Tài liệu Thông tin vô tuyến docx

2.1 Nền tảng thông tin vô tuyến Thông tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn Phương pháp thơng tin là: phía phát xạ tín hiệu thơng tin sóng điện từ, phía thu nhận sóng điện từ phía phát qua khơng gian tách lấy tín hiệu gốc Về lịch sử thông tin vô tuyến, vào đầu kỷ Marconi thành công việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây dương, Kenelly Heaviside phát yếu tố tầng điện ly diện tầng phía khí dùng làm vật phản xạ sóng điện từ Những yếu tố mở kỷ nguyên thông tin vô tuyến cao tần đại quy mô Gần 40 năm sau Marconi, thông tin vô tuyến cao tần phương thức thông tin vô tuyến sử dụng phản xạ tầng đối lưu, khơng đáp ứng nhu cầu thông tin ngày gia tăng Chiến tranh Thế giới lần thứ hai bước ngoặt thông tin vơ tuyến Thơng tin tầm nhìn thẳng lĩnh vực thông tin sử dụng băng tần số cực cao (VHF) nghiên cứu liên tục sau chiến tranh giới - trở thành thực nhờ phát triển linh kiện điện tử dùng cho HF UHF, chủ yếu để phát triển ngành Rađa Với gia tăng không ngừng lưu lượng truyền thông, tần số thông tin vô tuyến vươn tới băng tần siêu cao (SHF) cực cao (EHF) Vào năm 1960, phương pháp chuyển tiếp qua vệ tinh thực phương pháp chuyển tiếp tán xạ qua tầng đối lưu khí xuất Do đặc tính ưu việt mình, chẳng hạn dung lượng lớn, phạm vi thu rộng, hiệu kinh tế cao, thông tin vô tuyến sử dụng rộng rãi phát truyền hình quảng bá, vơ tuyến đạo hàng, hàng khơng, qn sự, quan sát khí tượng, liên lạc sóng ngắn nghiệp dư, thông tin vệ tinh - vũ trụ v.v Tuy nhiên, can nhiễu với lĩnh vực thông tin khác điều khơng tránh khỏi, thơng tin vô tuyến sử dụng chung phần không gian làm môi trường truyền dẫn Để đối phó với vấn đề này, loạt Hội nghị vô tuyến Quốc tế tổ chức từ năm 1906 Tần số vô tuyến ấn định theo "Quy chế thông tin vô tuyến (RR) Hội nghị ITU Geneva năm 1959 Sau Hội nghị phân bố lại dải tần số sóng ngắn để sử dụng vào năm 1967, Hội nghị bổ sung quy chế tần số vô tuyến cho thông tin vũ trụ vào năm 1971, Hội nghị phân bố lại tần số vô tuyến thông tin di động hàng hải cho mục đích kinh doanh vào năm 1974 Tại Hội nghị ITU năm 1979, dải tần số vô tuyến phân bố mở rộng tới 9kHz - 400 Ghz xem xét lại bổ sung cho Quy chế thông tin vô tuyến điện (RR) Để giảm bớt can nhiều thông tin vô tuyến, ITU tiếp tục nghiên cứu vấn đề sau để bổ sung vào xếp xác khoảng cách sóng mang Quy chế thơng tin vơ tuyến: - Dùng cách che chắn thích hợp lựa chọn trạm - Cải thiện hướng tính anten - Nhận dạng sóng phân cực chéo - Tăng cường độ ghép kênh - Chấp nhận sử dụng phương pháp điều chế chống lại can nhiễu 2.2 Các đặc tính sóng vơ tuyến Tần số sử dụng cho sóng điện từ vai trị sóng mạng thông tin vô tuyến gọi riêng "tần số vô tuyến" (RF) Tần số chiếm dải rộng từ VLF (tần số cực thấp) tới sóng milimét Khơng thể lý giải đầy đủ sóng vơ tuyến theo lý thuyết, khơng bị ảnh hưởng tầng đối lưu tầng điện ly mà thiên thể, kể mặt trời Do vậy, việc đánh giá trạng thái hành tinh, tầng đối lưu điện ly việc dự báo đường truyền sóng vơ tuyến khả liên lạc dựa nhiều liệu khứ quan trọng Phần sau chương trình giúp bạn đọc hiểu chế truyền sóng vơ tuyến theo tần số thơng tin vơ tuyến vấn đề khác, liên quan đến sóng vô tuyến 2.2.1 Phân loại tần số vô tuyến Trong thơng tin vơ tuyến, chế truyền sóng vơ tuyến việc sử dụng thiết bị truyền thông phụ thuộc vào tần số vơ tuyến sử dụng Bảng 2.1 trình bày băng tần số vô tuyến phân loại theo tiêu chuẩn quốc tế hành theo chế phương thức sử dụng sóng vơ tuyến Bảng 2.1 Phân loại, chế sử dụng sóng vơ tuyến Tần số Phân loại băng tần Cơ chế truyền sóng vô tuyến Cự ly thông tin lĩnh vực sử dụng 3KHz~30 KHz VLF Sóng đất-điện ly Thơng tin đạo hàng quân khắp giới 30KHz~300KHz LF Sóng đất 1500Km đạo hàng vơ tuyến 300KHz~3MHz MF Sóng đất (Cự ly ngắn) Phát cố định Hàng không, đạo hàng, liên lạc nghiệp dư Sóng trời (Cự ly dài) 3MHz~30MHz HF Sóng trời 3~6MHz : Thơng tin liên tục địa 6~30Mhz : Thông tin di động Thông tin kinh doanh nghiệp dư, dân quốc tế 30MHz~300MHz VHF Sóng trời Thơng tin trực thi, VHF, FM Sóng đối lưu 300MHz~3GHz UHF Sóng trời Rađar, đa thơng tin Sóng đối lưu 3GHz~30GHz SHF, Viba Đa thơng tin Sóng trời Thơng tin di động Thông tin vệ tinh, thông tin cố định, Rađar 30GHz~300GH EHF, Milimeter Sóng trời Thơng tin cho tương lai 2.2.2 Đường truyền lan sóng vơ tuyến Sóng vô tuyến không truyền lan theo dạng lý tưởng chúng không gian ảnh hưởng mặt đất tầng đối lưu Hình 2.1 mơ tả đường truyền sóng đầu phát T đầu thu R cho thấy cịn có sóng phản xạ từ bề mặt đất để đạt tới trạm thu, sóng trực đường thẳng (a) (b) Ngồi tầm trực thi Trong tầm trực thi Hình 2.1 Đường Sóng vơ tuyến Khi khoảng cách trạm phát trạm thu xa hơn, thơng tin sóng thẳng trở nên độ cong bề mặt trái đất trình bày hình 2.1(b) có sóng vơ tuyến truyền lan xuống mặt đất có sóng bề mặt sóng trời, nhờ tượng khúc xạ (hình 2.2) Nói chung, sóng bề mặt, sóng trực tiếp sóng phản xạ, trừ sóng trời, gọi sóng đất Sóng trời sóng điện từ bị thay đổi hành trình tầng điện ly quay trở trái đất; tầng điện ly nơi hội tụ vơ số điện tích, định hình độ cao 100-400Km Ngồi sóng bề mặt sóng trời cịn có sóng tán xạ - phản xạ biến đổi mãnh liệt tầng đối lưu điện ly sóng điện từ va chạm với vật chất, chẳng hạn băng, bị tán xạ để đạt tới đầu thu Sóng tán xạ sử dụng phương pháp chuyển tiếp qua tán xạ đối lưu Hình 2.2 Hành trình sóng vơ tuyến qua đường chân trời Sự lan truyền băng tần số thấp Sự lan truyền băng tần số thấp nhờ vào sóng đất Nó thực nhờ nhiễu xạ sóng điện từ Do độ nhiễu xạ tỷ lệ nghịch với bước sóng tần số sử dụng cao, sóng đất yếu (để truyền lan tần số thấp) Hiện tượng nhiễu xạ có mối tương quan chặt chẽ với độ dẫn điện số điện môi đất đường lan truyền Vì cự ly truyền sóng mặt biển dài so với mặt đất tần số thấp sử dụng rộng rãi thông tin vô tuyến đạo hàng Trong trường hợp tần số cực thấp, bước sóng lớn nhiều so với chiều cao từ bề mặt trái đất lên tới tầng điện ly Cho nên, mặt đất tầng điện ly đóng vai trị hai tường Nó gọi chế độ ống dẫn sóng mặt đất - điện ly mà nhờ nó, thơng tin tới tồn giới Băng tần số cực thấp sử dụng chủ yếu cho thông tin hàng hải thông tin đạo hàng Sự truyền lan băng tần số cao Thông tin cự ly xa băng tần số cao thực nhờ phản xạ sóng trời tầng điện ly Trong phương thức thông tin này, mật độ thu sóng trời phụ thuộc vào tần số vơ tuyến trạng thái tầng điện ly, trạng thái thay đổi theo thời gian, theo ngày, theo mùa theo điều kiện thời tiết Cho nên việc dự báo trạng thái tầng điện ly vô quan trọng thông tin liên lạc sử dụng sóng trời (1) Tầng điện ly Tầng điện ly hình thành độ cao 100Km - 400Km kết việc ion hoá trạng thái tầng đối lưu tia cực tím tia X mặt trời xạ Tầng điện ly phân chia thành vài lớp có giá trị mật độ điện tử cực đại Mỗi tầng phân chia thành lớp D, E, F theo độ cao Lớp F lại phân chia thành lớp F1, F2 Hình 2.3 trình bày mật độ tính theo độ cao lớp ion điển hình Hình 2.3 Mật độ điện tử /ion tầng điện ly - theo độ cao (2) Truyền sóng lớp Ion Trong tầng điện ly xem dẫn điện phẳng việc truyền lan tần số thấp lớp ion hố giống điện mơi khổng lồ mà hệ số khúc xạ biến đổi liên tục, biến đổi mật độ ion theo bước sóng khơng đáng kể băng tần số cao (bước sóng ngắn hơn) Hệ số khúc xạ hiệu dụng xác định sau: Trong công thức này, N biểu thị cho số lượng ion trạng thái điện tử tự plasma, m Hình 2.4 trình bày đường sóng vơ tuyến tầng điện ly Góc tới q i xác định theo công thức sau: Trong chiều tới thẳng đứng (q i = 0), giá trị cực đại mật độ điện tử tầng điện ly N m, tần số cực đại phản xạ điểm q Nm, gọi tần số cực trị cho tầng điện ly Hình 2.4.- Cơ chế phản xạ tầng điện ly Nếu tần số cực trị cho biết trước tần số lớn phản xạ góc kích thích định Tần số gọi Tần số khả dụng Cực đại (MUF) biểu thị MUF = f.sec q i Hành trình vơ tuyến MUF khoảng cách tối đa mà sóng trời đạt tới gọi khoảng nhảy Vùng mà sóng trực tiếp lẫn sóng khơng gian khơng đạt tới gọi vùng nhảy Khi sóng vơ tuyến xun qua tầng điện ly bị suy giảm va chạm với phân tử Điều chủ yếu xảy lớp D có mật độ điện tử cao so với lớp E F Độ suy hao tỷ lệ thuận với 1/f 2, , mặt chất lượng thông tin, điều đáng mong muốn chọn tần số cao để sử dụng sóng khơng gian Bằng việc nghiên cứu biến đổi MUF theo ngày theo thời gian, người ta thường sử dụng tần số thấp khoảng 15% so với giá trị dự kiến trung bình MUF thơng tin sóng trời Tần số thấp gọi tần số làm việc tối ưu (OWF) OWF thấp MUF khoảng 90% tỷ lệ chiếm thời gian 3) Truyền sóng VHF UHF Trừ vài trường hợp đặc biệt, giới hạn mà sóng khơng gian truyền lan 30 MHz Sóng khơng gian sử dụng cho tín hiệu lớn VHF Sự thay đổi hệ số khúc xạ theo độ cao khí gây ảnh hưởng đến sóng khơng gian Khí tiêu chuẩn khí lý tưởng có tỷ lệ biến đổi hệ số khúc xạ theo độ cao cách đặn, có hệ số thay đổi cố định áp suất khí theo độ cao, nhiệt độ độ ẩm ITU-R quy định số khúc xạ khí tiêu chuẩn theo độ cao h Km sau: Vì có biến đổi hệ số khúc xạ cách liên tục, đường thực tế sóng khơng gian khác với đường trực tiếp (thẳng) Để bù lại khác này, cự ly thơng tin cực đại thực tế tính tốn theo đường trực tiếp dựa quy định bán kính hiệu trái đất KR (K=4/3 khí tiêu chuẩn) (tham khảo Hình 2.5) a) Điều kiện thực b) Điều kiện tương đương bán kính trái đất tính KR (4=4/3) tế Hình 2.5 Khúc xạ sóng vơ tuyến khí tiêu chuẩn 4) Sóng tán xạ đối lưu Việc lan truyền cuả sóng vơ tuyến nhờ hiệu ứng tán xạ đối lưu khu vực khí rộng lớn tầng đối lưu dùng cho băng tần VHF Phương pháp cho phép thông tin liên lạc cự ly xa băng tần VHF, UHF, SHF phụ thuộc nhiều vào thông tin trực thi trước Phương pháp có nhiều ưu điểm thơng tin băng rộng ghép kênh thông tin đồng thời cho khu vực rộng Mặt khác địi hỏi cơng suất phát lớn máy thu có độ nhậy cao 2.5 Hệ thống thông tin di động Gần đây, thông tin di động trở thành ứng dụng lĩnh vực thông tin vô tuyến Sự phát triển thông tin di động bắt đầu phát minh thí nghiệm sóng điện tử Hertz điện báo vô tuyến Marconi vào thời kỳ đầu phát minh thơng tin vơ tuyến, sử dụng dịch vụ vận tải an toàn đường biển để điều khiển tàu Đối với thông tin vô tuyến mặt đất, sau chiến tranh giới thứ nhất, hệ thống điện thoại vô tuyến di động lắp đặt khai thác ngành cảnh sát Mỹ Trong dịch vụ thông tin di động hàng không - hệ thống khai thác dải thông HF VHF thiết lập để kiểm soát bay Hiện nay, hệ thống điện thoại xe cộ tự động hệ thống điện thoại di động tàu bè thiết lập để sử dụng thực tế Người ta sử dụng chuông bỏ túi, điện thoại không đầy, dải băng nghiệp dư nhân (CB_máy đàm dịch vụ thông tin vô tuyến di động khác chẳng hạn dịch vụ vệ tinh hàng hải, điện thoại tàu hoả máy bay cung cấp Tần số sử dụng lên đến VHF UHF tương lai không xa tần số cận vi ba (quasi microwave) (1-2 GHz) sử dụng Trong mục này, xem xét dịch vụ thông tin di động khác nhau, phát triển chúng tương lai, đặc biệt, thông tin di động mặt đất đề cập đến cách tỉ mỉ 2.5.1 Các loại đặc tính thơng tin di động mặt đất 1/ Thông tin di động mặt đất Thông tin di động mặt đất thường phân nhóm thành hệ thống công cộng dùng riêng Hệ thống công cộng có nghĩa hệ thống thơng tin truy nhập tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PPTN) - có điện thoại xe cộ, điện thoại khơng dập, chuông bỏ túi Trong hệ thống dùng riêng loại hệ thống Hệ thống thứ hệ thống dịch vụ công cộng chẳng hạn cảnh sát, cứu hoả, cấp cứu, điện lực giao thông Hệ thống thứ hai dùng cho cá nhân hay cơng ty đây, ngồi dịch vụ kinh doanh sử dụng sóng vơ tuyến dành riêng, cịn có hệ thống MCA hệ thống kinh tế trung nhập đa kênh, sử dụng kênh vô tuyến thông tin vô tuyến nội công ty cá nhân chẳng hạn máy đàm vô tuyến nghiệp dư Ngồi dịch vụ kể cịn có dịch vụ thông tin di động mặt đất khác xuất chng bỏ túi có hình, đầu cuối xa Các đặc tính thơng tin di động trình bày bảng 2.2 Bảng 2.2 Các đặc tính dịch vụ thơng tin di động mặt đất Hệ thống công cộng Hệ thống dành riêng Âm Điện xe cộ thoại Các dạng Song công thông tin Dữ liệu Song công Loại động di Trang xe cộ Vùng động di Hạn chế thành Toàn phố ngoại ô quốc Vùng phục vụ 5~10 điểm Km bị Bán định 20 m Phổ thông (chủ yếu cho phận Người sử Phổ quản lý dụng thơng phủ cơng ty) Những trở ngại Nhỏ xuyên âm Chuông không dây Điện thoại Nhỏ Âm Doanh nghiệp Dữ liệu Vô tuyến tư nhân MCA Thông tin Đơn Đơn công Đơn công đơn hướng công cố Xách tay Hạn hẹp 10~15 km Không dùng tay, điện thoại Điện Tự động truy Các dạng cầm tay cho thoại nhập băng dịch vụ hành khách, cầm tay rộng điện thoại xe cộ Đơn công Song công Trang bị Trang bị Trang bị Trang bị trên xe, xe xe xe,xách Xách tay xách tay tay Toàn quốc Toàn quốc Hạn hẹp Toàn quốc (trong Hạn hẹp T.phố) 5~10km 0,5~1 km 20~30 km Phổ thông (chủ yếu cho phận quản lý, bác Công ty sĩ, cảnh sát) Nhỏ Cá nhân Đầu (truy nhập đa kênh) Bình thường 5~10 km 250~500m Phổ thơng Cơng ty Phổ thơng Cơng ty Nghiêm trọng Nhỏ Bình thường Nhỏ 2/ Thông tin di động hàng hải Thông tin di động hàng hải phân thành hệ thống thông tin tàu thuyền trạm gốc cảng tàu dọc theo bờ biển hệ thống thông tin vệ tinh hàng hải đến với tàu khơi xa Thông tin điện thoại tàu thuyền phát triển từ điện báo vơ tuyến sử dụng sóng ngắn trung bình, cịn hệ thống điện thoại tàu bè thực sự, sử dụng băng tần VHF hệ thống điện thoại tàu bè Great Lakes Mỹ năm 1952 Châu Âu, kênh thông tin hai hướng mở rộng phát triển theo kiểu Mỹ Các nước vùng biển Bắc bắt đầu khai thác hệ thống năm 1956, hệ thống thuộc kiểu truy nhập khai thác nhân công với băng tần 150 MHz Sau đó, ITU-R khuyến nghị kiểu truy nhập tự động hệ thống 450 MHz NMT khai thác phía Bắc kiểu tự động băng tần 250 MHz sử dụng Nhật Trong thời kỳ đầu thông tin vệ tinh hàng hải, hệ thống MARISATA khai thác hệ thống nội cơng ty theo INMARSAT thiết lập khai thác vào năm 1979 nhiều dịch vụ điện thoại, telex, liệu, cứu hộ hàng hải cung cấp Hệ thống giải pháp tổng thể GMDSS (Hệ thống cứu nạn an toàn hàng hải toàn cầu phát triển sử dụng 3/ Thông tin di động hàng không Trong thơng tin di động hàng khơng có dịch vụ điện thoại vơ tuyến sân bay để kiểm sốt bay hệ thống điện thoại công cộng hàng không cho hành khách Dịch vụ điện thoại công cộng hàng không kiểu thông tin trực tiếp đài mặt đất máy bay - sử dụng phần Mỹ, Nhật số nước khác Các kiểu chủ yếu ARINC Airfone - kiểu phát triển Mỹ Băng tần 800 900 MHz - dùng chung với băng tần thông tin di động mặt đất Điều chế SSB Về truy nhập gọi, loại thứ chuyển vùng thông tin loại sau kiểu vùng thông tin phụ thuộc Theo phát triển kỹ thuật thông tin vệ tinh di động hàng không xúc tiến cách tích cực việc sử dụng dịch vụ điện thoại công cộng hàng không thực mở rộng cho đường bay quốc tế sau năm 1990 2.5.2 Cấu hình hệ thống thơng tin di động Cấu hình hệ thống thơng tin di động khác tuỳ theo dạng dịch vụ thường bao gồm tổng đài chuyển mạch điện thoại di động, trạm gốc di động đầu cuối điện thoại vô tuyến Các mạng tiêu biểu hệ thống điện thoại xe cộ tàu bè mơ tả hình 2.32 Trong đó, vùng bao phủ trạm gốc vùng nhiều vùng tạo nên trạm chuyển mạch biên giới vào trạm chuyển mạch xử lý vùng lưu lượng Toàn vùng phục vụ hình thành vùng lưu lượng Hình 2.32 Cấu hình hệ thống viễn thông xe cộ tàu bè 1/ Trạm chuyển mạch viễn thông Trạm chuyển mạch liên kết mạng thông tin di động với PSTN hệ thống chuyển mạch trạm chuyển mạch dạng tự động điều khiển theo chương trình lưu trữ Các chức đấu nối thuê bao di động với với thuê bao PSTN Vì MTX cần phải có chức khác với hệ thống chuyển mạch PSTN, chẳng hạn chuyển vùng tìm kiếm vị trí đăng ký Chuyển vùng nghĩa trình cuối gọi, máy di động di chuyển khỏi vùng phục vụ khu vực cụ thể hệ thống chuyển gọi sang kênh tần số khu vực tế bào mà không làm gián đoạn gọi Điều thực hệ thống tính tốn phức tạp, hệ thống nhạy cảm điều khiển xác Phương pháp chung việc giám sát chất lượng tín hiệu (mức) kênh thu từ trạm gốc khác, chất lượng tín hiệu bắt đầu giảm mức quy định khu vực tế bào chuyển tín hiệu báo động cho trạm chuyển mạch sau trạm chuyển mạch yêu cầu đo chất lượng tín hiệu kênh tới trạm góc biên cạnh để xác định xem vùng xử lý gọi sau dựa vào kết chọn vùng tối ưu Việc đăng ký đơn vị thuê bao di động dịch chuyển từ nhà đến vùng lưu lượng khác, trạm nhà làm cho trạm dịch chuyển phát thuê bao di động hệ thống nhà lưu trữ lại thông tin đăng ký để đấu nối gọi Và trạm chuyển mạch cần phải có chức tất thơng tin dịch vụ khác lưu trữ hệ thống chuyển mạch để đấu nối thuê bao di động với thuê bao PSTN 2/ Trạm gốc Trạm gốc dùng để nối trạm chuyển mạch viễn thông di động mạng di động bao gồm thiết bị thu phát, ăngten thiết bị điều khiển Chức điều khiển quản lý vùng phân định cách chuyển tín hiệu gọi đến/gọi gán kênh, giám sát kênh tự chẩn sai Để giảm tối thiểu can nhiễu vùng bên cạnh yếu tố phân bổ tần số phân bổ mã vùng quan trọng Những điều nhắc đến phần hệ thống điện thoại di động 3/ Máy di động điện thoại vô tuyến Máy tự động nghĩa thiết bị thông tin trang bị để di động xe cộ, tàu bè, máy bay chúng bao gồm điện thoại cầm tay, chuông bỏ túi điện thoại vô tuyến xách tay 2.5.3 Phương pháp truy nhập kênh Trong thông tin di động, cần phải điều tiết nhiều người sử dụng tốt nguồn tần số giới hạn Truy nhập kênh phân loại thành kiểu chiếm dụng kênh phân chia kênh Kiểu chiếm dụng kênh truy nhập tốt thông tin liên tục điện thoại Có đa truy nhập phân chia theo tần số hệ thống tế bào tương tự, đa truy nhập phân chia theo thời gian đủ sử dụng hệ thống tế bào số, đa truy nhập phân chia theo mã Kiểu chia kênh gọi truy nhập ngẫu nhiên cho phép có va chạm người sử dụng chuyển cách độc lập tín hiệu gốc cách ngẫu nhiên Có loại truy nhập ALOHA, ICMA (đa truy nhập chuyển tín hiệu rỗi) CSMA (đa truy nhập nhạy cảm sóng mang) Trong hệ thống tế bào, máy di động tiến hành gọi chuyển tín hiệu điều khiển để yêu cầu kênh tới trạm gốc truy nhập ngẫu nhiên sử dụng 1/ FDMA,/TDMA/CDMA (Hình 2.3.3) miêu tả FDMA, TDMA CDMA sử dụng thời gian tần số thiết bị thu phát chúng cấu tạo FDMA, yêu cầu gọi kênh đa vơ tuyến định Trong TDMA kênh vơ tuyến chia lại theo khe thời gian tuần hoàn yêu cầu gọi định khe kênh vơ tuyến sử dụng Hình 2.33 So sánh FDMA, TDMA CDMA tần số, thời gian cấu hình thu phát Trong kiểu truy nhập khơng có va chạm kênh vơ tuyến khe bị trạm vô tuyến Mặt khác CDMA kênh vơ tuyến băng rộng nhiều người sử dụng chung, người sử dụng tiến hành thông tin nhận dạng mã cách sử dụng mã khuyếch tán trực giao Miêu tả sơ đồ khối máy thu phát trạm gốc Trong FDMA CDMA sơ đồ máy thu phát di động giống trạm gốc trình bày hình 2.33(b) Trong TDMA trạm di động cần phải có chức phát thu tín hiệu theo khe thời gian gán khơng có chứa chức đa phân chia Trong FDMA TDMA Để tạo tần số kênh băng hẹp góc phải sử dụng tổng hợp trình bày phần (a), (b) hình 2.34 Hình 2.34 Cầu hình hệ thống thu phát (trạm gốc) Mặt khác CDMA sóng điều chế thứ số liệu phát điều chế trực giao thứ hai mã khuyếch tán Tỷ lệ dải thơng sóng điều chế lần thứ hai sóng điều chế lần thứ gọi hiệu khuyếch tán Nếu khuyếch tán ngược mã khuyếch tán lại nhận sóng điều chế lần thứ Ngược lại với trường hợp FDMA TDMA tín hiệu trực giao miền tần số miền thời gian, để tránh va chạm, tín hiệu góc khách hàng CDMA điểm đặc trưng tín hiệu trực giao hoá miền mã 2/ Truy nhập ngẫu nhiên Trong trường hợp truyền thơng gói mà u cầu thơng tin ngẫu nhiên khả tạo nhóm cao, kênh vô tuyến dùng chung cho nhiều người sử dụng xác suất va chạm thấp Bằng cách sử dụng truyền thống góc theo thống kê này, việc truy nhập để thực ghép kênh gọi đa trung nhập thống kê Truy nhập ngẫu nhiên đơn giản ALOHA Từ góc thơng tin cần phát tạo máy di động giữ góc thơng tin tới trạm gốc Khi có xuất lỗi góc thơng tin tới trạm gốc Khi có xuất lỗi góc thơng tin thu va chạm trạm gốc yêu cầu phát trả lại cho máy di động Chống ICMA phát đường thông đến trạm gốc khơng bị chiếm (chả có máy di động phát, đường thông đến trạm gốc sử dụng (một máy di động phát) tránh va chạm kênh vô tuyến từ trạm gốc xuống (từ trạm gốc đến máy di động) 3/ FDMA Phương pháp đơn giản truy nhập kênh đa truy nhập phân chia tần số FDMA thể kênh băng hẹp mà đơn giản đầu cuối có đường điện thoại theo kênh mà truy nhập tới tần số Đơi hệ thống cịn gọi kênh sóng mang Phân chia tần số máy di động sử dụng đường tạo cách (xem hình 2.35) Đa truy nhập phân chia tần số có nghĩa nhiều khách hàng sử dụng dải tần gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần thành nhiều đoạn Ghép kênh phân chia tần số là: tín hiệu cần phát tới số khách hàng từ máy phát phát cách phân chia băng tần máy thu chọn thông tin thuộc băng tần FDMA phát tín hiệu tới số máy thu Do vậy, sử dụng FDMA hệ thống tế bào FDMA phải kênh nghịch (backward channal) FDM kênh thuận (Forward channel) Nó gọi FDM/FDMA Hình 2.35 (trunked) mạch mạch RF Những ưu điểm đa truy nhập phân chia tần số vấn đề khó khăn việc thực hệ thống tế bào số khuyếch tán trễ thời gian đến bị trễ sóng đa đường kênh tế bào, gây nhiễu ký hiệu (ISI - Intersymbol Interference) làm giảm tiêu hệ thống tế bào Vì vậy, để đối phó với ISI, cần phải sử dụng cân song đơi khó thực Tuy nhiên chu kỳ ký hiệu liệu số lớn - tức độ rộng băng tần kênh nhỏ ISI khơng bị ảnh hưởng khuyếch tán trễ thường xuyên Tương ứng, biết FDMA không cần đến cân kênh tế bào chu kỳ liệu số lớn đa truy nhập phân chia thời gian Và FDMA, không cần đến đồng mạng ban đầu việc hồi phục định thời bit hay đồng khung dễ dàng phần cứng đơn giản việc thực modem Những yếu điểm đa truy nhập phân chia tần số là: Cần có lọc, song cơng (duplexer) - phận chia tín hiệu gọi gọi đến đầu cuối thông qua ăngten thực đầu cuối tế bào Thông thường, chênh lệch công suất điện đầu vào đầu qua ăngten lớn 100dB nên khó phân chia tín hiệu Vì vậy, song cơng mà dùng khó thực chức âm lượng lớn Vì vậy, phải đưa tổn thất xen 3dB vào song cơng cho tín hiệu qua Nhiễu kênh vấn đề phát sinh việc phân chia nhỏ phổ tần số cần có băng tần bảo vệ kênh để tối thiểu hố nhiễu 4/ TDMA Thơng tin di động số Châu Âu (GSM), Châu Mỹ (ADC) Nhật (JDC) thường chấp nhận sử dụng TDMA Sơ đồ theo khái niệm TDMA trình bày (Hình 2.36) Trong thông tin di động TDMA, trạm gốc phát tín hiệu TDM đến máy di động tế bào Máy di động nhận khe thời gian số tín hiệu TDM gửi tín hiệu khối trạm gốc cách Các số máy di động liên lạc với trạm gốc cách đồng thời theo kênh vô tuyến Dưới đây, miêu tả đặc tính kỹ thuật thơng tin di động TDMA Hình 2.36 Sơ đồ khái niệm thông tin di động TDMA (1) Định thời phát thu Hình 2.37 Chỉ rõ việc định thời phát thu trạm gốc chế độ định thời máy di động trường hợp ba kênh TDMA, chu kỳ phát, thu, trống lặp lặp lại máy di động Do việc định phát thu không trùng nên không cần đến lọc chọn lựa thu phát máy di động Khoảng thời gian trống sử dụng để đo mức thu trạm gốc lân cận Hình 2.37 Định thời phát thu trạm gốc 2/ Cấu hình khung Cấu hình khung trình bày (Hình 2.38) Nhóm tuyến lên (từ máy di động đến trạm gốc) bao gồm phần mào đầu, từ mã đồng liệu điều khiển, liệu người sử dụng thời gian bảo vệ Vì khung tuyến xuống (từ trạm gốc đến máy di động) tín hiệu liên tục nên khơng cần thiết phải có phần mào đầu thời gian bảo vệ Phần mào đầu hệ thống mã đồng sóng mang đồng đồng hồ Khi phát trễ việc tái tạo sóng mang khơng cần thiết mã đồng sóng mang mã sóng thu phải sóng chuẩn để phát cách tạo thời gian trễ mã 1) Từ mã đồng rõ điểm bất đầu liệu điều khiển liệu người sử dụng Dữ liệu điều khiển dùng để điều khiển kênh vơ tuyến thơng tin Hình 2.38 Cấu hình khung 3/ Điều chỉnh thời gian bảo vệ định thời phát Khi máy di động gửi chùm tín hiệu hướng lên để tạo định thời cho tín hiệu TDMA hướng xuống, đơi chùm bị xung đột cự ly máy di động tới trạm gốc khác Chẳng hạn khe gán cho máy di động xa trạm gốc máy di động gần gán khe phần cuối tín hiệu chùm va chạm với khe chùm tín hiệu máy di động đến chậm Điều trình bày hình , tránh cách đưa vào sử dụng thời gian bảo vệ Tình mà tránh xung trình bày Khi bán kính tế bào R thời gian bảo vệ (g) điển hình 2R/C (giây) C vận tốc ánh sáng Khi R-3km g 20s Nếu thời gian bảo vệ dài hiệu khung [(độ dài liệu điều khiển + liệu người sử dụng) độ dài khung] bị giảm Tránh xung đột thời gian bảo vệ Khi máy di động xa máy di động gần Việc điều chỉnh đồng thời phát phương pháp điều chỉnh định thời gian phát máy di động theo cự ly từ trạm gốc để nhận tín hiệu khởi máy di động mà việc định thời mơ tả vào khơng gây xung đột trạm gốc Mặc dù hiệu sử dụng khung khơng giảm cần phải đo khoảng cách Nó chấp nhận sử dụng hệ thống có tốc độ bít cao, nơi khơng thể chấp nhận giảm hiệu khung dự có thời gian bảo vệ giống hệ thống tế bào lớn 4/ Thu tín hiệu nhóm Tuy nhiên, tín hiệu nhóm từ máy di động không xung đột với điều khiển định thời phát thời gian bảo vệ định thời đồng hồ tín hiệu nhóm nhập đồng Vì vậy, việc tái tạo lại đồng hồ nhóm máy di động cần thiết trạm gốc Vì tín hiệu nhóm phát cách tuần hồn từ máy di động kênh truyền thơng việc tái tạo đồng hồ mà không cần phải phần mào đầu thực cách trì gia tín hiệu đồng hồ tái tạo thu tín hiệu nhóm thực phương thức tái tạo đồng hồ thơng thường nhận tín hiệu nhóm Mặt khác, kênh điều khiển chung truy nhập ngẫu nhiên tín hiệu nhóm bổ sung phần mào đầu để tái tạo đồng hồ Để không làm giảm hiệu khung việc đồng hố đồng hồ cần phải chèn vào phần mào đầu ngắn với tốc độ cao Nó đồng tốc độ cao cách đồng hoá pha đồng hồ tái tạo với tín hiệu nhận (5) Giám sát mức thu trạm gốc bên cạnh điều khiển chuyển vùng để làm cho gọi liên tục cách phát bào đôi dịch chuyển chuyển tế bào sang kênh vô tuyến máy di động gọi tới tế bào di chuyển kỹ thuật điều khiển quan trọng cường độ trường tín hiệu thu trạm gốc bị giảm (trong hệ thống tế bào tương tự) trạm gốc tế bào bên cạnh đo cường độ tín hiệu máy di động Cường độ tín hiệu mạnh tế bào trạm gốc nhằm vào tế bào dịch chuyển kênh vô tuyến trạm gốc gán cho máy di động Tuy nhiên phát tế bào dịch chuyển sử dụng FDMA Nếu số người sử dụng tăng lên trình điều khiển chuyển vùng lớn trạm gốc Trong TDMA ngồi khe phát thu cịn có khe trống Nên sử dụng q trình điều khiển trạm gốc đơn giản hố nhiều đo cường độ tín hiệu từ trạm gốc gần đánh giá tế bào dịch chuyển 5/ CDMA Trước lâu, đặc tính hệ thống thông tin trại phổ mạnh mặt chống nhiễu có lợi cho thơng tin bí mật đường dài, sử dụng thông tin quân Đầu năm 1980 công nghệ bán dẫn VLSI nhờ phát triển ký thuyết thơng tin truy nhập phân chia theo ghép kênh việc điều chế dãy trực tiếp thương mại hoá hệ thống thu GPS Ommi-Tracs Cũng theo cách vậy, CDMA lên hệ thống thông tin di động đôi kênh từ cuối năm 80 Trong bối cảnh trước hết, nguyên lý bản, xuất phát từ lý thuyết Shannon, dung lượng thơng tin đạt lớn theo công thức sau; độ rộng băng tần sử dụng (w) lớn thay cho việc tỷ số tín hiệu tạp âm (S/N) nhỏ C = W log2 (1+S/N) [bps] (2.40) = 1.44W n(1+S/N) Trong S/N 0,1 C C = 1.44 W (S/N) (2/41) Vì vậy, W>S/N C lớn vơ hạn, nhiều người sử dụng phát thu dựa theo mã khác truy nhập lựa chọn 1-1 tần số phát thu Hình 2.40 Nguyên lý hệ thống CDMA đây, để hiểu cách đơn giản q trình mã hố phổ khuếch tán phát thu hệ thống CDMA, nguyên lý trình bày hình 2.40 Cụ thể phía phát, đối tượng để mã hố chèn liệu âm số hoá (9,6 Kbps) ghép kênh thành tín hiệu điều chế nhờ mã giả tạp âm 1,2288Mbps (9,6kbps x 128) với tần số sóng mang Fo Nó xạ qua ăngten cách ghim lọc băng thơng có đồng băng 1,25MHz Mặt khác, phía thu tín hiệu thu từ ăngten qua lọc băng thông có độ dải thơng 1,25MHz điều chế với sóng mang giống phần phát mã hoá giả tạp âm 1,2288 Mbps, cộng với tương quan sau số liệu âm nguyên thuỷ giả tạp âm lọc lọc số Và số liệu âm tái tạo cách giải chèn giải mã Đồng thời số liệu âm kênh khác tạp âm nhiễu số liệu âm gốc phân chia nhận hình 2.40 Điều có nghĩa số liệu âm giống (a) xạ với (c) với tín hiệu băng khuếch tán từ ghép kênh giống (b) xạ từ ănten không trung với cường độ khuyếch tán độ rộng băng 1,25 MHz ănten thu thu tạp âm (g), nhiễu bên (h), nhiễu tế bào khác (i), tạp âm từ người sử dụng khác (j) mà phát chỗ khác, sóng thu mong đợi Nhóm sóng vơ tuyến lọc lọc có độ rộng băng fo+(1,25/x) MHz cộng vào với tương quan có fo=91,2288/x) Mbps tạo phía thu Khi qua lọc, (g), (h), (i), (j) trở thành băng khuếch tán phạm vi 1,25MHz Tín hiệu khuếch tán mong muốn (b) bị co lại phạm vi dải 10KHz, chia sẻ với tín hiệu mong muốn (d) tín hiệu khuếch tán khơng cần thiết phân bố cường độ chung (năng lượng điện) giữ nguyên cường độ tạp âm độ rộng băng 10KHz giống (d), (C/I) tín hiệu mong đợi (c) trở nên tốt hiệu khuếch tán (128 lần) Để hiểu thư tuệ khuếch tán cách dễ dàng, công thức đơn giản trình bày sau Đầu tiên số liệu âm 9,6kbps điều chế lần thứ phần phát a(t), hệ thống PN C(t), sóng phát y(t) nhận công thức liên quan sau: Y(t) = a(t) x c(t) (2.42) Nếu tín hiệu khơng giảm khơng có can nhiễu hay tạp âm y(t) thể tín hiệu thu vốn có Trong trường hợp khuếch tán ngược nhân với phân phát nên đầu khuếch tán ngược z(t) là: Z(t) = Y(t) x c(t) = a(t) x {c(t)}2 (2.43) Trong đó, c(t) số ngẫu nhiên giá trị giới hạn với bình phương c(t) = Cho nên J(t) giống trình bày đây: z(t) = a(t) (2.44) Tương tự ta biết sóng hồn tồn giống tạo thời điểm phía thu hệ thống PN số ngẫu nhiên bên trường hợp tốt Nhưng khơng thể tạo cách đồng thời hệ thống hồn tồn giống Vì phải sử dụng số giả định 2.5.4 Cấu hình tế bào 1/ Khái niệm hệ thống tế bào Do nguồn tần số giới hạn thông tin vô tuyến điều quan trọng cần phải tận dụng tần số cách tốt Vì thiết lập hệ thống viễn thông di động, vấn đề cốt lõi phải sử dụng lại tần số địa điểm cách xa nơi sử dụng tần số Hình 2.41 Cấu hình vùng Trong số dạng truyền thơng thơng tin di động có dạng mà máy di động liên lạc với không cần trạm gốc giống thiết bị thu phát có dạng mà máy di động liên lạc với thông qua trạm gốc điện thoại tắc xi xe cộ Đối với loại thứ I thân người sử dụng kiểm tra xem có nhiễu khơng, sau liên lạc Có thể sử dụng lại tần số hiệu thấp Mặt khác dạng thơng tin thơng qua trạm gốc sử dụng kế hoạch tần số lập lại cách hiệu cách phân bổ tần số trạm gốc Tuy nhiên trường hợp hệ thống viễn thơng di động có trạm gốc có loại: loại thứ I trạm bao phủ khu vực phục vụ giống liên lạc vô tuyến tắc xi, loại thứ II đa trạm gốc bao phủ khu vực phục vụ hệ thống điện thoại xe cộ Vùng miền mà sóng vơ tuyến đến trạm gốc loại thứ loại vùng đơn, loại thứ II loại đa vùng Vùng đơn gọi vùng lớn trạm gốc bao phủ khu vực phục vụ lớn Có thơng tin vô tuyến tắc xi, hệ thống nhắn tin MCA (TRS) Dạng có cấu hình đơn giản nối với máy di động, thiết bị phát/thu trạm gốc, tổng đài hay hệ thống chuyển mạch Nhưng để trì vùng phục vụ lớn cơng suất phát máy di động trạm gốc cần phải lớn Vì vậy, cự ly khơng đủ lớn sử dụng ăng ten tần số Và so sánh với dạng đa vùng đơn vùng khơng sử dụng lại tần số theo địa lý hệ số sử dụng tần số thấp đa vùng Sở dĩ gọi vùng nhỏ vùng trạm gốc nhỏ so với vùng trạm gốc đơn vùng vùng phục vụ tương ứng với vùng Vùng nhỏ có đặc tính sau so sánh với vùng lớn 1/ Hiệu sử dụng tần số tốt tần số sử dụng nhiều vùng khác có cự ly tương đối xa đơn để tránh nhiễu khu vực phục vụ Trông nhỏ tỷ lệ sử dụng lại tần số lớn 2/ Chất lượng tốt vùng phục vụ bao gồm nhiều vùng nhỏ liên tục Tương đối dễ đáp ứng yêu cầu cự ly khu vực phục vụ, cấu hình v.v 3/ Cơng suất phát thấp Cần phải giám sát trạng thái điều khiển trung nhập cách trao đổi thông tin nhiều trạm gốc để đảm bảo hiệu tính liên tục gốc Cấu hình hệ thống phức tạp Mặc dù cấu hình vùng nhỏ phức tạp bao phủ khu vực phục vụ rộng lớn thực hệ thống lớn có hiệu tần số cao Vì sử dụng hệ thống điện thoại, xe cộ hệ thống điện thoại di động Trong cấu hình vùng nhỏ khu vực phục vụ giống nhiều vùng vùng trông tế bào trạm gốc lỗi gọi hệ thống tổ ong (collular) Mỗi vùng gọi tế bào Trong hệ thống tổ ong cần phải xác định số lượng độ lớn tế bào xem xét địa hình, lan truyền sóng vơ tuyến lưu lượng v.v Đặc biệt cần phải nghiên cứu nên bố trí trạm gốc để loại trừ lỗ hổng khu vực phục vụ cần nâng cao hiệu sử dụng tần số Việc nghiên cứu gọi phân bố tế bào 2/ Phân bố tế bào 1/ Phân bố tế bào theo kiểu tuyến tính đa theo kiểu địa hình phân bổ tế bào bố trí theo kiểu tuyến tính khu vực phục vụ nằm bờ, dọc theo bờ biển hay dọc theo đường trục thành phố lớn cách vài chục kilomét tế bào bố trí theo hàng dọc sử dụng lại tần số sau vòng Chẳng hạn, tế bào sử dụng lại gọi tàu càng, gọi tàu hoả gọi máy bay miêu tả lặp lại tế bào phân bổ tế bào kiểu tuyến tính Khi khu vực phục vụ có kiểu địa hình (mặt phẳng) giống gọi xe cộ nhiều tế bào phân bổ cách phức tạp theo mơ hình tế bào lặp lại khu vực phục vụ khơng có chỗ hở Phân bổ tế bào theo địa sau: Mặc dù hình dạng tế bào thực tế phức tạp lan truyền vô tuyến chịu ảnh hưởng yếu tố tự nhiên địa lý, tế bào mơ hình hố vị trí tế bào phân bổ đặn vùng phục vụ Hình 2.42 Ví dụ kiểu tuyến tính lặp lại ba tế bào 2/ Hệ dạng tế bào Nếu ăngten đa hướng phát sóng vơ tuyến khu vực mặt vùng bao phủ có dạng hình trịn Khu vực tế bào xác định điểm có vị trí mức thu trung bình vị trí tế bào khu vực lan truyền sóng vơ tuyến có dạng hình đa giác Có phương pháp để bao phủ kín khu vực tế bào hình dạng đa giác có kích thước (hình 2.43) Hình 2.43 Hình dạng tế bào Bảng 2.3 Khoảng cách tâm tế bào Kiểu tế bào đơn vị Khoảng cách tâm tế bào kề Tam giác (a) R Hình vng (b) R Lục giác (c) R Hình vẽ (a) Trường hợp tế (b) Trường hợp (c) Trường hợp tế bào hình lục giác bào tế hình bào tam hình giác vuông Đường nối tâm khu vực gốc lên có hình tam giác đều, hình vng hay hình lục giác Khơng có hình dạng tế bào đa giác phân bổ khác hình Chúng gọi kiểu tế bào tam giác kiểu tế bào hình vng kiểu tế bào lục giác Mỗi kiểu tế bào có đặc tính riêng a Cự ly tế bào: Khi bao phủ khu vực với dạng tế bào khoảng cách tâm Khoảng cách tâm dạng lục giác lớn Bảng 2.4 Khu vực tế bào đơn vị khu vực gốc lên Kiểu tế bào đơn vị Khu vực tế bào đơn vị Khu vực chống lấn (2-3 Tam giác R2 1.3R2 )R2 1.2R2 Hình vng 2 ( - )R2 0.73R2 2R Lục giác R2 0.26R2 (2-3 )R2 0.35R2 R: Độ rộng tế bào chống lấn Hình vẽ Bảng 2.5 Độ rộng tế bào chống lấn Kiểu tế bào đơn vị Độ rộng tế bào chống lấn Tam giác R Hình vng (2 - ) R 0.59R Lục giác (2 - ) R 0.27R R : Bán kính Hình vẽ b Khu vực tế bào khu vực chống lấn: Khi tế bào phân chia khu vực thành tế bào đơn vị có kích thước khu vực chống lấn khác tuỳ theo kiểu tế bào Khu vực tế bào đơn vị khu vực bao phủ tam giác tối thiểu hoá số lượng tế bào để bao phủ khu vực Độ rộng tế bào chống lấn trình bày c Số lượng tần số cần thiết tối thiểu: Do sử dụng tần số nhiễu với tế bào bên cạnh, số lượng tần số cần thiết tối thiểu trình bày Bảng 2.6 Số lượng tần số cần thiết tối thiểu Dạng tế bào đơn vị Số lượng tần số cần thiết tối thiểu Tam giác Hình vng Lục giác Mỗi dạng có đặc tính riêng Dạng tam giác khơng thích hợp trừ trường hợp đặc biệt dạng tế bào lục giác hiệu ... thống thông tin di động Gần đây, thông tin di động trở thành ứng dụng lĩnh vực thông tin vô tuyến Sự phát triển thông tin di động bắt đầu phát minh thí nghiệm sóng điện tử Hertz điện báo vô tuyến. .. thơng tin Sóng trời Thông tin di động Thông tin vệ tinh, thông tin cố định, Rađar 30GHz~300GH EHF, Milimeter Sóng trời Thơng tin cho tương lai 2.2.2 Đường truyền lan sóng vơ tuyến Sóng vơ tuyến. .. phát minh thông tin vô tuyến, sử dụng dịch vụ vận tải an toàn đường biển để điều khiển tàu Đối với thông tin vô tuyến mặt đất, sau chiến tranh giới thứ nhất, hệ thống điện thoại vô tuyến di động