Hình 2.4 - Đa truy nhập phân cha theo mã (CDMA)
1. Sử dụng lặp tần số cho các nguồn phát tại các khoảng cách đủ lớn trong không gian để chúng không gây nhiễu cho nhau. Phương pháp này thường được gọi là
phương pháp tái sử dụng tần số và khoảng cách cần thiết để các nguồn phát cùng tần số không gây nhiễu cho nhau được gọi là khoảng cách tái sử dụng tần số. Cần lưu ý rằng thuật ngữ tái sử dụng tần số cũng được sử dụng cho trường hợp hai nguồn phát hay hai kênh truyền dẫn sử dụng chung tần số nhưng được phát đi ở hai phân cực khác nhau.
2. Sử dụng các anten thông minh (Smart Anten). Các anten này cho phép tập trung năng lượng sóng mang của nguồn phát vào hướng có lợi nhất cho máy thu chủ định và tránh gây nhiễu cho các máy thu khác. Các phương pháp đa truy nhập nói trên có thể kết hợp với nhau. Hình 2.5 cho thấy các cách kết hợp của ba phương pháp đa truy nhập đầu tiên.
Hình 2.5 - Kết hợp ba dạng đa truy nhập cơ sở thành các dạng đa truy nhập lai ghép
2.2. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Là phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số các kênh thông tin được sắp xếp liên tiếp nhau trên dải tần thông tần của đường truyền. tín hiệu nguyên thuỷ phải được điều chế để chuyển lên băng tần cao hơn nhờ các sóng mang
phụ(subcarrier) Sau quá trình điều chế,phổ tần của tín hiệu lúc này bao gồm hai băng ở hai bên tần số sóng mang phụ fc
- Băng dưới LSB (lower sideband) - Băng trên USB (upper sideband).
Tín hiệu bao gồm cả hai băng này gọi là tín hiệu đa biên DSB (double sideband). Trong tín hiệu này nếu ta truyền cả hai băng thi băng thông cần thiết phải tăng gấp 2 lần trong đó có một băng không cần thiết, do đó dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng.
Để giải quyết vấn đề này người ta đưa ra các phương án giải quyết như sau: • Bỏ thành phần một chiều fc và truyền cả hai băng LSB và USB (kỹ thuật DSB
không song mang)
• Bỏ thành phần một chiều fc và truyền tải một băng, thông thường người ta truyền băng dưới (kỹ thuật SSB không sóng mang)
• Phát đơn băng (LSB hoặc USB) kèm sóng mang VSB (vestigial sideband) Ưu điểm: không cần đồng bộ
Nhược điểm:
Băng tần giới hạn do đó số kênh ghép bị hạn chế
Tốn kém
Nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận, đồng thời cũng không thể tránh khỏi các loại nhiễu khác như nhiễu xuyên âm, và bị ảnh hưởng của các tập âm do dây truyền tải thường làm bằng bằng dây trần.
2.2.1. Nguyên lý FDMA
Trong phương pháp đa truy nhập này độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống B Mhz được chia thành n băng tần con, mỗi băng tần con được ấn định cho một kênh riêng có độ rộng băng tần là B/n MHz (hình 2.6). Trong dạng đa truy nhập này các máy vô tuyến đầu cuối phát liên tục một số sóng mang đồng thời trên các tần số khác nhau. Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động. Máy thu đường xuống hoặc dường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp.
Như vậy FDMA là phương thức đa truy nhập mà trong đó mỗi kênh được cấp phát một tần số cố định. Để đảm bảo FDMA tốt tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất trên toàn thế giới.
Hình 2.6 - FDMA và nhiễu giao thoa kênh lân cận
Để đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải hoặc được phát ở hai tần số khác nhau hay ở một tần số nhưng khoảng thời gian phát thu khác nhau. Phương pháp thứ nhất được gọi là ghép song công theo tần số (FDMA/FDD, FDD: Frequency Division Duplex) còn phương pháp thứ hai được gọi là ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD: Time Division Duplex).
tần số ở băng tần thấp và một tần số ở băng tần cao để đảm bảo thu phát song công. Thông thường ở đường phát đi từ trạm gốc (hay bộ phát đáp) xuống trạm đầu cuối (thu ở trạm đầu cuối) được gọi là đường xuống, còn đường phát đi từ trạm đầu cuối đến trạm gốc (hay trạm phát đáp) được gọi là đường lên. Khoảng cách giữa hai tần số đường xuống và đường lên là ∆Y như thấy trên hình vẽ. Trong thông tin di dộng tần số đường xuống bao giờ cũng cao hơn tần số đường lên để suy hao ở đường lên thấp hơn đường xuống do công suất phát từ máy cầm tay không thể lớn. Trong trong thông tin vệ tinh thì tuỳ thuộc vào hệ thống, tần số đường xuống có thể thấp hoặc cao hơn tần số đường lên, chẳng hạn ở các hệ thống sử dụng các trạm thông tin vệ tinh mặt đất lớn người ta thường sử đụng tần số đường lên cao hơn đường xuống, ngược lại ở các hệ thống thông tin vệ tinh (như di động chẳng hạn) do trạm mặt đất nhỏ nên tần số đường lên được sử dụng thấp hơn tần số đường xuống.
Hình 2.7 - Phân bố tần số và phương pháp FDMA/FDD
Ký hiệu
x: Khoảng cách tần số giữa hai kênh lân cận y: Khoảng cách tần số thu phát
B: Băng thông cấp phát cho hệ thống
f0: Tần số trung tâm f’i: Tần số đường xuống fi: Tần số đường lên
Trong phương pháp thứ hai (FDMA/TDD) cả máy thu và máy phát có thể sử dụng chung một tần số (nhưng phân chia theo thời gian) khi này băng tần chỉ là một và mỗi kênh có thể chọn một tần số bất kỳ trong băng tần (phương pháp ghép song công theo thời gian: TDD). Phương pháp này được mô tả ở hình 2.8. Hình 2.8 cho thấy kênh vô tuyến giưã trạm gốc và máy đầu cuối chỉ sử dụng một tần số fi cho cả phát và thu. Tuy nhiên phát thu luân phiên, chẳng hạn trước tiên trạm gốc phát xuống máy thu đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Tx, sau đó nó ngừng phát và thu tín hiệu phát đi từ trạm đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Rx, sau đó nó lại phát ở khe Tx ....
Hình 2.8 - Phân bố tần số và phương pháp FDMA/TDD
2.2.2. Nhiễu giao thoa kênh lân cận
Từ hình 2.6 ta thấy độ rộng của kênh bị chiếm dụng bởi một số sóng mang ở các tần số khác nhau. Các sóng mang này được phát đi từ một trạm gốc đến tất cả các máy vô tuyến đầu cuối nằm trong vùng phủ của anten trạm này. Máy thu của các máy vô tuyến đầu cuối phải lọc ra các sóng mang tương ứng với chúng, việc lọc sẽ được thực hiện dễ dàng hơn khi phổ của các sóng mang được phân cách với nhau bởi một
dụng không hịêu quả độ rộng băng tần của kênh. Vì thế phải thực hiện sự dung hòa giữa kỹ thuật và tiết kiệm phổ tần. Dù có chọn một giải pháp dung hòa nào đi nữa thì một phần công suất của sóng mang lân cận với một sóng mang cho trước sẽ bị thu bởi máy thu được điều hưởng đến tần số của sóng mang cho trước nói trên. Điều này dẫn đến nhiễu do sự giao thoa được gọi là nhiễu kênh lân cận (ACI: Adjacent Channel Interference).
Dung lượng truyền dẫn của từng kênh (tốc độ bit Rb) xác định độ rộng băng tần điều chế (Bm) cần thiết nhưng phải có thêm một khoảng bảo vệ để tránh nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận nên Bm < B/n. Do vậy dung lượng thực tế lớn hơn dung lượng cực đại nhận được bởi một kỹ thuật điều chế cho trước.Vì vậy hiệu suất sử dụng tần số thực sự sẽ là n/B kênh lưu lượng trên MHz.
Trong các hệ thống điện thoại không dây FDMA điển hình của châu Âu hiệu suất sử dụng tần số thực của các hệ thống điện thoại không dây là 20 kênh/Mhz còn đối với điện thoại không dây số là 10 kênh/MHz.
Về mặt kết cấu, FDMA có nhược điểm là mỗi sóng mang tần số vô tuyến chỉ truyền được một Erlang vì thế nếu các trạm gốc cần cung cấp N Erlang dung lượng thì phải cần N bộ thu phát cho mỗi trạm. Ngoài ra cũng phải cần kết hợp tần số vô tuyến cho các kênh này. Để tăng hiệu suất sử dụng tần số có thể sử dụng FDMA kết hợp với ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD). Ở phương pháp này một máy thu phát chỉ sử dụng một tần số và thời gian phát thu luân phiên (hình 2.6)
Phương pháp FDMA ít nhậy cảm với sự phân tán thời gian do truyền lan sóng, không cần đồng bộ và không xẩy ra trễ do không cần xử lý tín hiệu nhiều, vì vậy giảm trễ hồi âm.
2.3. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Là phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian. Người sử dụng dùng chung một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng nhỏ (gọi là các khe thời gian_TS_time slot). Một kênh thông tin sẽ chiếm toàn bộ dải thông W của đường truyền trong một khoảng thời gian nhất định trên tổng số thời gian cuộc gọi được thực hiện và lặp lại theo chu kỳ nhất định.
Ghép xen bit (bit -by- bit): lấy tất cả các bit cùng tên của các kênh nhánh ghép lại với nhau thành một nhóm.
• Tốc độ bit mỗi kênh nhánh là v = 8b/Tf ,ghép 4 kênh nhánh lại thành một kênh duy nhất thì tốc độ bit sẽ là v’ = 32b/Tf
• Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc khung độc lập, dung lượng bộ nhớ yêu cầu thấp,tuy nhiên bên thu sẽ tách kênh phức tạp và chậm .
Ghép xen byte/ghép từ (word-by-word): dòng số đầu ra của bộ ghép kênh sẽ gồm một chuỗi các từ mã của các kênh nhánh được sắp xếp liên tiếp.
• Đặc điểm: dung lượng bộ nhớ yêu cầu cao, và bên thu phải đồng bộ chính xác. • Một loại hình ứng dụng TDMA phổ biến nhất là hệ thống GSM trong thông tin
di động
• GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển.
• Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ BS đến máy di động