Slide bài giảng truyền dẫn vô tuyến số Full_THS.Nguyễn Viết Đảm _HVCNBCVT

Slide bai giảng truyền dẫn vô tuyến số Full_THS.Nguyễn Viết Đảm _HVCNBCVT

Trang 1

BÀI GIẢNG MÔN

TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Giảng viên : Nguyễn Viết Đảm

Điện thoại/E-mail : 0912699394/damnvptit@gmail.com

Học kỳ/Năm biên soạn : Kỳ I/2009-2010

Trang 2

 Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 20 %

Trang 3

www.ptit.edu.vn Giảng viên: Nguyễn Viết Đảm

Học liệu bắt buộc (HLBB):

Bài giảng: Truyền dẫn vô tuyến số, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, 2010

Học liệu tham khảo (HLTK):

1 Nguyễn Viết Đảm, Mô phỏng hệ thống viễn thông và ứng dụng Matlab, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2007

2 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Cơ sở truyền dẫn vô tuyến số, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2001

3 Dr Bernard Sklar, Digital Communications, Prentice-Hall, 2004

4 Dr John G Proakis, John, Digital Communications, McGraw-Hill, 2001

5 Dr.Maria-Gabriella Di Benedetto and Dr Guerino Giancola, Understanding Ultra Wide Band Radio Fundamentals, Prentice-Hall, 2004

6 Dr David Tse and Dr Pramod Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, Cambridge University Press, 2005

7 Dr Hsiao-Hwa Chen and Dr Mohsen Guizani, Next Generation Wireless Systems and Networks, John Wiley & Sons Ltd, 2006

Học liệu bổ trợ (HLBT):

Các đề tài nghiên cứu khoa học và chương trình mô phỏng:

1 Nghiên cứu mô hình lớp vật lý 802.16e trong WiMAX di động và mô phỏng kênh đường xuống Mã số: 09-HV-2007-RD-VT

2 Phân bổ tài nguyên thích ứng và lập lịch động cho hệ thống vô tuyến thế hệ sau Mã số: RD-VT

01-HV-2008-3 Xây dựng các mô hình truyền dẫn thích ứng đa lớp cho các hệ thống thông tin di động thế hệ sau Mã số: 101-06-KHKT-RD

4 Xây dựng phần mềm mô phỏng kênh phađinh cho thông tin di động Mã số: 06-HV-2003-RD-VT

5 Nghiên cứu điều chế thích ứng cho máy thu thông minh trong thông tin di động Mã số: RD-VT

02-HV-2004-6 Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền dẫn vô tuyến sử dụng máy thu phát thông minh trên cơ sở

OFDM thích ứng Mã số: 12-HV-2005-RD-VT

Tài liệu tham khảo:

Trang 4

 Kiến thức : Do đặc điểm cơ bản của truyền dẫn vô tuyến là: (i) tài nguyên vốn có bị hạn chế; (ii) chất lượng bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi phađinh ngẫu nhiên, trong khi đó nhu cầu chiến dụng tài nguyên vô tuyến ngày càng gia tăng cũng như yêu cầu về tính đa dạng, chất lượng về dịch vụ ngày càng cao Từ lịch sử phát triển cũng như xu thế tất yếu của các hệ thống truyền dẫn vô tuyến là khám phá tài nguyên, khai thác triệt để & hiệu quả tài nguyên, các giải pháp nhằm tăng dung lượng nhưng vẫn đảm bảo chất lượng, cũng như bài toán phân bổ tài nguyên công bằng mềm dẻo,v,v sự chắt lọc, tích hợp các kỹ thuật cơ bản cùng với các kỹ thuật tiên tiến, tính khả thi nhờ các công nghệ như FPGA sẽ được hội tụ trong các hệ thống vô tuyến thế hệ sau Là môn học cơ sở của chuyên nghành thông tin vô tuyến, nội dung kiến thức của môn học này được sử dụng một cách chọn lọc để thiết kế và xây dựng các hệ thống thông tin vô tuyến ở các mức độ tối ưu khác nhau, và phục vụ cho các môn học tiếp theo như: Các công nghệ và mạng truy nhập; Thông tin di động; Các chuyên đề thông tin vô tuyến

Mục tiêu học phần:

Trang 5

 Kỹ năng : Xây dựng mô hình và chương trình mô phỏng các phần tử và

hệ thống truyền dẫn vô tuyến số điển hình nhằm: (i) trực quan hóa nguyên lý hoạt động ở dạng biểu diễn tín hiệu và hệ thống trong miền thời gian, miền tần số,v,v, (ii) tính toán, phân tích, đánh giá hiệu năng, tối ưu các tham số đối lập cũng như ưu nhược điểm của các hệ thống thông tin vô tuyến Quy hoạch, khai thác, quản lý và bảo dưỡng

hệ thống thông tin vô tuyến

 Th á i độ, chuyên cần : Nhận thức rõ vị trí, vai trò nội dung của môn học trong phân tích, thiết kế, quản lý khai thác các hệ thống thông tin vô tuyến Cập nhật và làm chủ các kỹ thuật công nghệ tiên tiến

Mục tiêu học phần:

Trang 6

Trang bị cho sinh viên Điện tử-Viễn thông các kiến thức cơ bản nền tảng, đặc trưng của thông tin vô tuyến:

 Các khái niệm cơ bản trong truyền dẫn vô tuyến số: Kênh truyền, sóng mang, tín hiệu băng tần gốc và thông băng, phân tập, ghép kênh không gian v,v

 Lý thuyết về kênh vô tuyến: Kênh vô tuyến, đặc tính kênh vô tuyến, mô hình và dung lượng kênh vô tuyến, phương pháp mô phỏng và phân tích đánh giá hiệu năng

 Các kỹ thuật điều chế/giải điều chế số, mô phỏng và phân tích đánh giá hiệu năng

 Các kỹ thật mã hóa kênh kiểm soát lỗi, mô phỏng và phân tích đánh giá hiệu năng

 Các mô hình kênh, dung lượng kênh và phương pháp mô phỏng

 Các phương pháp quản lý và phân bổ tài nguyên vô tuyến điển hình, mô phỏng và phân tích đánh giá hiệu năng

 Ảnh hưởng của truyền sóng vô tuyến và biện pháp khắc phục

 Phân tích, tính toán đường truyền dẫn vô tuyến số: Lựa chọn và tính toán các thông

số, phân tích đường truyền vô tuyến số mặt đất, phân tích đường truyền vệ tinh

 Truyền dẫn băng siêu rộng UWB, mô phỏng và phân tích đánh giá hiệu năng

 Thiết bị và hệ thống truyền dẫn vô tuyến số: Cấu hình hệ thống, quy hoạch tần số, các phần tử đặc trưng của thiết bị vô tuyến, quản lý khai thác, đo đánh giá và định vị sự cố

Tóm tắt nội dung học phần:

Trang 7

Nội dung học phần:

Chương 1: Tổng quan về truyền dẫn vô tuyến số

Chương 2: Các dạng tín hiệu trong truyền dẫn vô tuyến số

Chương 3: Không gian tín hiệu và điều chế

Chương 4: Kênh vô tuyến và dung lượng kênh vô tuyến

Chương 5: Mã hoá kênh kiểm soát lỗi ở vô tuyến số

Chương 6: Giảm cấp chất lượng đường truyền dẫn và biện

pháp chống phađinh Chương 7: Thiết bị và hệ thống truyền dẫn vô tuyến số

Chương 8: Phân tích đường truyền vô tuyến số

Chương 9: Hệ thống truyền dẫn băng siêu rộng UWB

Trang 8

Giới thiệu chung

1

Trang 9

1.1 Vai trò truyền dẫn vô tuyến số

1.2 Đặc điểm truyền dẫn vô tuyến số

1.3 Biện pháp nâng cao hiệu năng điển hình

1.4 Sơ đồ khối chung kênh truyền dẫn VTS

Nội dung

Trang 10

Trang 11

 Đường trung kế số nối các tổng đài số

 Đường truyền dẫn nối tổng đài chính với tổng đài vệ tinh (tập trung

thuê bao đặt xa)

 Đường truyền dẫn nối thuê bao với tổng đài chính hoặc tổng đài vệ

tinh

 Bộ tập trung thuê bao vô tuyến

 Kết nối máy di động với mạng viễn thông (hệ thống TTDĐ)

 Kết nối máy cầm tay vô tuyến với tổng đài nội hạt (hệ thống điện

thoại không dây số)

Trang 12

1.2 Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến số

 Nhược điểm:

 Môi trường hở=>Chất lượng truyền dẫn chựu ảnh hưởng (bị phađinh) ngẫu nhiên bởi :

 Thời tiết khí hậu

 Địa hình: mặt đất, đồi núi, nhà cửa cây cối

 Nguồn nhiễu trong thiên nhiên: phóng điện trong khí quyển, phát xạ của các hành tinh khác (khi thông tin vệ tinh)

 Nhiễu công nghiệp từ các động cơ đánh lửa bằng tia lửa điện

 Nhiễu từ các thiết bị vô tuyến khác (MAI, nhiễu phá,….)

 Vấn đề an ninh: Dễ bị nghe trộm, sử dụng trái phép đường truyền thông tin

 Suy hao trong môi trường lớn

 Tính di động tương đối giữa phát và thu (dịch tần Doppler)

 Tài nguyên hạn chế

 Ưu điểm:

 Linh hoạt

 Di động

Trang 13

www.ptit.edu.vn Giảng viờn: Nguyễn Viết Đảm

 Tài nguyờn vụ tuyến, sử dụng hiệu quả tài nguyờn, cỏc khỏi

5

8

5

5 9

độ rộng băng tần cho phép ở TD Quang gấp khoảng 10 lần

Giải phỏp sử dụng hiệu quả tài nguyờn

1.2 Đặc điểm của truyền dẫn vụ tuyến số

Trang 14

 Can nhiễu, lọc nhiễu, băng tần bảo vệ, mã hóa sửa lỗi

 Tài nguyên vô tuyến, sử dụng hiệu quả tài nguyên, các khái

niệm cơ bản

1.2 Đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến số

Trang 15

T

ử dụng được, sử dụng hết, sử dụng hiệu quả tài nguyên điều chế, g ép kênh, đa truy nhập

ài nguyên vô tuyến tần số, thời gian, mã, không gian

=>

= f



Kết hợp với nhau tạo thành phương pháp đa truy nhập mới

: Frequency Division Multiple Access : Time Division Multiple Access

: Code Division Multiple Access : Space Division Access

FDMA TDMA CDMA

Trang 16

Tài nguyên vô tuyến và sử dụng hiệu quả tài nguyên

(Đa truy nhập)

Trang 17

 Phương pháp ghép song công FDD và TDD:

 Phương pháp ghép song công theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex)

là phương pháp mà tín hiệu phát/thu của một máy thuê bao đồng thời được phát/thu trên hai băng tần tần con khác nhau

 Chế độ ghép song công theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) là chế độ

mà tín hiệu phát/thu của một máy thuê bao được phát/thu trên cùng tần số nhưng khoảng thời gian phát thu khác nhau

t

f

Kho¶ng b¶o vÖ

t

f

Đường lên §êng

Trang 18

 FDD thường để đáp ứng nhu cầu của thị trường nơi không thể sử dụng TDD do quy định tần số hoặc triển khai FDD thuận lợi hơn; băng thông đường lên/xuống của FDD cố định và bằng nhau dược trung tâm tại hai tần số sóng mang khác nhau

 TDD đòi hỏi có các biện pháp chống nhiễu, tuy nhiên TDD có lợi điểm sau:

 TDD cho phép điều chỉnh tỷ lệ đường lên/đường xuống để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng đường lên/đường xuống không đối xứng

 TDD đảm bảo tính đổi lẫn kênh đường lên và đường xuống vì thế hỗ trợ tốt hơn cho truyền dẫn thích ứng, MIMO và các công nghệ anten tiên tiến vòng kín khác

 TDD chỉ cần một kênh mang tần số vì thế cho phép thích ứng tốt hơn đối với các cấp phát tần số khác nhau trên thế giới

 Thiết kế máy phát thu TDD ít phức tạp hơn và vì thế rẻ tiền hơn

Tài nguyên vô tuyến và sử dụng hiệu quả tài nguyên

(Ghép song công FDD và TDD)

Trang 19

 Tài nguyên truyền thông và DWDM

µi nguyªn truyÒn th«ng tÇn sè, thêi gian, m·, kh«ng gian

ö dông ®îc, sö dông hÕt, sö dông hiÖu qu¶ tµi nguyªn

DiÒu chÕ, g Ðp kªnh, ®a truy

Trang 20

 Nguyên lý ghép kênh

Xu hướng tất yếu của NGN: Sử dụng hết, sử dụng hiệu quả tài nguyên và đảm bảo chất lượng => phân chia tài nguyên khả dụng, gán, cấp phát, phân bổ, định tuyến một cách hiệu quả => cơ chế động & thích ứng => tăng tính phức tạp trong quản lý tài nguyên (định tuyến, điều khiển luồng,

Có thể nói rằng: Các hệ thống ghép kênh tạo ra các tài nguyên (tần số, thời gian, mã, không gian) có tính duy nhất và khai thác triệt để tính duy nhất

vào mục đích truyền thông

Trang 21

 Tài nguyên của truyền dẫn quang-DWDM

WDM, CWDM,

DWDM <=> sử

dụng hết tài

nguyên

Tài nguyên của hệ thống WDM được hiểu là cửa sổ truyền dẫn của sợi quang, WDM

cho phép truyền nhiều bước sóng quang trên cùng một sợi quang

Triển khai đa

tuyến, điều khiển

luồng Nguồn phát quang độ rộng phổ nhỏ trong khi đó tài nguyên

độ rộng băng tần của sợi quang rất lớn => WDM

Càng phân nhỏ tài

nguyên khả

dụng <=> tính

đa dạng (phức tạp) về

cấu hình, quản lý càng

cao <=> đa dạng về dịch

vụ càng cao

<=> hiệu quả

sử dụng tài nguyên càng

cao <=> dung

hòa và tối ưu

Trang 22

 Quá trình phát triển của DWDM

Sự khác nhau cơ bản giữa WDM và DWDM

là mức độ ghép => DWDM đạt được dung

lượng lớn hơn

DWDM là giải pháp khai thác

triệt để tài nguyên phổ tần của sợi quang ? Càng phân chia nhỏ đơn vị tài nguyên => hiệu quả càng cao, đáp ứng tính đa dạng của loại hình dịch vụ….=> tăng mức độ quản lý, phân

Trang 23

 Mô hình hệ thống WDM

MUX/

MUX

Trang 24

DE-1.3 Biện pháp năng cao hiệu năng điển hình

 Tổ chức quy hoạch sử dụng tài nguyên vô tuyến hợp lý: FD, TD,CD,SD

Trang 25

1.4 Sơ đồ khối kênh truyền dẫn vô tuyến số

SM

KTD

KTD SM

GDMT TD

Nhiễu Tạp âm

Tổn hao

vô tuyến Đường xuống

Tổn hao

vô tuyến

Nhiễu Tạp âm

Trang 26

LËp khu«n M· ho¸ nguån MËt

m· M· ho¸ kªnh GhÐp kªnh §iÒu

chÕ

Tr¶i phæ

§a th©m

LËp khu«n

Gi¶i m·

nguån

Gi¶i mËt m·

Gi¶i m·

kªnh

G¶i ghÐp kªnh

G¶i

®iÒu chÕ

Gi¶i tr¶i phæ

§a th©m

K ª n h

§Çu vµo sè

§Çu ra sè

C¸c bit kªnh

Tõ c¸c nguån kh¸c

§Õn c¸c n¬i nhËn kh¸c

Tuú chän B¾t buéc

Trang 27

 Phía phát

 Khối KĐ và giao diện đường số:

 Phối kháng với đường số

 Khuyếch đại và cân bằng cáp đường truyền số

 Biến đổi mã đường vào mã máy

 Tái sinh tín hiệu số

 Khôi phục xung đồng hồ

 Khối xử lý số băng tần gốc phát:

 Ghép thêm các thông tin điều khiển và quản lý đường truyền

 Mật mâ hoá các thông tin quan trọng

 Mã hoá kênh chống lỗi

 Ngẫu nhiên hoá tín hiệu số trước khi đưa lên điều chế

 Khối điều chế và biến đổi nâng tần: Điều chế sóng mang bằng tín hiệu số để chuyển đổi tín hiệu số này vào vùng tần số cao thuận tiện cho việc truyền dẫn Đối với máy phát đổi tần, điều chế được thực hiện ở trung tần, khối biến đổi nâng tần chuyển tín hiệu trung tần phát vào vùng tần số vô tuyền trước khi phát

 Khối khuyếch đại công suất: Khuyếch đại công suất phát đến mức cần thiết

Trang 28

 Phía thu:

 Khuyếch đại tạp âm thấp LNA:

 Biến đổi hạ tần, khuyếch đại trung tần và giải điều chế:

 Với máy thu đổi tần trước khi giải điều chế, tín hiệu thu được biến đổi vào trung tần thu (do suất hiện tần số ảnh gương nên khối biến đổi hạ tần thường làm thêm nhiệm vụ triệt tần số ảnh gương), khuyếch đại

trung tần, lọc nhiễu kênh lân cận và cân bằng thích ứng cũng như cân bằng trễ nhóm ở các phần tử của kênh truyền dẫn

 Giải điều chế tín hiệu thu để phục hồi tín hiệu số

Trang 29

 Xử lý số băng tần gốc thu:

 Giải ghép xen

 Giải mã kênh

 Giải ngẫu nhiên

 Phân luồng cho luồng số chính và luổng số điều khiển quản lý đường truyền

 Cân bằng thích ứng ở vùng thời gian để giảm thiểu ảnh hưởng của

phađinh

 Khuyếch đại và giao điện đường số:

 Khuyếch tín hiệu số đến mức cần thiết trước khi đưa ra ngòai máy

 Biến đổi mã máy vào mã đường

 Phối kháng với đường số

Trang 30

 Giao diện môi trường truyền dẫn:

 Hệ thống anten-phiđơ và các thiết bị siêu cao tần cho

phép các máy thu và máy phát giao tiếp với môi trường truyền dẫn vô tuyến

 Giao diện môi trường truyền dẫn và một số mạch siêu

cao tần đươc khảo sát ở các giáo trình Anten-truyền sóng và kỹ thuật siêu cao tần

Trang 31

Kênh vô tuyến và các tham

số đặc trưng

Trang 32

) t ( n

h( ,t) 

) t ( n )

t ( s ) t ( a )

t ( r

L

1 k

Trang 33

 CÁC HIỆU ỨNG: Các hệ thống thông tin vô tuyến di động

chịu ảnh hưởng lớn của hai nhân tố môi trường:

- Truyền đa đường

n

α

 d

n

α

Trang 35

Mô hình elip của Parsons và Bajwa

C A

A B

Trang 36

 



Trang 37

 Đặc tớnh kờnh vụ tuyến di động

m

Kh

Ph C

C

axCd

C

ái niệm tương quan; nhất quán

ân tán trong miền thời gian , họn lọc trong miền tần số (B ) Phân tán trong miền tần số f ,

họn lọc trong miền thời gian (T )

τ

⇒



Trang 38

 Tính phụ thuộc thời gian

b) Đáp ứng xung kim của hệ thống thay đổi theo thời gian

Dạng hàm thay đổi

PSD đầu vào

PSD đầu ra

2

0( ) ( )

xx

S f  A d f  f

2

0( ) ( )

Trang 39

Tín hiệu

ra y(t) Hàm truyền đạt

Hàm truyền đạt kênh phẳng trong

băng tần tín hiệu (kênh phađinh

phẳng)

Hàm truyền đạt kênh không

phẳng trong băng tần tín hiệu

( kênh phađinh chọn lọc tần số)

Y(f)

Trang 40

Đáp ứng xung kim kênh và lấy trung bình các thành phần tán xạ

Các đường truyền khả phân giải

Tiêu đề	Truyền dẫn vô tuyến số
Tác giả	Nguyễn Viết Đảm
Người hướng dẫn	PTS. Nguyễn Viết Đảm
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Truyền dẫn vô tuyến số
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2009-2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	427
Dung lượng	16,95 MB