Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM

Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSMNguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM Nguyên lý hoạt động và bảo mật mạng di động GSM

đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án này Cùng sự giúp

đỡ nhiệt tình, vô tư của các bạn trong tập thể lớp DTV52- DH1.Tuy vậy, do thời gian có hạn, cũng như kiến thức còn hạn chếcủa một sinh viên nên trong đồ án tốt nghiệp này sẽ khôngtránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất định Vì vậy, em rấtmong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy côcùng toàn thể các bạn để em có điều kiện bổ sung, nâng caokiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong đồ án tốt nghiệp này là do tôi thực hiệndưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy PGS.TS Lê Quốc Vượng.Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng têntác giả, thời gian, địa điểm công bố Mọi sao chép không hợp lệ,

vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàntrách nhiệm

Sinh viên,

Nguyễn Thị Nhung

MỤC LỤC

Trang

PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

PAM Pulse Amplitude Modulation – Điều biên xung

PPM Pulse Phase Modulation – Điều pha xung

PFM Pulse Frequency Modulation – Điều tần xung

PCM Pulse Code Modulation – Điều xung mã

DC/AC Dòng một chiều/ xoay chiều

ESS Electronic Switching System – Chuyển mạch điện tử

CO Central Office – Trạm trung tâm

RT Remote Terminal – Thiết bị đầu cuối từ xa

ISDN Intergrated Service Digital Network – mạng số dịch vụ tổ hợp

ASL Analog Subcriber Line – Đường dây thuê bao tương tự

DSL Digital Subcriber Line – Đường dây thuê bao số

TDM Time Devide Modulation – Ghép kênh phân chia theo thời gian

FCC Federal Communication Committee

OIRT Organization International Radio Television

NTSC National Television System Committee

SECAM Sequentiel Couleur A Memoire

PAL Phase Alternative Line

3.1 Biểu diễn độ méo(delta) của tín hiệu khi tần số

2.4 Một số hình ảnh về tín hiệu trước sau điều

2.5 Dạng phổ tín hiệu sau điều chế FM dải hẹp 27

2.10 Sơ đồ khối điều chế AM mức thấp 31

3.1 Phổ tín hiệu bản tin và tín hiệu điều chế

biến thiên của tần số f_cutoff

51

MỞ ĐẦU

Các hệ thống thông tin liên lạc hiện đang phát triển hết sứcnhanh chóng Ngay cả ở Việt Nam, trong hơn chục năm qua đãcho thấy sự biến đổi của các hệ thống thông tin liên lạc mộtcách ngoạn mục với việc đưa vào khai thác trên diện rộng cơ sở

hạ tầng viễn thông, phục vụ và cung cấp nhiều dịch vụ mới Do

đó các hệ thống truyền tin hiện đang là mối quan tâm của nhiềungười đặc biệt là những sinh viên kĩ thuật điện tử viễn thông để

có một nền tảng vững chắc khi ra trường có công việc ổn định.Trong các hệ thồng truyền tin có truyền tin liên tục và truyền tinrời rạc Đồ án này xin trình bày một khía cạnh nhỏ trong hệthống truyền tin liên tục:

“ Xây dựng chương trình khảo sát sự ảnh hưởng của tần

số cắt của bộ lọc thông thấp trong quá trình giải điều chế tín hiệu DSB-AM”

Với đề tài này, em sẽ phân tích ảnh hưởng của tần số f_cutofftrong bộ lọc thông thấp tới tín hiệu sau giải điều chế DSB-AMqua hình ảnh bằng chương trình mô phỏng Matlab và xây dựngchương trình con xác định độ méo tín hiệu

Nội dung đồ án gồm 3 phần:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin

Chương 2: Điều chế và giải điều chế

Chương 3: Chương trình mô phỏng

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN

- Tin tức: là phản ảnh của sự vật khách quan đối với sự nhận

biết của con người Tin tức có tính chất là sự mới mẻ và độ tincậy

- Thông tin: là sự phản ảnh mang tính hướng đích (sự quan

tâm của người nhận) của sự vật khách quan đối với sự nhận biếtcủa con người

Một tin nếu được ai đó quan tâm thì đó chính là thông tin đối vớingười đó

Tin tức và thông tin gắn liền với sự giao lưu và trao đổi Nếukhông có giao lưu trao đổi thì sẽ không thành tin tức hoặc thôngtin

- Một hệ thống truyền tin tức, thông tin từ nguồn phát đến bộthu được gọi là hệ thống truyền tin hoặc hệ thống viễn thông.Tin tức, thông tin truyền và xử lý trong các hệ thống viễn thôngđiện tử được biểu thị dưới dạng các tín hiệu và sóng trong cácđoạn tin được gửi đi

Trong bất kì một hệ thống thông tin nào, tại điểm thu, ngoài tínhiệu thông tin hữu ích nhận được còn có tạp nhiễu kèm theo.Tạp nhiễu do bản thân hệ thống tác động gây nên được gọi làtạp âm và do tác động bên ngoài hệ thống gây nên được gọi làcan nhiễu

- Tạp nhiễu giới hạn khả năng truyền tin của hệ thống Nếu

không có tạp nhiễu chúng ta có thể truyền các đoạn tin bằng

các hệ thống truyền tin điện tử đến các ranh giới ngoài vũ trụ

mà chỉ cần một năng lượng vô cùng nhỏ Tuy nhiên trong thực

tế phải tính đến các yếu tố suy hao năng lượng sóng của môitrường truyền và các yếu tố can nhiễu gây nên

Theo năng lượng mang tin:

+ Hệ thống điện tín dùng năng lượng điện một chiều

+ Hệ thống thông tin vô tuyến điện dùng năng lượng sóng điệntừ

+ Hệ thống thông tin quang năng (hệ thống báo hiệu, thông tinhông ngoại, laser, cáp quang…)

+ Hệ thống thông tin dùng sóng âm, siêu âm,…

Theo nhu cầu kĩ thuật: giúp cán bộ kĩ thuật nhận thức các vấn

đề một cách cụ thể và tìm hiểu khai thác các loại hệ thống mộtcách dễ dàng

Theo đặc điểm của thông tin:

+ Hệ thống truyền tin rời rạc

+ Hệ thống truyền tin liên tục

Chúng ta có thể định nghĩa: Truyền tin là dịch chuyển thông tin

từ điểm này đến điểm khác trong một môi trường xác định Haiđiểm này sẽ được gọi là điểm nguồn tin và điểm nhận tin Môitrường truyền tin được gọi là kênh tin

Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống truyền tin gồm 3 khâuchính: nguồn tin, kênh tin và nhận tin

Nhận tin Nguồn

Hình 1.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống thông tin

Trong sơ đồ này:

-Nguồn tin là nơi sản sinh ra hay chứa các tin cần truyền

Khi một đường truyền tin được thiết lập để truyền tin từ nguồntin đến nhận tin, một dãy các phần tử cơ sở của nguồn tin sẽđược truyền đi với một phân bố sác xuất nào đó Dãy này đượcgọi là một bản tin Vậy nguồn tin là tập hợp các tin mà hệ thốngtruyền tin dùng để lập các bản tin khác nhau để truyền tin

-Kênh tin là môi trường lan truyền thông tin Để có thể lan

truyền được thông tin trong một môi trường vật lý xác định,thông tin phải được chuyển thành tín hiệu thích hợp với môitrường truyền lan

-Thu tin là cơ cấu khôi phục thông tin ban đầu từ tín hiệu lấy ởđầu ra của kênh

+ Các mạch số tương đối rẻ.

+ Bí mật được bảo đảm bằng cách mã hóa số liệu

+ Khoảng động ( khoảng cách giữa giá trị lớn nhất và nhỏnhất) có thể lớn hơn

+ Số liệu từ âm thanh và hình ảnh, các nguồn số liệu có thểtrộn được với nhau và truyền đi qua cùng một hệ thốngtruyền dẫn số

+ Trong các hệ thống đường dài, tạp âm không tích lũy từ bộlặp này tới bộ lặp khác

+ Các lỗi trong số liệu lấy ra là nhỏ, ngay cả khi có một sốlượng lớn tạp nhiễu trên tín hiệu thu được

+ Các lỗi có thể được khắc phục bằng cách mã hóa

- Vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin gồm có:

(1) Hiệu suất truyền tin hay là tốc độ truyền tin của hệ

thống Đó là lượng thông tin hệ thống cho phép truyền đitrong một đơn vị thời gian

(2) Độ chính xác truyền tin là khả năng chống nhiễu của hệ

thống

Yêu cầu tối đa với bất kì hệ thống truyền tin nào là thực hiệnđược sự truyền tin nhanh chóng và chính xác Những kháiniệm về thông tin cho biết giới hạn tốc độ truyền tin trongmột kênh tin, nghĩa là khối lượng thông tin lớn nhất mà kênhcho truyền qua với một độ sai nhầm nhỏ tùy ý

1.2.2 Nguồn tin nguyên thủy

-Nguồn tin nguyên thủy là tập hợp những tin nguyênthủy( chưa qua một phép biến đổi nào) ví dụ như tiếng nói,

âm nhạc, hình ảnh, các biến đổi khí tượng… Các tin nguyênthủy phần lớn là ccs hầm liên tục theo theo thời gian f(t)hoặc các hàm biến đổi theo thời gian và một hoặc nhiều

thông số khác như hình ảnh đen trắng h(x,y,t) trong đó x,y làtọa độ không gian của hình, hoặc các thông tin khí tượng nhưnhiệt độ độ ẩm, tốc độ gió…

-Thông thường các tin nguyên thủy mang tính chất liên tụctheo thời gian và mức Nghĩa là có thể biểu diễn một thôngtin nào đó dưới dạng một hàm s(t) tồn tại trong quãng thờigian T và lấy các giá trị bất kì trong khoảng (smin, smax)

-Những tin nguyên thủy có thể được đưa trực tiếp vào kênh

để truyền đi Cũng có thể bằng những phép biến đổi nhântạo như rời rạc hóa theo thời gian và theo mức rồi đưa vàokênh truyền Lúc này tin trước khi vào kênh đã trở thành tin

rời rạc Nguồn tin lúc này gọi là nguồn tin rời rạc và kênh tin được gọi là kênh tin rời rạc để phân biệt với trường hợp đưa tin liên tục vào kênh gọi là nguồn liên tục và kênh liên

tục

-Mô hình hóa toán học nguồn tin bằng bốn quá trình:

+ Quá trình ngẫu nhiên liên tục: nguồn tiếng nói, âm nhạc,hình ảnh là tiêu biểu cho quá trình này

+ Quá trình ngẫu nhiên rời rạc: một quá trình ngẫu nhiên liêntục sau khi lượng tử hóa theo mức sẽ trở thành quá trình này

Một ngôn ngữ, tín hiệu điện tín, các lệnh điều khiển là nguồnrời rạc loại này.

+ Dãy ngẫu nhiên liên tục: Là trường hợp một nguồn liên tục

đã được gián đoạn hóa theo thời gian, như thường gặp trongcác hệ thông tin cung điều biên xung (PAM), điều phaxung(PPM), không bị lượng tử hóa

+ Dãy ngẫu nhiên rời rạc: trong các hệ thống thông tin xung

có lượng tử hóa như điều biên( pha, tần) xung lượng tử hóa,điều xung mã(PCM)

1.2.3 Kênh tin và nhận tin

Trong thực tế môi trường truyền lan rất khác nhau, chúng tavẫn có thể quy nạp về các dạng cơ bản sau:

+ Môi trường trong đó tác động nhiễu cộng là chủ yếu

+ Môi trường trong đó tác động nhiễu nhân là chủ yếu

+ Môi trường gồm cả nhiễu cộng và nhiễu nhân

Ngoài ra trong trường hợp sự truyền tin xảy ra giữa hai vật

di động so với nhau, tín hiệu sẽ bị điều tần phụ do hiệu ứngDoppler gây nên, chúng ta xếp riêng một loại gọi là kênh cóhiệu ứng Doppler

Để mô tả kênh ta dùng một mạng hai cửa và sự quan hệgiữa tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu vào

Sv(t) Sr(t)

Hình 1.3 Mô hình kênh với tín hiệu vào và ra

Với giả thiết rằng mạng hai cửa này có hàm truyền đơn vị

bằng 1 trên mọi tần số và trên toàn miền thời gian, chúng tacó:

cộng là do các nguồn nhiễu công nghiệp và vũ trụ tạo ra,luôn luôn tồn tại trong các môi trường truyền lan của tínhiệu

Nhiễu nhân, tác động nhân vào tín hiệu, gây ra do phươngthức truyền lan của tín hiệu, hay là sự thay đổi thông số vật

lý của bộ phận môi trường truyền lank hi tín hiệu đi qua.Hiện tượng này thường gặp khi thu những tín hiệu vô tuyến ởdải sóng ngắn, bằng nhiều con đường truyền khác nhau, tùytheo sai trình dài ngắn khác nhau của các đường đó thay đổilàm cho tổng cường độ điện trường ở đầu thu biến đổi, gây rabiên độ tín hiệu thu khi lớn khi bé và đôi khi mất hẳn, chúng

ta gọi là hiện tượng Pha đing.

Các kênh tin trong thực tế không đảm bảo đặc tính xung

hoặc đặc tính tần số đơn vị nên công thức tính tín hiệu ra là:

Sr(t)= Nn(t)Sv(t)* H(t)+ Nc(t)

Trong đó: H (t) đặc tính xung của kênh

Với dao động liên tục, biểu thức tổng quát của tín hiệu códạng:

Nhận tin là đầu cuối của hệ thống truyền tin Nhận tin

thường gồm có bộ nhận biết thông tin được phát và xử lýthông tin Bộ xử lý thông tin có thể là người, cũng có thể làthiết bị( thiết bị ghi giữ, máy tính điện tử) Nếu bộ phận xử lý

thông tin là thiết bị tự động thì ta sẽ có một hệ thống truyềntin tự động.

1.2.4 Rời rạc hóa nguồn tin

Phép biến đổi nguồn tin liên tục thành rời rạc gồm hai khâu

cơ bản:

+ Khâu lấy mẫu: rời rạc hóa theo thời gian

+ Khâu lượng tử hóa theo mức

Lấy mẫu một hàm tin là trích từ hàm đó ra các mẫu tạinhững thời điểm thời gian nhất định Nói một cách khácthay hàm tin liên tục bằng một hàm rời rạc là những mẫucủa hàm trên lấy tại những thời điểm gián đoạn

Một hàm s(t) có phổ hữu hạn, không có thành phần tần

số lớn hơn w max , có thể được thay thế bằng các mẫu của

nó lấy tại những thời điểm cách nhau một khoảng Δt ≤ π /

w max.

Hàm s(t) là một thể hiện của một nguồn tin liên tục, cóbiên độ biến đỏi liên tục trong phạm vi ( s, s ) Ta phânchia phạm vi đó thành một số mức nhất định, đánh số cácmức từ smin = s0,s1,s2,… sn = smax. Việc gián đoạn hóa sựbiến đổi biên độ của s(t) là cho biên độ lấy mức si nhấtđịnh khi nó tang hoặc giảm gần đến mức đó Như vậy s(t)

sẽ trở thành một hàm biến đổi theo bậc thang gọi là hàmlượng tử hóa s’(t)

1.2.5 Mã hóa

Mã hóa là một phép biến đổi cấu trúc thống kê củanguồn Ví dụ ta có một nguồn tin có bốn tin đẳng xác suấtvới sơ đồ thống kê như sau:

a1 a2 a3 a4

A=

Lượng tin I(ai) chứa trong một tin của A bằng:

I(ai) = 1.(-log21/4) = 2 bit

Bằng một phép mã hóa như sau:

I(b1 b1) = 2log2 2 = 2 (bit)

Nói chung khi mã hóa một tin x của nguồn A bằng một tin

y của nguồn B, chúng ta đã thay một dãy kí hiệu:

x = (x1, x2,… xn )

trong đó xj = ai bất kì, ai A, i= 1, 2, …, m, j= 1, 2,…., nbằng một dãy kí hiệu:

y = (y1, y2…, y’n )

với yj = bj bất kì bi B, i= 1, 2, …, m’, j= 1, 2,…., n’

Đẳng thức này viết với giả thiết các kí hiệu trong nguồn Acũng như các kí hiệu trong nguồn B đều đẳng xác suất I(y) = n’logm’ = I(x)

M’n’= m’I(x)/ logm

Tích m’n’ sẽ nhỏ nhất khi m’ = e = 2,7, điều này nói lên lí

do trong thực tế người ta thường chọn các loại mã hiệu cơ

số 2 hoặc 3 nhưng thông thường là loại mã hiệu cơ số 2( m’ = 2), gọi là mã nhị phân

n cột

x(1)

y(1)

……. Bm’ Bm’ Bm’

Nội dung trong mục 1.3 được trích dẫn từ tài liệu “Hệ thống viễn thông – Thái Hồng Nhị _Phạm Minh Việt”

“Các hệ thống viễn thông được thiết kế để truyền tiếng nói,

dữ liệu hoặc tin tức, hình ảnh qua một khoảng cách nào đó Các hệ thống viễn thông hiện tại được phát triển từ các hệ thống điện báo và điện thoại từ những năm 1800.

1.3.1 Các hệ thống điện thoại

Các hệ thống điện thoại đã được phát triển từ mạch tương

tự tương đối đơn giản do Alexander Graham Bell phát minh năm 1876 Hệ thống điện thoại 2 dây đơn giản có

ưu điểm:

+ Rẻ tiền

+ Không cần nguồn cung cấp tại nơi của thuê bao

+ Mạch điện song công: cho phép một người có thể vừa nói và nghe với người kia.

Nhược điểm: không thể sử dụng bộ khuếch đại vì chúng khuếch đại tín hiệu theo một hướng.

Mạch điện thoại có thể chia làm 2 loại chính:

+ Các mạch hai dây hay các mạch vòng cục bộ

Bảng 1.1 Các chuẩn điện thoại cho vòng thuê bao

Mục Chuẩn

Cúp máy( trạng thái ngắt) Hở mạch, điện trở DC cực tiểu 30kΩ

Điện trở vòng thuê bao 0-1300Ω , 3600Ω (cực đại)

Điện áp rung chuông 90V hd, 20Hz (điển hình)

Số tương đương bộ gọi

Thời gian giữa các chữ số Tối thiểu 600 ms

âm tần cao để xác định từng chữ số

Âm cao(Hz)

Âm thấp 1209 1336 1477

697Hz 1 2 3

770 4 5 6

852 7 8 9

941 * 0 #

Mức của mỗi âm -6 tới -4 dBm Sự khác nhau cực đại giữa các mức 4dB Mức cực đại +2 dB Dung sai tần số 1.5% Độ rộng xung 50ms Thời gian giữa các chữ số Tối thiểu 45ms Âm quay số 350 cộng 440 Hz Tín hiệu báo bận 480 cộng 620 Hz, có 60 ngắt trên một phút Âm rung chuông 440 cộng 480 Hz, 2s có, 4s không ID của người gọi Tín hiệu FSK 1,2kbit/s giữa chuông thứ 1 và thứ 2

Các đường dây

T1 hoặc sợi quang

Thiết bị đầu cuối

từ xa

Các đường dây T1 hoặc Sợi quang

Các đường dây T1

hoặc sợi quang

Hình 1.5: Hệ thống điện thoại có các đầu cuối

từ xa

Việc cung cấp cho mỗi thuê bao một đôi dây riêng trên tất

cả các đường tới CO là rất tốn kém Trong các ứng dụng

mà ở đó một số lượng lớn thuê bao tập trung cách CO một khoảng cách nào đó thì giá thành của hệ thống có thể

giảm đi đáng kể bằng cách sử dụng các thiết bị đầu cuối

+ Chuyển đường hai dây sang bốn dây trong các CO và

RT số hoặc trên các cuộc gọi đường dài Chuyển đổi hai

Trạm trung tâm

Thiết bị đầu cuối từ xa

Thiết bị đầu cuối từ xa

dây sang bốn dây thường không yêu cầu đối với các CO tương tự chuyển mạch các cuộc gọi cục bộ.

số (DSL) để dữ liệu số có thể được phân phát trực tiếp tới

tận nhà của thuê bao

Thuê bao ISDN có thể phân kênh dữ liệu để cung cấp một hay đồng thời tất cả các ứng dụng sau:

+ Giải mã dữ liệu để tạo ra các tín hiệu VF cho các máy điện thoại

+ Giải mã dữ liệu cho một màn hình video

+ Xử lý dữ liệu cho đo lường hoặc các ứng dụng máy tính

cá nhân PC.

Có hai loại ISDN:

(1) ISDN băng hẹp hoặc tốc độ cơ sở, kí hiệu là N-ISDN

(2) ISDN băng rộng hoặc tốc độ chính, kí hiệu là B-ISDN

Kĩ thuật B-ISDN đang trong giai đoạn phát triển nên có nhiều giao thức và tốc độ dữ liệu được đề xuất Một đề xuất có tốc độ dữ liệu toàn bộ là 1,536Mbit/s gồm 23 kênh

B và một kênh D Các kênh B mang dữ liệu của người sử dụng, dữ liệu này có thể là PCM của âm thanh hoặc hình ảnh đã mã hóa Kênh D dùng cho báo hiệu để thiết lập các cuộc gọi, hủy các cuộc gọi hoặc chọn dữ liệu cho 23 kênh B.

Thuận lợi chính của ISDN là nó cung cấp các kênh dữ liệu TDM trực tiếp tới thuê bao Tuy nhiên nó cũng có bất lợi, ví

dụ như nó sẽ không hoạt động khi nguồn AC cục bộ bị

hỏng trừ khi người sử dụng có một nguồn dự trữ do thiết

bị của thuê bao ISDN không được DSL cấp điện.

1.3.3 Các hệ thống điện thoại di động

Điện thoại di động ra đời tại Mỹ (1946), gồm 6 kênh, chuyển mạch nhân công, có phân cách kênh (FDMA) là 60kHZ và ấn nút khi nói Sau khi hệ thống này ra đời và ứng dụng tại các thành phố lớn ở Mỹ, nhu cầu của người

sử dụng quá lớn, vượt quá dung lượng do số kênh có hạn nên phân cách kênh được giảm xuống 30 KHz Năm 1969,

hệ thống điện thoại di động cải tiến (IMTS) ra đời sử dụng công nghệ mới, kết nối tự động quay số, song công và truy nhập đa kênh Sự phát triển công nghệ mạch tổ hợp cho phép các thiết bị vô tuyến có thể thu nhỏ lại với các hoạt động tương đối linh hoạt Sự phát triển này cho phép dùng chung một số kênh truyền vô tuyến theo yêu cầu (FDMA) mà ở đó mỗi ênh cụ thể được gán cho một người

cụ thể chỉ khi cuộc gọi đang diễn ra Đây gọi là vô tuyến

di động chung kênh

Bảng 1.2: Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên tiêu biểu

Công suất phát của trạm

Công suất phát trạm di

động

Vào giữa thập kỉ 90 khi nhu cầu thông tin di động tế bào gia tăng đòi hỏi cần có một kĩ thuật mới để có thể cung cấp dung lượng cao hơn Thời điểm đó kĩ thuật TDMA đã được tiêu chuẩn hóa và cũng làm gia tăng đáng kể dung lượng của hệ thống nhung vẫn không đáp ứng được nhu cầu tăng vọt của thông tin hiện đại Hiệp hội công nghệ viễn thông TIA đã xây dựng một tiêu chuẩn khác áp dụng cho hệ thống thông tin di động tế bào dựa trên kĩ thuật

đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Năm 1992, TIA thành lập nhóm TR45.5 để nghiên cứu và đưa ra chuẩn tế baofcho dịch vụ băng rộng Dịch vụ tế bào ở Mỹ trong thời gian này đang sử dụng hệ thống tương tự TDMA băng tần 30kHz TIA có ý định đưa ra dịch vụ băng rộng và khuyến nghị nên dùng băng tần trên 1MHz, kết quả đưa

ra chuẩn TIA-IS95 Chuẩn này sử dụng kĩ thuật trải phổ dãy trực tiếp, kĩ thuật TDMA băng tần 1,23 MHz, nó hỗ trợ máy di động hoạt động ở cả 2 chế độ: CDMA và tương tự Các thành phần cấu thành nên hệ thống CDMA gồm: máy

di động, trạm gốc và trung tâm chuyển mạch di động + Máy di động là thiết bị đầu cuối vô tuyến của thuê bao, nhờ có thiết bị này mà người sử dụng có thể truy cập vào mạng.

+ Trạm gốc (BS) là thiết bị kết nối máy di động với tổng đài di động, thường trạm gốc được chia thành: trạm thu phát gốc (BTS) và khối điều khiển trạm gốc (BSC)

Bit đkhiển đến bộ

Công suất điều chế

Các chuẩn hiện đang được sử dụng là: FCC của Mỹ và chuẩn OIRT của Hiệp hội quốc tế về phát hành và truyền hình (châu Âu).

Lập mã

Mã hóa xoắn

Tạo chùm ngẫu nhiên

Bộ phát

mã dài

Tạo chùm ngẫu

Của OIRT là:

f h = 625 25 = 15.625 Hz

Tần số quét dọc (mành) hay số lần tia điện tử quét ngược

từ dưới lên trên trong một giây của FCC là:

lá (G), xanh dương (B) để tạo thành màu ấy.

Để có tin tức về sáng tối của từng điểm, truyền hình màu dùng một ống đèn hình màu CRT có 3 kiểu photpho: một kiểu phát ra ánh sáng đỏ, một kiểu phát ra ánh sáng xanh

lá cây, một kiểu phát ra ánh sáng xanh lơ khi các tia điện

tử đập vào chúng.

+ Hệ NTSC: ra đời tại Mỹ, chính thức đưa vào sử dụng

năm 1954 trên kênh sóng FCC (4,5MHz) và được thực hiện theo phương pháp:

- Truyền đồng thời 2 tín hiệu sắc EI và EQ

- Điều biên nén vuông góc tín hiệu E và E vào sóng mang con f = 3,58 MHz

- Tín hiệu màu NTSC có chứa 7 tin tức: 4 tin tức có sẵn ở truyền hình đen trắng (EY), hai tín hiệu sắc (EI và EQ)

và tín hiệu lóe màu.

- Tin tức thứ 7 (lóe màu) là tin tức về pha góc của sóng mang con cần thiết phải truyền đi để tách sóng điều biên có nén.

+ Hệ SECAM: ra đời tại Pháp, phát sóng năm 1965 trên

kênh sóng OIRT (6,5 MHz) và được thực hiện theo phương pháp:

- Truyền lần lượt từng dòng một hai tín hiệu sắc D R và

D B Cứ một dòng truyền đi D R , tiếp đó dòng DB rồi lại

D R , D B theo tuần tự.

- Điều tần D R và D B vào hai sóng mang con riêng f scR = 4,40625 MHz và fscB = 4,2500 MHz Khoảng tần số chứa tin tức của D R và D B là từ 4,02 MHz đến 4,68 MHz.

tín hiệu đen trắng, tin tức thứ 5 và thứ 6 là f mR và f mB

chỉ xuất hiện tín hiệu này tín hiệu kia tại mỗi thời điểm Tin tức thứ 7 và tin tức thứ 8 chỉ được sử dụng một trong hai tại máy thu Tin tức thứ 8, lóe màu là tin tức nhận dạng ngang hay còn gọi là nhận dạng dòng.

+ Hệ PAL: ra đời tại Tây Đức, chính thức phát sóng năm

1996 trên kênh sóng OIRT (5,5 MHz) và được thức hiện theo phương thức:

- Truyền vừa đồng thời vừa lần lượt hai tín hiệu sắc u và v.

mang con được chọn là bội số lẻ của f/2 Tần số được chọn f sc = 4,43 MHz.

bằng cách đem nhập chung cả hai tín hiệu sắc của dòng bên trên xuống dùng chung với hai tín hiệu sắc của dòng bên dưới.

- Tín hiệu màu PAL có tổng cộng 7 tin tức: 4 tin tức là của tín hiệu đen trắng, hai tín hiệu sắc u, v và tín hiệu lóe màu.

- Tin tức lóe màu có pha lần lượt là +135⁰ và - 135⁰ cho mỗi dòng được dùng vừa để nhận dạng vừa để tách sóng điều biên nén.

Hai tín hiệu sắc trong hệ PAL được định nghĩa là:

u = 0,493 (E B – E Y )

v = 0,877 (E R – E Y )

Hệ PAL vẫn sử dụng phương pháp điều biên nén vuông góc như ở NTSC, chỉ có thay đổi về góc pha của sóng mang con:

(thay vì 33⁰ như ở NTSC).

nén tín hiệu v (thay vì là 33⁰ + 90⁰ = 123⁰ như ở NTSC).

một tùy thuộc vào dòng đang truyền đi có pha là -90⁰ hay +90⁰.

Chuẩn truyền hình độ phân giải cao (HDTV) có độ phân giải bằng ít nhất 2 lần độ phân giải của các chuẩn truyền hình hiện có, với chất lượng phim 35 mm HDTV có cỡ ảnh ngang trên đứng là 16:9 thay vì cỡ 4: 3 của các chuẩn hiện có Hiện nay có hơn 20 đề xuất phương pháp cài đặt HDTV ở Mỹ, một số sử dụng kỹ thuật tương tự còn lại là lỹ thuật số Có các hệ thống cạnh tranh:

+ Hệ thống Mật mã số

+ Hệ thống Phổ số tương thích (DSC)

CHƯƠNG 2 ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ

2.1 Các khái niệm cơ bản

- Điều chế là quá trình biến đổi một trong các thông số sóngmang cao tần (biên độ, tần số hay pha) tỉ lệ với tín hiệu điềuchế băng gốc BB (BaseBand)

Điều chế cũng có nghĩa là chuyển thông tin thành một dạngnăng lượng thích hợp với môi trường truyền lan trong đódạng năng lượng được dùng ít bị tổn hao và ít bị biến dạng

do tác động của nhiễu - Điều kiện điều chế:

+ Tần số sóng mang cao tần fc (frequency carry), fc3 (8, 10)

Fmax trong đó Fmax: tần số cực đại tín hiệu điều chế băng gốc + Thông số sóng mang cao tần biến đổi tỉ lệ với biên độ tínhiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó + Biên độ sóng mang cao tần VW > Vm (biên độ tín hiệuđiều chế băng gốc)

+ Trong điều chế xung- số thì tần số lấy mẫu fmẫu3 = 2Fmax

- Phân loại điều chế:

+ Điều chế tương tự: AM, FM, PM, SSB, DSB

+ Điều chế số: ASK, FSK, PSK, QPSK …

+ Điều chế xung: PAM (Pulse Amplitude Modulation)

PWM (Pulse Width Modulation)

PPM (Pulse Position Modulation)

PCM (Pulse Code Modulation)

- Giải điều chế là phép biến đổi ngược của phép điều chế,điều khác là tín hiệu đầu vào của thiết bị giải điều chế khôngphải chỉ là tín hiệu đầu ra của thiết bị điều chế mà là hỗn hợptín hiệu điều chế và tạp nhiễu Nhiệm vụ của thiết bị giảiđiều chế là từ trong hỗn hợp đó lọc ra được thông tin dướidạng một hàm điện áp liên tục hoặc là một dãy xung điện rờirạc giống như thông tin ở đầu vào thiết bị điều chế, với sai sốtrong phạm vi cho phép

2.2 Các phương thức điều chế và giải điều chế

2.2.1 Điều chế biên độ AM

- Định nghĩa: Điều chế biên độ tại phía máy phát được áp

dụng ngay từ thời kỳ đầu vô tuyến được phát minh bởi nóđược thực hiện rất đơn giản như hình dưới đây:

Trong đó, tín hiệu cần được truyền đi là ‘nguồn’ để điều chế

và được gọi là sóng điều chế (Modulating Wave) bởi thực chất

tín hiệu cần truyền đi cũng là một dạng Sóng tuy nhiên vớiTần số rất thấp nên không thể truyền đi xa theo Nguyên lýbức xạ sóng vô tuyến điện từ vì cường độ năng lượng bức xạdưới dạng năng lượng sóng điện từ luôn tỷ lệ với bình phươngtần số của dao động Trong lúc tần số cao nhất của âm thanhchỉ vào khoảng 16 KHz và tần số thoại được chọn là 330 Hz –3,3 kHz

- Mục đích điều chế:

Nếu tần số của thông tin cần truyền quá thấp thì không thểbức xạ một năng lượng đủ lớn cho việc truyền đi xa mà cầnphải biến đổi nó thành một tần số lớn hơn rất nhiều thì mới

có thể trở thành Sóng Điện – Từ để có thể truyền đi rất xa

Do đó, thông tin cần truyền sẽ được ‘gửi’ vào trong một sóng

có tần số lớn hơn để có thể truyền đi xa này được gọi là sóng

mang (Carrier) vì nó được dùng để mang tín hiệu.

x c = Acos(w + t) (2.1)

Trong đó:

x: Giá trị (cường độ) tức thời của sóng mang;

A: Biên độ (cường độ cực đại) của sóng mang;

t: Thời gian biểu kiến (thời gian được xem xét hiện tại

kể từ thời điểm gốc ban đầu được xác định trước) của sóng mang;

w: Tần số góc của sóng mang w = 2pf

Sóng điều chế chính là nguồn thông tin cần được truyền đi

xa và có giá trị biểu kiến luôn thay đổi dưới dạng một hàmbất kỳ theo thời gian như dưới đây:

S = Acos(w + t) + m(t) = A[1 + m(t)]cos(wt)

(2.3)

-Ứng dụng của điều chế biên độ

Ngày nay, dạng điều chế biên độ chỉ được ứng dụng rộng rãitrong kỹ thuật truyền thanh băng tần thấp trong khoảng 550– 1600 KHz đối với băng tần MW hoặc lớn hơn đối với cácbăng tần SW1, SW2… mà không được ứng dụng trong viễnthông hiện đại vì nhược điểm của nó là khả năng mang thôngtin thấp và hay bị nhiễu loạn tác động…

Hình 2.1: Mô tả các mức quy định điều chế

biên độ

Tín hiệu hình được điều chế bởi kỹ thuật điều biên với cáckhoảng mức được quy định rất chặt chẽ:

+ Dưới mức 0 (Tín hiệu âm so với mức 0) khoảng 40% so

với mức biên độ của tín hiệu được gọi là tín hiệu đồng bộ và

tự động điều khiển khuyếch đại:

Nếu Tín hiệu vượt quá mức qui định thì mức 40% này cũng

sẽ tăng lên và nó sẽ được đưa về để điều khiển làm giảm độkhuyếch đại của máy thu sao cho biên độ tín hiệu hình trở lạiđúng bằng mức chuẩn

Theo quy định chuẩn thì biên độ tín hiệu hình tại đầu ra của

bộ tách sóng hình là 1,2 Vp tức là từ đỉnh dương đến đỉnh âmcủa tín hiệu là 1,2 Vol

Ngoài ra, tín hiệu dưới mức 0 còn được qui định để tạo ra Tínhiệu Đồng bộ hình ảnh bao gồm xung đồng bộ quét ngang vàxung đồng bộ quét dọc để điều khiển các khối điều khiểnquét ảnh ở máy thu sao cho có thể đồng bộ với chế độ quétảnh ở máy phát

+ Trên mức 0 (tín hiệu dương so với mức 0) khoảng 100% là

miền biến đổi theo đúng biến điệu của tín hiệu hình