đề cương hệ thống thông tin công nghiệp

Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến - nguồn tin trước tiên được mã hóa nguồn để giảm các thông tin dư thừa -sau đó mã hóa kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra -tín hiệu sau khi mã

Mô hình hệ thống thông tin vô tuyến

- nguồn tin trước tiên được mã hóa nguồn để giảm các thông tin

dư thừa

-sau đó mã hóa kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra

-tín hiệu sau khi mã hóa kênh được điều chế để có thể truyền được đi xa.Mức điều chế phải phù hợp với điều kiện kênh truyền -kq:tín hiệu được giải mã và thu lại ở máy thu

-chất lượng tín hiệu phụ thuộc vào chất lượng kênh truyền và các pp điều chế, mã hóa khác nhau

-kn về sóng mag:

sóng mag lá sóng được nhân với tín hiệu trước khi phát đi.Sóng mang bản thân không mang tín hiệu có ích

Tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn và băng tần cho phép mà người ta chọn tần số sóng mang phù hợp

Thường thì tần số sóng mang là sóng trung tâm của dải băng tần cho phép của hệ thống thông tin vô tuyến

Các hệ thống di động tế bào 1G và 2G:

Phân loại:

1 Mạng VT cá nhân( WPAN): phạm vi hẹp, công suất thấp, phổ biến cho bluetooth (1Mb/s), siêu băng rộng(UWB) tốc

Nguồn tin

thu Giải mã hóa

nguồn

Giải mã hóa kênh

Giải điều chế

Kênh tt vô tuyến

Điều chế

Mã hóa kênh

Mã hóa nguồn

2

độ 100 Mb/s, trong chuẩn IEEE 802.15.4, mạng cảm biến vô tuyến

2 Mạng vt diện rộng(WWAN):

Hệ thống 1G: điển hình là AMPS giới thiệu đầu tiện ở Mỹ

1979, những năm 80 xuất hiện ở tây âu như TACN, NMT, TACS, C450

ứng dụng trong thông tin thoại, sử dụng điều chế tần số FM tương tự cho truyền dẫn vô tuyến

1982 thành lập ủy ban: ‘’nhóm di động đặc biệt GSM’’

1990 hệ thống GSM được giới thiệu ở Tây Âu

Hệ thống 2G: GSM 9.6kbps

GPRS 114 kbps

PDC

PHS 64kbps-128kbps

Hệ thống 3G: WCDMA, CDMA2000: tốc độ từ 384kbps-2Mbps

ứng dụng: phạm vi rộng, khoảng cách lớn, công suất lớn

3 Mạng vt cục bộ WLAN: ứng dụng: home RF: diểu khiển thiết bị trong nhà, IEEE 802.11 a,b,g: tốc độ lên tới 108

Mbps

Đặc điểm của hệ thống 2G(điển hình GSM)

-độ rộng băng tần(của sóng mang) 2MHz

-pp song công: FDD(phân chia theo tần số)

-ghép kênh(đa truy nhập)phân chia theo thời gian TDMA

-điều chế :Khoá dịch pha tối thiểu gauss(GMSK)

-tốc độ dữ liệu cực đại :9,6 đến 14,4 Kbit/s

-tốc độ dữ liệu đầu cuối được sd:khoảng 12Kbit/s

Đặc điểm của hệ thống 3G

-độ rộng băng tần sóng mang 5MHz

-pp song công sử dụng là FDD

-đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

-điều chế QPSK

-tốc độ dữ liệu cực đại 2Mbit/s (cố định), 384kbit/s (di động) -tốc độ dữ liệu người sd đầu cuối:50Kbit/s cho tuyến lên(tứ thuê bao lên BTS)từ 150 đến 200 Kbit/s cho tuyến xuống

Hệ thống 4G

-4G là mạng vô tuyến có khả năng chuyển vùng toàn cầu, tính toán và hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện,sử dụng kiến trúc

phân bố dựa trên trao thức IP

-quan tâm tới một số kĩ thuật 16-QAM; 64-QAM,QPSK

-phương đa truy nhập

+phân chia theo tần số trực giao:CDMA;SCDMA +ghép kênh phân chia theo thời gian

4

Phân loại kỹ thuật đa truy nhập:

Đa truy nhập FDMA TDMA

FDMA

Ưu điểm:-dung lượng có thể tăng bằng cách giảm tốc độ bit thông tin và sử dụng sơ đồ,phương thức mã hóa thoại cấp độ thấp

-triển khai đơn giản,(thiết kế các mạch điều chế FM) -phần cứng đơn giản

-dải tần số khác nhau(người sd khác nhau) được cách

nhau bằng các bộ lọc thông dải

Nhược điểm

-sử dụng trong hệ thống đi động 1G

-cải tiến dung lương hay tăng dung lượng phụ thuộc vào việc giảm tỉ lệ tín hiệu/nhiễu hay hệ thống hoạt động tốt thì S/I lớn nên dung lượng bị hạn chế

-tốc đọ bit cực đại trên mỗi kênh thường là cố định và nhỏ suy ra

ko thể triển khai các dịch vụ đa dạng

-hiệu suất phổ thấp

-xuyên âm tăng do nhiễu từ các kênh lân cận(do các hiệu ứng phi tuyến gây ra)

TDMA: Ưu điểm:

-cho phép tốc độ bit linh hoạt,dùng được cho nhiều dịch vụ

khác nhau

-giám sát khung để giám sát cường độ lỗi bit, cường độ tín hiệu, khả năng chuyển giao giữa các tế bào

-sử dụng phổ hiệu quả hơn FDMA

-các tín hiệu có khoảng bảo vệ giữa các khe thời gian để ‘hạn chế ảnh hưởng của việc không ổn định của đồng hồ, trễ truyền dẫn, trải trễ, đáp ứng xung

Nhược điểm:

-uplink cần công suất đỉnh cao

-yêu cầu tổng thời gian xử lý tín hiệu phù hợp với quá trình lọc

và tách song tương quan để đồng bộ với 1 khe thời gian

-yêu cầu phải đồng bộ Nếu mất đồng bộ khe thời gian thì kênh này có thể trùng đến kênh khác

-thời gian truyền song thay đổi do khoảng cách giữa BT và MS

6

Hiệu suất phổ:

-hiệu suất phổ của hệ thống di động thể hiện việc sủ dụng phổ hiệu quả nhất hiệu suất phổ phụ thuộc vào việc lựa chọn

phương thức điều chế và đa truy nhập, một số kĩ thuật có thể sử dụng để nâng cao hệ số phổ:

+giảm độ rộng băng tần của kênh

+nén thông tin (mã hóa tốc độ thấp)

+sử dụng bộ mã hóa tốc độ bit thay đổi

+sử dụng các thuật toán gán kênh phi tuyến

Hiệu suất phổ điều chế

-chất lượng gọi phụ thuộc vào N và là 1 hàm của tỉ số S/I của phương trình điều chế

-mối quan hệ giữa Bw và tổng lưu lượng mang hệ thống là phi tuyến

-lưu lượng tế bào sử dụng có thể tính được lưu lượng của hệ thống

-nm phụ thuộc vào xác suất khối

Đặc điểm hệ thống băng rộng: là hệ thống sử dụng tín hiệu băng tần rất rộng gấp hàng trăm lần tố độ bit hệ thống Nhờ sử dụng trải phổ tín hiệu bằng các tín hiệu giả tạp(PN) Đặc điểm: -khả năng chống nhiễu tập trung, nhiễu cố ý rất cao

-khả năng bảo mật thông tin cao

Phân loại hệ thống trải phổ (DSSS vàFHSS)

-Trải phổ dãy trực tiếp(DSSS): lỗi bit giả ngẫu nhiên được nhân trực tiếp với chuẩn số liệu

-trong hệ thống trải phổ nhảy tần(FHSS) tín hiệu trải phổ được

sử dụng điều khiển tấn số sóng mang

ứng dụng của hệ thống trải phổ:

-trải phổ dãy trực tiếp cho phép ứng dụng trong hệ thống đa truy nhập CDMA, mỗi một thuê bao truy nhập mạng bằng một mã trải phổ riêng Các mã trải phổ của các thuê bao khác nhau thì trực giao vơi nhau

Mã hóa tiếng nói trong thông tin vô tuyến

-Chất lượng hệ thống ttdđ phần lớn được đánh giá qua:

+chất lượng dịch vụ trong đó có chất lượng tiếng nói được khôi phục

+dung lượng hệ thống thể hiện qua số người có thể sử dụng

đồng thời dịch vụ

-Độ rộng băng tần là 1 tài nguyên hữu hạn cho nên các nhà cung cấp dịch vụ luôn phải đối mặt với yêu cầu cung cấp dịch vụ cho nhiều người sử dụng trong 1 băng tần hữu hạn với chất lượng tiếng nói tốt nhất có thể được Với chất lượng tiếng nói xác định tốc đọ bit của tiếng nói đã mà hóa càng thấp thì càng có nhiều người có thế sử dụng dịch vụ trong 1 độ rộng băng tần đã cho -yêu cầu đối với mã hóa thoại:

+tốc độ thấp

+mức độ phức tạp của thiết bị thấp

+khối lượng xử lý thấp

+tiêu thụ nguồn thấp

8

Các tính chất của tiếng nói

-tiếng nói có một số tính chất có thể khai thác được trong thiết

kế các bộ mã hóa hiệu quả cao

-tính chất của tiếng nói:

+phổ hạn chế: tiếng nói có phổ hạn chế mà không mang lại sai

số thụ cảm đáng kể dẫn đến có thể áp dụng định lý lấy mẫu với cấp độ lấy mẫu hữu hạn và tiếng nói có thể khôi phục được từ chuỗi tín hiệu mẫu Đây là cơ sở của thuật toán lấy mẫu và rời rạc hóa

+có hàm mật độ xác suất biên độ không đồng đều Tín hiệu có biên độ rất lớn thì có xác suất xảy ra ít Tín hiệu có biên độ xác suất ~ 0 có xác suất xảy ra lớn ứng dụng trong lượng tử không đều:

Hàm tự tương quan: tương quan rất lớn giữa các mẫu liên tiếp của tiếng nói dẫn đến trong mẫu tiếng nói phần lớn có thể dễ dàng dự đoán được từ giá trị của các mẫu trước đó Đây chính là

cơ sở của thuật toán dự đoán

Hàm mật độ phổ công suất: có tính chất là một hàm không đều nên có thế nén tín hiệu đáng kể nhờ mã hóa tiếng nói trong miền tấn số

Phân loại mã hóa tiếng nói (2 loại chính):

Mã hóa tiếng nói

Thời gian Tần số

LPC HYBRio VOCD0r

Không vi

sai Vi sai

SBC ATC PCm ADpcM DELTa

LPC: mã hóa dự doán tuyến tính

SBC: mã hóa bằng

ATC: mã hóa biến đổi thích nghi

PCM: mã hóa vi sai thích nghi

Các đặc điểm cơ bản của các mã hóa

-MHdang sóng: về nguyên tắc được thiết kế để có được tính chất độc lập đối với nguồn tín hiệu do đó có thể mã hóa như nhau đối với một loạt loại tín hiệu

+ưu điểm: đơn giản , thích nghi với nhiều tính chất khác nhau của tín hiệu và khỏe với trên nền có tạp âm và nhiễu

+nhược điểm: khả năng tiết kiệm tốc độ biết khiêm tốn

-MH nguồn: rất tiết kiệm bit nhưng có độ phức tạp cao

rộng

Tổng hợp của WLAN và mạng ko diện rộng

mobile

Cơ sở thiết kế

chuyển đổi

với các thiết kế chuyển đổi

(MC)-10

1/2, 1/3

C/t mã hóa nối tiếp

ưu hóa, bộ chuyển đổi nhiều băng

Anten thông minh, phần mềm sd

mutiband và wideband radios Giao thức internet

(IP)

Mô hình WWAN

Chuẩn mạng vt diện rộng:

Abis:giao diện giữa BTS VÀ BSC MSC trung tâm chuyển mạch di động

AuC: trung tâm thẩm định OMC trung tâm hoạt động và bảo trì

BSC điều khiển trạm cơ sở RSS hệ thống trạm vô tuyến con

BTS : trạm thu phát cơ sở UE thiết bị người dùng EIR: thanh ghi nhận dạng thiết bị VLR: Visitor Location Register

HLR: Home Location Register

Câu 1: trình bày phương pháp phân chia kênh truyền

Giả sử có tất cả T kênh truyền mà 1 công ty dịch vụ được

quyền sử Khi thiết kế hệ thống không thể phân T kênh này cho

1 tế bào vì khi lặp lại điều này ở tế bào bên cạnh các kênh có cùng dải tần ở 2 tế bào cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau

Do vậy T kênh truyền này phải phân chia cho 1 nhóm N tế bào mỗi tế bào T/N=k kênh truyền, rồi thiết kế lặp lại cả nhóm tế bào này trên địa bàn dịch vụ Điều này sẽ làm cho 2 tế bào có cùng kênh ở xa nhau hơn và 2 tế bào cạnh nhau chỉ sử dụng các kênh truyền khác nhau

12

Nếu vùng dịch vụ được chia thanh P tế bào, thì dung lược của

cả hệ thống được tính là C=P.k=P.T/N

Để đạt được chỉ số dung lượng C thật cao, N phải phải giảm thiểu đến 1 Nhưng 2 tế bào bên cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau Ngược lại để đảm bảo tính chống nhiễu tốt thì N lớn sẽ làm cho dụng lượng hệ thống giảm Dẫn đến ta phải lựa chọn N sao cho phù hợp

Câu 2: trình bày cấu trúc chung của hệ thống di động

Gồm 3 hệ thống sau:

Hệ thống các trạm gốc(BSS)

Hệ thống chuyển mạch và mạng (NSS)

Hệ thống hỗ trợ vận hành(OSS)

- BSS được hiểu như hệ thống vô tuyến cung cấp và quản lý các đường truyền vô tuyến giữa máy di động (MS)

và tổng đài (MSC) Mỗi BSS bao gồm nhiều bộ điều khiển trạm gốc BSC Mỗi BSC có thể điều khiển vài trăm trạm thu phát gốc BTS( là trạm phủ sóng trên tế bào) Kết nối BTS và BSC qua giao diện Abit Kết nối giữa BSC và

MSC là kết nối interface, kết nối này dùng giao thức SS7

- NSS xử lý việc chuyển cuộc gọi giữa mạng bên ngoài

và mạng vô tuyến cũng như cung cấp việc truy cập đến CSDL bên ngoài MSC là trung tâm của NSS ngoài ra còn

có các CSDL khác nhau:

Bộ ghi vị trí gốc(HLR) chứa đựng thông tin ban đầu của khách hàng, nơi số số IMSI

Bộ ghi vị trí tạm trú (VLR) chứa đựng thông tin tạm thời của khách hàng khi họ chuyển vùng sang nơi quản lý MSC khác

- OSS bao gồm hay một số OMC dùng để theo dõi và bảo trì hoạt động của MS, BS, BSC, MSC trong hệ thống OSS có 3 chức năng chính:

Duy trì hoạt động của các phần cứng

Quản lý việc trả tiền và lập hóa đơn thanh toán

Quản lý tất cả thiết bị di động trong hệ thống

Câu 3: trình bày các thông số đánh giá chất lượng phương thức điều chế

- Xác suất tỉ lệ lỗi bit Pb giảm

- Hiệu suất phổ, độ rộng băng tần ŋ tăng

- Tỉ lệ mật độ công suất tín hiệu trên nhiễu giảm

- Độ phức tạp của máy thu và máy phát

Việc lựa chọn phương thức điều chế dựa trên hiệu suất phổ, công suất, khả năng hạn chế Fading

Câu 4: trình bày phương pháp xác định kích thước nhóm

Khi lựa chọn hình lục giác gọi là khoảng cách của tế bào truyền giống nhau nằm gần nhau nhất là D khi đó

Trong đó m,n là bước sóng dịch ngang và dịch nghiêng 60 để

tế bào này có thể trùng lên tế bào khác

R là bán kính tế bào

14

Do tính lặp lại của lục giác mà kích thước nhóm được xác định

=

√3 2 3√3

2

Kích thước nhóm là 1 số nguyên N phải thỏa mãn công thức trên