Tài liệu Thông tin di động chương 5 trải phổ.......................................................................................................................................................................
Chương – Các kỹ thuật thông tin di động 5.1.Các kỹ thuật trải phổ Thơng tin di động Ghép kênh Kênh ki • Ghép kênh theo cách – Thời gian (t) – Tần số (f) – Mã (c) k1 k2 k3 k4 k5 k6 c t c t • Mục tiêu: Nhiều người sử dụng kênh chung s1 f s2 f c • Chú ý quan trọng: Cần khoảng cách bảo vệ! t s3 f Thông tin di động Ghép kênh theo tần số • Phân chia dải phổ tần số thành dải tần số nhỏ • Kênh chiếm dải tần số chia nhỏ tồn thời gian truyền thơng tin • Mỗi kênh ấn định cho người dùng k3 k4 k5 • Ưu điểm: – Đơn giản – Thích hợp cho tín hiệu tương tự c f • Nhược điểm: – Phí băng thơng thơng tin liệu không liên tục – Không linh động – Cần nhiều khoảng bảo vệ t k6 Thông tin di động Ghép kênh theo thời gian • Kênh truyền dẫn truyền thơng tin chiếm tồn phổ tần số khoảng thời gian định • Ưu điểm: – Chỉ có kênh truyền dẫn thời điểm – Tốc độ truyền dẫn cao có nhiều người sử dụng k1 k2 k3 k4 k5 k6 c f • Nhược điểm: – Yêu cầu chế đồng phải xác t Thông tin di động Ghép kênh phân chia theo tần số thời gian • Một kênh truyền dẫn truyền thông tin chiếm tần số cụ thể khoảng thời điểm định (ví dụ: GSM) • Ưu điểm: k k k – Chống lại nhiễu chọn lọc tần số – Tốc độ truyền liệu cao so với ghép kênh theo mã • Nhược điểm: Yêu cầu đồng xác tần số thời gian t k4 k5 k6 c f Thông tin di động Ghép kênh theo mã k1 k2 k3 • Mỗi kênh truyền dẫn sử dụng mã • Tất kênh sử dụng phổ tần số thời điểm • Ưu điểm: k4 k5 k6 c – Sử dụng băng thông hiệu – Không cần đồng hợp tác – Khả chống nhiễu cao f • Nhược điểm: – Tốc độ liệu thấp – Khơi phục lại tín hiệu phức tạp • Sử dụng công nghệ trải phổ t Thông tin di động Giới thiệu trải phổ • Kỹ thuật truyền thơng phải đối phó với vấn đề khó khăn nhiễu, hiệu ứng đa đường truyền, gia tăng dung lượng, bảo mật … Và người ta phát trải phổ có thuộc tính khơng thể thay kỹ thuật điều chế khác • Lúc đầu kỹ thuật trải phổ dùng vơ tuyến di động để tăng tính bảo mật thơng tin • Cơng nghệ trải phổ sử dụng băng thông truyền dẫn lớn nhiều so với băng thơng tín hiệu u cầu tối thiểu Vì vậy, hệ thống sử dụng băng thông không hiệu cho thuê bao đơn, ưu điểm nhiều thuê bao sử dụng băng thông đồng thời lúc mà không bị nhiễu ảnh hưởng lẫn Thông tin di động Giới thiệu trải phổ • Bên phát: Để trải phổ, mã độc lập sử dụng để trải rộng tín hiệu gốc điểm phát băng thông hẹp băng thơng cực rộng, làm cho tín hiệu truyền giống với nhiễu trắng có tự nhiên • Bên thu: với mã thích hợp tín hiệu co hẹp lại tín hiệu gốc •Ưu điểm + Chống lại nhiễu cố ý vô ý + Hạn chế làm giảm hiệu ứng đa đường truyền + Chia sẻ dãy tần số với nhiều người sử dụng + Bảo mật chuỗi mã giả ngẫu nhiên (Phân chia theo mã) • Hạn chế + Khơng hiệu băng thông + Hoạt động phức tạp Truyền thông băng hẹp Thông tin di động Băng hẹp (Công suất đỉnh cao) Công suất Mức nhiễu Trải phổ (Công suất đỉnh thấp) Tần số 10 Thông tin di động 43 Thông tin di động DSSS với Khóa dịch pha nhị phân quán (BPSK-Binary Phase-Shift-Keying)) Bộ trải phổ Dữ liệu nhị phân Tín hiệu trải phổ Bộ điều chế BPSK Tạo dao động fc Bộ tạo mã PN Sơ đồ khối phát 44 Thông tin di động DSSS với Khóa dịch pha nhị phân quán (BPSK-Binary Phase-Shift-Keying)) Bộ co phổ Tín hiệu trải phổ Bộ giải điều chế BPSK Bộ tạo mã PN 45 Dữ liệu nhị phân Thơng tin di động Ví dụ ấn định tần số DSSS 802.11 The Center DSSS frequencies of each channel are only Mhz apart but each channel is 22 Mhz wide therefore adjacent channels will overlap DSSS systems with overlapping channels in the same physical space would cause interference between systems Co-located DSSS systems should have frequencies which are at least channels apart, e.g., Channels and 6, Channels and 7, etc Channels 1, and 11 are the only theoretically non-overlapping channels 25 MHz Channel 2.412 GHz 25 MHz Channel 2.437 GHz Channel 11 2.462 GHz 46 Các kênh không chồng lấn DSSS Thông tin di động Each channel is 22 MHz wide In order for two bands not to overlap (interfere), there must be five channels between them P MHz 22 MHz Channel A maximum of three channels may be co-located (as shown) without overlap (interference) The transmitter spreads the signal sequence across the 22 Mhz wide channel so only a few chips will be impacted by interference Channel Channel 11 f 2.401 GHz 2.473 GHz 47 Thông tin di động Trải phổ nhảy tần FHSS 48 Trải phổ nhảy tần FHSS Thơng tin di động • Trải phổ nhảy tần sử dụng thay đổi tần số liên tục để trải liệu băng thông rộng (là tổ hợp liên tục nhiều tần số) • Tín hiệu phát truyền chuỗi tần số khác (Hop): + Tổ hợp tần số gọi hopset + Nhảy tần xảy dải tần số bao gồm số lượng kênh + Kênh phần phổ tần số với tần số trung tâm nằm hopset độ rộng kênh với băng thơng tín hiệu phát + Trên kênh, cụm liệu nhỏ truyền điều chế băng hẹp trước trạm phát chuyển sang tần số khác 49 Trải phổ nhảy tần FHSS (tiếp) Thơng tin di động • Sóng mang chuyển từ tần số sang tần số khác sau khoảng thời gian cố định: + Trạm phát hoạt động kênh khoảng thời gian + Sau khoảng thời gian, tần số sóng mang chọn để truyền thơng tin + Các bit thông tin truyền sử dụng số thuật tốn mã hóa cụ thể • Tại trạm thu, bên nhận đồng hóa chuỗi nhảy với tính hiệu bên truyền để nhận thơng tin tần số thích hợp vào thời điểm thích hợp Tín hiệu sau demodulate sử dụng máy tính nhận 50 Trải phổ nhảy tần FHSS (tiếp) Thơng tin di động • Chuỗi nhảy tần Sóng mang nhảy từ tần số sang tần số khác tuân theo chuỗi nhảy tần Chuỗi nhảy tần thực chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudorandom Sequence) + Chuỗi giả ngẫu nhiên số danh sách tần số Sóng mang dịch chuyển tần số nằm danh sách + Khi nhảy hết tần số danh sách, sóng mang lặp lại nhảy tần mẫu tần số 51 Trải phổ nhảy tần FHSS (tiếp) Thông tin di động • Thời gian chiếm dụng tần số (Dwell Time) + Khoảng thời gian sử dụng tần số • Thời gian nhảy tần (Hop time) + Thời gian sóng mang chuyển từ tần số sang tần số khác Trong khoảng thời gian này, tín hiệu khơng thể truyền 52 Trải phổ nhảy tần FHSS(tiếp) Thông tin di động • Hai hình thức nhảy tần – Nhảy tần nhanh (Fast Hopping): vài tần số sử dụng truyền ký tự(FFH) – Nhảy tần chậm (Slow Hopping): vài ký tự truyền vài tần số (SFH) • Ưu điểm +Việc nghe trộm khơng liên tục +Việc phá tín hiệu làm hỏng vài bit tần số +Fading chọn lọc tần số nhiễu bị giới hạn khoảng thời gian nhỏ +Sử dụng phần nhỏ phổ tần số thời điểm • Nhược điểm + Một số lượng lớn tần số sử dụng 53 Thông tin di động Trải phổ nhảy tần FHSS (tiếp) Tb Dữ liệu cần truyền 1 t f Td f3 f2 Nhảy tần chậm (3 bits/hop) f1 f t Td f3 f2 Nhảy tần nhanh (3 hops/bit) f1 t Tb: độ rộng ký tự Td: dwell time 54 Thông số nhảy tần WLAN Thơng tin di động Chuẩn IEEE802.11b có tốc độ liệu and Mbps + FHSS sử dụng dải tần số 2.402 – 2.480 GHz dải ISM band + Được phân chia thành 79 kênh độc lập với độ rộng kênh MHz + Tốc độ chuyển kênh tối thiểu 2.5 lần/giây + Mẫu nhảy tần sử dụng cho Mỹ Châu Âu thể 55 Thông tin di động FHSS sử dụng Nhật Bản Set Hopping Pattern {6,9,12,15} {7,10,13,16} {8,11,14,17} FHSS sử dụng Tây Ban Nha Set Hopping Pattern {0,3,6,9,12,15,18,21,24} {1,4,7,10,13,16,19,22,25} {2,5,8,11,14,17,20,23,26} 56 Các thông số FHSS Thơng tin di động • Thời gian chiếm dụng (Dwell Time) + Thời gian chiêm dụng thời gian kênh truyền chiếm dụng tần số trước chuyển sang tần số khác + Thời gian chiếm dụng dài = Lưu lượng liệu (throughput ) lớn + Thời gian chiếm dụng ngắn = Lưu lượng liệu (throughput ) nhỏ + Thường khoảng 100ms tần số • Thời gian chuyển tần số (Hop Time) + Thường khoảng 200-300 us 57 ... Dữ liệu 24 Thơng tin di động Ví dụ tín hiệu trải phổ 25 Thông tin di động Thông tin di động Nguyên lý chung DSSS m(t) z(t) r(t) v b(t) c(t) i(t) Phát Kênh truyền c(t) Bộ lọc thông thấp LPF cho... điểm: – Phí băng thông thông tin liệu không liên tục – Không linh động – Cần nhiều khoảng bảo vệ t k6 Thông tin di động Ghép kênh theo thời gian • Kênh truyền dẫn truyền thơng tin chiếm toàn phổ... lý DSSS với Điều chế BPSK Thông tin di động Bộ trải phổ Dữ liệu nhị phân Tín hiệu trải phổ Bộ điều chế BPSK Tạo dao động fc Bộ tạo mã PN Sơ đồ khối phát 28 Thông tin di động DSSS với Điều chế BPSK