Nhóm 07 - Bài Tập Tieu Luan mon Mang Truy Nhap (ĐTVT 11)

Đến cuối thể kỷ 20 này những tiêu chuẩn đầu tiên của hệ thống di động tổ ong thế hệ thứ 3 sử dụng công nghệ TDMA cải tiến và CDMA băng rộng đang được ngiên cứu và dần đưa vào ứng dụng tr

Đà Nẵng,Tháng 10 năm 2012.

TRƯỜNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH

KHOA: Điện Tử Viễn Thông Ngành: Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông

BÀI TẬP TIỂU LUẬN

Môn: Mạng Truy Nhập & Các Công Nghệ

Truy Nhập

Giáo Viên Hướng Dẫn : GV.Ths Thái Vũ Hiền

SV nhóm 07 thực hiện : Lương Văn Nghiệp (29) (Tr nhóm )

: Trần Xuân Bắc (5)

: Võ Hòa (23)

: Trần Công Thắng (38 )

:Công Thành Siêng (34 )

:Trần Việt Trung (43 )

Lớp : 11CQVT09 – N ( ĐTVT11) Khóa : 20011- 2013

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xã hội thông tin ngày nay,mạng viễn thông có nhiệm vụ biến đổi và truyền đưa tin tức có một vai trò hết sức quan trọng Có thể nói,mạng viến thông đã làm thay đổi nhiều mặt của đời sống xã hội,thay đổi cách ta làm việc, học tập, vui chơi buôn bán Vì thế, rất nhiều quốc gia trên thế giới đã coi viễn thông là một trong các ưu tiên hàng đầu, đặt kế hoạch cho sự phát triển cở sở hạ tầng mạng viễn thông.

Mạng viễn thông có hai hình thức truyền tin chính là hữu tuyến (có dây) và

vô tuyến(không dây) Trong những thập niên gần đây, với sự phát triển mạnh

mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ vi điện tử và kỹ thuật xử lý tín hiệu cả hai hình thức truyền thông hữu tuyến cũng như vô tuyến đã có những bước tiến kỳ diệu sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động

Điện thoại di động được đưa ra đầu tiên ở hoa kỳ vào năm 1946,nhưng mãi đến những năm 80, hệ thống thông tin di động mới thực sự phát triển nhanh chóng với sự ra đời của hàng loạt tiêu chuẩn tổ ong thế hệ thứ nhất như: NMT của Bắc âu, AMPS của Hoa kỳ, TACS của Anh Đầu năm 90 đánh dấu

sự phát triển của hệ thống tổ ong thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số TDMA gồm GSM (Châu âu), IS- 95 ( hoa kỳ) , JCD ( nhật bản), cũng như sử dụng

kỹ thuật CDMA là IS – 95 ( hoa kỳ) Đến cuối thể kỷ 20 này những tiêu chuẩn đầu tiên của hệ thống di động tổ ong thế hệ thứ 3 sử dụng công nghệ TDMA cải tiến và CDMA băng rộng đang được ngiên cứu và dần đưa vào ứng dụng trên thị trường.Nhóm chúng em chọn đề tài nghiên cứu về mạng truy cập, trong quá trình nghiên cứu đề tài mặc dù nhóm em đã cố gắng nhiều nhưng do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót nhóm chúng em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và giúp đỡ, của Cô, bạn bè

Nhóm em xin chân thành cảm ơn sự giúp đở tận tình của Cô Thái Vũ Hiền trong thời gian qua để nhóm chúng em hoàn thành tốt đề tài nhóm

Đà Nẵng, Ngày 6 tháng 10 năm 2012

Nhóm 07

TỎNG QUANG VỀ MẠNG ĐA TRUY CẬP

I/ GIỚI THIỆU CÁC THẾ HỆ THÔNG TIN ĐA TRUY CẬP

? Thế hệ 1: FDMA: Đa truy nhập phân chia theo tần số

? Thế hệ 2: TDMA: Đa truy nhập phân chia theo thời gian

? Thế hệ 3: CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã

Đa truy cập là gì?

 Multi-Access: Kĩ thuật cho phép nhiều cặp thu–phát có thể chia sẻ một kênh vật lí chung

VD: MS truy cập BTS, trạm mặt đất truy cập vệ tinh…

 Các kĩ thuật đa truy cập cơ bản:

 FDMA: Đa truy nhập phân chia theo tần số

I/ Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Theo kỹ thật này, mỗi một người sử dụng trong một tế bào (cell) được phân chia một dải tần số (băng tần) nhất định, các băng tần của những người sử dụng khác nhau sẽ không trùng nhau (non-overlap)

Người sử dụng gửi và nhận tín hiệu trong băng tần mình được phân chia và tất cả mọi người trong mạng đều gửi/nhận tín hiệu đồng thời

Vì rằng mỗi người sử dụng truyền và nhận tín hiệu trong băng tần của mình cho nên những người sử dụng trong một tế bào (cell) không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng)

Tuy nhiên, do yêu cầu cần có một số lượng lớn người sử dụng trong mạng, các băng tần

sẽ được sử dụng lại ở các tế bào khác

Chính vì vậy có thể có những người sử dụng ở tế bào A gây nhiễu cho một người sử dụng ở tế bào B gần đó do hai người sử dụng này dùng chung một băng tần Nhiễu này gọi là nhiễu đồng kênh (co-channel interference) FDMA là phương thức phân bổ đầu tiên và ra đời sớm nhất

Một thuê bao muốn tạo một cuộc gọi sẽ phải nhập số điện thoại cần gọi và nhấn phím gửi

Nếu còn dung lượng thoại cho tế bào, một cặp kênh sẽ được phân bổ cho trạm di động

để phục vụ đàm thoại - mỗi kênh cho một chiều thoại

Xét trên một sơ đồ phân bổ tế bào điển hình, số chiều thoại tối đa của một tế bào bất kỳ

là khoảng 60 Rõ ràng là không thể phục vụ hàng triệu người dùng với một dung lượng hạn chế như thế

Đa truy nhập phân chia theo tần số

 Chia băng thông thành các băng con và khoảng bảo vệ

 Mỗi user sử dụng hoàn toàn 1 băng con

 Ứng dụng: hệ thống điện thoại không dây, thông tin vệ tinh

TDMA: Đa truy nhập phân chia theo thời gian.

II/ Đa truy cập theo phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access)

Trong cách truy cập này, mỗi người sử dụng được phân chia một khoảng thời gian, gọi

là khe thời gian (time-slot) nhất định để truyền và nhận thông tin

Trong khe thời gian mà người sử dụng A truyền và nhận tín hiệu thì tất cả mọi người sử dụng khác trong cùng tế bào đó không được truyền và nhận tín hiệu

Như vậy mọi người sử dụng trong cùng một tế bào cũng không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng) bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ có một người duy nhất truyền và nhận tín hiệu Tuy nhiên, cùng thời điểm đó cũng có thể có một người sử dụng ở tế bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho nên trong cách truy cập này cũng có nhiễu đồng kênh

Các hệ thống TDMA khắc phục vấn đề dung lượng kênh bằng cách chia kênh vô tuyến đơn thành các khe thời gian và phân bổ 1 khe thời gian cho mỗi thuê bao Ví dụ, hệ thống TDMA của Hoa Kỳ có 3 khe thời gian trên mỗi kênh trong khi hệ thống GSM có

8 khe thời gian trên mỗi kênh

Để sử dụng các khe thời gian, tín hiệu thoại tương tự cần được chuyển sang dạng số Một bộ mã hoá thoại, được gọi là vocoder, thực hiện công việc này

Dung lượng có được ban đầu hơi nhỏ song với việc dùng các vocoder tốc độ bít thấp, số kênh thoại trên mỗi kênh vô tuyến có thể được tăng lên đáng kể

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

 Chia tín hiệu thành các cụm và ghép thành các khung thời gian

 Mỗi sóng mang mang 1 cụm chiếm toàn bộ băng thông

=> tiết kiệm tần số

 Cần phải đảm bảo tính đồng bộ nghiêm ngặt

CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã

III/ Đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)

Đây là một cách truy cập khác hẳn hai cách trên Theo cách này, tất cả mọi người sử dụng trong một tế bào cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số

Do vậy vấn đề nhiễu lẫn nhau giữa những người sử dụng trong cùng một tế bào, giữa những người sử dụng ở các tế bào cạnh nhau (do việc sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một vấn đề lớn nhất trong cách truy cập CDMA này

Để khắc phục vấn đề này, mỗi người sử dụng trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai người sử dụng nào trong cùng một tế bào có cùng một

mã (có nghĩa là mỗi người có một mã riêng biệt)

Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khôi phục tín hiệu của người

đó

Trong kỹ thật này có nhiễu trong tế bào (intra-cell interference) và nhiễu giữa các tế bào (inter-cell interference)

Các hệ thống CDMA giải quyết vấn đề dung lượng theo một cách hoàn toàn khác

Nó cũng dùng vocoder để số hoá tín hiệu thoại nhưng không phân bổ khe thời gian mà gán cho mỗi chiều thoại một mã duy nhất trước khi đưa lên kênh vật lý Quá trình này còn được gọi là điều chế tạp âm vì tín hiệu đầu ra của nó giống như tạp âm nền

Tất nhiên là quá trình này có cơ sở toán học của nó song việc quan sát trên thực tế cũng phần nào lý giải được các khái niệm

Hình dung rằng bạn vừa mới hạ cánh xuống một sân bay quốc tế quan trọng và bạn đang

đi vào sảnh chuyển tiếp để chuẩn bị chuyển sang chuyến bay tiếp theo

Khi bạn đi vào khu đông người, trước hết bạn sẽ nghe thấy các giọng nói Bạn nói tiếng Việt, bạn sẽ nghe được những mẩu hội thoại bằng tiếng Việt Cũng như thế, người Pháp nghe thấy giọng nói tiếng Pháp, người Anh nghe thấy giọng tiếng Anh, và tương tự với tất cả các thứ ngôn ngữ trên đời

Bạn có thể nghe từng cuộc hội thoại nếu như tạp âm tổng thể ở dưới một mức tối đa nào

đó

Điều này có nghĩa là số tối đa các cuộc gọi trong hệ thống CDMA là một phương trình của tạp âm nền cộng với các tạp âm do mỗi cuộc gọi tạo ra So sánh với TDMA, CDMA

có dung lượng cao hơn với chất lượng bằng hoặc tốt hơn

Đa truy nhập phân chia theo mã

 Các user được mã hóa trực giao nhau (Psurdorandom Noise)

điểm

(+) Kết hợp các kỹ thuật trên đây ta có thể có các hệ thống khác nhau như: TD-CDMA, FD-TD-CDMA, SD-CDMA

Các ưu điểm nổi bật của CDMA so với FDMA và TDMA:

- Dung lượng cao,

- Chống nhiễu, bảo mật tốt (sử dụng đầu tiên trong quân đội)

- Qui hoạch mạng đơn giản do dùng chung tần số

- Khi chuyển từ cell này qua cell khác khả năng rớt cuộc gọi ít xảy ra

- Và có lẽ ưu điểm nổi bật nhất và tăng dung lượng người sử dụng (capacity)

 Yêu cầu cao về đồng bộ

 Xử lí tín hiệu phức tạp

Trong CDMA có khái niệm “giới hạn dung lượng mềm – soft capacity limit” trái ngược với hard capacity limit trong FDMA và TDMA

Có thể hiểu khái niệm đó như sau: với FDMA, TDMA trong một cell số lượng thuê bao – subcriber - có thể liên lạc trong cùng một thời điểm là cố định trong khi đó số lượng thuê bao có thể liên lạc tại cùng một thời điểm trong một cell của CDMA thì không Tuy nhiên, khi số lượng thuê bao liên lạc tăng dẫn tới mức nhiễu tăng chất lượng liên lạc giảm, đó là mốt quan hệ giữa chất lượng và dung lượng (quality service - capacity) trong CDMA

Trong nhiều năm người ta thường dùng nhiều phương pháp khác nhau để tăng dung lượng trong CDMA như: kĩ thuật tạo các dãy mã giả ngẫu nhiên tối ưu, tạo các bộ lọc tốt, sử dụng các máy thu tương quan các kỹ thuật này vẫn chưa sử dụng được toàn bộ các ưu điểm của CDMA

Trong hệ thống CDMA, vấn đề lớn nhất là khử nhiễu MUI (hay còn gọi là MAI -Multiple Access Interference)

Ngay cả khi công suất của tín hiệu thu được là như nhau đối với mọi người sử dụng thì vấn đề khử MUI đã vô cùng khó khăn

Thế nhưng, nhiều khi người sử dụng mong muốn thì lại có công suất tín hiệu rất nhỏ ở phía máy thu trong khi đó những người sử dụng khác gây nhiễu cho người sử dụng mong muốn thì lại có công suất tín hiệu rất lớn

Trong trường hợp này, nhiễu lớn hơn tín hiệu mong muốn

Điều này xảy ra khi nào? Hãy tưởng tượng, một người sử dụng mà ta đang muốn khôi phục tín hiệu ở rất xa BS trong khi đó những người sử dụng khác thì lại ở rất gần BS,

khi đó tín hiệu mong muốn sẽ nhỏ hơn nhiễu do những người mà ta không mong muốn

ở gần BS gây ra

Hoặc, khi người sử dụng mà ta mong muốn đang ở khuất trong những dãy nhà lớn hoặc những vật cản khác trong khi những người sử dụng khác thì lại không bị như vậy, khi đó tín hiệu phát đi từ người sử dụng mà ta mong muốn sẽ bị suy giảm (fading) rất lớn Cái này gọi là hiệu ứng Xa-Gần

Trong khi đó, công nghệ CDMA (Code Divison Multiple Access) lại được đặt tên từ cái cách mà nó quản lý phương thức phát và nhận sóng

Phiên bản CDMA đầu tiên có tên gọi là CDMA one và nó là đối trọng của 2G GSM trong một thời gian dài

Công nghệ CDMA do một công ty Mỹ khá nổi tiếng trong việc sản xuất chipset, vi xử lý

di động là Qualcomm ra mắt CDMA one còn có tênmã là IS-95 Cả mạng CDMA và GSM đều là mạng kỹ thuật số, ra đời để thay thế cho NMT là mạng tương tự 1G thế hệ đầu tiên Hiện tại thì mạng CDMA chủ yếu phổ biến ở Mỹ, Nhật và Hàn Quốc

Tuy ra mắt muộn hơn nhưng những phiên bản nâng cấp của CDMA lại đến rất nhanh, thậm chí nhanh tương đương hoặc hơn GSM

Lấy một ví dụ, mạng CDMA được thương mại hóa từ 1995 nhưng đến năm 2000 thì đã

có những nhà mạng đầu tiên sử dụng CDMA 2000 (3G của CDMA) trong khi 3G của GSM là UMTS phải đợi đến năm 2001

+ Trên là 3 thế hệ Đa Truy Cập cơ bản:

Nhóm chúng em muốn tìm hiểu thêm về CDMA2000

Giới Thiệu:

 CDMA2000 là một chuẩn 3G quan trọng kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và

IS-95 Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000 -1xEV-DO và 1xEV-DV

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liệu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU

Các thông số của hệ thống CDMA 2000:

 Công nghệ truy nhập : DS-CDMA,CDMA Multi-Carrier

 Môi trường khai thác : Trong nhà /ngoài trời

 Tốc độ chíp(Mcps) : 1,2288-3,6864-7,3728-11,0592

 Băng thông kênh(MHz) :1,25-3,75-7,5-11,25-15

 Chế độ song công : FDD và TDD

 Độ dài khung : 5 và 20 ms

 Hệ số trải : Biến thiên từ 4 tới 256

 Hoạt động liên cell : FDD:đồng bộ TDD:đồng bộ

 Điều khiển công suất : Vòng mở và kín

 Chuyển cell : chuyển cell mềm và chuyển cell liên tần

Cấu trúc mạng:

Trạng thái truyền dữ liệu gói trong mạng CDMA2000:

 Tích cực /kết nối: ở trạng thái này tồn tại kênh lưu lượng giữa UE và BS, số liệu

gói được phát và thu hai chiều

 Ngủ: ở trạng thái này không có kênh lưu lượng vật lý, Nhưng đoạn nối PPP giữa

UE và PDSN vẫn được duy trì

 Rỗng / không tích cực: không có kênh lưu lượng cũng như đoạn nối PPP

Cấu trúc hệ thống CDMA2000 1xRTT:

 Hệ thống 1xRTT sử dụng một sơ đồ điều chế hiệu quả hơn để tăng gấp đôi số lượng thuê bao thoại và tạo ra các kênh dữ liệu lên tới 144kbit/s

 Trong thực tế, tốc độ người dùng sẽ ở trong khoảng 50-60kbit/s Dữ liệu theo sơ

đồ 1xRTT sẽ được chuyển mạch gói

Cấu trúc hệ thống CDMA2000 1x EV DO:

 Tốc độ lên tới 2,4Mbit/s có thể đạt được bằng cách triển khai 1xEV-DO tức là dịch vụ chỉ có dữ liệu - không có thoại trên kênh này

 Khi 1xEV-DV được triển khai thì ta sẽ có kênh đa phương tiện thực sự

Tổng Kết:

 CDMA2000 được cấu trúc theo cách để cho phép nhiều mức dịch vụ 3G trên kênh IS-95 1,25MHz truyền thống Các dịch vụ này là CDMA2000 1xRTT (một thời được gọi là công nghệ truyền dẫn vô tuyến kích thước kênh IS-95)

 Với công suất 3G tối đa, CDMA2000 sử dụng một kênh 3,75 MHz, lớn gấp 3 lần kênh truyền thống, gọi là 3xRTT

Em cảm ơn Cô đã quan tâm đến bài tập nhóm của em, Chúc Cô sức khỏe!!!