PowerPoint Presentation ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giảng viên Lê Tùng Hoa Email hoalt@ptit edu vn Tel *** Bộ môn Vô tuyến Khoa Viễn Thông 1 BÀI GIẢNG www ptit edu vn 2 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giới thiệu môn[.]
BÀI GIẢNG ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giảng viên: Email: Tel: Bộ môn: Khoa: Lê Tùng Hoa hoalt@ptit.edu.vn *** Vô tuyến Viễn Thơng www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN Giới thiệu mơn học • Tên học phần: • Đa truy nhập vơ tuyến (Radio Multiple Access) • Tổng lượng kiến thức: • 45 tiết: • Lý thuyết: 32 tiết • Bài tập/Kiểm tra: tiết • Thực hành: tiết • Tự học/Thảo luận nhóm: tiết • Mục tiêu học phần: • Về kiến thức: Trang bị cho sinh viên kiến thức phương pháp đa truy nhập vơ tuyến để tiếp cận công nghệ thông tin vô tuyến di động mạng không dây phát triển nhanh Môn sở để sinh viên học tiếp các: Thông tin di động, thu phát vô tuyến, mạng thông tin vô tuyến: WiMAX, WLAN thơng tin vệ tinh • Về kỹ năng: Phân tích, tính tốn tham số hệ thống đa truy nhập • Về thái độ, chuyên cần: Tham gia đầy đủ lý thuyết, tập, thảo luận nhóm, thực hành Hoàn thành đầy đủ, hạn tập giao www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giới thiệu mơn học • Nội dung học phần: • Chương 1: Các giao thức đa truy nhập • Tổng quan các giao thức đa truy nhập áp dụng thông tin di động thông tin vô tuyến • Cách chia sẻ hiệu tài nguyên vô tuyến hệ thống thông tin di động vô tuyến sử dụng giao thức đa truy nhập • Chương 2: Tạo mã trải phổ • Các cách tạo chuỗi Pseudo-Noise (PN) • Cách sử dụng dạng chuỗi mã khác cho hệ thống CDMA • Chương 3: Các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp • Nguyên lý làm việc máy phát máy thu DSSS-BPSK QPSK • Hiệu hệ thống DSSS www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Giới thiệu mơn học • Nội dung học phần: • Chương 4: Mơ hình kênh đa truy nhập phân chia theo mã hiệu • Xác suất lỗi bit phương pháp điều chế khác áp dụng cho CDMA • Mơ hình máy thu tối ưu • Chương 5: Đa truy nhập vơ tuyến mơi trường phadinh di động phân tập • Nguyên lý số dạng phân tập điển hình • Tính tốn thơng số kênh • Chương 6: Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao • Ngun lý OFDM, DFTS-OFDM • Tính tốn thơng số OFDM theo thơng số kênh • Phương pháp đa truy nhập OFDMA/SC-FDMA • Chương 7: Quản lý tài ngun vơ tuyến 4G LTE • Chương 8: Định cỡ cho hệ thống thông tin di động www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN Giới thiệu mơn học • Tài liệu tham khảo • Học liệu bắt buộc • Bài giảng: Đa truy nhập vô tuyến, Nguyễn Phạm Anh Dũng, T11/2012 • Giáo trình: Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến, Nguyễn Phạm Anh Dũng, NXB Bưu Điện 9/2004 • Học liệu tham khảo • Theory and applications of spread spectrum systems, Dr Alex, W Lam and Dr Saward, IEEE 1994 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN Giới thiệu mơn học • Đánh giá học phần Hình thức đánh giá Tỷ lệ đánh giá Chuyên cần 10% (Nghỉ 10 tiết trở lên không dự thi hết môn) Bài tập 10% Thực hành môn học 10% (Vắng thực hành không dự thi hết môn) Kiểm tra kỳ 10% Kiểm tra cuối kỳ 60% www.ptit.edu.vn CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 1.1 Giới thiệu • 1.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA • 1.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA • 1.4 Đa truy nhập phân chia theo mã, CDMA • 1.5 Đa truy nhập phân chia theo không gian, SDMA • 1.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 1.1 Giới thiệu • 1.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA • 1.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA • 1.4 Đa truy nhập phân chia theo mã, CDMA • 1.5 Đa truy nhập phân chia theo khơng gian, SDMA • 1.6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 1.1 Giới thiệu • Khái niệm • Đa truy nhập phân chia tài nguyên chung người dùng cách hiệu (khơng gây nhiễu cho nhau) • Tài ngun vô tuyến băng tần kênh vô tuyến Kênh vơ tuyến sóng mang có phổ nằm băng tần xác định • Vai trị • Nền tảng cơng nghệ hệ thống truyền dẫn vô tuyến đa điểm – điểm (thông tin di động, thông tin vệ tinh) • Tăng dung lượng hệ thống thơng tin vơ tuyến • Phát triển hệ thống thơng tin đa truy nhập vô tuyến băng rộng đa phương tiện, thông tin di động hệ sau 10 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 1.4 CDMA • Phân loại hệ thống trải phổ • Trải phổ nhẩy tần, FHSS (Frequency – Hopping Spreading Spectrum) • Nhẩy tần số sóng mang tập lớn tần số • Mẫu nhẩy tần có dạng giả ngẫu nhiên • Máy thu sử dụng mã PN để thu tần số cần thu 47 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 1.4 CDMA • Biểu diễn FHSS TÇn sè fn f n-1 f n-2 f3 f2 f1 t Tc 2T c Hình 1.14 Trải phổ nhẩy tần (FHSS) 48 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 1.4 CDMA • Phân loại hệ thống trải phổ • Trải phổ nhẩy thời gian, THSS (Time – Hopping Spreading Spectrum) • Các bít số liệu nén phát ngắt quãng hay nhiều khe thời gian Một khung nhảy thời gian chứa lượng lớn khe thời gian • Mẫu nhảy thời gian có dạng giả ngẫu nhiên • Máy thu sử dụng mã PN để thu khe thời gian cần thu 49 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 1.4 CDMA • Biểu diễn THSS K he thêi gian ph¸ t (k bit) Mét khung T T f 2T f 3T f t T=Tf /M, M số khe thời gian khung Hình 1.15 Trải phổ nhẩy thời gian (THSS) 50 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 1.4 CDMA • Thực thơng tin song cơng • CDMA/FDD: Làm việc hai băng tần với hai sóng mang cho đường lên đường xuống, tạo nên kênh CDMA • CDMA/TDD: Sử dụng sóng mang cho truyền dẫn song cơng 51 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 1.4 CDMA • Nguyờn lý CDMA/FDD Sóng mang ( X) Chuỗi mà Chuỗi mà Chuỗi mà M Sóng mang ( X) Chuỗi mà Chuỗi mà Chuỗi mà M Y Sóng mang N ( X) Chuỗi mà Chuỗi mà Hỡnh 1.20 Nguyờn lý CDMA/FDD Chuỗi mà M § - êng xuèng Sãng mang ( X) Sãng mang ( X) Sãng mang N ( X) Chuỗi mà Chuỗi mà Chuỗi mà M Chuỗi mà Chuỗi mà Chuỗi mà M Chuỗi mà Chuỗi mà Chuỗi mà M Đ - ờng lê n X : Đ ộ rộng băng tần kênh CDMA Y : Phân cá ch tân số sóng mang đư ờng xuống đư ờng lªn 52 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 1.4 CDMA • Nguyên lý CDMA/TDD T F Năng lượng a) Cấu hình chuyển mạch đa điểm (Cấp phát đường lên/ đường xuống đối xứng) T F b) Cấu hình chuyển mạch đa điểm (cấp phát đường xuống/đường lên không đối xứng) T F Mã 1-8 TDD-CDMA Tần số 10 12 14 Thời gian Khung có 15 khe thời gian c) Cấu hình chuyển mạch đơn điểm (cấp phát đường xuống/ đường lên đối xứng) T F Hình 1.21 TDD-CDMA d) Cấu hình chuyển mạch đơn điểm (Cấp phát đường xuống/đường lên không đối xứng) 53 ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN www.ptit.edu.vn 1.4 CDMA • Đặc điểm • Ưu điểm • Đảm bảo dung lượng cao, khả chống nhiễu tốt • Bảo mật thơng tin • Quy hoạch mạng đơn giản, cho phép chuyển giao lưu lượng mềm • Nhược điểm • Đồng phức tạp: Thời gian mã • Cần nhiều mạch xử lý số • Dung lượng hệ thống K max Gp ' (E br / N ) f Bt Bc (1.3) Trong đó: Eb/N'0 tỷ số tín hiệu tạp âm cộng nhiễu Gp độ lợi xử lý hệ số điều khiển cơng suất hồn hảo thừa số tích cực tiếng độ lợi phân đoạn ô, f thừa số tái sử dụng tần số Bt tổng băng thông cấp phát Bc băng thông kênh CDMA 54 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 1.1 Giới thiệu • 1.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA • 1.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA • 1.4 Đa truy nhập phân chia theo mã, CDMA • 1.5 Đa truy nhập phân chia theo khơng gian, SDMA • 1.6 Câu hỏi tập 55 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 1.5 SDMA • Ngun lý SDMA • Các kênh vơ tuyến phân bổ hợp lý không gian để không ảnh hưởng lẫn • Đặc điểm • Máy phát phát khơng gian quy định trước • Máy thu thu sóng mang nguồn phát cần thu • Sơ đồ SDMA • Phủ sóng tổ ong • Anten thơng minh 56 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 1.5 SDMA • Sơ đồ SDMA hệ thống tổ ong 57 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN 1.5 SDMA • Sơ đồ SDMA hệ thống tổ ong Hình 1.22 Sơ đồ SDMA 58 ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN www.ptit.edu.vn 1.5 SDMA • SDMA sử dụng anten thơng minh a) b) Ngn nhiƠu Tia th¼ng MS Tia th¼ng MS1 MS1 Cá c tia phản xạ MS2 Nhiễu MS2 Tia phản xạ Hỡnh 1.23 Anten thụng minh a) h thống búp hướng chuyển mạch; b) hệ thống anten thích ứng 59 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Bài tập chương Nếu PSD tín hiệu x(t) φ(f) = 0.02 Λ1000(f)+3δ(f)+0.5δ(f-106) +0.5δ(f+106) Cơng suất trung bình tín hiệu giá trị Lưu ý Λ1000(f) có dạng: f f 1000 1 − ( f ) = 1000 f 1000 (a) 3,52W; (b) 4,02W; (c) 4,2W; (d) 24W Cho chuỗi mã {ck}={+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1,-1} Các chuỗi mã trực giao với chuỗi này? (a) {+1,+1,+1,+1,+1,+1,+1,+1}; (b) {-1,+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1}; (c) {-1,-1,-1,-1,-1,1,-1,-1}; (d) {-1,+1,-1,+1,-1,+1,-1,+1} 60 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Bài tập chương Một hệthống thơng tin di động FDMA làm việc với tỷsốtín hiệu nhiễu C/I=20 dB, băng thông kênh vô tuyến 25 kHz đựơc sử dụng tổng băng thơng 12,5MHz Tìm số người sử dụng cực đại ô ? (a) 50; (b)61; (c)75; (d) 150 Một hệthống thông tin di động TDMA sửdụng khe thời gian kênh vô tuyến, làm việc với C/I=10dB, băng thông kênh vô tuyến 100 kHz tổng băng thông khả dụng 12,5 MHz Tìm số người sử dụng cực đại ô? (a) 75; (b)100; (c)194 ; (d) 200 61 ... • 1. 6 Câu hỏi tập www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN NỘI DUNG • 1. 1 Giới thiệu • 1. 2 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA • 1. 3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA • 1. 4 Đa truy. .. (TD/CDMA) CDMA 16 www.ptit.edu.vn ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 1. 1 Giới thiệu • 1. 2 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA • 1. 3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA • 1. 4 Đa truy nhập phân... ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN NỘI DUNG • 1. 1 Giới thiệu • 1. 2 Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA • 1. 3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA • 1. 4 Đa truy nhập phân chia theo mã, CDMA • 1. 5