b) Sử dụng các anten thông minh (Smart Anten) Các anten này chophép tập trung
3.2. Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA
Trong phương pháp đa truy cập 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. Trong dạng đa truy cập 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 chếm để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lịch và các bộ dao động. Máy thu đường xuống hoặc đường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp.
Như vậy, FDMA là phương thức đa truy cập mà trong đó mỗi kênh được cấp phát một tần số cố định. Để đảm bảo FDMA hoạt động tốt, tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất trên toàn thế giới.
Hình 3.4. FDMA và nhiều giao thoa 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 kênh song công theo tần số (FDMA/FDD), còn phương pháp thứ hai được gọi là ghép kênh song công theo thời gian (FDMA/TDD).
Hình 3.5. Phân bổ tần số và phương pháp FDMA/FDD
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 này băng tần dành cho hệ thống được chia thành hai nửa: Một nửa thấp (Lower Half Band) và một nửa cao (Upper Half Band). Trong mỗi nữa băng tần người ta bố trí các tần số cho các kênh. Trong hình dưới, các cặp tần số ở nửa băng thấp và nửa băng cao có cùng chỉ số được gọi là cặp tần số thu phát hay song công, một tần số sẽ được sử dụng cho máy phát còn một tần số được sử dụng cho máy thu của cùng một kênh, khoảng cách gần nhất giữa hai tần số trong cùng một nửa băng được gọi là khoảng cách giữa hai kênh lân cận (Delta x), khoảng cách này phải được chọn đủ lớn để đối với một tỷ số tín hiệu trên tạp âm cho trước (S/N) hai kênh cạnh nhau không thể gây nhiễu cho nhau. Như vậy mỗi kênh bao gồm một cặp tần số: một 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
cuối đến trạm gốc được gọi là đường lên. Khoảnh cách giữa hai tần số đường xuống và đường lên là Detal Y. Trong thông tin di động 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 phương pháp 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 như sau:
Hình 3.6. Phân bổ tần số và phương pháp FDMA/TDD
Trên hình vẽ cho thấy kênh vô tuyên giữa 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 ngừng phát và thu tín hiệu phát đi từ trạm đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Rx, sau đó lại phát ở khe Tx….
Từ hình 1.4 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 năm 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 băng tần bảo vệ rộng. Tuy nhiên việc sử dụng băng tần bảo vệ rộng sẽ dẫn đến việc sử dụng không hiệu 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 hướng 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 của băng tần điều chế (Bm) cần thiết nhưng phải có thêm một khoảng bảo vệ để tránh nhiều 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 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 thu phát luân phiên (hình 1.6).
Phương pháp FDMA ít nhậy cảm với sự phân tán thời gian do lan truyền sóng, không cần đồng bộ và không xảy ra trễ do không cần xử lý tín hiệu nhiều, vì vậy giảm trễ