Những hệ thống thông tin tương tác với nhau yêu cầu phải chuẩn hóa. Những chuẩn hóa thường được quyết định bởi các ủy ban quốc gia hoặc quốc tế; ở Mỹ vai trò này được thể hiện bởi hiệp hội công nghiệp viễn thông (TIA). Các ủy ban này áp dụng các tiêu chuẩn được phát triển bởi các tổ chức khác. IEEE là một tổ chức quan trọng đối với sự phát triển các tiêu chuẩn tại Hoa Kỳ trong khi ETSI đóng vai trò này ở Châu Âu. Cả hai nhóm này đều theo một quá trình phát triển dài cho các tiêu chuẩn mà đòi hỏi đầu vào từ các công ty và các bên liên quan khác cũng như là một quá trình xem xét dài và chi tiết. Tiến trình chuẩn hóa là một sự đầu tư thời gian lớn, nhưng các công ty tham gia bởi vì sự kết hợp những ý tưởng của họ đến một chuẩn hóa cung cấp cho học một lợi thế trong việc phát triển hệ thống tương thích. Nói chung, những chuẩn hóa không bao gồm tất cả các chi tiết về tất cả các khía cạnh của thiết kế hệ thống. Điều này cho phép các công ty cải tiến và phân biệt những sản phẩm của họ so với những hệ thống khác đã được chuẩn hóa. Mục đích của việc chuẩn hóa là cho phép những hệ thống tương thích nhau.
Ngoài việc đảm bảo khả năng tương thích, các tiêu chuẩn cũng cho phép các nền kinh tế với áp lực giá cả và quy mô thấp hơn. Ví dụ, mạng lan không dây thường hoạt động trong những dải băng tần không được cấp phép,vì vậy họ không cần phải tuân theo một tiêu chuẩn cụ thể nào. Thế hệ đầu tiên của mạng lan không dây đã không được chuẩn hóa và các linh kiện chuyên biệt thì cần thiết đối với nhiều hệ thống,dẫn đến chi phí quá cao, khi kết hợp với nhau thì hiệu suất kém, dẫn đến việc áp dụng bị hạn chế. Trải nghiệm này dẫn đến một sự thúc đẩy mạnh mẽ đến chuẩn hóa các hệ thống mạng lan không dây thế hệ tiếp theo, mang lại những thành công rực rỡ của những chuẩn thuộc họ IEEE 802.11
Tất nhiên cũng có những khó khăn để tiêu chuẩn hóa. Quá trình chuẩn hóa không phải là hoàn hảo, như một công ty tham gia thường có những lịch trình riêng của họ, mà không phải lúc nào cũng trùng hợp với công nghệ tốt nhất hoặc lợi ích tốt nhất cho những người tiêu dung. Thêm nữa, quá trình chuẩn hóa phải được hoàn tất ở một số điểm, sau này nó sẽ trở nên khó khăn hơn để thêm những sáng kiến và cải tiến mới theo tiêu chuẩn hiện có. Cuối cùng, quá trình tiêu chuản hóa có thể liên quan đến chính trị. Điều này đã xảy ra đối với hệ thống thông tin di động 2G ở Mỹ và cuối cùng là dẫn đến việc áp dụng hai tiêu chuẩn khác nhau.
Kết quả của sự chậm trễ và phân chia công nghệ dẫn đến Hoa Kỳ đi sau Châu Âu trong sự phát triển của hệ thống di động 2G. Mặc dù sai sót của họ , những tiêu chuẩn là rõ ràng là một thành phần cần thiết và thường mang lại lợi ích trong việc thiết kế những thành phần vô tuyếnvà vận hành hệ thống. Tuy nhiên nó sẽ có lợi cho tất cả mọi người trong ngành công nghiệp công nghệ không dây nếu một số vấn đề trong quá trình chuẩn hóa được giảm nhẹ
BÀI TOÁN:
1.1.Như khả năng lưu trữ tăng lên, ta có thể lưu trữ một lượng dữ liệu lớn hơn trên các thiết bị lưu trữ nhỏ gọn hơn. Thật vậy chúng ta có thể hình dung con chip máy tính lưu trữ teraflops. Giả sử dữ liệu này được truyền qua một khoảng cách. Thảo luận về ưu và nhược điểm của việc đưa ra một số lượng lớn các thiết bị lưu trữ trong một chiếc xe tải và lái xe đưa chúng đến đích của nó thay vì gửi dữ liệu điện tử
1.2.Mô tả hai ưu điểm và nhược điểm kỹ thuật của những hệ thống vô tuyến sử dụng truyền dữ liệu theo cụm chứ không phải là truyền dữ liệu một cách liên tục
1.3.Cáp sợi quang thông thường thể hiện một xác suất lỗi bít làPb = 10-12. Một dạng điều chếvô tuyến , DPSK, cóPb = 1/2γ trong một vài kênh vô tuyến, trong đóγ là tỉ số SNR trung bình, tìm SNR trung bình cần thiết để đạt được cùng một giá trị Pbtrong các kênh vô tuyến như trong cáp sợi quang. Vì tỉ số SNR yêu cầu rất cao này, các kênh vô tuyến thường có
Pblớn hơn nhiều 10-12.
1.4.Tìm trễ đi vòng quanh của dữ liệu gửi đi giữa một vệ tinh và mặt đất đối với vệ tinh LEO, MEO, và GEO giả định tốc độ của ánh sáng là 3 * 108 m/s. nếu trễ tối đa cho phép đối với một hệ thống thoại là 30ms, các hệ thống vệ tinh này có được chấp nhận cho thông tin thoại hai chiều được không ?
1.5. Những ứng dụng nào có thể làm tăng đáng kể nhu cầu cho dữ liệu không dây?
1.6. Những vấn đề này minh hoạ cho một số vấn đề về kinh tế mà các nhà cung cấp dịch vụ phải đối mặt khi họ di chuyển từ hệ thống sử dụng duy nhất giọng nói sang hệ thống đa truyền thông. Giả sử, bạn là một nhà cung cấp dịch vụ với băng thông là 120kHZ và bạn phải phân bổ giữa người dùng thoại và dữ liệu. Người dùng thoại yêu cầu 20kHz băng thông, dữ liệu đòi hỏi 60kHz băng thông. Vì vậy, như ví dụ, bạn có thể phân bổ các băng thông của bạn dành cho người dùng thoại, kết quả là có 6 kênh thoại, hoặc bạn có thể phân chia băng thông thành một kênh dữ liệu và ba kênh thoại vv. Giả sử thêm rằng, đây là một hệ thống phân chia theo thời gian với các khe thời gian T. Tất cả các yêu cầu thoại và cuộc gọi dữ liệu đi vào lúc bắt đầu của một khe thời gian, và cả hai loại cuộc gọi T giây cuối cùng. Có tất cả 6 người dùng thoại độc lập trong hệ thống: Mỗi người yêu cầu một kênh thoại với xác suất 0.8 và trả 20$ nếu cuộc gọi được xử lý. Có 2 người dùng dữ liệu độc lập
trong hệ thống; mỗi người yêu cầu một kênh dữ liệu với xác suất 0.5 và trả 1$ cho yêu cầu được xử lý. Vậy bạn nên phân bổ băng thông thế nào để tối đa hoá doanh thu dự kiến của bạn ?
1.7. Mô tả ba nhược điểm của việc sử dụng mạng LAN không dây thay vì mạng LAN có dây. Đối với những ứng dụng thì các bất lợi sẽ lớn hơn bởi những lợi ích của di động không dây. Đối với những ứng dụng nào các nhược điểm sẽ che lấp ưu điểm
1.8. Hệ thống di động đã di chuyển đến các ô nhỏ hơn để tăng cường năng lực cho hệ thống. Liệt kê ít nhất 3 vấn đề thiết kế đang khá phức tạp theo xu hướng này.
1.9. Tại sao giảm thiểu khoảng cách tái sử dụng lại tối đa hoá hiệu quả quang phổ của một hệ thống di động
1.10. Vấn đề này cho thấy sự gia tăng khả năng liên quan đến việc giảm kích thứơc các ô. Xem xét diện tích một thành phố khoảng 100km2. Giả sử bạn thiết kế một hệ thống di động cho thành phố này với các ô vuông, nơi mà mỗi ô (bất kể kích thước) có 100 kênh và có thể hỗ trợ 100 người dùng. (trong thực tế, số lượng người dùng có thể được hỗ trợ cho mỗi ô thường là độc lập với kích thước ô, miễn là mô hình truyền và quy mô công suất phù hợp)
a. Tổng số người dùng hoạt động trên hệ thống có thể được hỗ trợ cho một ô kích thước 1km2
b. Kích thước nào bạn sẽ dùng nếu hệ thống của bạn phải hỗ trợ 250000 người dùng. Bây giờ, chúng ta sẽ xem xét một số khía cạnh tài chính dựa trên thực tế là người dùng không nói chuyện liên tục. Giả thiết là thứ 6 từ 5-6h tối là thời gian bận rộn nhất cho người dùng điện thoại di động. Trong suốt thời gian ngày, người dùng trung bình đặt một cuộc gọi duy nhất và cuộc gọi đó kéo dài 2 phút. Hệ thống của bạn phải được thiết kế để các thuê bao có thể chịu được không lớn hơn 2% xác xuất chặn lại trong giờ cao điểm này. Khả năng bị block được tính bằng cách sử dụng công thức Erlang B: Pb = (AC/C!)/∑Ck=0 Ak/k!)trong đó C là số lượng kênh, A = UμH với U là số người dùng, μ là trung bình cuộc gọi được yêu cầu trên một đơn vị thời gian cho mỗi người dùng và H là thời gian trung bình của cuộc gọi [5, chap 3.6]
c. Có tất cả bao nhiêu thuê bao được hỗ trợ trong hệ thống Macrocell (1km2 ô) và trong hệ thống microcell (với kích thước từ phần b)
d. Nếu một trạm cơ sở giá khoảng 500000$, vậy chi phí cho trạm cơ sở của mỗi hệ thống là bao nhiêu?
e. Nếu hàng tháng phí sử dụng trong mõi hệ thống là 50$, doanh thu hàng tháng thu được là bao nhiêu trong mỗi trường hợp. Sau bao lâu sẽ bù đắp được chi phi cơ sở hạ tầng ( trạm gốc ) cho mỗi hệ thống?
1.11. Có bao nhiêu đường dữ liệu CDPD cần thiết để đạt được tốc độ dữ liệu tương tự như tỉ lệ trung bình của Wimax?
Tài liệu tham khảo
[1] V. H. McDonald, “The cellular concept,” Bell System Tech. J., pp. 15-49, January 1979.
[2] F. Abrishamkar and Z. Siveski, “PCS global mobile satellites,” IEEE Commun. Mag., pp. 132— 6, September 1996.
[3] R. Ananasso and F. D. Priscoli, “Therole of satellites inpersonal communication services,” IEEE J. Sel. Areas Commun., pp. 180—96, February 1995.
[4] D. C. Cox, “Wireless personal communications: What is it?”IEEEPers. Commun. Mag.,
pp. 20— 35, April 1995.
[5] T. S. Rappaport, Wireless Communications - Principles and Practice, 2nd ed., Prentice- Hall, Englewood Cliffs, NJ, 2001.
[6] W. Stallings, Wireless Communications andNetworks, 2nd ed., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 2005.
[7] K. Pahlavan and P. Krishnamurthy, Principles of Wireless Networks: A Unified Approach, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 2002.
[8] A. J. Goldsmith and L. J. Greenstein, “A measurement-based model for predicting coverage areas of urban microcells,” IEEE J. Sel. Areas Commun., pp. 1013—23, September 1993.
[9] K. S. Gilhousen, I. M. Jacobs, R. Padovani, A. J. Viterbi, L. A. Weaver, Jr., and C. E. Wheatley III, “On the capacity of a cellular CDMA system,” IEEETrans. Veh. Tech., pp. 303—12, May 1991.
[10] K. Rath and J. Uddenfeldt, “Capacity of digital cellular TDMA systems,” IEEE Trans. Veh. Tech., pp. 323—32, May 1991.
[11] Q. Hardy, “Are claims hope or hype?” Wall Street Journal, p. A1, September 6,1996.
[12] A. Mehrotra, Cellular Radio: Analog and Digital Systems, Artech House, Norwood, MA, 1994.
[13] J. E. Padgett, C. G. Gunther, and T. Hattori, “Overview of wireless personal communications,” IEEE Commun. Mag., pp. 28—41, January 1995.
[14] J. D. Vriendt, P. Lainé, C. Lerouge, and X. Xu, “Mobile network evolution: A revolution on the move,” IEEE Commun. Mag., pp. 104—11, April 2002.
[15] P. Bender, P. J. Black, M. S. Grob, R. Padovani, N. T. Sindhushayana, and A. J. Viterbi, “CDMA/HDR: A bandwidth efficient high speed wireless data service for nomadic users,”
IEEE Commun. Mag., pp. 70—7, July 2000.
pp. 10—13, June 2004.
[17] S. M. Cherry, “WiMax and Wi-Fi: Separate and Unequal,” IEEE Spectrum, p. 16, March 2004.
[18] S. Schiesel, “Paging allies focus strategy on the Internet,” New York Times, April 19,1999.
[19] I. Poole, “What exactly is ... ZigBee?” IEEE Commun. Eng., pp. 44—5, August/September 2004.
[20] L. Yang and G. B. Giannakis, “Ultra-wideband communications: An idea whose time has come,” IEEE Signal Proc. Mag., pp. 26—54, November 2004.
[21] D. Porcino and W. Hirt, “Ultra-wideband radio technology: Potential and challenges ahead,” IEEE Commun. Mag., pp. 66—74, July 2003.
CHƯƠNG 10: ĐA ĂNG-TEN VÀ TRUYỀN THÔNG KHÔNG GIAN THỜI GIAN
Trong chương này, chúng ta xem xét hệ thống với đa ăng-ten ở máy phát và máy thu, thường được gọi là hệ thống đa đầu vào - đa đầu ra (MIMO). Đa ăng-ten có thể được sử dụng để tăng tốc độ dữ liệu thông qua sự ghép hoặc để cải thiện hiệu suất thông qua sự phân tập. Chúng ta đã xem qua sự phân tập ở trong Chương 7. Trong các hệ thống MIMO, ăng-ten phát và thu đều có thể được sử dụng để tăng ích sự phân tập. Sự ghép lợi dụng cấu trúc kênh của ma trận tăng ích kênh để có được đường dẫn tín hiệu độc lập có thể được sử dụng để gửi dữ liệu độc lập. Như vậy, Sự lôi cuốn ban đầu về MIMO được gây bởi tác phẩm của Winters [1], Foschini [2], Foschini và Gans [3], và Telatar [4; 5] dự đoán hiệu quả quang phổ đáng chú ý cho các hệ thống không dây với nhiều ăng-ten phát và thu. Những tăng ích hiệu quả quang phổ thường đòi hỏi kiến thức chính xác của kênh tại máy thu và đôi khi cũng ở máy phát. Thêm vào nữa tăng ích hiệu quả quang phổ, nhiễu giao thoa ký hiệu (ISI) và can nhiễu từ những người sử dụng có thể được giảm bằng cách sử dụng kỹ thuật ăng-ten thông minh. Chi phí của các cải tiến hiệu suất thu được thông qua các kỹ thuật MIMO là chi phí gia tăng của việc triển khai nhiều ăng-ten, sự yêu cầu công suất không gian và mạch của các ăng ten bổ sung (đặc biệt là các đơn vị cầm tay nhỏ), và sự yêu cầu phức tạp thêm cho việc xử lý tín hiệu đa đường. Trong chương này chúng ta quan sát việc sử dụng cho đa ăng ten và tìm hiểu ưu điểm hiệu suất của chúng. Chương này sử dụng một số kết quả chính từ lý thuyết ma trận: Phụ lục C cung cấp tổng quan về những kết quả này.