Hệ thống thông tin viễn thông

LỜI NĨI ĐẦU Lĩnh vực hệ thống khơng dây ngày mở rộng phát triển trở thành chương trình chuẩn ngành kỹ thuật điện truờng đại học Cuốn sách cần thiết sinh viên đại học mà ham thích việc nghiên cứu khoa học kỹ thuật truyền thông vô tuyến Với quan điểm mục đích sách để dạy cho sinh viên trường đại học cách cung cấp công cụ phân tích, kiến thức vật lý bản, lý thuyết truyền thông vấn đề cần thiết khác Quyển sách dựa khóa học mà học trường đại học Drexel Các sinh viên tham gia lớp học dựa sách phải học qua khóa giới thiệu biến ngẫu nhiên/xác suất kỹ thuật điều chế Những khóa học dành cho sinh viên năm kế cuối ngành kỹ thuật điện hầu hết trường viện đại học Đối với sinh viên mà chưa co quen với chủ đề bổ xung phần phụ lục Nhằm mục đích sinh viên người đọc cuối chương có phần tổng hợp Và phần tổng hợp đủ chi tiết cho sinh viên phần hướng dẫn để sinh dễ hiểu đọc lại Từ chương 2-6 có tập làm cách sử dụng Matlab Những phần nhấn mạnh kiến thức cho phép sinh viên luyện tập lý thuyến kỹ thuật sử dụng hệ thống thông tin di động không dây cách thay đổi thông số xem xét thay đổi kết tín hiệu, dạng sóng đặc tuyến khác tín hiệu khơng dây Những tập tập trung giúp cho sinh viên tiếp thu giảng phương pháp tương tác Những toán minh họa cách mà hệ thống di động hoạt động, mang lại sắc thái tinh tế hệ thống Từ chương 2-6 bao gồm ví dụ dùng để minh họa kiến thức thảo luận Những ví dụ chủ yếu tính tốn phân tích Tính tồn diện sách cho phép sinh viên người đọc vừa nghiên cứu tìm tòi chủ đề sách Chương cung cấp tổng quan khảo sát ngắn gọn đặc điểm hệ thống không dây khác thực tế Chương giới thiệu cho sinh viên vấn đề truyền dẫn không dây Chương bao quát chủ đề điều chế giải điều chế hệ thống không dây Chương khái quát khía cạnh thơng tin khơng dây tế bào Chương ảnh hưởng nhiễu đa đường hệ thống thong tin không dây Chương kỹ thuật đa truy cập hệ thống không dây CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ CỦA HỆ THỐNG KHÔNG DÂY 1.0 TỔNG QUAN Lịch sử phát triển thơng tin di động q trình dài Chúng ta lần theo dấu vết hệ thống không dây xưa quân đội, cứu hỏa cảnh sát Những trang thiết bị sử dụng suốt thời kỳ tương đối hoành tráng; trình liên lạc đơn cơng theo sau mà người ta gọi hệ thống điện thoại di động cải tiến (IMTS), sử dụng hình thức truyền liệu song cơng Bởi số lượng kênh truyền mà hệ thống IMTS không đủ để cung cấp dịch vụ cho khách hàng cần truy cập Tình trạng khơng cải thiện khái niệm hệ thống tế bào phát triển Mặc dầu kỹ thuật tế bào bắt đầu với hệ thống tương tự nhà cung cấp điện thoại di động giới thiệu kỹ thuật kết hợp với kỹ thuật số làm cho bao phủ khu vực địa lý rộng cung cấp đường truyền với số lượng lớn người dung Tại thời điểm phát triển diễn Bắc Mỹ Châu Âu Nhật Bản thấy trước phát triển công nghệ theo chuẩn di động hệ thống khơng dây Chính điều giúp cung cấp dịch vụ điện thoại di động với số lượng tăng khơng ngừng Nhưng có niều chuẩn cạnh tranh trrong nước Mỹ toàn giới kèm với yêu cầu chất lượng tốt chuẩn so với chuẩn khác khiến người dùng khó lựa chọn cáh khơn ngoan Mặc dù có nhi6u2 chuẩn tồn Mỹ ,nhưng châu Âu dã nâng lên thành chuẩn chuần nảy sử dụng phần lại giới Thật cần thiết cho hiểu phát trỉn tự nhiên hệ thống chuẩn để dán giá đầy đủ đâu, từ đâu đến,và đến đâu ngày hôm Chúng ta nhìn ngắn gọn trình phát triển triển khai hệ thống tế bào giới bắt đầu Bắc Mỹ 1.1 Hệ thống tế bào Bắc Mỹ Có vài hệ thống tế bào hoạt động Mỹ.Chúng bao gồm AMPS ADCS dựa Interim standard 54(IS54) Interim standard 95(IS95) Ý tưởng thông tin tế bào hình thành phát triển phòng thí nghiệm AT&T Bell bước khởi đầu quan trọng mà xem kỷ nguyên thông tin không dây,với ý tưởng phân vùng địa lý thành cá tế bào tái sử dụng liên tục kênh truyền.Điều minh họa với việc dung lượng đường truyền tăng lớn Nhận thức cấu trúc tế bào minh họa hình 1.1 ,ở khu vực sẫm màu sử dụng tái sử dụng tần số Cho dù không thêm kênh truyền lới tăng dung lượng cho pháp thuê bao di chuyển dễ dàng từ vùng sang vùng khác trở thành mà gọi thuê bao di động Điều yêu cầu khoảng cách vùng cho mức tín hiệu yếu kênh truyền xa vẫnđén người dùng kênh truyền cho sẵn nào.Việc tái sử dụng kênh truyền xax1 định gọi can nhiễu,gây khu vực sử dụng chung tần số HÌNH 1.1 Các ký tự khác đáp ứng cho kênh radio khác Vùng có bóng sử dụng chung kênh radio Đây mẫu hình bảy cell tái sử dụng tần số Dựa nhận thức tế bào ,AMPS đề nghị Mỹ năm 1983,hai nhà cung cấp chia dải phổ có sẵn thương mại cho bên.Truyền song công tức khả vừa truyền nhận gọi bắng cách chia phổ làm hai ,một dải để truyền dải để nhận.Mỗi kênh radio trải 30khz dùng cho kênh thoại đơn Thông tin hai chiều đạt thông qua dải 30khz hướng.Hoạt động song công sử dụng hai dải đơng cơng trình bày hình 1.2 Chú ý hệ thống hoạt đoộng chế độ tương tự,sử dụng dạng điều chế tương tự đơn cử FM dùng cho truyền tín hiệu thoại Như thấy sau thân hệ thống tương tự tương thích việc cung cấp đặc trưng điên thoại số,như tin nhắn thoại gọi tổ chức với Hệ thống tương tự tiệm cận dến giới hạn dung lượng kênh truyền có sẵn bắt kịp phát triển hệ thống di động HÌNH 1.2 Nhận thức AMPS hệ thống tương tự sử dụng FDMA.Với người sử dụng có kênh truyền 30 KHz, để thu để phát Với khoảng cách 45 MHz Để vượt qua thiếu hụt hệ thống tế bào sẵn có,dịch vụ số Mỹ thành lập năm 1991.Sự lựa chọn để giới thiệu cách lạng số cơng nghệ truy cập phân chia theo thời gian TDMA.Ở dạng kênh radio phạn thành dải ghép phân chia theo số lượng người dùng.Mỗi khách hang sử dụng khe thời gian phân cho cho băng thông kênh radio chia cho tất người dùng trog nhóm,như hình 1.3 Kỹ thuật số tương thích tự nhiên với phát triển trạm mạng thơng tin số HÌNH 1.3 Nhận thức TDMA Ba người sử dụng chia kênh radio người sử dụng băng thông thời điểm khác Chuẩn USDC cho phép nhà cung cấp dịch vụ tế bào dần hòa vào dịch vụ từ hệ thống tương tự Điều băng thơng kênh radio hệ thống tương tự băng thông kênh radio nhau.Thay kênh thoại cho kênh radio,USDC cho phép ba kênh thoại chia kênh radio sử dụng TDMA.USDC giữ dịch vụ truyền song công AMPS cách chia hai hướng truyền dải tần 45Mhz Dạng điều chế USDC   DQPSK hình thức đa truy cập TDMA.Phân chia theo thời gian với dạng giống AMPS.Việc sử dụng có hịệu điều chế số với mã hóa thoại làm cho cơng nghệ làm tăng dung lượng có sẵn USDC so với hệ thống tương tự AMPS.Với nhiều cách mã hóa thoại tiến cơng nghệ cung cấp kênh thoại đường truyền 30khz.Kỹ thuật số cung cấp số thuận lợi so với kỹ thuật tương tự truyền thống: -Linh hoạt truyền tín hiệu,thoại,và liệu trộn -Tăng dung lượng từ việc mã hóa hiệu thoại -Giảm lượng phát pin lâu -Có thể mã hóa số cho mục đích riêng tư -Dễ dàng thực trình bắt tay trợ giúp bắt tay di động -Một thu phát điều phối nhiều người dùng chia kênh radio - Làm đơn giản dồn kênh kênh thu kênh nhận xếp Các hệ thống số khác đưa gần dựa mã hóa đa truy cập CDMA Ở hệ thống tất người dùng chia kênh radio sử dụng mã khác nhau.Tín hiệu thoại số hóa trải sử dụng mã dài(chuỗi giả ngẫu nhiên)làm tăng băng thông lên 1.25Mhz.Trong AMPS hệ thống IS54 có dung lượng cứng giới hạn ,hệ thống CDMA(IS95) cho phép ngày nhiều người chia dãi phổ.Khi số lượng người sử dụng tăng,can nhiễu tăng,nhưng người dùng khơng quay đi.Bởi người sử dụng kênh truye6b2 không cần thiết,điều mà quan trong hệ thống AMPS IS54.Hình thức cho phép truyền cới tốc độ khác Cơng nghệ làm giảm nhiễu đa đường sử dụng thu RAKE Trong lúc AMPS hoạt động xung quanh 900Mhz hệ thống số gồm Tdma CDMA hoạt động dải PCS khoảng 1900Mhz Những hệ thống hệ thống Bắc Mỹ Một số công ty cung cấp dịch vụ GSM dải tần 1900Mhz.GSM hệ thống PAN Châu Âu ,được sử dụng hầu hết châu Á châu Úc.GSM thảo luận phần tiếp 1.2 Hệ thống tế bào PAN châu Âu Trong lúc nhà cung cấp Bắc Mỹ cố gắng để cải thiện khả để cung cấp dịch vụ tốt ,dung lượng lớn Châu Âu tiến bước dài “cuộc cahc1 mạng số” thông tin di động.Nhiều nước khác Châu Âu sử dụng hệ thống chuẩn hơng tương thích với nỗ lực để biến hành chuẩn đơng thống toàn Châu Âu.kết nỗ lực đời hệ thống PAN Châu Âu mà biết đến GSM,dựa hoàn toàn vào định dạng số.Hệ thống dự kiến cung cấp hệ thống dung lượng động mà hệ th6ng1 tương tự trước khơng có được.Nó mong đợi mang lại giá rẽ hiệu quà sử dụng băng thông cao hệ thống tương tự Ở GSM kênh radio có băng thơng 200khz chia thời gan cho người dùng.Với tám người dùng méo dng5 xung dễ xảy bong mờ lựa chọn tần số.Sự xuống cấp giảm cahc1 nhảy tần số thực GSM.Dạng điều chế sử dụng dạng biến điệu điều chế tần số-số gọi GMSK.Điều cho phép sử dụng hệ thống khuếch đại phi tuyến rẽ tiền điều khiển tay,giảm kích thước giá thành đơn vị Mặc dầu ý tưởng ban đầu hoạt động dải tần 900Mhz,định dạng tương thích với 1800Mhz,được biết thống DCS 1800 (digital Communication 180) 1.3 Hệ thống tế bào Thái Bình Dương(PDC) PDC biết đến Japenese Digital Cellular(JDC)systemthi2 tương tự với USDC yêu cầu cho dải tần thấp băng thông kênh radio ,thay băng thơng 30khz JDC sử dụng băng thông 25khz cho kênh thoai sử dụng không khác so với USDC 1.4 Hệ thống thông tin di động tổng quát/hệ thống thông tin di động quốc tế 2000(IMT2000) Có nổ lực thực để thiết kế hệ thông thông tin để cung cấp đường truy cập tổng quát đối cới dịch vụ khơng dây có dung lượng động để phát thu dải rộng dịch vụ bao gồm đa phương tiện.Kết nổ lực phát triển song song kỹ tuật Bắc Mỹ nhiều nước giới với phần mở đầu triễn khai CDMA2000 Bắc Mỹ Wide Band CDMA phần lại giới Dặc điểm mấu chốt hệ thống khả truyền liệu với tốc độ khác với song mang khác băng thông khác nhau( băng hẹp CDMA2000 so với băng rộng WCDMA)những hệ thống hoạt động nơi nhà trời môi trường động củng tĩnh ,hoạt động tần số 1,9-2Ghz 1.5 Các thành phần hệ thống tế bào Các hệ thống tế bào cho dù Bắc Mỹ, Châu Âu hay Thái Bình Dương có thành phần chung Những thành phần cần thiết hệ thống tế bào trạm di động, trạm gốc trung tâm chuyển mạch di động Một trạm di dộng thường đề cập đến đơn vị di động (MU), đơn vị di chuyển (PU) máy cầm tay Một trung tâm chuyển mạch di động (MSC) thường đề cập văn phòng chuyển mạch điện thoại di động (MTSO) Một đơn vị di động mang thuê bao, cụm từ “mobile” dùng để thuê bao khơng cần phải đứng n Một nhóm đơn vị di động sử dụng ngày hệ thống số tế bào trình bày hình 1.4 Anten nhận tín hiệu từ trạm gốc phát tín hiệu từ th bao Một đơn vị điển hình có tách luồng để tách thành tần số phát thu Một nhóm tách luồng trình bày hình 1.5 Bộ tách luồn tách hai dải tần khác dải tần phát dải tần thu HÌNH 1.4 Một đơn vị di động HÌNH 1.5 Một tách luồng Dùng hai lọc để tách kênh Một trạm gốc đơn vị cố định hệ thống tế bào mà giao tiếp với đơn vị di động khuôn khổ tế bào Nó đặt trung tâm bìa tế bào có anten phát thu gắn tháp Một trạm gốc điển hình trình bày hình 1.6 Chú ý anten thu thứ hai thêm vào để cung cấp đa dạng (khả nhận nhiều khác tín hiệu, điều làm giảm hiệu ứng nhiễu đa đường) Trạm gốc thực chức liên kết đơn vị di động với MSC cung cấp kết nối đến hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN) Chú ý MSC làm việc với số trạm gốc Điều trình bày hình 1.7 HÌNH 1.6 Một loại trạm gốc ... thông 25khz cho kênh thoai sử dụng không khác so với USDC 1.4 Hệ thống thông tin di động tổng quát /hệ thống thông tin di động quốc tế 2000(IMT2000) Có nổ lực thực để thiết kế hệ thông thông tin. .. gọi, bắt đầu gọi mục đích điều khiển khác Hệ thống song công: hệ thống cho phép đồng thời thông tin hai chiều Hệ thống bán song công: cho phép thông tin hai chiều, thời điểm người dùng phát thu... nhiễu đa đường hệ thống thong tin không dây Chương kỹ thuật đa truy cập hệ thống không dây CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ CỦA HỆ THỐNG KHÔNG DÂY 1.0 TỔNG QUAN Lịch sử phát triển thông tin di động