tổng quan hệ thống wireless

Tổng quan về mạng không dâyLịch sử phát triển Các thử thách thiết kế Các mạng hiện tại và tương lai Mạng điện thoại tế bào Mạng máy tính không dây 2.. • Thời cổ: Khói thuốc, bồ câu đưa t

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG

KHÔNG DÂY (Overview of Wireless Systems )

Đặng Lê Khoa Email:danglekhoa@yahoo.com

dlkhoa@fetel.hcmuns.edu.vn

1 Tổng quan về mạng không dây

Lịch sử phát triển

Các thử thách thiết kế

Các mạng hiện tại và tương lai

Mạng điện thoại tế bào

Mạng máy tính không dây

2 Hệ thống truyền thông số

Tại sao phải truyền thông số

Hệ thống truyền thông số cơ bản

3 Một số khái niệm

• Thời cổ: Khói thuốc, bồ câu đưa thư, …

• Sóng vô tuyến được phát minh 1880 bởi Marconi

• Nhiều hệ thống vô tuyến không dây được phát triển công phu trong và sau chiến tranh thứ 2

• Điện thoại tế bào được phát triển từ 1988, đến nay

khoảng 3 tỉ thuê bao

Thúc đẩy phát triển thiết bị không dâyTiếng nói, dữ liệu, truyền thông đa phương tiện cómặt ở khắp nơi

• Sự thành công và phát triển mạnh của Wifi

Các mạng rộng khắp (vd: Wimax) và các mạng ởkhoảng cách ngắn như Bluetooth, UWB ít thành công hơn

Lịch sử Wireless

Truy cập Internet không dây Thế hệ điện thoại tế bào thứ n Các mạng không dây Ad Hoc Thiết bị giải trí không dây

Ngôi nhà thông minh

…

Khó khăn hạn chế về thời gian trễ

Khó khăn hạn chế năng lượng

Thông tin có mặt ở khắp nơi giữa người và thiết bị

Các mạng không dây của tương lai

• Hạn chế của dung lượng kênh truyền

• Mô hình lưu thông, định vị user, điều kiện mạng luôn thay đổi

• Các ứng dụng không đồng nhất

• Giới hạn về năng lượng và độ trễ của thiết kế khi đi qua các lớp của hệ thống

Các thử thách khi thiết kế

• Các hệ thống Wireless hiện tại

– 3G Cellular: ~200-300 Kbps

– WLANs: ~450 Mbps (và đang phát triển)

• Đang thực hiện mạng thế hệ sau

– 4G Cellular: Khả năng OFDM/MIMO

– 4G WLANs, 3G vừa hoàn thành

• Các kỹ thuật quan tâm

– Hardware: Better batteries Better circuits/processors

– Link: Antennas, modulation, coding, adaptivity, DSP, BW

– Network: Không nhiều: more efficient algorithms

Sự phát triển của các hệ thống hiện tại

Rate vs Cost Rate vs Energy

Thế hệ tương lai

Voice Data Video Delay

Các yêu cầu cho truyền thông đa

phương tiện

Tất cả các yêu cầu trên phải thỏa

Hệ thống truyền thông không dây tế bào

Base Station (BS)

User Equipment (UE)

UE

Wireless Local Area Networks (WLANs)

• WLANs kết nối “local” các máy tính (khoảng 100m)

• Chia data thành các gói

• Truy cập kênh được chia sẽ (random access)

• Dựa trên cung cấp các dịch vụ Internet

-> Chất lượng dịch vụ kém ở một số ứng dụng (vd: video)

01011011

Internet Access Point

0101 1011

Các chuẩn của Wireless LAN

Wimax (802.16)

• Mạng không dây diện rộng

– Kiến trúc hệ thống giống như mạng tế bào

– Hy vọng tương thích với mạng tế bào

– Kỹ thuật chính để truyền là OFDM/MIMO

• Thay thế nối Cable bằng kỹ thuật RF

• Khoảng cách ngắn (10m, mở rộng 100m)

• Băng tầng 2.4 GHz

• 1 kênh Data (700 Kbps) và 3 kênh voice

• Tương tích nhiều thiết bị như thiết bị viễn thông, PC vàcác thiết bị điện tử khác

• Các ứng dụng nhằm thay thế cable

Thử thách cùng tồn tại

Nhiều thiết bị cùng tồn tại một băng tần vô tuyến

• Các giải pháp kỹ thuật:

– Loại can nhiễu ( Interference )

– Nhận biết/thông minh sóng vô tuyến

Thiết bị mạng thế hệ sau

Mọi thứ không dây trên cùng 1 thiết bị

Thử thách khi tích hợp nhiều thiết bị

BT

Media Processor

GPS

WLAN

Wimax

DVB-H FM/XM

Tín hiệu analog và Digital

2 Tín hiệu Digital: hàm rời rạc

->> biểu diễn bằng các xung (ON hoặc OFF) –> 2 trạng thái

Một tín hiệu có thể được định nghĩa như là 1 hàm theo thời gian

1 Tín hiệu analog: hàm liên tục (continuous)

->> biểu diễn hình dạng khác nhau…

Tại sao phải truyền thông số?

Propagation distance

Original

pulse

Regenerated pulse

Các lợi ích của truyền thông số:

- Khôi phục ở đầu thu

• Độ ổn định & Giá rẻ ->> VLSI

Tại sao phải truyền thông số?

Cấu trúc chung của DCS

Formatter Source

encoder

Channel encoder Modulator

Formatter Source

decoder

Channel decoder Demodulator

Received signal

Receiver

Received info.

RF (Transmitter)

Power Amplifier

Up-Converter

Local Oscillator

Band Pass Filter

Mixer

Band

Pass

Filter

Phân loại tín hiệu

• Tín hiệu xác định và ngẫu nhiên

– Tín hiệu xác định: biết được tín hiệu tại bất cứ thời điểm nào

– Tín hiệu ngẫu nhiên: không biết được giá trị tín hiệu trứơc khi xảy ra

• Nhiễu nhiệt trong mạch điện tử do chuyển động ngẫu nhiên của điện tử

• Phản xạ của sóng vô tuyến từ các lớp tầng khác nhau trong khí quyển

• Các tín hiệu tuần hoàn và không tuần hoàn

• Tín hiệu tương tự và rời rạc

Tín hiệu năng lượng và tín hiệu công suất

– Một tín hiệu là một tín hiệu năng lượng nếu và chỉ

nếu chúng khác 0 nhưng có năng lượng hữu hạn ởmọi thời gian

Phân loại tín hiệu (tt)

– Một tín hiệu là tín hiệu công suất nếu và chỉ nếu

chúng hữu hạn và có công suất khác 0 ở mọi thời điểm:

Tự tương quan

• Tự tương quan của một tín hiệu năng lượng

• Tự tương quan của một tín hiệu công suất

– Đối với 1 tín hiệu tuần hoàn

• Tự tương quan của 1 tín hiệu ngẫu nhiên

Mật độ phổ

• Tín hiệu năng lượng:

– Energy spectral density (ESD):

• Tín hiệu công suất:

– Power spectral density (PSD):

• Quá trình ngẫu nhiên:

– Power spectral density (PSD):

Nhiễu trong hệ thống truyền thông

• Nhiễu nhiệt n(t) được diễn tả bởi một quá trình ngẫu

nhiên Gaussian có trị trung bình bằng 0

• PSD của nhiễu nhiệt thì phẳng vì vậy gọi là nhiễu trắng

[w/Hz]

Probability density function

Power spectral density

Autocorrelation function

Quan hệ giữa SNR với Eb/No và Es/No

• SNR (Signal to Noise Ratio): Tỉ số giữa năng lượng tín

hiệu trên năng lượng nhiễu

• Eb/No: Tỉ số giữa năng lượng 1 bit tín hiệu trên biên độ

phổ năng lượng nhiễu

• Es/No: Tỉ số giữa năng lượng 1 symbol tín hiệu trên

biên độ phổ năng lượng nhiễu

• Khi truyền tín hiệu giải gốc không điều biến, không mã hóa kênh, symbol tín hiệu là 1 bit, năng lượng của tín

hiệu là năng lượng của 1 bit

SNR = Eb/No = Es/No

Quan hệ giữa SNR với Eb/No và Es/No

• Khi có mã hóa kênh tốc độ code r (r<1)

Es/No = r.Eb/No, hay (Es/No) [dB]

= (Eb/No) [dB] + 10log10(r) Î Es/No < Eb/No

• Khi có điều biến, ghép k bit thành 1 symbol complex

Es/No = k.Eb/No, hay (Es/No) [dB]

= (Eb/No) [dB] + 10log10(k) Î Es/No > Eb/No

• Khi có mã hóa kênh và điều biến

Es/No = k.r.Eb/No, hay (Es/No) [dB]

= (Eb/No) [dB] + 10log10(k.r)

Quan hệ giữa SNR và Es/No

Es/No [dB] = 10log10(K.T_symbol/T_sampling)

+ SNR [dB]

Truyền tín hiệu trên hệ thống tuyến tín

Tín hiệu xác định:

– Tín hiệu ngẫu nhiên:

• Sự méo dạng tín hiệu trên đường truyền:

Tất cả các thành phần tần số của tín hiệu không xuất hiện ở máy thu giống như ban đầu Các tín hiệu này sẽ

bị trễ và biệ độ sẽ được tăng lên hoặc bị suy giảm

Linear system

Câu 1: Nêu các mạng truyền thông không dây hiện tại

Câu 2: Xu hướng mạng tương lai và các thách thức trong

phát triển mạng không dây

Câu 3: Các lợi ích trong truyền thông số

Câu 4: Giải thích các khối trong hệ thống DCS

Câu 5: Ý nghĩa của phép tự tương quan

Câu 6: Biết hệ thống không mã hóa kênh và có 8

bit/symbol bị nhiễu trắng có SNR = 10dB

Tìm σ ?