2.2.1 Nguyờn lý
Trong hệ thống vụ tuyến truyền thụng, mỗi một dải tần số đƣợc sử dụng cho những mục đớch nhất định. Dải tần số này đƣợc chia thành dải tần số nhỏ hơn, và dải tần số nhỏ này đƣợc đƣa vào sử dụng ở cỏc thiết bị. Tựy thuộc vào nhu cầu, mà cỏc trạm phỏt súngsử dụng tần số phự hợp cho cỏc thiết bị đầu cuối để truyền nhận. Cỏch phõn chia tần số để sử dụng nhƣ vậy gọi là “Đa truy cập phõn chia theo tần số” ( FDMA ).Cần đảm bảo cỏc khoảng bảo vệ giữa từng kờnh bị súng mang chiếm để phũng ngừa sự khụng hoàn thiện của cỏc bộ lọc và cỏc bộ dao động. Mỏy thu đƣờng xuống hoặc dƣờng lờn chọn súng mang cần thiết theo tần số phự hợp.
Hỡnh 2.1 Đa truy nhập phõn chia theo tần số
Để đảm bảo thụng tin song cụng tớn hiệu phỏt thu của một mỏy thuờ bao phải hoặc đƣợc phỏt ở hai tần số khỏc nhau hay ở một tần số nhƣng khoảng thời gian phỏt
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 15
thu khỏc nhau. Phƣơng phỏp thứ nhất đƣợc gọi là ghộp song cụng theo tần số (FDMA/FDD, FDD: Frequency Division Duplex) cũn phƣơng phỏp thứ hai đƣợc gọi là ghộp song cụng theo thời gian (FDMA/TDD, TDD:Time Division Duplex).
Hỡnh 2.2 Đa truy nhập phõn chia theo tần số truyền song cụng theo tần số (FDMA/FDD)
Đa truy nhập ghộp phõn chia theo tần số, song cụng theo tần số chia băng tần thành hai nửa: một nửa thấp và một nửa cao. Trong cỏc cặp băng tần thấp và băng tần cao cỏc cặp cú cựng chỉ số gọi là cặp tần số thu phỏt hay song cụng. Trong thụng tin di dộng tần số đƣờng xuống bao giờ cũng cao hơn tần số đƣờng lờn để suy hao ở đƣờng lờn thấp hơn đƣờng xuống do cụng suất phỏt từ mỏy cầm tay khụng thể lớn. Trong trong thụng tin vệ tinh thỡ tuỳ thuộc vào hệ thống, tần số đƣờng xuống cú thể thấp hoặc cao hơn tần số đƣờng lờn, chẳng hạn ở cỏc hệ thống sử dụng cỏc trạm thụng tin vệ tinh mặt đất lớn ngƣời ta thƣờng sử đụng tần số đƣờng lờn cao hơn đƣờng xuống, ngƣợc lại ở cỏc hệ thống thụng tin vệ tinh (nhƣ di động chẳng hạn) do trạm mặt đất nhỏ nờn tần số đƣờng lờn đƣợc sử dụng thấp hơn tần số đƣờng xuống.
Đa truy nhập phõn chia theo tần số, song cụng theo thời gian thỡ sử dụng chung một tần số cho cả mỏy thu và mỏy phỏt nhƣng quỏ trỡnh thu và phỏt sẽ đƣợc truyền đi trong những khoảng thời gian luõn phiờn nhau. Thời gian dành cho đƣờng xuống là t1* và thời gian cho đƣờng lờn là t1 là những thời điểm khỏc nhau.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 16
Hỡnh 2.3 Đa truy nhập phõn chia theo tần số truyền song cụng theo thời gian (FDMA/TDD)
2.2.2 Nhiễu giao thoa kờnh lõn cận
Hỡnh 2.4 FDMA và nhiễu kờnh lõn cận
Trong quỏ trỡnh truyền súng, cỏc súng mang đƣợc phỏt từ trạm gốc tới tất cả cỏc mỏy thu đầu cuối trong vựng phủ súng của trạm gốc, mỏy thu phải lọc ra những súng mang phự hợp với chỳng, việc lọc súng mang sẽ dễ dàng hơn nếu phổ súng mang đƣợc phõn cỏch với nhau bằng băng tần bảo vệ rộng. Tuy nhiờn việc sử dụng băng tần bảo
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 17
vệ rộng sẽ dẫn đến việc sử dụng khụng hịờu quả độ rộng băng tần của kờnh. Vỡ thế phải thực hiện sự dung hũa giữa kỹ thuật và tiết kiệm phổ tần. Dự cú chọn một giải phỏp dung hũa nào đi nữa thỡ một phần cụng suất của súng mang lõn cận với một súng mang cho trƣớc sẽ bị thu bởi mỏy thu đƣợc điều hƣởng đến tần số của súng mang cho trƣớc núi trờn. Điều này dẫn đến nhiễu do sự giao thoa đƣợc gọi là nhiễu kờnh lõn cận.
2.2.3 Ƣu nhƣợc điểm của FDMA Ƣu điểm: Ƣu điểm:
Băng thụng mỗi kờnh tƣơng đối hẹp nờn hạn chế đƣợc fading chọn lọc tần số.
Tớnh toỏn cho hệ thống đơn giản.
Khụng cần đồng bộ.
Nhƣợc điểm:
Mỗi ngƣời sử dụng chỉ đƣợc cấp một băng tần cố định nờn tốc độ tối đa trờn một kờnh là cố định do đú FDMA khụng thớch hợp với truyền dẫn số.
Cần phải cú khoảng bảo vệ băng tần để việc chọn lọc đƣợc dễ dàng nờn việc sử dụng băng tần khụng hiệu quả, gõy lóng phớ tài nguyờn tần số.
Cần bộ lọc băng hẹp tốt để chống nhiễu kờnh lõn cận.
2.3 Đa truy nhập phõn chia theo thời gian (TDMA) 2.3.1 Nguyờn lý 2.3.1 Nguyờn lý
Trong đa truy nhập phõn chia theo thời gian, mỗi ngƣời sử dụng đƣợc phõn chia một khoảng thời gian, gọi là khe thời gian nhất định để truyền và nhận thụng tin. Khi một ngƣời sử dụng khe thời gian của mỡnh để truyền và nhận tớn hiệu thỡ tất cả mọi ngƣời sử dụng khỏc trong cựng tế bào đú khụng đƣợc truyền và nhận tớn hiệu. Nhƣ vậy mọi ngƣời sử dụng trong cựng một tế bào cũng khụng gõy nhiễu cho nhau bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ cú một ngƣời duy nhất truyền và nhận tớn hiệu. Tuy nhiờn, cựng thời điểm đú cũng cú thể cú một ngƣời sử dụng ở tế bào bờn cạnh truyền và nhận tớn hiệu cho nờn trong cỏch truy cập này cũng cú nhiễu đồng kờnh.
Để cú thể phõn bố phổ tần thụng minh hơn sử dụng phƣơng phỏp đa truy nhập phõn chia theo thời gian ghộp với song cụng theo thời gian (TDMA/TDD). Trong phƣơng phỏp này cả đƣờng lờn và đƣờng xuống sử dụng chung một tần số. Phõn chia thời gian gian phỏt và thời gian thu vào những khoảng thời gian khỏc nhau để truyền tải.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 18
Hỡnh 2.5 Nguyờn lý đa truy nhập TDMA
Hỡnh 2.6 TDMA/TDD
Trong TDMA cũn cú ghộp TDMA/FDD là đa truy nhập phõn chia theo thời gian ghộp với song cụng theo tần số. Trong phƣơng phỏp này sẽ sử dụng hai tần số khỏc nhau để truyền, một tần số cho đƣờng lờn và một tần số cho đƣờng xuống. Ngƣời sử dụng dựng hai tần số này theo những khoảng thời gian đƣợc cấp phỏt.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 19
Hỡnh 2.7 TDMA/FDD 2.3.2 Ƣu nhƣợc điểm của TDMA
Ƣu điểm:
Ƣu điểm đầu tiờn khi sử dụng phƣơng phỏp đa truy nhập phõn chia theo thời gian là tiết kiệm băng tần.
Khụng yờu cầu băng tần bảo vệ nhƣ ở FDMA
Cho tốc độ linh hoạt
Khụng yờu cầu bộ lọc băng hẹp chớnh xỏc cao.
TDMA truyền tớn hiệu số nờn thớch hợp khi chuyển giao cụng nghệ từ tƣơng tự sang truyền dạng số.
Tớn hiệu đƣợc bảo vệ an toàn hơn bằng cỏc mó bảo vệ
Nhƣợc điểm:
Do tớn hiệu đƣợc truyền phỏt ở những khoảng thời gian xỏc định, nhƣng khoảng cỏch giữa mỏy phỏt và mỏy thu cú thể thay đổi nờn yờu cầu đồng bộ ở hệ thống TDMA là rất cao.
Quỏ trỡnh xử lý tớn hiệu ở TDMA phức tạp hơn.
Do xử lý tớn hiệu phức tạp hơn nờn sẽ dẫn tới độ trễ lớn hơn.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 20
2.4 Đa truy nhập phõn chia theo mó CDMA 2.4.1 Nguyờn lý 2.4.1 Nguyờn lý
CDMA(viết đầy đủ làCode Division Multiple Access) nghĩa là đa truy nhập phõn chia theo mó. Khỏc với GSM phõn phối tần số thành những kờnh nhỏ, rồi chia sẻ thời gian cỏc kờnh ấy cho ngƣời sử dụng. Trong khi đú thuờ bao của mạng di động CDMA chia sẻ cựng một giải tần chung. Mọi khỏch hàng cú thể núi đồng thời và tớn hiệu đƣợc phỏt đi trờn cựng một giải tần. Cỏc kờnh thuờ bao đƣợc tỏch biệt bằng cỏch sử dụng mó ngẫu nhiờn. Cỏc tớn hiệu của nhiều thuờ bao khỏc nhau sẽ đƣợc mó hoỏ bằng cỏc mó ngẫu nhiờn khỏc nhau, sau đú đƣợc trộn lẫn và phỏt đi trờn cựng một giải tần chung và chỉ đƣợc phục hồi duy nhất ở thiết bị thuờ bao (mỏy điện thoại di động) với mó ngẫu nhiờn tƣơng ứng.
Hỡnh 2.8 Truy nhập CDMA 2.4.2 Kỹ thuật trải phổ trong cdma
2.4.2.1 Nguyờn lý chung
Nguyờn lý trải phổ là cung cấp tất cả cỏc tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho mọi thuờ bao, khống chế mức cụng suất phỏt từ mỗi thuờ bao đủ để duy trỡ một tỷ số tớn hiệu/tạp õm theo mức chất lƣợng yờu cầu. Mỗi thuờ bao sử dụng một tớn hiệu băng rộng nhƣ tạp õm chiếm toàn bộ dải tần phõn bố. Theo cỏch đú mỗi thuờ bao tham gia vào tạp õm nền tỏc động tới tất cả cỏc thuờ bao khỏc, nhƣng ở phạm vi ớt nhất cú thể bằng cỏch khống chế cụng suất phỏt. Nhƣ vậy một hệ thống đƣợc coi là trải phổ nếu:
Tớn hiệu trải phổ (tớn hiệu phỏt) phải cú độ rộng phổ lớn hơn nhiều lần độ rộng phổ của thụng tin gốc cần truyền.
Trải phổ đƣợc thực hiện bằng một mó độc lập với dữ liệu gốc Cú 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 21
Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum)
Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequence Hopping Spread Spectrum)
Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum)
2.4.2.2 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp
Hệ thống DS/SS đƣợc trải phổ bằng cỏch cộng module 2 dữ liệu gốc với mó giả ngẫu nhiờn. Tớn hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một súng mang theo BPSK, QPSK… Mỏy thu dựng mó giả ngẫu nhiờn đƣợc tạo ra giống nhƣ bờn phỏt cộng module 2 với tớn hiệu thu đƣợc, thực hiện giải trải phổ để lấy tớn hiệu mong muốn. Đõy là hệ thống đƣợc biết đến nhiều nhất trong cỏc hệ thống thụng tin trải phổ. Là hệ thống tƣơng đối đơn giản vỡ nú khụng yờu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao.
Hỡnh 2.9 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ phỏt
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 22
2.4.2.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH/SS)
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch súng mang cú tần số đƣợc chọn theo mó trong một tập hợp cỏc tần số. Độ rộng toàn bộ băng tần đƣợc chia nhỏ thành cỏc khe tần số khụng lấn lờn nhau. Chuỗi mó PN sẽ xỏc định khe tần số nào đƣợc dựng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định.
Khỏc với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mó trải phổ khụng trực tiếp điều chế tớn hiệu mà đƣợc dựng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra cỏc tần số khỏc nhau.
Tốc độ nhảy tần cú thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu. Tƣơng ứng cú hai trƣờng hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm.
Hỡnh 2.11 Sơ đồ khối mỏy thu và mỏy phỏt của hệ thống FH/SS 2.4.2.4 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)
Nhảy thời gian tƣơng tự nhƣ điều chế xung. Nghĩa là, dóy mó đúng/mở bộ phỏt, thời gian đúng/ mở bộ phỏt đƣợc chuyển đổi thành dạng tớn hiệu giả ngẫu nhiờn theo mó và đạt đƣợc 50 % yếu tố tỏc động truyền dẫn trung bỡnh. Sự khỏc nhau nhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mó trong hệ thống FH/SS thỡ sự nhảy tần số chỉ xảy ra trong trạng thỏi dịch chuyển dóy mó trong hệ thống TH/ SS. Bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng súng cho phộp điều chế xung theo mó đều cú thể đƣợc sử dụng đối với bộ điều chế TH/ SS.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 23
TH/SS cú thể làm giảm giao diện giữa cỏc hệ thống trong hệ thống ghộp kờnh theo thời gian. Vỡ mục đớch này mà sự chớnh xỏc thời gian đƣợc yờu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu húa độ dƣ giữa cỏc mỏy phỏt.
Do hệ thống TH/SS cú thể bị ảnh hƣởng dễ dàng bởi giao thoa nờn cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa cú khả năng gõy nờn suy giảm lớn đối với tần số đơn.
2.4.2.5 Hệ thống trải phổ lai ghộp
Bờn cạnh cỏc hệ thống đó miờu tả ở trờn, điều chế hybrid của hệ thống DS và FH đƣợc sử dụng để cung cấp thờm cỏc ƣu điểm cho đặc tớnh tiện lợi của mỗi hệ thống. Thụng thƣờng đa số cỏc trƣờng hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm: FH/ DS, TH/ FH, TH/ DS.
Hỡnh 2.12 Sơ đồ hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)
Cỏc hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp cỏc đặc tớnh mà một hệ thống cơ bản đó núi đến ở trờn khụng thể nào cú đƣợc. Một mạch khụng cần phức tạp quỏ cú thể bao gồm bởi bộ tạo dóy mó và bộ tổ hợp tần số cho trƣớc.
2.4.3 Cỏc loại nhiễu ảnh hƣởng tới cụng nghệ CDMA 2.4.3.1 Fading 2.4.3.1 Fading
Hiện tƣợng Fading là sự thay đổi cƣờng độ tớn hiệu súng mang cao tần gõy nờn bởi sự thay đổi mụi trƣờng truyền dẫn nhƣ ỏp suất khụng khớ và do sự phản xạ của tớn hiệu với cỏc vật thể trờn đƣờng truyền nhƣ nƣớc, mặt đất…
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 24
Fading tần số phẳng (frequencey-flat fading): gõy ảnh hƣởng tới biờn độ thu nhƣng khụng ảnh hƣởng tới sự mộo dạng dạng súng tớn hiệu xỏc định.
Fading chọn lọc tần số (frequency-selective fading): gõy ảnh hƣởng đến tớn hiệu thu về cả độ mạnh lẫn hỡnh dạng .
2.4.3.2 Ảnh hƣởng của gần, xa tới CDMA
Ta thƣờng gặp vấn đề gần xa trong hệ thống thụng tin trải phổ. Nhƣ ta đó biết mỗi user là một nguồn nhiễu đối với cỏc user khỏc. Càng cú nhiều ngƣời truy cập cựng lỳc thỡ giao thoa đối với user mong muốn càng tăng. Những user càng ở gần trạm thu thỡ cụng suất của nú phỏt ra đƣợc thu lại sẽ lớn hơn user khỏc cựng phỏt tƣơng tự ở những vị trớ xa hơn do suy hao đƣờng truyền. Nếu cỏc user khụng mong muốn cú cụng suất tƣơng đối lớn so với user mong muốn thỡ sẽ gõy nhiễu đỏng kể cho user mong muốn. Do vậy, việc làm sao để mỏy thu nhận đƣợc cựng một mức cụng suất từ mỗi bộ phỏt là rất quan trọng. Từ đú ngƣời ta đƣa ra khỏi niệm điều khiển cụng suất. Việc điều khiển cụng suất nhằm mục đớch mọi tớn hiệu của mọi user khi đến mỏy thu cú cựng cụng suất thu P.
2.4.3.3 Hiện tƣợng đa đƣờng
Trờn kờnh truyền vụ tuyến luụn tồn tại sự truyền đa đƣờng, nghĩa là cú nhiều đƣờng truyền từ mỏy phỏt tới mỏy thu. Nguyờn nhõn dẫn tới hiện tƣợng này là:
Sự phản xạ hay khỳc xạ khớ quyển.
Sự phản xạ từ mặt đất, đồi nỳi, cỏc toà nhà cao ốc,…
Hiện tƣợng đa đƣờng sẽ gõy ra sự dao động, sự thay đổi lờn xuống bất thƣờng đối với mức tớn hiệu thu đƣợc. Mọi đƣờng truyền đều cú thời gian trỡ hoón và sự suy giảm khỏc nhau. Yờu cầu đặt ra là làm sao thu đƣợc tớn hiệu truyền trực tiếp và loại bỏ những tớn hiệu trờn những đƣờng truyền cũn lại.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 25