống trích xuất tín hiệu Nếu mã người dùng mong muốn khơng có điểm chung với tín hiệu, mối tương quan phải gần tốt (do loại bỏ tín hiệu); điều gọi tương quan chéo Nếu mã có tương quan với tín hiệu thời điểm khác với độ lệch 0, mối tương quan phải gần tốt Điều gọi tự động tương quan sử dụng để loại bỏ nhiễu đa đường Tương tự với vấn đề đa truy cập phòng (kênh) người muốn nói chuyện với đồng thời Để tránh nhầm lẫn, người thay phiên nói (phân chia thời gian), nói cao độ khác (phân chia tần số) nói ngôn ngữ khác (phân chia mã) CDMA tương tự ví dụ cuối người nói ngơn ngữ hiểu nhau, ngôn ngữ khác bị coi nhiễu bị từ chối ỨNG DỤNG BÀI TẬP : Một nhà cung cấp dịch vụ di động 2G GSM A muốn phủ sóng cho khu vực có diện tích X.Y (km2) cell lục giác có bán kính phục vụ R (km) Biết dân số khu vực năm xây dựng mạng P người, số người sử dụng dịch vụ chiếm b% tổng dân số, tỷ lệ tăng dân số tự nhiên a%/năm, lưu lượng trung bình thuê bao x (Erlang), số GoS = y (%) Hãy tính: Số cell thực tế tối thiểu cần phải lắp đặt để bảo đảm yêu cầu dịch vụ Vẽ hình minh họa Mẫu sử dụng lại tần số N tốt cho năm Nếu thông số mạng khơng đổi sau Z năm, nên chọn mẫu sử dụng lại tần số N cho phù hợp? Nếu N = từ năm đầu sau M năm mà M < Z, tính số GoS năm thứ Z 10 Nếu GoS > 5% câu 3, đưa giải pháp tốt theo hiểu biết tác giả để có GoS ≤ 5% Các tham số thiết kế nhóm cho sau: GSM A Nhóm 1800 X (km ) 12 Y R P b a x y Z (km (km) (triệu ) ) 18 75 1.1 0.08 1.5 Do nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hệ thống GSM 1800 nên có bao gồm 374 kênh tần số, kênh tần số có khe thời gian Nên số kênh lưu lượng là: 374.8 = 2992 kênh - Diện tích nhà cung cấp dịch vụ cần phủ sóng là: S= X.Y= 12.18 = 216 ( km2) Các cell sử dụng có hình lục giác nên diện tích phủ sóng cell là: SCell=.R2 =.32 =23,38 (km2) - Số cell lý thuyết cần lắp đặt : Ncell= = = 9,237 (cell) Vậy lý thuyết, nhà mạng cần lắp đặt khoảng 9,237 để phủ kín 216 km2 Nhưng với diện tích cần phủ sóng có kích thước cho với số cell lý thuyết khơng thể đảm bảo u cầu dịch vụ, có vùng 11 khơng thể phủ sóng hay cịn gọi vùng chết Vậy theo cách tính tốn thơng số cell lắp đặt cell sau cần phải có tối thiểu 406 cell để đảm bảo yêu cầu dịch vụ Vùng phủ sóng hình chữ nhật có chiều rộng 12 km chiều dài 18 km - Số cell cần dùng để phủ sóng hết chiều rộng 12 km cell ( × R) - Số cell cần dùng để phủ sóng hết chiều dài 18 km cell ( × R ) Vậy số cell thực tế cần lắp đặt tối thiểu (cell) Mẫu sử dụng lại tần số N tốt cho năm Theo giả thiết ta có: - Số người sử dụng dịch vụ năm là: Ubd = = ==3150000 (user) Với lưu lượng trung bình thuê bao Tu = 0,08 Erlang, lưu lượng mạng đáp ứng là: T= Ubd Tu =3150000 0,08= 252000 ( Erl) - Lưu lượng cell là: Tcell = = = ( Erl) - Số kênh lưu lượng cell là: Gos = 1.5% Tcell = Tra bảng Erlang B ◊ Nc = 427(kênh) ◊ mẫu sử dụng lại tần số tốt cho năm là: N = 2992 / Nc = 2992 / 427 = 7,007 Chọn N=7 Nếu thông số mạng khơng đổi sau năm, nên chọn mẫu sử dụng lại tần số N cho phù hợp? Nếu N = từ năm đầu sau M năm mà M < 6, tính số GoS năm thứ Số người sử dụng dịch vụ năm thứ là: U6 = P6 = = 2240095,9 ( user) U6 = 2240096 (user) Với lưu lượng trung bình thuê bao Tu = 0,08 Erlang, lưu lượng mạng đáp ứng là: 12 T6 = U6 Tu = 2240096.0,08 = 179207,68 (erl) Lưu lượng cell lúc : T6cell = T6 = = 441,398 ( erl) Số kênh lưu lượng cell lúc là: Gos = 2.5% T6cell = 441,398 Tra bảng Erlang B N6c = 455 mẫu sử dụng lại tần số tốt cho năm thứ là: N=2992/Nc’ = 2992 / 455 = 6,575 Lúc N = năm thứ khơng cịn phù hợp với dung lượng Do đó, ta nên thay N = để đáp ứng yêu cầu Nếu N=3 từ năm Ta có: Số kênh lưu lượng cell: Nc’ = = = 997,333 ( kênh) Chọn Nc’=997 để đảm bảo yêu cầu phục vụ nhà mạng Lưu lượng cell sau năm Tcell = 441,398 (erl) Chỉ số Gos trường hợp N=3 từ năm là: Nc’=997 Tcell=441,398 Gos = 0% Kết GoS = 0% điều có nghĩa lấy mẫu số sử dụng lại tần số N = từ năm đầu đến năm thứ hệ thống đáp ứng tốt 13 yêu cầu dịch vụ cho vùng cần phủ sóng Nếu GoS > 5% Muốn đưa GoS ≤ 5% có giải pháp sau: Vì : GoS = F (Nc , Tcell ) a Giải pháp 1: Giả thiết Nc = không đổi muốn GoS giảm Tcell giảm, mà: a Giải pháp 1: Giả thiết Nc = khơng đổi muốn GoS giảm Tcell giảm, mà : Tcell = T / Ncell với T = khơng đổi muốn Tcell giảm Nc tăng, tức phải tăng số lượng cell cần lắp đặt b Giải pháp 2: Giả thiết Tcell = không đổi, muốn GoS ≤ 5% Nc giảm, mà: Nc = 2992 / N Muốn Nc giảm N phải tăng, tức phải tăng mẫu sử dụng lại tần số TÀI LIỆU THAM KHẢO : 1) 14 ... hợp truy? ??n tương tự hỗ trợ truy? ??n kỹ thuật số Khơng nghi ngờ nữa, có khả đáp ứng tín hiệu kỹ thuật số với dịch vụ CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TDMA TDMA - Đa truy nhập. .. điện thoại di động 2G, nên có loại điện thoại di động khác tùy theo công nghệ kết hợp chúng Hãy xem công nghệ 2G sử dụng điện thoại di động chức chúng chúng hoạt động  Đa truy nhập phân chia... thoại di động cách giới thiệu tốc độ truy? ??n liệu cao, tăng băng tần kết nối khơng dây Có ba loại cơng nghệ khác hệ thứ hai FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số), TDMA (Đa truy cập phân chia