đề cương hệ thống thông tin công nghiệp

Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến Nguồn tin Mã hóa nguồn Mã hóa kênh Điều chế Kênh tt vô tuyến thu Giải mã hóa nguồn Giải mã hóa kênh Giải điều chế - nguồn tin trước tiên mã hóa nguồn để giảm thông tin dư thừa -sau mã hóa kênh để chống lỗi kênh truyền gây -tín hiệu sau mã hóa kênh điều chế để truyền xa.Mức điều chế phải phù hợp với điều kiện kênh truyền -kq:tín hiệu giải mã thu lại máy thu -chất lượng tín hiệu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền pp điều chế, mã hóa khác -kn sóng mag: sóng mag sóng nhân với tín hiệu trước phát đi.Sóng mang thân không mang tín hiệu có ích Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn băng tần cho phép mà người ta chọn tần số sóng mang phù hợp Thường tần số sóng mang sóng trung tâm dải băng tần cho phép hệ thống thông tin vô tuyến Các hệ thống di động tế bào 1G 2G: Phân loại: Mạng VT cá nhân( WPAN): phạm vi hẹp, công suất thấp, phổ biến cho bluetooth (1Mb/s), siêu băng rộng(UWB) tốc độ 100 Mb/s, chuẩn IEEE 802.15.4, mạng cảm biến vô tuyến Mạng vt diện rộng(WWAN): Hệ thống 1G: điển hình AMPS giới thiệu đầu tiện Mỹ 1979, năm 80 xuất tây âu TACN, NMT, TACS, C450 ứng dụng thông tin thoại, sử dụng điều chế tần số FM tương tự cho truyền dẫn vô tuyến 1982 thành lập ủy ban: ‘’nhóm di động đặc biệt GSM’’ 1990 hệ thống GSM giới thiệu Tây Âu Hệ thống 2G: GSM 9.6kbps GPRS 114 kbps PDC PHS 64kbps-128kbps Hệ thống 3G: WCDMA, CDMA2000: tốc độ từ 384kbps2Mbps ứng dụng: phạm vi rộng, khoảng cách lớn, công suất lớn Mạng vt cục WLAN: ứng dụng: home RF: diểu khiển thiết bị nhà, IEEE 802.11 a,b,g: tốc độ lên tới 108 Mbps Đặc điểm hệ thống 2G(điển hình GSM) -độ rộng băng tần(của sóng mang) 2MHz -pp song công: FDD(phân chia theo tần số) -ghép kênh(đa truy nhập)phân chia theo thời gian TDMA -điều chế :Khoá dịch pha tối thiểu gauss(GMSK) -tốc độ liệu cực đại :9,6 đến 14,4 Kbit/s -tốc độ liệu đầu cuối sd:khoảng 12Kbit/s Đặc điểm hệ thống 3G -độ rộng băng tần sóng mang 5MHz -pp song công sử dụng FDD -đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) -điều chế QPSK -tốc độ liệu cực đại 2Mbit/s (cố định), 384kbit/s (di động) -tốc độ liệu người sd đầu cuối:50Kbit/s cho tuyến lên(tứ thuê bao lên BTS)từ 150 đến 200 Kbit/s cho tuyến xuống Hệ thống 4G -4G mạng vô tuyến có khả chuyển vùng toàn cầu, tính toán hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện,sử dụng kiến trúc phân bố dựa trao thức IP -quan tâm tới số kĩ thuật 16-QAM; 64-QAM,QPSK -phương đa truy nhập +phân chia theo tần số trực giao:CDMA;SCDMA +ghép kênh phân chia theo thời gian Phân loại kỹ thuật đa truy nhập: Đa truy nhập FDMA TDMA FDMA Ưu điểm:-dung lượng tăng cách giảm tốc độ bit thông tin sử dụng sơ đồ,phương thức mã hóa thoại cấp độ thấp -triển khai đơn giản,(thiết kế mạch điều chế FM) -phần cứng đơn giản -dải tần số khác nhau(người sd khác nhau) cách lọc thông dải Nhược điểm -sử dụng hệ thống động 1G -cải tiến dung lương hay tăng dung lượng phụ thuộc vào việc giảm tỉ lệ tín hiệu/nhiễu hay hệ thống hoạt động tốt S/I lớn nên dung lượng bị hạn chế -tốc đọ bit cực đại kênh thường cố định nhỏ suy ko thể triển khai dịch vụ đa dạng -hiệu suất phổ thấp -xuyên âm tăng nhiễu từ kênh lân cận(do hiệu ứng phi tuyến gây ra) TDMA: Ưu điểm: -cho phép tốc độ bit linh hoạt,dùng cho nhiều dịch vụ khác -giám sát khung để giám sát cường độ lỗi bit, cường độ tín hiệu, khả chuyển giao tế bào -sử dụng phổ hiệu FDMA -các tín hiệu có khoảng bảo vệ khe thời gian để ‘hạn chế ảnh hưởng việc không ổn định đồng hồ, trễ truyền dẫn, trải trễ, đáp ứng xung Nhược điểm: -uplink cần công suất đỉnh cao -yêu cầu tổng thời gian xử lý tín hiệu phù hợp với trình lọc tách song tương quan để đồng với khe thời gian -yêu cầu phải đồng Nếu đồng khe thời gian kênh trùng đến kênh khác -thời gian truyền song thay đổi khoảng cách BT MS Hiệu suất phổ: -hiệu suất phổ hệ thống di động thể việc sủ dụng phổ hiệu hiệu suất phổ phụ thuộc vào việc lựa chọn phương thức điều chế đa truy nhập, số kĩ thuật sử dụng để nâng cao hệ số phổ: +giảm độ rộng băng tần kênh +nén thông tin (mã hóa tốc độ thấp) +sử dụng mã hóa tốc độ bit thay đổi +sử dụng thuật toán gán kênh phi tuyến Hiệu suất phổ điều chế -chất lượng gọi phụ thuộc vào N hàm tỉ số S/I phương trình điều chế -mối quan hệ Bw tổng lưu lượng mang hệ thống phi tuyến -lưu lượng tế bào sử dụng tính lưu lượng hệ thống -nm phụ thuộc vào xác suất khối Đặc điểm hệ thống băng rộng: hệ thống sử dụng tín hiệu băng tần rộng gấp hàng trăm lần tố độ bit hệ thống Nhờ sử dụng trải phổ tín hiệu tín hiệu giả tạp(PN) Đặc điểm: -khả chống nhiễu tập trung, nhiễu cố ý cao -khả bảo mật thông tin cao Phân loại hệ thống trải phổ (DSSS vàFHSS) -Trải phổ dãy trực tiếp(DSSS): lỗi bit giả ngẫu nhiên nhân trực tiếp với chuẩn số liệu -trong hệ thống trải phổ nhảy tần(FHSS) tín hiệu trải phổ sử dụng điều khiển số sóng mang ứng dụng hệ thống trải phổ: -trải phổ dãy trực tiếp cho phép ứng dụng hệ thống đa truy nhập CDMA, thuê bao truy nhập mạng mã trải phổ riêng Các mã trải phổ thuê bao khác trực giao vơi Mã hóa tiếng nói thông tin vô tuyến -Chất lượng hệ thống ttdđ phần lớn đánh giá qua: +chất lượng dịch vụ có chất lượng tiếng nói khôi phục +dung lượng hệ thống thể qua số người sử dụng đồng thời dịch vụ -Độ rộng băng tần tài nguyên hữu hạn nhà cung cấp dịch vụ phải đối mặt với yêu cầu cung cấp dịch vụ cho nhiều người sử dụng băng tần hữu hạn với chất lượng tiếng nói tốt Với chất lượng tiếng nói xác định tốc đọ bit tiếng nói mà hóa thấp có nhiều người sử dụng dịch vụ độ rộng băng tần cho -yêu cầu mã hóa thoại: +tốc độ thấp +mức độ phức tạp thiết bị thấp +khối lượng xử lý thấp +tiêu thụ nguồn thấp Các tính chất tiếng nói -tiếng nói có số tính chất khai thác thiết kế mã hóa hiệu cao -tính chất tiếng nói: +phổ hạn chế: tiếng nói có phổ hạn chế mà không mang lại sai số thụ cảm đáng kể dẫn đến áp dụng định lý lấy mẫu với cấp độ lấy mẫu hữu hạn tiếng nói khôi phục từ chuỗi tín hiệu mẫu Đây sở thuật toán lấy mẫu rời rạc hóa +có hàm mật độ xác suất biên độ không đồng Tín hiệu có biên độ lớn có xác suất xảy Tín hiệu có biên độ xác suất ~ có xác suất xảy lớn ứng dụng lượng tử không đều: Hàm tự tương quan: tương quan lớn mẫu liên tiếp tiếng nói dẫn đến mẫu tiếng nói phần lớn dễ dàng dự đoán từ giá trị mẫu trước Đây sở thuật toán dự đoán Hàm mật độ phổ công suất: có tính chất hàm không nên nén tín hiệu đáng kể nhờ mã hóa tiếng nói miền số Phân loại mã hóa tiếng nói (2 loại chính): Mã hóa tiếng nói MH dạng sóng Thời gian Không vi sai MH nguồn Tần số Vi sai LPC PCm ADpcM DELTa SBC ATC HYBRio VOCD0r LPC: mã hóa dự doán tuyến tính SBC: mã hóa ATC: mã hóa biến đổi thích nghi PCM: mã hóa vi sai thích nghi Các đặc điểm mã hóa -MHdang sóng: nguyên tắc thiết kế để có tính chất độc lập nguồn tín hiệu mã hóa loạt loại tín hiệu +ưu điểm: đơn giản , thích nghi với nhiều tính chất khác tín hiệu khỏe với có tạp âm nhiễu +nhược điểm: khả tiết kiệm tốc độ biết khiêm tốn -MH nguồn: tiết kiệm bit có độ phức tạp cao Chi tiết Cấu trúc mạng Tốc độ Dải tần Cơ sở thiết kế chuyển đổi 3G (2,5G) 4G Cơ sở di đông diện Tổng hợp rộng WLAN mạng ko diện rộng 384kbps-2Mbps 20-100Mbps dv mobile 1,8-2,4GHz 2-8GHz Mạch cụm Tất kỹ thuật số với thiết kế chuyển đổi Băng thông 5-20MHz >100MHz Công nghệ đa truy WCDMA, OFDM (MC)- nhập Sửa lỗi Formard Thành phần thiết kế CDMA2000 Mã chập tốc độ 1/2, 1/3 Thiết kế anten tối ưu hóa, chuyển đổi nhiều băng Giao thức internet (IP) Mobile top speed IPv5.0 200km/h CDMA C/t mã hóa nối tiếp Anten thông minh, phần mềm sd mutiband wideband radios Ipv6.0 200km/h Mô hình WWAN Chuẩn mạng vt diện rộng: 10 Abis:giao diện BTS VÀ BSC mạch di động AuC: trung tâm thẩm định động bảo trì BSC điều khiển trạm sở tuyến BTS : trạm thu phát sở EIR: ghi nhận dạng thiết bị Register HLR: Home Location Register MSC trung tâm chuyển OMC trung tâm hoạt RSS hệ thống trạm vô UE thiết bị người dùng VLR: Visitor Location Câu 1: trình bày phương pháp phân chia kênh truyền Giả sử có tất T kênh truyền mà công ty dịch vụ quyền sử Khi thiết kế hệ thống phân T kênh cho tế bào lặp lại điều tế bào bên cạnh kênh có dải tần tế bào cạnh gây nhiễu lên Do T kênh truyền phải phân chia cho nhóm N tế bào tế bào T/N=k kênh truyền, thiết kế lặp lại nhóm tế bào địa bàn dịch vụ Điều làm cho tế bào có kênh xa tế bào cạnh sử dụng kênh truyền khác 11 Nếu vùng dịch vụ chia P tế bào, dung lược hệ thống tính C=P.k=P.T/N Để đạt số dung lượng C thật cao, N phải phải giảm thiểu đến Nhưng tế bào bên cạnh gây nhiễu lên Ngược lại để đảm bảo tính chống nhiễu tốt N lớn làm cho dụng lượng hệ thống giảm Dẫn đến ta phải lựa chọn N cho phù hợp Câu 2: trình bày cấu trúc chung hệ thống di động Gồm hệ thống sau: Hệ thống trạm gốc(BSS) Hệ thống chuyển mạch mạng (NSS) Hệ thống hỗ trợ vận hành(OSS) - BSS hiểu hệ thống vô tuyến cung cấp quản lý đường truyền vô tuyến máy di động (MS) tổng đài (MSC) Mỗi BSS bao gồm nhiều điều khiển trạm gốc BSC Mỗi BSC điều khiển vài trăm trạm thu phát gốc BTS( trạm phủ sóng tế bào) Kết nối BTS BSC qua giao diện Abit Kết nối BSC MSC kết nối interface, kết nối dùng giao thức SS7 - NSS xử lý việc chuyển gọi mạng bên mạng vô tuyến cung cấp việc truy cập đến CSDL bên MSC trung tâm NSS có CSDL khác nhau: Bộ ghi vị trí gốc(HLR) chứa đựng thông tin ban đầu khách hàng, nơi số số IMSI 12 Bộ ghi vị trí tạm trú (VLR) chứa đựng thông tin tạm thời khách hàng họ chuyển vùng sang nơi quản lý MSC khác - OSS bao gồm hay số OMC dùng để theo dõi bảo trì hoạt động MS, BS, BSC, MSC hệ thống OSS có chức chính: Duy trì hoạt động phần cứng Quản lý việc trả tiền lập hóa đơn toán Quản lý tất thiết bị di động hệ thống Câu 3: trình bày thông số đánh giá chất lượng phương thức điều chế - Xác suất tỉ lệ lỗi bit Pb giảm Hiệu suất phổ, độ rộng băng tần ŋ tăng Tỉ lệ mật độ công suất tín hiệu nhiễu giảm : ă ượ ê ỗ : ậ độ ô ấ - Độ phức tạp máy thu máy phát Việc lựa chọn phương thức điều chế dựa hiệu suất phổ, công suất, khả hạn chế Fading Câu 4: trình bày phương pháp xác định kích thước nhóm Khi lựa chọn hình lục giác gọi khoảng cách tế bào truyền giống nằm gần D = ( √3) + ( √3) + ( √3) Trong m,n bước sóng dịch ngang dịch nghiêng 60 để tế bào trùng lên tế bào khác R bán kính tế bào 13 Do tính lặp lại lục giác mà kích thước nhóm xác định √3 = 3√3 = = + + Kích thước nhóm số nguyên N phải thỏa mãn công thức 14 [...]... của cả hệ thống được tính là C=P.k=P.T/N Để đạt được chỉ số dung lượng C thật cao, N phải phải giảm thiểu đến 1 Nhưng 2 tế bào bên cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau Ngược lại để đảm bảo tính chống nhiễu tốt thì N lớn sẽ làm cho dụng lượng hệ thống giảm Dẫn đến ta phải lựa chọn N sao cho phù hợp Câu 2: trình bày cấu trúc chung của hệ thống di động Gồm 3 hệ thống sau: Hệ thống các trạm gốc(BSS) Hệ thống. .. ngoài ra còn có các CSDL khác nhau: Bộ ghi vị trí gốc(HLR) chứa đựng thông tin ban đầu của khách hàng, nơi số số IMSI 12 Bộ ghi vị trí tạm trú (VLR) chứa đựng thông tin tạm thời của khách hàng khi họ chuyển vùng sang nơi quản lý MSC khác - OSS bao gồm hay một số OMC dùng để theo dõi và bảo trì hoạt động của MS, BS, BSC, MSC trong hệ thống OSS có 3 chức năng chính: Duy trì hoạt động của các phần cứng... ghi nhận dạng thiết bị Register HLR: Home Location Register MSC trung tâm chuyển OMC trung tâm hoạt RSS hệ thống trạm vô UE thiết bị người dùng VLR: Visitor Location Câu 1: trình bày phương pháp phân chia kênh truyền Giả sử có tất cả T kênh truyền mà 1 công ty dịch vụ được quyền sử Khi thiết kế hệ thống không thể phân T kênh này cho 1 tế bào vì khi lặp lại điều này ở tế bào bên cạnh các kênh có cùng... toán Quản lý tất cả thiết bị di động trong hệ thống Câu 3: trình bày các thông số đánh giá chất lượng phương thức điều chế - Xác suất tỉ lệ lỗi bit Pb giảm Hiệu suất phổ, độ rộng băng tần ŋ tăng Tỉ lệ mật độ công suất tín hiệu trên nhiễu giảm : ă ượ ê ỗ : ậ độ ô ấ - Độ phức tạp của máy thu và máy phát Việc lựa chọn phương thức điều chế dựa trên hiệu suất phổ, công suất, khả năng hạn chế Fading Câu 4:... đến ta phải lựa chọn N sao cho phù hợp Câu 2: trình bày cấu trúc chung của hệ thống di động Gồm 3 hệ thống sau: Hệ thống các trạm gốc(BSS) Hệ thống chuyển mạch và mạng (NSS) Hệ thống hỗ trợ vận hành(OSS) - BSS được hiểu như hệ thống vô tuyến cung cấp và quản lý các đường truyền vô tuyến giữa máy di động (MS) và tổng đài (MSC) Mỗi BSS bao gồm nhiều bộ điều khiển trạm gốc BSC Mỗi BSC có thể điều khiển... 60 để tế bào này có thể trùng lên tế bào khác R là bán kính tế bào 13 Do tính lặp lại của lục giác mà kích thước nhóm được xác định √3 = 3√3 2 = = + + 2 Kích thước nhóm là 1 số nguyên N phải thỏa mãn công thức trên 14