6. Nội dung của luận văn
1.3.1. Mô hình kênh truyền
L-DACS1 hoạt động trong chế độ A/G là một hệ thống điểm – đa điểm di động. Mô hình kênh truyền hình sao (Hình 1.1) cho hệ thống A/G, trong đó các trạm trên không AS (Aircraft Station) thuộc máy bay trong một khối không gian nhất định (ô L-DACS1) được kết nối với trạm mặt đất GS điều khiển. Trạm mặt đất nằm ở trung tâm điều khiển thông tin không đối đất A/G, đồng thời có thể hỗ trợ nhiều liên kết hai chiều tới các AS dưới sự điều khiển của nó.
Trước khi sử dụng hệ thống, một AS phải đăng ký tại GS điều khiển để thiết lập các kênh logic chuyên dụng cho dữ liệu thiết bị sử dụng và điều khiển. Các kênh điều khiển có các nguồn thông tin được phân bổ tĩnh, trong khi các kênh của thiết bị sử dụng có các nguồn thông tin được phân chia động theo nhu cầu hiện tại. Các kênh logic chỉ tồn tại giữa GS và AS. Truyền thoại và dữ liệu trực tiếp giữa AS của cùng một ô không thể thực hiện được nếu không có chức năng chuyển tiếp hoạt động tại GS.
Hình 1.1 Cấu trúc liên kết L-DACS1 1.3.2. Đặc trưng băng tần L
L-DACS1 được thiết kế để hoạt động ở phần thấp của băng tần L (960 – 1.164 MHz) mà không gây nhiễu hoặc bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ các hệ thống băng tần L hiện có. Hiện tại, một số hệ thống khác đã hoạt động trong băng tần L, như trong hình 1.2.
Hình 1.2 Việc sử dụng băng tần L hiện tại
Thiết bị đo khoảng cách DME (Distance Measuring Equipment) hoạt động như một hệ thống song công phân chia tần số FDD trên lưới kênh 1MHz là thiết bị sử dụng chính của băng tần L. Các bộ phận của băng tần này được sử dụng ở một số quốc gia bởi hệ thống phân phối thông tin đa chức năng quân sự MIDS (Multi-Function Information Distribution System). Một số kênh cố định được phân bổ cho hệ thống thu phát truy cập toàn cầu UAT (Universal Access Transceiver) và cho radar giám sát thứ cấp SSR (Secondary Surveillance Radar) hoặc hệ thống tránh va chạm trên không ACAS (Airborne Collision Avoidance System). Phân bổ cố định đã được thực hiện ở phần trên của băng tần L cho hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Position System), hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System) và kênh GALILEO. Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) và các hệ thống thương mại của hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile Communications) đang hoạt động ngay dưới đường biên thấp của băng tần L hàng không (960 MHz). Ngoài ra, các loại hệ
thống định vị vô tuyến RSBN khác nhau (do Nga chế tạo) có thể được tìm thấy ở một số nơi trên thế giới, hoạt động trên các kênh giữa 960 MHz và 1.164 MHz.
Sự suy hao không gian tự do trong băng tần L cao hơn trong dải VHF, nhưng điều này có thể được bù đắp bằng độ lợi ăng ten nằm trong băng tần L cao hơn trong dải VHF. Sự định hướng (mảng anten đơn giản) cũng có thể được áp dụng cho băng tần L, ví dụ: để cung cấp vùng phủ sóng ngoài khơi từ GS trên bờ.
1.3.3. Thiết kế lớp vật lý
Để tối đa hóa dung lượng trên mỗi kênh và sử dụng tối ưu phổ có sẵn, L- DACS1 được xác định là hệ thống FDD dựa trên OFDM, hỗ trợ truyền đồng thời trong các kênh liên kết hướng tới FL và liên kết phản hồi RL, mỗi kênh có băng thông hữu dụng 498,05 kHz. Trong băng thông đó, 50 sóng mang con OFDM được đưa vào, cách nhau bởi 9,765625 kHz. Mỗi sóng mang con được điều chế riêng, tổng thời lượng của mỗi ký hiệu OFDM được điều chế là Ts = 120μs. Các thông số OFDM đã được chọn có tính đến các đặc tính của kênh băng tần L di động hàng không.
Hướng truyền FL là một dạng truyền OFDM liên tục. Dữ liệu thiết bị sử dụng định địa chỉ phát trên một kênh (logic) dữ liệu, trong khi thông tin điều khiển và báo hiệu riêng được phát trên các kênh (logic) điều khiển. Dung lượng của các đơn vị dữ liệu giao thức lớp vật lý (PHY-PDUs) mang các kênh dữ liệu và điều khiển lôgic thích ứng với các yêu cầu tải và dịch vụ hệ thống. Tính năng điều chế và mã hóa thích ứng chỉ được hỗ trợ cho kênh dữ liệu.
Hướng truyền L-DALS1 RL dựa trên các chuyển đổi đa truy cập phân chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) – đa truy cập phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), với các trạng thái lặng giữa chúng. Các nguồn thông tin RL được
chuyển cho các thiết bị sử dụng khác nhau (các AS) theo yêu cầu. Có tới hai AS có thể phát song song trên RL.
Thiết kế L-DACS1 A/G bao gồm các thời gian bảo vệ truyền đủ cho hoạt động ở khoảng cách tối đa 200 hải lý (NM) từ GS. Ở khoảng cách này, độ trễ lan truyền một chiều là 1,26 ms, tương ứng với khoảng thời gian 10 ký hiệu OFDM.
1.3.4. Triển khai L-DACS1
L-DACS1 được thiết kế để hoạt động như một hệ thống FDD ở phần thấp của băng tần L (960 – 1.164 MHz). Việc xây dựng một khái niệm triển khai chi tiết không nằm trong phạm vi của đặc tính L-DACS1, do đó chỉ là một phác thảo được cung cấp. Với bất kỳ tùy chọn triển khai nào, các ràng buộc cùng vị trí lắp đặt trên máy bay áp dụng cho một trạm trên không AS. Dưới những ràng buộc này, nhiều tùy chọn cho việc triển khai hệ thống là có thể:
Băng thông RF hệ thống được chọn (khoảng 0,5 MHz) cho phép một triển khai chèn thêm vào, ở đó các kênh L-DACS1, về lý thuyết được phân cách bằng 1 MHz, được đặt lệch 0,5 MHz so với các kênh DME.
L-DACS1 cũng có thể được triển khai như hệ thống không phải chèn vào với các kênh FL/RL được đặt trong các khối tiếp giáp của phổ băng tần L, mà không bị chiếm bởi hệ thống DME.
L-DACS1 có thể được triển khai cùng với hệ thống DME bằng cách tái sử dụng một tập hợp các kênh DME không kề nhau đã bị bỏ trống cho mục đích đó.
Các kết hợp khác nhau của các kịch bản trên cũng có thể xảy ra. Các tùy chọn triển khai không chèn thêm nói chung cung cấp hiệu năng tốt hơn và dung lượng cao hơn tùy chọn chèn thêm, với các tùy chọn này, L-DACS1 sẽ hoạt động trong môi trường có nhiễu giảm đáng kể.
Một hệ thống L-DACS1 máy bay AS sử dụng FDD với một ăng ten duy nhất trên máy bay phụ thuộc vào bộ song công thu/phát trên máy bay. Với
khả năng bộ song công, các khối của các kênh FL và RL phải được tách biệt hoàn toàn trong miền tần số.
Hình 1.3 cho thấy dải băng tần L (960 – 1.164 MHz) mà trong đó có thể triển khai L-DACS1. Hiện tại, ba tùy chọn cơ bản cho việc triển khai L- DACS1 trong dải tần đó có thể xác định được (có thể có thêm các tùy chọn):
Tùy chọn được đề xuất L-DACS1 (chèn thêm, với lưới kênh L-DACS1 1 MHz). Các kênh FL sẽ được đặt trong khu vực 985 – 1.009 MHz, trong khi các kênh RL sẽ được đặt trong khu vực 1.048 – 1.072 MHz. Trong tùy chọn này, giả định rằng một số kênh DME có thể bỏ trống, một số kênh L-DACS1 có thể được đặt trực tiếp vào các vị trí DME đã bỏ trống (kết hợp giữa chèn thêm và không chèn thêm).
Lựa chọn với các khối tần số ngược lại cho FL và RL như được đề xuất L-DACS1 (chèn thêm, với lưới kênh L-DACS1 1MHz). Các kênh FL sẽ được đặt trong khu vực 1.048 – 1.072 MHz, trong khi các kênh RL sẽ được đặt trong khu vực 985 -1.009 MHz. Trong tùy chọn này, giả định rằng một số kênh DME có thể bỏ trống, một số kênh L-DACS1 có thể được đặt trực tiếp vào các vị trí DME đã bỏ trống (kết hợp giữa chèn thêm và không chèn thêm).
Lựa chọn khác cho việc triển khai L-DACS1 (không chèn thêm, với lưới kênh L-DACS1 0,5 MHz, trên các khu vực không bị chiếm đóng bởi DME). Các kênh FL sẽ được đặt trong khu vực 1.150 – 1.156 MHz, trong khi các kênh RL sẽ được đặt trong khu vực 964 – 970 MHz, hoặc ngược lại các kênh FL sẽ được đặt trong khu vực 964 – 970 MHz, trong khi các kênh RL sẽ được đặt trong khu vực 1.150 – 1.156 MHz.
1.3.5. Đặc điểm hệ thống L-DACS1
Phân cực: Phân cực thiết kế của bức xạ L-DACS1 là phân cực đứng. Phạm vi phủ sóng được thiết kế tối đa của L-DACS1 là 200 NM. L-DACS1 sẽ hoạt động trong phạm vi 960 – 1.164 MHz.
Để giảm nhiễu cùng vị trí trên máy bay đối với phần thu L-DACS1 máy bay, dải tần thu trên máy bay tốt nhất nên sử dụng dải 1.025,5 – 1.149,5 MHz, hiện đang được sử dụng bởi các bộ hỏi DME trên máy bay, khi đó phần phát theo hướng tới nên tốt nhất nằm ngoài phạm vi này.
Các khoảng cách song công được đề xuất hiện tại giữa FL và RL là 63 MHz và 186 MHz. Khoảng cách song công 63 MHz hiện đang được sử dụng bởi thiết bị DME trên máy bay. Để tạo thuận lợi cho việc triển khai hệ thống trong điều kiện chèn thêm vào, khoảng cách song công L-DACS1 có thể được thay đổi (các cặp kênh FL/RL khác nhau có thể sử dụng khoảng cách song công khác nhau), được quy định bởi khả năng của bộ song công trên máy bay. Các tùy chọn triển khai bổ sung được đề xuất trong đặc điểm kỹ thuật này có thể yêu cầu khoảng cách song công khác 63 MHz.
Tần số danh định của các kênh FL/RL cho L-DACS1 trong dải tần phát/nhận tương ứng phải nằm trên lưới 0,5 MHz, hoặc tại một số MHz nguyên tròn hoặc ở độ lệch 0,5 MHz từ số MHz nguyên tròn. Lưới kênh 0,5 MHz được đề xuất cung cấp sự linh hoạt tối đa liên quan đến việc triển khai hệ thống. Với một tùy chọn triển khai L-DACS1 chèn thêm vào, các kênh L-DACS1 sẽ được đặt ở độ lệch 0,5 MHz từ các kênh DME mà bản thân các kênh DME được cách nhau bằng 1 MHz. Với việc triển khai trong các khối phổ không có DME, lưới 0,5 MHz sẽ cho phép xếp dày đặc các kênh L-DACS1.
Băng thông sử dụng của tín hiệu L-DACS1 là Bocc = 498,05 kHz. Băng thông L-DACS1 đã được chọn là một sự cân bằng giữa khả năng của hệ thống và khả năng hoạt động ở giữa các kênh DME mà không ảnh hưởng lẫn nhau (khái niệm chèn thêm).
1.4. Các giao thức và dịch vụ lớp vật lý
1.4.1. Đặc điểm lớp vật lý
Lớp vật lý L-DACS1 (PHY) dựa trên điều chế OFDM và được thiết kế để hoạt động trong băng tần L hàng không (960 – 1.164 MHz). Để tối đa hóa dung lượng cho mỗi kênh và tối ưu sử dụng phổ có sẵn, L-DACS1 được định nghĩa là hệ thống FDD hỗ trợ truyền đồng thời trong các kênh liên kết hướng tới FL và các liên kết phản hồi RL, mỗi kênh có băng thông chiếm dụng là 498,05 kHz.
Điều này cho phép triển khai việc chèn thêm vào, sử dụng phổ giữa các tần số DME với phân cách kênh L-DACS1 là 1 MHz. Bên cạnh cách tiếp cận chèn thêm vào, L-DACS1 cũng có thể được triển khai như hệ thống không chèn thêm như được nêu chi tiết trong mục 1.3.4 (Triển khai L-DACS1). Kịch bản triển khai không ảnh hưởng đến lớp vật lý cũng như trên bộ giao thức L-DACS1, tức là cùng hệ thống L-DACS1 có thể được sử dụng cho cả hai cách tiếp cận.
Trong khi hệ thống L-DACS1 được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu COCRv2 với khái niệm triển khai chèn thêm nghiêm ngặt hơn, thì khả năng hệ thống cho việc triển khai không chèn được yêu cầu cho hoạt động trong một môi trường ít nhiễu hơn.
Hướng truyền FL là một dạng truyền OFDM liên tục. Dung lượng/kích thước của kênh dữ liệu và kênh điều khiển thay đổi theo yêu cầu dịch vụ và tải hệ thống. Dữ liệu truyền thích ứng dựa trên bản tin với các thông số mã hóa và điều chế có thể điều chỉnh được hỗ trợ cho kênh dữ liệu.
Hướng truyền RL dựa trên các các chuyển đổi OFDMA – TDMA được gán cho các thiết bị sử dụng khác nhau theo yêu cầu. Đặc biệt, các đoạn dữ liệu và các đoạn điều khiển được chia thành các ô, cho phép lớp con MAC
của lớp liên kết dữ liệu tối ưu hóa việc phân chia nguồn dữ liệu cũng như băng thông và giảm chu kỳ làm việc, tùy theo các điều kiện nhiễu.
1.4.2. Đường truyền hướng tới FL - OFDM
1.4.2.1.Mô tả miền tần số
Cấu trúc điển hình của một ký hiệu OFDM FL trong miền tần số được mô tả trong hình 1.4.
Hình 1.4 Ký hiệu OFDM, Cấu trúc miền tần số
Một ký hiệu OFDM FL bao gồm NFFT sóng mang con, có thể bị chiếm bởi:
- Ký hiệu trống (null symbols) tức là các sóng mang con không điều chế trong các băng bảo vệ, sóng mang con DC và các sóng mang con không có tác dụng;
- Ký hiệu dữ liệu, được sử dụng để truyền dữ liệu thiết bị sử dụng;
- Ký hiệu dẫn hướng (pilot symbols), được sử dụng cho mục đích ước lượng kênh;
- Các ký hiệu đồng bộ, bị chiếm bởi các chuỗi đồng bộ.
Các băng bảo vệ, Ng.left sóng mang con ở bên trái và Ng.right sóng mang con ở phía bên phải của phổ tín hiệu được sử dụng. Lấy một sóng mang con DC cho miêu tả, điều này dẫn đến Nu sóng mang con được sử dụng cho các ký hiệu dữ liệu, các ký hiệu dẫn hướng và các chuỗi đồng bộ.
1.4.2.2.Mô tả miền thời gian
Biến đổi Fourier nghịch đảo của một ký hiệu OFDM miền tần số tạo ra dạng sóng miền thời gian OFDM.
Hình 1.5 Ký hiệu OFDM, Cấu trúc miền thời gian
Khoảng thời gian của tín hiệu này được gọi là thời gian ký hiệu hữu ích
Tu. Một bản sao của phần cuối Tcp của chu kỳ ký hiệu hữu ích, được gọi là tiền tố tuần hoàn CP (Cyclic Prefix), được thêm vào trước chu kỳ ký hiệu hữu ích. Một phần Tw của CP này được sử dụng cho cửa sổ; một phần Tg cung cấp một dung sai đối với các lỗi đồng bộ thời gian ký hiệu và khả năng chống nhiễu xuyên ký tự ISI (Inter Symbol Interference). Ngoài tiền tố tuần hoàn, một hậu tố tuần hoàn của độ dài Tw được thêm vào. Để áp dụng cửa sổ, hậu tố tuần hoàn và một phần Tw của tiền tố tuần hoàn được ghép với một sườn xuống cửa sổ. Cuối cùng, các ký hiệu OFDM được xâu chuỗi lại với nhau, theo đó hậu tố của một ký hiệu OFDM trùng với một phần Tw của CP của ký hiệu OFDM tiếp theo. Hình 1.5 chỉ ra quy trình này theo hai bước. Phương pháp cửa sổ được giải quyết trong mục 1.4.6.
1.4.3. Đường truyền phản hồi RL, chuyển đổi OFDMA – TDMA
1.4.3.1.Mô tả miền tần số
Ngoại trừ các khung truy cập ngẫu nhiên liên kết phản hồi RL RA (Reverse Link Random Access), miền tần số - thời gian được phân đoạn thành các ô được gán cho các AS khác nhau.
Một ô chứa các ký hiệu dữ liệu, dẫn hướng và chiếm một nửa tổng số các sóng mang con có sẵn trong RL (25 sóng mang con liền kề) và sáu ký hiệu OFDM liền kề. Cấu trúc này cho phép hai người dùng chia sẻ băng thông RL hiệu quả trong đường truyền OFDMA. Cấu trúc OFDMA trong RL được làm rõ trong hình 1.6.
Hình 1.6. Cấu trúc OFDMA trong RL
Các ô như được định nghĩa ở trên là khối cấu trúc chính cho các phân đoạn DC và cũng được sử dụng để xây dựng các phân đoạn dữ liệu RL.
1.4.3.2.Mô tả miền thời gian
Trong RL, mỗi AS liên quan tạo ra một cách riêng biệt ký hiệu OFDM miền thời gian của nó như được mô tả trong mục 1.4.2.2. Trong quá trình truyền OFDMA, GS nhận được sự chồng lấn của hai tín hiệu miền thời gian riêng biệt, đòi hỏi việc nhận đồng bộ các ký hiệu của hai AS này cùng thời gian và tần số, cũng như sự liên kết công suất giữa hai AS này.