Phương pháp đa truy nhập fdma

Các công nghệ đa truy nhập là nền tảng của các hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng.Các công nghệ này giúp cho việc phân bổ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả nhất cho người sử dụng.Tùy thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho các người sử dụng mà chúng ta có thể phân chia đa truy nhập thành 4 dạng sau: Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA : Frequency Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA :Time Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA :Code Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA :Sapce Division Multiple Access) Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS (Mỹ). Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên. Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ hai mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số. Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp. Các hệ thống thông tin di động mới đều sử dụng cả bốn phương pháp đa truy nhập để phân bổ tài nguyên hiệu quả nhất cho người sử dụng. Vậy bạn hiểu gì về phương pháp đa truy nhập có lịch sử lâu đời nhất và được thực thi rộng rã nhất. Sau đây nhóm 1 xin trình bày chi tiết về phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access). Phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Khoa Điện Tử Viễn Thông BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP FDMA

Giáo viên hưỡng dẫn: MR.THẮNG

Nhóm 1:

Hoàng Đình Hà ( Nhóm trưởng)

Lớp: C10-ĐTVT

Hà Nội 12/2013

MỤC LỤC

Lời nói đầu -3

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ FDMA -4

1.1 Mở đầu -4

1.2 Nguyên lý FDMA -6

a. Đặc điểm -7

b. Ghép song công theo tần số (FDMA/FDD) -8

c. Ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD) -10

1.3 Nhiễu giao thoa kênh lân cận -11

PHẦN 2 ƯU ĐIỂM,NHƯỢC ĐIỂM -12

1. Ưu điểm -12

2. Nhược điểm -12

PHẦN 3 ỨNG DỤNG -13

1. Trong di

động -13 2. Trong ADSL,âm thanh,radio -13

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN BỘ MÔN

Chữ ký của giáo viên bộ môn

Hà Nội, Ngày….tháng … năm 2014

LỜI NÓI ĐẦU

Các công nghệ đa truy nhập là nền tảng của các hệ thống thông tin đa truy nhập

vô tuyến nói chung và thông tin di động nói riêng.Các công nghệ này giúp cho việc phân bổ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu quả nhất cho người sử dụng.Tùy thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho các người sử dụng mà chúng

ta có thể phân chia đa truy nhập thành 4 dạng sau:

Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA : Frequency Division Multiple Access)

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA :Time Division Multiple Access)

Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA :Code Division Multiple Access)

Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA :Sapce Division Multiple Access)

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) sử dụng công nghệ đa truy nhập theo tần số (FDMA) là hệ thống tế bào tương tự dung lượng thấp và chỉ có dịch vụ thoại, tồn tại là các hệ thống NMT (Bắc Âu), TACS (Anh), AMPS (Mỹ) Đến những năm 1980 đã trở nên quá tải khi nhu cầu về số người sử dụng ngày càng tăng lên Lúc này, các nhà phát triển công nghệ di động trên thế giới nhận định cần phải xây dựng một hệ thống tế bào thế hệ hai mà hoàn toàn sử dụng công nghệ số

Đó phải là các hệ thống xử lý tín hiệu số cung cấp được dung lượng lớn, chất lượng thoại được cải thiện, có thể đáp ứng các dịch truyền số liệu tốc độ thấp

Các hệ thống thông tin di động mới đều sử dụng cả bốn phương pháp đa truy nhập để phân bổ tài nguyên hiệu quả nhất cho người sử dụng

Vậy bạn hiểu gì về phương pháp đa truy nhập có lịch sử lâu đời nhất và được thực thi rộng rã nhất

Sau đây nhóm 1 xin trình bày chi tiết về phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access)

PHẦN 1: TỔNG QUAN FDMA

1) Mở Đầu

Các phương pháp đa truy nhập vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin di động.Trong phần này chúng ta sẽ xét tổng quan về phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin vô tuyến và cụ thể là FDMA

Mô hình của một hệ thống đa truy nhập được cho ở hình 1.1

Hình 1.1 Các hệ thống đa truy nhập

a) Các đầu cuối đặt ở mặt đất và bộ phát đáp

b) Các trạm di động và các trạm gốc

Thông thường 1 hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến có nhiều trạm đầu cuối

và một số trạm có nhiệm vụ kết nối trạm đầu cuối này với mạng hoặc chuyển tiếp

các tín hiệu từ trạm đầu cuối đến một trạm khác.Các trạm đầu cuối ở trong các hệ thống thông tin di động là các máy di động.Còn các trạm đầu cuối trong các hệ thống thông tin vệ tinh là các trạm thông tin vệ tinh mặt đất

Do vai trò của trạm gốc trong thông tin di động mặt đất và bộ phát đáp vệ tinh cũng như các máy di động và các trạm mặt đất giống nhau ở hệ thống đa truy nhập

vô tuyến nên trong phần này chúng ta sẽ xét đổi lẫn cho nhau.Trong hệ thống đa truy nhập vô tuyến bao giờ cũng có 2 đường truyền :một đường từ trạm đầu cuối đến các trạm gốc hoặc trạm phát đáp còn đường kia theo chiều ngược lại

2) Nguyên lý FDMA

Hình 1.2 Nguyên lý đa truy nhập FDMA

Trong hệ thống đa truy nhập này độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống B MHz được chia thành n băng tần con,mỗi băng tần con được ấn định cho một kênh riêng

có độ rộng băng tần là B/n MHz ( Hình 1.3) Trong dạng đa truy nhập này các máy vô tuyến đầu cuối liên tục phát ra một số sóng mang đồng thời trên các tần số khác nhau Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ

giữa từng kênh bị sóng mang chiếm để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động.Máy thu đường xuống hoặc đường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp

Hình 1.3 FDMA và phân chia băng tần

Như vậy FDMA là phương thức đa truy nhập mà trong đó mỗi kênh được cấp phát một tần số cố định.Để đảm bảo cho hệ thống FDMA hoạt động tốt thì tần số phải được phân chia và thống nhất trên toàn thế giới

Số lượng các kênh truyền trong hệ thống FDMA được cho như sau:

Trong đó:

Bt là băng tần tổng được cấp phát

Bguard là băng tần bảo vệ tại hai đầu băng tần được cấp phát

Bc là độ rộng dải tần kênh truyền.

kênh truyền đường xuống và dải kênh truyền đường lên

a. Đặc điểm hệ thống FDMA

 Một kênh FDAM chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm

 Nếu kênh đã cấp cho một người dùng là nhàn rỗi, nó không được người dùng khác sử dụng hay chia sẻ kênh nhàn rỗi này

 Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ấn định kênh thoại

 Độ rộng dải tần của kênh truyền FDMA là tương đối hẹp (30 kHz trong AMPS), mỗi kênh truyền chỉ hỗ trợ một mạch trong mỗi sóng mang

 Mức độ phức tạp của hệ thống thấp hơn các hệ thống khác

 Do phân cách thêu bao tần số khác nhau nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ

 Ảnh hưởng nhiễu của hệ thống cao

 Hướng thu và hướng phát hoạt động cùng lúc

Để đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải được phát ở hai tần số khác nhau hay ở một tần số nhưng khoảng thời gian phát khác nhau.Phương pháp thứ nhất gọi là phương pháp ghép song công theo tần số (FDMA/FDD,FDD:Frequency Division Duplex) còn phương pháp thứ 2 là ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD: Time Division Duplex)

b. Nguyên lý ghép song công theo tần số (FDMA/FDD)

Phương pháp thứ nhất được mô tả ở hình 1.4.Trong phương pháp này băng tần dành cho hệ thống được chia làm hai nửa:Một nửa thấp (Lower Half Band) và một nửa cao (Upper Half Band).Trong mỗi nửa băng tần người ta bố trí tần số cho các kênh.Các cặp tần số ở nửa băng thấp và nửa băng cao có cùng chỉ số được gọi là cặp tần số thu phát hay song công, Một tần số sẽ được sử dụng cho máy phát,một

tần số được sử dụng cho máy thu của cùng một kênh Khoảng cách giữa hai tần số này được gọi là khoảng cách thu phát hay song công

Khoảng cách gần nhất giữa hai tần số trong cùng một nửa băng gọi là khoảng cách giữa hai kênh lân cận (Δx).Khoảng cách này phải được chọn đủ lớn để đối với một tỉ số tín hiệu trên tạp âm cho trước (SNR: Signal to Noise Ratio) hai kênh cạnh nhau không thể gây nhiễu cho nhau.Như vậy mỗi kênh bao gồm một cặp tần số: một tần số ở băng tần thấp và một tần số ở băng tần cao để đảm bảo thu phát song công.Trong TTDĐ tần số đường xuống bao giờ cũng cao hơn tần số đường lên => suy hao ở đường lên thấp hơn đường xuống.Trong hệ thống thông tin vệ tinh (VD: di động): trạm mặt đất nhỏ => tần số đường lên thấp hơn đường xuống Trong thông tin vệ tinh sử dụng các trạm mặt đất lớn người ta thường sử đụng tần số đường lên cao hơn đường xuống.Khoảng cách giữ hai tần số đường xuống và

Thông thường ở đường phát đi từ trạm gốc hay bộ phát đáp xuống trạm đầu cuối (đầu thu ở trạm đầu cuối) thì được gọi là đường xuống,còn đường đi từ trạm đầu cuối đến trạm đầu cuối hay trạm phát đáp thì được gọi là đường lên

Chú thích

Δx :Khoảng cách tần số giữa hai kênh lân cận

Δy:Khoảng cách tần số thu phát

f0 :Tần số trung tâm

fi :Tần số đường lên

f’i: Tần số đường xuống

Hình 1.4 Phân bổ tần số và FDMA/FDD

c. Nguyên lý ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD)

Trong phương pháp thứ hai (FDMA/TDD) cả máy phát và máy thu sử dụng một

tần số (nhưng phân chia theo thời gian )khi này băng tần chỉ là một và mỗi kênh có thể chọn một tần số bất kỳ trong băng tần.Phương pháp này mô tả ở hình 1.5 Kênh vô tuyến giữa trạm gốc và máy vô tuyến sử dụng chung 1 tần số fi cho cả thu

và phát.Tuy nhiên thu phát luân phiên nhau Trước tiên trạm gốc phát xuống máy

thu đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Tx,sau đó nó ngừng phát và thu tín hiệu phát đi từ trạm đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Rx,sau đó nó lại phát

ở khe Tx Cứ thế cho đến khi nào hết dữ liệu

Hình 1.5 Phân bổ tần số và FDMA/TDD

3) Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Từ hình 1.6 ta thấy độ rông của kênh bị chiếm dụng ở các tần số khác nhau.Các

sóng này được phát đi từ một trạm gốc đến tất cả các máy vô tuyến đầu cuối nằm trong vùng phủ sóng của ănten này

Hình 1.6 Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Nhiệm vụ của máy thu là lọc ra các sóng mang tương ứng với chúng,việc lọc này

sẽ dễ dàng hơn khi mà phổ của sóng mang này được ngăn cách bở một băng tần bảo vệ rộng

Tuy nhiên việc sử dụng băng tần rộng dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả độ rộng băng tần của kênh.Vì thế càn phải thực hiện việc dung hòa và tiết kiệm phổ tần

Nhưng cho dù có chọn một giải pháp dung hòa nào đi nữa thì một phần sóng mang của kênh lân cận với một sóng mang cho trước sẽ bị thu bởi máy thu được điều hưởng đến tần số của sóng mang nói trên.Điều này dẫn đến sự giao thoa được gọi là nhiễu kênh lân cận (ACI: Adjacent Channel Interference)

PHẦN 2: ƯU ĐIỂM ,NHƯỢC ĐIỂM FDMA

1) Ưu điểm

• Băng thông của kênh tương đối hẹp nên hạn chế được Fading chọn lọc tần số

• Thuật toán đơn giản, theo quan điểm của phần cứng.

• Khá hiệu quả khi số lượng các trạm nhỏ và lưu lượng truy cập được thống nhất không đổi

• Việc tăng dung lượng có thể đạt được bằng cách:Giảm tốc độ bit thông tin và

sử dụng hiệu quả mã hóa dữ liệu số

• Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ

• Không hạn chế về loại hình băng gốc hay điều chế RF

2) Nhược điểm

• Mỗi sóng mang tần số vô tuyến chỉ truyền được một Erlang vì thế nếu các trạm gốc cần cung cấp N Erlang dung lượng thì cần N bộ thu phát cho mỗi trạm

=> Lãng phí ,tốn kém chi phí cho các bộ cấp phát

(Erlang (Erl): là đơn vị đo của lưu lượng (Traffic), được tính như sau: A = (n x t)/ T Trong đó: A là lưu lượng đo bằng Erl, n là số cuộc gọi, t là độ dài trung bình của mỗi cuộc gọi,

T là thời gian đo (thường T=1h = 3600s).Từ Erl ta có thể biết được số phút gọi: số phút gọi = lưu lượng (Erl )*60 (phút)

• Sự hiện diện của các băng tần bảo vệ đòi hỏi phải lọc RF để giảm thiểu nhiễu kênh kề cận

• Tốc độ Bit tối đa cho mỗi kênh là cố định

 Thiếu linh hoạt trong việc thay đổi tốc độ bit (tức dung lượng)

• Không khác biệt đáng kể so với hệ thống tương tự

• Khi không sử dụng, kênh nhàn rỗi nên lãng phí tài nguyên.

• Sử dụng bộ truyền song công cho cả hai hướng thu và phát tín hiệu hoạt động cùng một lúc dẫn đến làm tăng chi phí cho thiết bị

• Dung lượng của hệ thống nhỏ

PHẦN 3: ỨNG DỤNG FDMA

1) Trong thông tin di động

Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz chia làm hai giải tần số: Đường lên (từ thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số trong dải 890–915 MHz và đường xuống downlink sử dụng tần số trong dải 935–960 MHz

Và chia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 kHz Khoảng cách song công (đường lên & xuống cho 1

thuê bao) là 45 MHz.

2) Trong ADSL,Âm thanh,Radio

ADSL sử dụng FDMA: băng tần của nó cũng chia ra hai dải là up và down Các

dải up và down cũng được chia thành các băng tần con Ví dụ: trong ATU-C, bảy

“kênh mang” được định nghĩa tại giao diện V giữa ATU-C và một mạng chuyển tải Chúng được gán nhãn từ AS0 đến AS3 và LS0 đến LS2 Các kênh ASx là những kênh đơn công theo một hướng duy nhất trong khi những kênh LSx lại là những kênh song công

FDMA tách các hình ảnh/phổ(spectrum ) thành những kênh âm thanh riêng biệt bằng cách chia nó thành các dải băng tần chuẩn(uniform chunks of bandwidth)

Radio: mỗi trạm gửi tín hiệu của nó ở những tần số khác nhau trong các band sử dụng.Các thiết bị đầu thu thu nhận tín hiệu qua các tần số khác nhau như FM 96Mhz…

Ngoài ra công nghệ truyền dẫn FDMA còn có nhiều ứng dụng khác trong cuộc sống như bộ đàm sử dụng các kênh đàm thoại riêng…

Tài liệu tham khảo:

Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến Học viện công nghệ bưu chính viễn

thông –T.S Nguyễn PHẠM ANH DŨNG