Kỹ thuật đa truy nhập theo tần số

a, các đầu cuối đặt ở mặt đất và bộ phát đáp b , các trạm di động và các trạm gốc thông thường một hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến có nhiều trạm đầu cuối và một số trạm có nhiệm

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp thái nguyên

khoa điện tử - điện tử viễn thong

Nhóm 2 : Danh sách nhóm

1 MAI BIÊN CƯƠNG

2 LƯƠNG VĂN HẢI

3 THÂN THỊ HẰNG

4 HOÀNG THỊ HẬU

5 NGUYỄN SĨ HIỆP

6 LÂM VĂN HOÀN

7 NGUYỄN THỊ HUYỀN

A MỤC TIÊU

I ,TỔNG QUAN VỀ FDMA

1, mở đầu

2 Nguyên lý FDMA

a, đặc điểm

b,ghép song công theo tần số (FDMA/FĐ)

C Ghép song công theo thời gian ( FDMA/TDD)

3 nhiễu giao thoa kênh lân cận

II ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA FDMA

1 ưu điểm

2 nhược điểm

III ỨNG DỤNG

1 trong thông tin di động

2 trong ADSL , âm thanh ,radio

B THÀNH QUẢ TÌM HIỂU

Phần I TỔNG QUÁT

1 MỞ ĐẦU

Các phương pháp đa truy nhập vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin di động theo đề tài tìm hiểu về phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin vô tuyến cụ thể là FDMA

a, các đầu cuối đặt ở mặt đất và bộ phát đáp

b , các trạm di động và các trạm gốc

thông thường một hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến có nhiều trạm đầu cuối và một số trạm có nhiệm vụ kết nối đầu cuối này với mạng chuyển tiếp các tín hiệu từ trạm đầu cuối đến một trạm khác các trạm đầu cuối ở trong hệ thống thông tin di động Còn các trạm đầu cuối trong các hệ thống thông tin vệ tinh là các trạm thông tin mặt đất

Do vai trò như trạm dộc trong thông tin di động mặt đất và bộ phát đáp vệ tinh cũng như các máy di động và các trạm mặt đất giống nhau ở hệ thống đa truy nhập vô tuyến bao giờ cũng có

2 đường truyền …> một đường từ trạm đầu cuối đến các trạm gốc hoặc trạm phát đáp còn đường kia theo đường ngược lại

2 Nguyên lý F

nguyên lý đa truy nhập FDMA

Trong hệ thống 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 được ấn định cho một kênh riêng có độ rộng băng tần là B/n MHz

Trong bộ truy nhập này các máy vô tuyến đầu cuối liên tục phát ra một số song mang đồng thời trên các tần số khác nhau cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị song mang chiếm

để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động máy thu đường xuống hoặc lên chọn song mang cần thiết theo tần số phù hợp

Như vậy FDMA là phương pháp mỗi kênh được cấp phát một tần số cố định Để đảm bảo cho

hệ thống FDMA hoạt động tốt thì tần số phát được phân chia theo và thống nhất toàn cầu

a. Đặc điểm hệ thống FDMA

 Một kênh FDAM chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm

 Nếu kênh đã cấp cho một người dùng là nhàn rỗi, nó không được người dùng khác sử dụng hay chia sẻ kênh nhàn rỗi này

 Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ấn định kênh thoại

 Độ rộng dải tần của kênh truyền FDMA là tương đối hẹp (30 kHz trong AMPS), mỗi kênh truyền chỉ hỗ trợ một mạch trong mỗi sóng mang

 Mức độ phức tạp của hệ thống thấp hơn các hệ thống khác

 Do phân cách thêu bao tần số khác nhau nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ

 Ảnh hưởng nhiễu của hệ thống cao

 Hướng thu và hướng phát hoạt động cùng lúc

Để đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải được phát ở hai tần

số khác nhau hay ở một tần số nhưng khoảng thời gian phát khác nhau.Phương pháp thứ nhất gọi là phương pháp ghép song công theo tần số (FDMA/FDD,FDD:Frequency Division Duplex) còn phương pháp thứ 2 là ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD: Time Division Duplex)

b.Nguyên lý ghép song công theo tần số (FDMA/FDD)

Phương pháp thứ nhất được mô tả ở hình 1.4.Trong phương pháp này băng tần dành cho hệ thống được chia làm hai nửa: Một nửa thấp (Lower Half Band) và một nửa cao (Upper Half Band).Trong mỗi nửa băng tần người ta bố trí tần số cho các kênh 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,một

tần số được sử dụng cho máy thu của cùng một kênh Khoảng cách giữa hai tần số này được gọi

là khoảng cách thu phát hay song công

Khoảng cách gần nhất giữa hai tần số trong cùng một nửa băng gọi là khoảng cách giữa hai kênh lân cận (Δx).Khoảng cách này phải được chọn đủ lớn để đối với một tỉ số tín hiệu trên tạp

âm cho trước (SNR: Signal to Noise Ratio) 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.Trong TTDĐ tần số đường xuống bao giờ cũng cao hơn tần

số đường lên => suy hao ở đường lên thấp hơn đường xuống.Trong hệ thống thông tin vệ tinh (VD: di động): trạm mặt đất nhỏ => tần số đường lên thấp hơn đường xuống

Trong thông tin vệ tinh sử dụng các trạm mặt đất lớn người ta thường sử đụng tần số đường lên cao hơn đường xuống.Khoảng cách giữ hai tần số đường xuống và đường lên là (Δy) Thông thường ở đường phát đi từ trạm gốc hay bộ phát đáp xuống trạm đầu cuối (đầu thu ở trạm đầu cuối) thì được gọi là đường xuống,còn đường đi từ trạm đầu cuối đến trạm đầu cuối hay trạm phát đáp thì được gọi là đường lên

Chú thích

Δx :Khoảng cách tần số giữa hai kênh lân cận

Δy:Khoảng cách tần số thu phát

f0:Tần số trung tâm

fi:Tần số đường lên

f’i: Tần số đường xuống

a. Nguyên lý ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD)

Trong phương pháp thứ hai (FDMA/TDD) cả máy phát và máy thu sử dụng 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 này mô tả ở hình 1.5 Kênh vô tuyến giữa trạm gốc và máy vô tuyến sử dụng chung 1 tần số fi cho cả thu và phát.Tuy nhiên thu phát luân phiên nhau 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 Cứ thế cho đến

khi nào hết dữ liệu.

3.Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Từ hình dưới ta thấy độ rông của kênh bị chiếm dụng ở các tần số khác nhau.Các sóng này

được phát đi từ một trạm gốc đến tất cả các máy vô tuyến đầu cuối nằm trong vùng phủ sóng của ănten này

Nhiệm vụ của máy thu là lọc ra các sóng mang tương ứng với chúng,việc lọc này sẽ dễ dàng hơn khi mà phổ của sóng mang này được ngăn cách bở một băng tần bảo vệ rộng

Tuy nhiên việc sử dụng băng tần rộng dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả độ rộng băng tần của kênh.Vì thế càn phải thực hiện việc dung hòa và tiết kiệm phổ tần

Nhưng cho dù có chọn một giải pháp dung hòa nào đi nữa thì một phần sóng mang của kênh lân cận với một sóng mang cho trước sẽ bị thu bởi máy thu được điều hưởng đến tần số của sóng mang nói trên.Điều này dẫn đến sự giao thoa được gọi là nhiễu kênh lân cận (ACI: Adjacent Channel Interference)

PHẦN 2: ƯU ĐIỂM ,NHƯỢC ĐIỂM FDMA

1) Ưu điểm

• Băng thông của kênh tương đối hẹp nên hạn chế được Fading chọn lọc tần số

• Thuật toán đơn giản, theo quan điểm của phần cứng

• Khá hiệu quả khi số lượng các trạm nhỏ và lưu lượng truy cập được thống nhất không đổi

• Việc tăng dung lượng có thể đạt được bằng cách:Giảm tốc độ bit thông tin và sử dụng hiệu quả mã hóa dữ liệu số

• Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ

• Không hạn chế về loại hình băng gốc hay điều chế RF

2) Nhược điểm

• 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 cần N bộ thu phát cho mỗi trạm

=> Lãng phí ,tốn kém chi phí cho các bộ cấp phát

(Erlang (Erl): là đơn vị đo của lưu lượng (Traffic), được tính như sau: A = (n x t)/ T Trong đó: A là lưu lượng đo bằng Erl, n là số cuộc gọi, t là độ dài trung bình của mỗi cuộc gọi,

T là thời gian đo (thường T=1h = 3600s).Từ Erl ta có thể biết được số phút gọi: số phút gọi = lưu lượng (Erl )*60 (phút)

• Sự hiện diện của các băng tần bảo vệ đòi hỏi phải lọc RF để giảm thiểu nhiễu kênh kề cận

• Tốc độ Bit tối đa cho mỗi kênh là cố định

 Thiếu linh hoạt trong việc thay đổi tốc độ bit (tức dung lượng)

• Không khác biệt đáng kể so với hệ thống tương tự

Khi không sử dụng, kênh nhàn rỗi nên lãng phí tài nguyên

• Sử dụng bộ truyền song công cho cả hai hướng thu và phát tín hiệu hoạt động cùng một lúc dẫn đến làm tăng chi phí cho thiết bị

• Dung lượng của hệ thống nhỏ

PHẦN 3: ỨNG DỤNG FDMA

1) Trong thông tin di động

Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz chia làm hai giải tần số: Đường lên (từ thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số trong dải 890–915 MHz và đường xuống downlink sử dụng tần số trong dải 935–960 MHz Và chia các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 kHz Khoảng

cách song công (đường lên & xuống cho 1 thuê bao) là 45 MHz.

2) Trong ADSL,Âm thanh,Radio

ADSL sử dụng FDMA: băng tần của nó cũng chia ra hai dải là up và down Các dải up và down

cũng được chia thành các băng tần con Ví dụ: trong ATU-C, bảy “kênh mang” được định nghĩa tại giao diện V giữa ATU-C và một mạng chuyển tải Chúng được gán nhãn từ AS0 đến AS3 và LS0

đến LS2 Các kênh ASx là những kênh đơn công theo một hướng duy nhất trong khi những kênh LSx lại là những kênh song công

FDMA tách các hình ảnh/phổ(spectrum ) thành những kênh âm thanh riêng biệt bằng cách chia

nó thành các dải băng tần chuẩn(uniform chunks of bandwidth)

Radio: mỗi trạm gửi tín hiệu của nó ở những tần số khác nhau trong các band sử dụng.Các thiết bị đầu thu thu nhận tín hiệu qua các tần số khác nhau như FM 96Mhz…

Ngoài ra công nghệ truyền dẫn FDMA còn có nhiều ứng dụng khác trong cuộc sống như bộ đàm sử dụng các kênh đàm thoại riêng…