ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ FDMA và ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TDMA

ncvnc

CHƯƠNG II

ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ FDMA và

ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TDMA

ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

Nội dung chính của chương II

° Đa truy nhập phân chia theo tần số, FDMA

° Đa truy nhập phân chia theo thời gian, TDMA

° Đa truy nhập cạnh tranh

Nội dung của chương II

Nội dung chương II

FDMA

TDMA

Đa truy nhập cạnh tranh

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Ưu điểm

&

Nhược điểm

Frequency Division Multiple Access

 Các kênh vô tuyến riêng

biệt được gán cho các người

Nguyên lý FDMA

° Độ rộng băng tần cấp phát cho hệ thống Bt

được chia thành n băng tần con,

° Mỗi băng tần con được

ấn định cho một kênh riêng có độ rộng băng tần là Bt/n

Nguyên lý FDMA

° Các máy vô tuyến đầu cuối phát liên tục một số sóng mang đồng thời trên các tần số khác nhau

° Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị

sóng mang chiếm để phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động

° Máy thu đường xuống hoặc đường lên chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp

Dung lượng của hệ thống FDMA

Ví dụ: AMPS có 12.MHz băng tần phổ đơn công, 10Khz băng bảo vệ, 30kHz băng thông của kênh (đơn công):Số lượng kênh là 416.

Đặc điểm của FDMA

° Một kênh FDMA mang một kênh thoại một lúc (TTDĐ)

° Nếu kênh đã cấp cho một người dùng là nhàn rỗi, nó

không được người dùng khác sử dụng: lãng phí tài

nguyên

° Có thể truyền và nhận đồng thời theo hai hướng

° Băng thông của kênh FDMA là tương đối thấp

° Nhiễu liên ký tự là thấp,

° Mức độ phức tạp của hệ thống thấp hơn so với hệ thống TDMA

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Ưu điểm

&

Nhược điểm

FDD & TDD

° Để đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải được:

tần số (FDMA/FDD, FDD: Frequency Division Duplex)

khác nhau: ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD: Time Division Duplex).

FDMA/FDD: các dạng kênh trong TTDĐ

f1

f2

fn

Các kênh điều khiển

Các kênh lưu lượng

Forward channels (Đường xuống)

FDMA/FDD: cấu trúc kênh

° Băng tần dành cho hệ thống được chia thành hai nửa:

° 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,

° Khoảng cách giữa hai tần số này được gọi là khoảng cách thu phát hay song công

° 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,

Forward channels (Đường xuống)

Tx Rx Tx Rx

Tx Rx Tx Rx

Tx Rx Tx Rx

FDMA/TDD: cấu trúc kênh

° Trước tiên trạm gốc phát xuống máy thu đầu cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Tx,

cuối ở khe thời gian được ký hiệu là Rx,

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Ưu điểm

&

Nhược điểm

Các dạng của FDMA

° Gán kênh cố định (Fixed-assignment multiple access, FAMA)

định giữa các trạm,

° Gán kênh theo yêu cầu (Demand-assignment multiple access,

DAMA)

đáp ứng tối ưu cho nhu cầu thay đổi của các trạm

FAMA-FDMA

—Không hiệu quả bằng phương pháp gán kênh cố định

° DAMA – tập hợp các kênh con trong một kênh được coi như là một quỹ các liên kết sẵn có

— Đối với liên kết song công giữa hai trạm mặt đất, một cặp kênh con được gán động theo yêu cầu.

— Việc gán kênh theo yêu cầu được thực hiện theo kiểu phân tán bởi các trạm mặt đất sử dụng báo hiệu kênh chung (CSC,

common-signaling channel)

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Ưu điểm

&

Nhược điểm

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

° Các sóng mang được phát đi từ một trạm gốc đến tất

cả các máy vô tuyến đầu cuối nằm trong vùng phủ của anten trạm này

° Máy thu của các máy vô tuyến đầu cuối phải lọc ra các sóng mang tương ứng với chúng,

° Việc lọc sẽ dễ dàng hơn nếu băng tần bảo vệ đủ rộng -> sử dụng băng tần không hiệu quả

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

° Cần dung hòa giữa chất lượng dịch vụ và tiết kiệm phổ tần -> băng tần bảo vệ không quá rộng

° -> một phần công suất của sóng mang lân cận sẽ ảnh hướng đến sóng mang mong muốn,

° Gọi là nhiễu kênh lân cận (ACI: Adjacent Channel

Interference)

Nhiễu giao thoa kênh lân cận

Ưu điểm

&

Nhược điểm

Ưu điểm của FDMA

° Khi không sử dụng, kênh nhàn rỗi,

° Băng thông của kênh tương đối hẹp,

° 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

° Không cần định thời mạng

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

Nhược điểm của FDMA

° 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

Nội dung của chương II

Nội dung chương II

FDMA

TDMA

Đa truy nhập cạnh tranh

TDMA - Time Division Multiple Access

° Phổ tần số vô tuyến được phân bổ cho hệ thống được chia thành các khe thời gian (TS)

chu kỳ

° Hệ thống TDMA đệm dữ liệu, cho đến khi TS của nó

đến để phát đi

° Đòi hỏi phải có điều chế số

Khái niệm TDMA

Các kênh hướng xuống: (Từ BS về MS)

Các kênh hướng lên: (Từ MS về BS)

Kênh hướng xuống ( tới mobile)

BS quảng bá tới các MS trong từng TS

Mỗi MS phát tới BS trong các TS được cấp cho nó

Kênh hướng lên (từ mobile)

TDMA: Nguyên lý

° Các máy đầu cuối phát không liên tục, tuần tự trong các khe thời gian,

° Mỗi khe thời gian là một

cụm dữ liệu,

° Khoảng thời gian từ lúc

MS#1 phát một cụm đến lúc MS#n phát hết một cụm: khung

° Các cụm dữ liệu đều được phát trên cùng một tần số f, chiếm toàn bộ

độ rộng của kênh vô tuyến.

TDMA: Cấu trúc khung và cụm

time

TDMA: Cấu trúc khung và cụm (chi tiết hơn)

Một khung TDMA

các trạm BS và các MS với nhau

° Các khoảng thời gian bảo vệ (Guard time) được sử

dụng để cho phép sự đồng bộ hóa của các máy thu

giữa các TS và các khung khác nhau

nhau, do khoảng cách khác nhau.

Hiệu suất của một khung trong hệ thống

TDMA

 Mỗi khung chứa các bit overhead và các bit dữ liệu

– Hiệu suất của khung được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm của bit dữ liệu (thông tin) với tổng số bit trong khung:

xR T b

x b

b efficiency

f T

T

OH f







  ( 1 ) 100 %

bT: tổng số bit trong một khung

Tf: khoảng thời gian 1 khung (seconds)

bOH: số lượng bit overhead

Hiệu suất TDMA

° Hiệu suất của TDMA

—GSM: 30% overhead

—DECT: 30% overhead

—IS-54: 20% overhead

nhau (FDMA) TDMA có thể được sử dụng bên trong mỗi

tế bào Các tế bào có thể được tái sử dụng tần số nếu

chúng xa nhau.

dụng trong mỗi tế bào Mỗi tần số có thể được sử dụng TDMA để ghép thêm nhiều người dùng.

 Ví dụ: GSM sử dụng nhiều kênh vô tuyến cho một tế bào Môt kênh có 200 khz băng thông và có 8 khe thời gian (8 kênh logic) Do đó GSM được sử dụng kết hợp giữa FDMA

và TDMA.

TDMA: TDD & FDD

dành cho hướng xuống, nửa còn lại dành cho hướng lên

cho hai hướng

—Các khung khác nhau được phát đi ở mỗi tần số tại

hai hướng khác nhau

—Mỗi khung có chứa các khe thời gian của các kênh

hướng lên hay hướng xuống tùy thuộc vào hướng của khung

TDMA/FDD: Cấu trúc kênh

Hướng lên

Hướng lên

TDMA/TDD: Cấu trúc kênh (khung)

Kênh hướng lên

Kênh hướng lên

Hoạt động FAMA-TDMA

° Truyền dẫn theo hình thức lặp đi lặp lại của khung

° Trạm mặt đất (hoặc MS) sử dụng kênh đường lên để phát

° Vệ tinh (hoặc BS) lặp đi lặp lại việc phát đi

° Các trạm phải biết được khe thời gian để sử dụng cho phát và được sử dụng để thu

FAMA-TDMA Uplink

FAMA-TDMA Downlink

Ưu điểm của hệ thống TDMA

° Tốc độ bit linh hoạt,

° Không yêu cầu băng tần bảo vệ,

° Không cần bộ lọc băng hẹp chính xác,

° Dễ dàng cho các trạm MS hoặc BS để khởi xướng và thực thi chuyển giao,

° Kéo dài tuổi thọ pin

° TDMA tiết kiệm chi phí cho trạm BS

° Chi phí hiệu quả nhất để nâng cấp hệ thống từ Analog digital

Nhược điểm của TDMA

Nội dung của chương II

Nội dung chương II

FDMA

TDMA

Đa truy nhập cạnh tranh

Sự phát triển của các giao thức cạnh tranh

Phát triển vào những năm 1970s cho mạng vô tuyến gói

(Pure) ALOHA

° Cấu hình: môi trường quảng bá với đa trạm

° Giao thức ALOHA:

nhiên rồi phát lại

So sánh với TDMA

°Trong TDMA, trạm luôn phải chờ cho đến khi khe thời gian của trạm quay lại

°Trong Aloha, có thể phát ngay lập tức

°Aloha có độ trễ thấp hơn nhiều, với hiệu suất sử dụng thấp hơn

Va chạm trong (Pure) ALOHA

1.1 1.2

Transmission Time (F)

Complete Collision

Partial Collision

Hiệu suất của (Pure) ALOHA

° Thông lượng tối đa khoảng 18% dung lượng

° Có thể thực hiện tốt hơn với sự điều khiển được cải

Slotted ALOHA (S-ALOHA)

° Giao thức Slotted Aloha

(=khe thời gian)

° Kết quả là:

Va chạm trong S-ALOHA

Transmission Delay

2.2 1.3

Complete Collision

Hiệu suất của S- ALOHA

° Thông lượng tối đa khoảng 37% dung lượng

° Có lợi về hiệu suất, nhưng đòi hỏi phải có các nút để đồng bộ giới hạn khung

Bài tập 1

° Cho một hệ thống FDMA/FDD có băng thông 200 KHz; băng thông mỗi kênh con là 4 KHz, băng bảo vệ là 2 KHz Tính số trạm đầu cuối có thể hoạt động đồng thời trong hệ thống

Bài tập 2

° Cho một hệ thống FDMA/TDD có băng thông 200 KHz; băng thông mỗi kênh con là 4 KHz, băng bảo vệ là 2 KHz Tính số trạm đầu cuối có thể hoạt động đồng thời trong hệ thống

thống.

thống.

Bài tập 5

° Cho một hệ thống TDMA có 26 khe thời gian mỗi khung trong đó có 24 khe dành cho các đầu cuối Mỗi khe thời gian dành cho đầu cuối có 4 bit bảo vệ, 8 bit đồng bộ, 4 bit điều khiển, 8 bytes data và 4 bit CRC

° Tìm hiệu suất của hệ thống

Bài tập 6

° Cho một hệ thống TDMA với có 32 khe thời gian mỗi khung trong đó có 30 khe dành cho các đầu cuối Mỗi khe thời gian dành cho đầu cuối có 2 bit bảo vệ, 4 bit đồng bộ, 2 bit điều khiển và 8 bit CRC Thời gian mỗi khung là 125µs Tốc độ bit của luồng tổng là 8,192 Mbit/

s

° Tìm hiệu suất của hệ thống