Truyền thông đa người dùng

Truyền thông đa người dùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT &CÔNG NGHÊ TIỂU LUẬN MÔN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SỐ NÂNG CAO GVHD: TS.Đào Minh Hưng TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Những vấn đề đã giải quyết của chúng ta về hệ thống truyền thông đến lúc này là đã tập trung vào kết nối truyền thông đơn bao gốm máy phát và một máy thu Trong chương này chúng ta tập trung vào đa người dùng và kết nối đa truyền thông Chúng ta tìm hiểu các cách mà nhiều người dùng cùng truy câp một kênh chung để chuyển thông tin các phương pháp đa truy cập được trình bày chương này là sở cho mạng truyền thông không dây và có dây hiện và sau này,như là mạng vệ tinh,mạng truyền di động và tổ ong,mạng sóng âm dưới nước 7.1 Giới thiệu các kỹ thuật đa truy cập Yêu cầu là phải phân biệt được các loại hệ thống truyền thông đa người dùng.Một những kiểu đó là một hệ thống đa truy cập ở đó một lượng lớn người dùng chia sẻ một kênh truyền chung để phát thông tin đến một người nhận Một hệ thống vậy được mô tả ở hình 7.1.1 Hình 7.1.1 Một hệ thống đa truy cập Trong đó kênh chung có thể là kênh lên hệ thống thông tin vệ tinh,hoặc là cáp kết nối các đầu cuối để truy cập một máy tính trung tâm, hoặc là một vài dải tần được nhiều người dùng để liên lạc với một người nhận Ví dụ một hệ thống truyền thông di động tổ ong, người dùng là những máy phát di động ở bất kỳ ô nào của hệ thống còn máy thu được đặt tại trạm gốc của ô đó Kiểu thứ hai của hệ thống truyền thông đa người dùng là mạng quảng bá ở đó một máy phát gửi thông tin đến nhiều máy thu mô hình ở hình 7.1.2 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Hình 7.1.2 Một mạng quảng bá Những ví dụ về hệ thống quảng bá bao gồm hệ thống phát quảng bá truyền hình và radio công cộng ,cũng đường xuống của một hệ thống vệ tinh Mạng quảng bá và đa truy cập có lẽ là những hệ thống thông tin đa người dùng chung nhất Một loại thứ ba của hệ thống đa người dùng là hệ thống lưu và chuyển hình 7.1.3 Tuy nhiên kiểu thứ tư là một hệ thống truyền thông chiều hình 7.1.4 hình 7.1.3 Một mạng truyền thông lưu trữ và chuyển tiếp với trung chuyển là các vệ tinh TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG hình 7.1.4 Một kênh truyền thông chiều Ở chương này chúng ta tập trung vào các phương pháp đa truy cập cho truyền thông đa người dùng Nói chung,có nhiều cách khác mà nhiều người dùng có thể gửi thông tin qua kênh thông tin đến người nhận Một cách đơn giản là chia băng thông sẵn có của kênh thành N các kênh nhỏ không trùng hình 7.1.5.và gán mỗi kênh cho mỗi người dùng theo yêu cầu của người dùng hình 7.1.5 Chia nhỏ kênh thành các band tần không chồng lên Phương pháp này thường được gọi là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) và thường được sử dụng ở kênh có dây để kết hợp nhiều người dùng với truyền dẫn thoại và dữ liệu Một phương pháp nữa dùng để tạo các kênh cho đa truy cập là chia nhỏ khoảng thời gian Tf được gọi là khoảng khung thành N khoảng nhỏ không trùng nhau,mỗi khoảng là Tf/N.Khi đó mỗi người dùng muốn phát thông tin thì được gán cho một khe thời gian cụ thể khung Phương pháp đa truy cập này được gọi là đa truy cập phân chia theo thời gian(TDMA) và nó thường được dùng truyền dẫn tín hiệu thoại đã số hóa và dữ liệu Chúng ta thấy rằng, FDMA và TDMA kênh được chia một cách bản thànhcác kênh nhỏ đơn người dùng độc lập Với ý này các phương pháp thiết kế hệ thống truyền thông mà chúng ta đã mô tả trước dùng cho truyền thông một người dùng có thể áp dụng trực tiếp và không có vấn đề gì mới gặp phải ở môi trường đa người dùng,ngoại trừ thêm một nhiệm vụ là gán người sử dụng vớicác kênh có sẵn.Những vấn đề thú vị nảy sinh dữ liệu từ nhiều người cùng truy cập mạng không liên tục thực tế Nóicách khác truyền dẫn thông tin của một người dùng bị cách khoảng bởi những khoảng không có truyền dẫn,ở đó khoảng thời gian im lặng có thể dài khoảng thời gian truyễn dẫn đó là trường hợp thường xảy vớinhững người dùng TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG tạicác loại đầu cuối một mạng truyền thông máy tínhchứa một máy tính trung tâm Ở một chừng mực nào đó ,đây cũng là trường hợp đối với hệ thống di động tổ ong truyền tín hiệu thoại đã số hóa ,bởi vì tín hiệu thoại điển hìnhthường có khoảng dừng dài Trong một môi trường mà truyền dẫn từ nhiều người dùng khác khôngliên tục và chu kỳ hoạt động thấp.FDMA và TDMA có xu hướng không hiệu quả bởi vì một tỉ lệ nhất định khe thời gian hoặc khe tần số có sẵn được gán cho những người dùng không có mang thông tin Cuối cùng,hệ thống đa truy cập được thiết kế không hiệu quả hạn chế số lượng người dùng cùng lúc sử dụng kênh truyền Một lựa chọn thay thế cho FDMA và TDMA là cho phép nhiều người dùng chia sẻ một kênh hoặc một kênh bằng việc sử dụng những tín hiệutrải phổ chuỗi trực tiếp Trong phương pháp này,mỗi người dùng được gán cho một chuỗi mã nhất hoặc chuỗi nhận dạng chuỗi đó cho phép người dùng trải tín hiệu mang tin băng tần được ấn định,vì vậy những tín hiệu của người dùng khác được phân tách ở phía thu bởi việc tương quan chéo của tín hiệu nhận được với một những chuỗi nhận dạng người dùng có thể Bằng việc thiết kế chuỗi mã có sự tương quan tương đối nhỏ,sự xuyên âm vốn có việc giải điều chế tín hiệu nhận được từ các máy thu được giảm thiểu.Phương pháp đa truy cập này được gọi là đa truy cập phân chia theo mã(CDMA) Trong CDMA,nhiều người dùng truy cập kênh theo cách ngẫu nhiên Vì vậy,truyền dẫn tín hiệu giữa những người dùng hoàn toàn trùng lắp về thời gian và tần số.Việc giải điều chế và phân tách tín hiệu được hỗ trợ bởi thực tế là mỗi tín hiệu được trảiphổ bởi dãy mã giả ngẫu nhiên CDMA được gọi là đa truy cập trải phổ Một lựa chọn thay thế cho CDMA là đa truy cập ngẫu nhiên không trải phổ Trong trường hợp vậy,khi hai người dùng cố gắng sử dụng kênh chung một cách đồng thời,truyền dẫn của họ xung đột và gây can nhiễu lẫn Khi điều này xảy ra,thông tin sẽ bị mất và cần phải truyền lại Để giải quyết việc xung đột này,phảithiết lập các giao thức cho việc phát lại bảng tin bị xung đột Các giao thức cho việc định biểu truyền phát lạicác bảng tin bị xung đột được mô tả sau 7.2 Dung lượng của các phương pháp đa truy cập So sánhFDMA,TDMA và CDMA về tốc độ tin tức mà mỗi phương pháp đa truy cập đạt được độ rộng băng thông kênh AWGN lý tưởng cho thấy điều thú vị Chúng ta hãy so sánh dung lượng của K người dùng,mà mỗi người dùng có công suất trung bình Pi=P,với 1i Nhớ lại rằng một độ rộng băng thông AWGN lý tưởng,dung lượng của một người sử dụng la (7.2.1) đó 1/2N0 là mật độ phổ công suất của nhiễu thêm vào TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Ở FDMA,mỗi người dùng được cấp phát một băng thông W/K Vì vậy,dung lượng của mỗi người dùng là (7.2.2) Và dung lượng cho toàn bộ cho K người dùng là : (7.2.3) Do đó,dung lượng toàn bộ tương đương với dung lượng của một người dùng với công suất trung bình PAV=KP Đáng chú ý đối với băng thông W cố định, dung lượng toàn bộ tăng đến vô cùng số lượng người dùng tăng tuyến tính theo K.Mặt khác, K tăng,mỗi người dùng được cấp phát một băng tần nhỏ (W/K) và kết quả là dung lượng mỗi người dùng giảm Hình 7.2.1 minh họa dung lượng C k của mỗi người dùng được chuẩn hóa bởi băng thông kênh W,và là hàm theo với K là một tham số Biểu thức này được biểu diển sau: (7.2.4) Hình 7.2.1 Dung lượng được chuẩn hóa là một hàm theo TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG đối với FDMA Hình 7.2.2 Dung lượng tổng herts là một hàm theo đối với FDMA Một dạng rút gọn của 7.2.4 bằng cách chuẩn hóa dung lượng toàn bộ Cn=KCk/W,đó là tổng tốc độ bit cho tất cả K người dùng một đơn vị băng thông Vì vậy (7.2.4)có thể được biểu diển sau: (7.2.5) hay tương đương (7.2.6) Đồ thị của Cn theo được trình bày ở hình 7.2.2.Chúng ta thấy rằng Cn tăng tăng lớn giá trị nhỏ nhất ln2 Ở một hệ thống TDMA,mỗi người dùng phát khoảng thời gian 1/K kênh có băng thông W,với công suất trung bình KP.Do đó , dung lượng mỗi người dùng là TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG (7.2.7) Giống với dung lượng của một hệ thống FDMA Tuy nhiên, từ quan điểm thực tế,chúng ta nên nhấn mạnh rằng , ở TDMA,các máy phát trì một công suất phát KP K rất lớn là không thể.Vì vậy có một giới hạn thực tế nếu lớn đó thì công suất máy phát không thể tăng được K tăng lên Ở một hệ thống CDMA ,mỗi người dùng phát một tín hiệu có băng thông W giả ngẫu nhiên và công suất trung bìnhP,dung lượng của hệ thống phụ thuộc vào mức độ kết hợp giữa các người dùng Trường hợp không có CDMA kết hợp,ở đó máy thu cho mỗi tín hiệu người dùng không biết những dạngsóng trảiphổ của những người dùng khác,hoặc lựa chọn để bỏ qua chúng quá trình giảiđiều chế.Vì vậy,những tín hiệu người dùng khác xuât hiện là can nhiễu tại máy thu của mỗi người dùng.Trong trường hợp này ,máy thu đa người dùng bao gồm một dãy K máy thu đơn người dùng Hình 7.2.3 Dung lượng được chuẩn hóa là một hàm theo đối với CDMA không kết hợp Nếu chúng ta giả sử rằng dạng sóng tín hiệu giả ngẫu nhiên là Gaussian thì mỗi tín hiệu người dùng bị biến dạng bởi can nhiễu Gaussian với công suất (K1)P và nhiễu Gaussian cộng với công suất WN 0.Do đó dung lượng mỗi người dùng là : (7.2.8) Hoặc tương đương TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG (7.2.9) Hình 7.2.3 minh họa đồ thị của Ck/W theo với K là thamsố Với số lượng người dùng lớn ,chúng ta có thể sấp xỉ ln(1+x)½,thông lượng S giảm,phát triển minh họa rằng một phương pháp truy cập ngẫu nhiên không theo khe hoặc không đồng bộ có thông lượng tương đối nhỏ và không hiệu quả Thông lượng cho ALOHA theo khe Để xác định thông lượng một hệ thống ALOHA theo khe,với G i là xác suất cho người dùng thứ ith sẽ phát gói vài khe Nếu tất cả K người dùng hoạt động độc lập và không có sự phụ thuộc thống kê nào giữa việc truyền dẫn gói người dùng 29 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG khe hiện tại và truyễn dẫn của gói người dùng những khe trước đó,dung lượng kênh cung cấp tông cộng là ( 7.4.5) Chú ý rằng,trong trường hợp này,G có thể lớn Bây giờ,cho là xác suất mà một gói được phát khe thời gian nhận được không có xung đột Khi đó thông lượng kênh được chuẩn hóa là ( 7.4.6) Xác suất mà một gói từ người dùng thứ ith sẽ không có xung đột với gói khác là ( 7.4.7) Do đó, ( 7.4.8) Một biểu thức đơn giản cho thông lượng kênh có được bởi xem xét K người dùng giống nhau.Khi đó Và ( 7.4.9) Khi đó ,nếu chúng ta cho chúng ta được thông lượng ( 7.4.10) Kết quả này được vẽ ở hình 7.4.3 Chúng ta thấy rằng S tiến tới một thông lượng tối đa gói khe tại G=1.Lớn gấp hai lần so với thông lượng của hệ thống ALOHA không theo khe Hiệu suất của hệ thống ALOHA chia theo khe cho ở được dựa giao thức của Abramson để giải quyết xung đột Một thông lượng cao có thể được bằng việc đưa một giao thức tốt Điểm yếu bản giao thức Abramson là nó không tính đến thông tin số lượng lưu lượng kênh mà nó có sẵn qua quan sát các xung đột xuất hiện Một cải tiến về thông lượng của hệ thống ALOHA chia theo khe có thể có được bằng việc sử dụng một giao thức kiểu đề xuất bởi Capetanakis(1979) Trong thuật toán này, người dùng không được phép phát các gói mới được tạo đến tất cả xung đột trước được xử lý Một người dùng có thể phát một gói mới một khe thời gian sau tạo Miễn tất cả các gói trước mà bị xung đột đã được phát thành công Nếu một gói mới được tạo kênh 30 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG truyền giải tỏa các xung đột trước, gói được lưu một bộ đệm.Khi một gói xung đột với gói khác,mỗi người dùng gán gói của nó đến tập hợp,A hoặc B,với xác suất bằng nhau(bằng cách tung đồng cắc) Khi đó, nếu một gói được đặt tập A, người dùng phát nó khe thời gian tiếp theo Nếu nó xung đột lần nữa,người dùng sẽ lần nữa gán gói cho tập và quá trình truyền dẫn được lập lại Quá trình này tiếp tục đến tất cả gói được chứa tập A được phát thành công Khi đó tất cả gói tập B được phát theo thủ tục giống Tất cả người dùng quan sát trạng thái của kênh,và,do đó,họ biết nào tất cả các xung đột đã được xử lý Khi kênh trở nên sẵn sàng cho việc truyền dẫn những gói mới, các gói được tạo trước được phát đầu tiên Để thiết lập hàng đợi,trục thời gian được chia thành các khoảng nhỏ với khoảng thời gian ngắn hiệu quả cho, trung bình,khoảng gói được tạo bởi người dùng một khoảng nhỏ Vì vậy,mỗi gói có "phiếu thời gian "nó được kết hợp với khoảng nhỏ đó nó được tạo Khi đó, một gói mới thuộc khoảng thời gian đầu tiên được phát khe thời gian có sẵn đầu tiên Nếu không có xung đột thì một gói từ khoảng thời gian thứ hai được phát , và cứ thế Thủ tục này tiếp tục các gói mới được tạo và chừng nào đường cho các gói để truyền dẫn vẫn còn Capetanakis đã trình diễn rằng giao thức truy cập kênh này đạt được một thông lượng tối đa là 0,43 các gói khe Cùng với thông lượng,một phép đo hiệu quả quan trọng nữa một hệ thống truy cập ngẫu nhiên là trễ truyền dẫn trung bình phát gói Trong hệ thống ALOHA,số lượng truyền trung bình gói là G/S Chúng ta có thêm vào số này thời gian đợi trung bình giữa các truyền dẫn và,vì vậy,có được một trễ trung bình cho một truyền dẫn thành công Chúng ta nhớ lại đề cập ở rằng giao thức Abramson, tham số xác định trễ trung bình giữa các lần phát lại Nếu chúng ta chọn nhỏ,chúng ta đạt được tác động ít thay đổi tải kênh theo yêu cầu tại những lúc tải cao, kết quả là một trễ truyền lại dài Đây là điều đánh đổi việc chọn giá trị trong(7.4.2) Mặt khác, giao thức Capetanakis đã cho thấy có trễ trung bình nhỏ việc truyền các gói Vì vậy, nó tốt giao thức Abramson ở cả trễ trung bình và thông lượng Vấn đề quan trọng khác việc thiết kế các giao thức truy cập ngẫu nhiên là sự ổn định của giao thức Trong xử lý của chúng ta về các giao thức truy cập kênh kiểu ALOHA, chúng ta ngầm định giả sử rằng đối với một tải cho trước, một điểm cân bằng được đạt được ở đó số gói trung bình vào kênh bằng với số trung bình gói được phát thành công Thực tế, nó có thể được trình bày rằng bất kỳ giao thức truy cập kênh nào,như giao thức Abramson,không tính đến số truyền dẫn không thành công trước đó việc thiết lập một chính sách truyền lại là không ổn định Cách khác, thuật toán Capetanakis khác giao thức Abramson về mặt này và đã được chứng tỏ ổn định Một thảo luận kỹ lưỡng về các vấn đề ổn định của các giao thức truy cập ngẫu nhiên được tìm thấy giấy tờ bởi Massey(1988) 7.4.2 Những hệ thống nhận biết sóng mang các giao thức 31 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Hình 7.4.4 Mạng nội hạt có kiến trúc bus Như chúng ta đã thấy, các giao thức truy cập ngẫu nhiên kiểu ALOHA(khe hoặc không khe) đạt được thông lượng tương đối thấp Hơn nữa,một hệu thống ALOHA yêu cầu người dùng phát tại những khe thời gian Trong các kênh mà trễ truyền dẫn tương đối nhỏ,có thể thiết kế các giao thức truy cập ngẫu nhiên cho thông lượng cao Một ví dụ của giao thức đó là nhận biết sóng mang với phát hiện xung đột, nó được dùng là một giao thức tiêu chuẩn các mạng nội hạt.Giao thức này thường được biết là đa truy cập nhận biết sóng mang có phát hiện xung đột(CSMA) Giao thức CSMA thì đơn giản Tất cả người dùng lắng nghe truyền dẫn kênh Người dùng nào muốn phát một gói thì chiếm giữ kênh truyền nó nhận biết rằng kênh truyền rỗi Xung đột có thể xảy hai hoặc nhiều người dùng nhận biết một kênh rỗi và tiến hành truyền Khi người dùng phát đồng thời nhận thấy có xung đột, họ phát một tín hiệu đặc biệt, được gọi là tín hiệu nghẽn, nó được dùng để thông báo cho tất cả người về sự xung đột và hủy bỏ việc phát Cả hai đặc điểm nhận biết sóng mang và hủy bỏ việc phát một xung đột xuất hiện dẫn đến tối thiểu thời gian rớt kênh, vì vậy, đạt thông lượng cao Để chứng tỏ hiệu quả của CSMA, chúng ta hãy xem xét một mạng nội hạt có cấu trúc bus, cho ở hình.7.4.4.xem xét người dùng U và U2 cách tối đa,có nghĩa, ở tại đầu của bus, và là trễ truyền dẫn để một tín hiệu truyền độ dài của bus Khi đó,thời gian(tối đa) cần để nhận biết một kênh rỗi là giả sử rằng U1 phát gói khoảng thời gian người dùng U2 có thể chiếm giữ kênh sau đó nhờ nhận biết sóng mang,và bắt đầu phát Tuy nhiên người dùng U không biết về việc phát này cho đến sau U2 bắt đầu phát Vì vậy, chúng ta có thể xác định khoảng thời gian là khoảng thời gian tối đa để phát hiện một sự xung đột Nếu chúng ta giả sử rằng thời gian cần để phát tín hiện nghẽn có thể bỏ qua, giao thức CSMA/CD cho một thông lượng cao Có nhiều giao thức có khả có thể được dùng để định lại thời gian phát một xung đột xảy Một giao thức được gọi là CSMA gián đoạn, một giao thức thứ được gọi là (CSMA l liên tục )và tổng quát hóa giao thức thứ được gọi là (CSMA p liên tục) CSMA gián đoạn Trong giao thức này, một người dùng có gói để phát nhận biết kênh và hoạt động theo quy tắc sau (a) Nếu kênh rỗi, người dùng phát gói 32 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG (b) Nếu kênh được nhận biết là lỗi, người dùng lập lịch cho việc phát gói ở thời điểm sau theo một vài phân bố trễ Ở cuối khoảng trễ, người dùng lần nữa nhận biết kênh và lặp lại các bước (a) và (b) CSMA 1-liên tục Giao thức này được thiết kế để có sự thông lượng cao bởi không cho phép kênh trở nên rỗi nếu vài người dùng có một gói để phát Vì vậy, người dùng nhận biết kênh và hoạt động theo quy tắc sau (a) Nếu kênh được nhận biết là lỗi, người dùng phát gói với xác suất là (b) Nếu kênh được nhận biết là bận, người dùng đợi đến kênh rỗi và phát một gói với xác suất lưu ý rằng giao thức này, một xung đột sẽ xảy có nhiều một người có gói để phát CSMA p-liên tục Để giảm tỉ lệ xung đột 1- liên tục CSMA và làm tăng thông lượng, chúng ta nên ngẫu nhiên hóa thời gian bắt đầu cho việc phát các kênh Cụ thể, sau lúc nhận thấy kênh rỗi ,người dùng có một gói cần phát gửi gói với xác suất p và trễ nó với xác suất 1-p Xác suất p được chọn theo cách cho giảm xác suất xung đột khoảng thời gian rỗi giữa các lần phát liên tiếp ( không chồng lấp) được giữ nhỏ Điều này được thực hiện bằng việc chia trục thời gian thành các khe nhỏ với khoảng và chọn phát các gói ở thời điểm bắt đầu của khe nhỏ Tóm lại, giao thức p-liên tục(p-persistent), một người dùng với một gói cần phát thực hiện sau (a) Nếu một kênh được nhận biết là rỗi, gói được phát với xác suất lỗi p, và với xác suất 1-p việc phát được trễ (b) Nếu tại , kênh vẫn rỗi,bước (a) được lập lại Nếu một xung đột xảy ra, các người dùng định lịch phát lại các gói theo phân bố trễ truyền dẫn chọn trước (c) Nếu tại kênh được nhận biết bận, người dùng đợi đến kênh rỗi, và sau đó hoạt động (a) và (b) ở Các phiên bản đóng khe của giao thức ở có thể được xây dựng Phân tích thông lượng cho các giao thức CSMA/CD gián đoạn và p-liên tục đã được thực hiện bởi Kleinrock và Tobagi(1975), dựa những giả thiết sau: Trễ phát lại trung bình lớn so với khoảng thời gian gói Tp ; Các lần đến của quá trình điểm được xác định bởi các lần bắt đầu của tất cả các gói cộng với phát lại thì độc lập và được phân bố hàm mũ 33 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Hình 7.4.5 thông lượng CSMA gián đoạn Đối với CSMA gián đoạn, thông lượng là ( 7.4.11) Trong đó tham số Lưu ý rằng hình 7.4.5 minh họa thông lượng đối với lưu lượng cung cấp G, với a là tham số Chúng ta thấy rằng với a=0 Đối với a >0,giá trị của Smax giảm Với giao thức 1-liên tục, thông lượng có được bởi Kleinrock và Tobagi(1975) là ( 7.4.12) Trong trường hợp này ( 7.4.13) Có giá trị đỉnh nhỏ giao thức gián đoạn Bằng việc áp dụng giao thức p-liên tục, người ta có thể tăng thông lượng tương đối với sơ đồ 1-liên tục Ví dụ, hình 7.4.6 minh họa thông lượng so với lưu lượng có thể với giữ cố định và p là một tham số Chúng ta thấy rằng p tăng và tiến đến đơn vị, thông lượng tối đa giảm Trễ truyền dẫn cũng đã được đánh giá bởi Kleinrock và Tobagi(1975) Hình 7.4.7 mô tả đồ thị trễ (được chuẩn hóa bởi T p )so với thông lượng S đối với các giao thức CSMA gián đoạn và p-liên tục 34 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Hình 7.4.6 thông lượng kênh ở CSMA p- liên tục Cũng đưa so sánh là độ trễ so với đặc tính thông lượng của các giao thức theo khe hoặc không khe ALOHA Trong mô phỏng này, chỉ những gói được tạo mới được dẫn một cách độc lập từ một phân bố Poisson Các xung đột và phát lại ngẫu nhiên đồng nhất được thực hiện không có các giả sử Các kết quả mô phỏng này minh họa hiệu suất hẳn của các giao thức gián đoạn và p-liên tục có liên quan đến các giao thức ALOHA Chú ý rằng đồ thị được đánh nhãn"p-liên tục tối ưu" có được bằng việc tìm giá trị tối ưu của p đối với mỗi giá trị của thông lượng Chúng ta thấy rằng đối với những giá trị thông lượng nhỏ, giao thức 1-liên tục(p=1) là tối ưu 35 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Hình 7.4.6 thông lượng thay đổi theo độ trễ từ mô phỏng (a=0.01) Kleỉnock and Tobagi(1975) 7.5 LỊCH SỬ VÀ THAM KHẢO FDMA là sơ đồ đa truy cập chiếm ưu thế nó được dùng cả thập kỷ các hệ thống truyền thông tin thoại đối với truyền dẫn thoại tương tự Với sự đời của truyền tiếng nói số sử dụng PCM, DPCM, và các phương pháp mã hóa thoại khác, TDMA đã thay thế để trở thành sơ đồ đa truy cập chiếm ưu thế viễn thông CDMA và các phương pháp truy cập ngẫu nhiên, nói chung, đã phát triển thập kỷ qua, sử dụng chủ yếu cho truyền dẫn không dây và các mạng có dây nội hạt Lý thuyết thông tin đa người dùng giải quyết những hạn chế lý thuyết bản thông tin mã hóa nguồn cho nhiều nguồn, và mã hóa và điều chế cho các kênh đa truy cập Rất nhiều tài liệu về đề tài này Trong khuôn khổ quan tâm của chúng ta về các phương pháp đa truy cập, người đọc sẽ tìm thấy các bài bởi Cover(1972), El gamal và Cover(1980) Bergmans và Cover(1974), và Hui(1984).Dung lượng của hệ thống DA tổ ong đã được xem xét bài viết của Gilhousen et al.(1991) Giải điều chế và tách sóng tín hiệu cho truyền thông đa người dùng đã nhận được sự quan tâm đáng kể những năm gần Người đọc tham khảo các bài viết của Verdu(1986a-c,1989), Lupas và Verdu(1990),Xie et al.(1990a,b),Poor và Verdu(1988), Zang và Brady(1993), và Zvonar và Brady(1995) Các công trình đầu 36 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG tiên về thiết kế và giải điều chế tín hiệu cho truyền thông đa người dùng được tìm thấy các bài viết bởi Van Etten(1975, 1976), Horwood và Gagliardi(1975), và Kaye và George(1970) Hệ thống ALOHA, là những hệ thống truy cập ngẫu nhiên sớm nhất, được giải quyết bài viết bởi Abramson(1970, 1977) và Roberts(1975) Những bài viết này có các phân tích thông lượng cho các hệ thống theo khe và không theo khe Các vấn đề ổn định đối với các giao thức ALOHA có thể được tìm thấy các bài viết bởi Carlerial và Hellman(1975), Ghez et al.(1988), và Massey(1988) Các giao thức ổn định dựa các thuật toán dành cho các kênh truy cập ngẫu nhiên lần đầu tiên đưa bởi Capetanakis(1977) Các giao thức đa truy cập nhận biết sóng mang mà chúng ta đã mô tả là Kleinrock và Tobagi(1975) Cuối cùng, chúng ta đề cập đến quyển sách IEEE Press biên tập bởi Abramson(1993), chứa các bài viết liên quan đến truyền thông đa truy cập CÁC VẤN ĐỀ 7.1Trong thiết lập các mô hình kênh và tín hiệu CDMA phần 7.3.1, chúng ta đã giả sử rằng các tín hiệu nhận được là thật Với K>1, giả thiết này ngầm hiểu đồng bộ pha ở tất cả các máy phát, nó không thực lắm đối với một hệ thống thực tế Để thuận tiện cho trường hợp này pha sóng mang không đồng bộ, chúng ta có thể đơn giản thay đổi các sóng nhận dạng cho K người dùng, cho bởi (7.3.1), là giá trị phức, thuộc dạng Trong đó là lệch hằng số pha của máy phát được máy thu chung xem thứ kth a Cho các sóng nhận dạng có dạng giá trị phức,hãy xác định dạng của máy thu ML tối ưu mà máy đó tính toán số đo tương quan tương tự (7.3.15) b Lập lại việc xác định máy tách sóng ML tối ưu cho truyền không đồng bộ tương tự (7.3.19) 7.2 Xem xét một hệ thống TDMA mà mỗi người dùng bị giới hạn công suất phát P, độc lập với số người dùng Hãy xác định dung lượng người dùng,C k , và dung lượng tổng cộng KCk Hãy vẽ Ck Và KCk là hàm theo và nhận xét kết quả K 7.3 Hãy xem xét một hệ thống với K=2 người dùng, kênh AWGN, đó người dùng được gán một băng thông và người dùng được gán băng thông ,trong đó cho P1 và P2 là công suất trung bình của người dùng a Hãy xác định dung lượng của người dùng và tổng là hàm của đồ thị chiều của tốc độ với , hãy vẽ đồ thị của các điểm thay đổi khoảng bNhớ rằng tốc độ của người dùng phải thỏa mãn điều kiện 37 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG Hãy xác định dung lượng toàn bộ C và,như vậy, hãy cho biết tốc độ tối đa đạt được 7.4 Xem xét một hệ thống TDMA với người dùng kênh AWGN Giả sử rằng máy phát có công suất đỉnh giới hạn còn P1 và P2 và người dùng phát khoảng thời gian có và phát của khoảng thời gian Băng thông sẵn có là W aHãy xác định dung lượng là hàm của b Hãy vẽ đồ thị của các điểm thay đổi khoảng 7.5 Hãy xem xét một hệ thống TDMA người dùng K=2 kênh AWGN Giả sử rằng máy phát bị giới hạn công suất trung bình ,với p1 và p2 Người dùng phát 100a% thời gian và người dùng phát thời gian Băng thông là W a Hãy xác định dung lượng C1 ,C2 và C=C1 +C2 là hàm của b Hãy vẽ đồ thị của các điểm thay đổi khoảng c Sự giống giữa giải pháp này và hệ thống FDMA vấn đề 7.3 là gì 7.6 Hãy xem xét kênh đa truy cập,đồng bộ, người dùng và dãy nhận dạng cho ở hình 7.6 thông số A≥0 mô tả độ lớn tương đối giữa người dùng, và mô tả mức độ tương quan giữa các dạng sóng Cho Hình P7.6 Là dạng sóng nhận được theo t ,trong đó n(t) là nhiễu Gaussian với mật độ phổ công suất và những vấn đề sau, bạn sẽ so sánh cấu trúc của bộ tách sóng đa người dùng thông thường với các cấu trúc máy thu tối ưu với các giá trị của A , và 38 TRUYỀN THÔNG ĐA NGƯỜI DÙNG a Hãy chỉ rằng , quan sát được cho , một thống kê đầy đủ cho dữ liệu b1(0) và b2(0) là quan sát khoảng bBộ phát hiện đa người dùng thông thường (dưới tối ưu) chọn dữ liệu bk(0) theo quy tắc sau: Trong đó Hãy xác định biểu thức cho xác suất lỗi bit đối với người dùng 1, sử dụng ghi chú sau c Dạng biểu thức này và giá trị nào đó d Dạng biểu thức này A lớn với giá trị nào đó , thể nói gì về bộ phát hiện thông thường? là gì và giá trị là gì có e Dạng biểu thức này là gì đối với B=1, và và A có giá trị nào đó tại lại khác so với kết quả ở (d)? f Hãy xác định dạng biểu thức này với lớn đến giá trị nào đó , A có giá trị nào đó, và B