BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT TDMA FDMA

BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT TDMA & FDMA NHÓM 1: Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH 3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5 CHƯƠNG 1 Nguyên lý đa truy nhập 8 1.2 Phân loại nguyên lý đa truy nhập 8 1.3 Kết hợp các đa truy nhập để tạo thành các dạng truy nhập lai ghép 10 CHƯƠNG 2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) 11 2.1 Định nghĩa 11 2.2 Nguyên lý hoạt động của TDMA 12 2.3 Lợi thế về kỹ thuật số. 15 2.4 TDMA nâng cao 16 2.5 Ưu điểm của TDMA 16 2.6 Nhược điểm của TDMA 18 2.7 Kênh điều khiển kỹ thuật số IS-136 (DCCH): Tính năng và khả năng 19 CHƯƠNG 3 Đa truy cập phân theo miền tần số (FDMA) 21 3.1 Khái niệm: 21 3.2 Nguyên lý hoạt động của FDMA 22 3.2.1 Nhiễu giao thoa kênh lân cận 24 3.2.2 So sánh TDMA và FDMA 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT TDMA & FDMA NHÓM 1:

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH\ 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5

CHƯƠNG 1 Nguyên lý đa truy nhập 8

1.2 Phân loại nguyên lý đa truy nhập 8

1.3 Kết hợp các đa truy nhập để tạo thành các dạng truy nhập lai ghép 10

CHƯƠNG 2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) 11

2.1 Định nghĩa 11

2.2 Nguyên lý hoạt động của TDMA 12

2.3 Lợi thế về kỹ thuật số 15

2.4 TDMA nâng cao 16

2.5 Ưu điểm của TDMA 16

2.6 Nhược điểm của TDMA 18

2.7 Kênh điều khiển kỹ thuật số IS-136 (DCCH): Tính năng và khả năng 19

CHƯƠNG 3 Đa truy cập phân theo miền tần số (FDMA) 21

3.1 Khái niệm: 21

3.2 Nguyên lý hoạt động của FDMA 22

3.2.1 Nhiễu giao thoa kênh lân cận 24

3.2.2 So sánh TDMA và FDMA 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1 Các hệ thống đa truy nhập 8

Hình 1.2 Nguyên lý đa truy nhập 10

Hình 1.3 Kết hợp ba dạng đa truy nhập cơ sở thành các dạng đa truy nhập lai ghép 10

Hình 2.1 11

Hình 2.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 11

Hình 2.3 12

Hình 2.4 Nguyên lý TDMA 12

Hình 2.5 Quá trình tạo cụm trong TDMA 13

Hình 2.6 Quá trình thu cụm trong TDMA 13

Hình 2.7 Phương pháp TDMA truyền theo FDD 14

Hình 2.8 Phương pháp TDMA truyền theo TDD 15

Hình 2.9 Nhiễu đa đường 18

Hình 2.10 Sự phát triển của các tiêu chuẩn TDMA 19

Hình 3.1 21

Hình 3.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số 21

Hình 3.3 FDMA và nhiễu giao thoa kênh lân cận 22

Hình 3.4 Phân bố tần số FDMA/FDD 23

Hình 3.5 Phương pháp FDMA/FDD 23

Hình 3.6 Phân bố tần số FDMA/TDD 23

Hình 3.7 Phương pháp FDMA/TDD 24

Hình 3.8 26

Hình 3.9 27

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Kí hiệu Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt

AMPS advanced mobile-phone system

CDMA code division multiple

access

Telecommunications Industry Association

HCS hierarchical cell structure

JDC Japanese digital cellular

MWI message-waiting indicator

NADC North American digital

SMS short message service

TDMA time division multiple

TDMA Time Division Multiple

Khoảng cách để thiết lập các nguồn phát cùng tần số không gây nhiễu cho nhau gọi

là khoảng cách tái sử dung tần số

Hình 1.1 Các hệ thống đa truy nhập

a) Các đầu cuối mặt đất và bộ phát đáp b) Các trạm di động và các trạm gốc

1.2 Phân loại nguyên lý đa truy nhập

Trong hệ thống thông tin đa truy nhập vô tuyến bao giờ cũng có hai đường truyền:một đường từ các trạm đầu cuối dến các trạm gốc hoặc các trạm phát đáp, còn đườngkhi theo chiều ngược lại Theo quy ước chung đường thứ nhất được gọi là đường lên

còn đường thứ hai được gọi là đường xuống Các phương pháp đa truy nhập được chiathành bốn loại chính:

 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA: Frequency Division MultipleAccess)

 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division MultipleAccess)

 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA: Code Division Multiple Access)

 Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA: Space Division Access)

Các phương pháp đa truy nhập cơ bản trên có thể kết hợp với nhau để tạo thànhmột phương pháp đa truy nhập mới

Các phương pháp đa truy nhập được xây dựng trên cơ sở phân chia tài nguyên vôtuyến cho các nguồn sử dụng ( các kênh truyền dẫn ) khác nhau

Nguyên lý đa truy nhập cơ bản đầu tiên được cho ở hình 2 Mỗi kênh người sửdụng vô tuyến trong hệ thống vô tuyến tổ ông mặt đất hay một trạm đầu cuối trong hệthống thông tin vệ tinh đa trạm sử dụng một sóng mang có phổ nằm trong băng tầncủa kênh vào thời điểm hoạt động của kênh Tài nguyên kênh được trình bày ở dạngmột hình chữ nhật trong mặt phẳng thời gian và tần số Hình chữ nhật này thẻ hiện rõ

độ rộng của kênh và thời gian hoạt động của nó Khi không có quy định trước cácsóng mang đồng thời chiếm hình chữ nhật này và gây nhiễu cho nhau Để tránh đượccan nhiễu các máy thu của trạm gốc và các máy thu của các trạm đầu cuối phải có khảnăng phân biệt các sóng mang thu được Để đạt được sự phân biệt tài nguyên phânchia phải được chia:

 Như là hàm số của vị trí năng lượng sống mang ở vùng tần số Nếu phổ củasóng mang chiếm các băng tần con khác nhau, máy thu có thể phân biệt các sóngmang bằng cách lọc Đây là nguyên lý đa truy nhập phân theo tần số ( FDMA:Frequency Division Multiple Access)

 Như là hàm vị trí thời gian của các năng lượng sóng mang Máy thu thu lầnlượt các sóng mang cùng tần số theo thời gian và phân tách bằng cách mở cổng lầnlượt theo thời gian thậm chí cả khi sóng mang này chiếm một băng tần số Đây là

nguyên lý đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA: Time Division MultipleAccess ).

Hình 1.2 Nguyên lý đa truy nhập

a) Đa truy nhập phân theo tần số(FDMA) b) Đa truy nhập phân theo thời gian ( TDMA)

1.3 Kết hợp các đa truy nhập để tạo thành các dạng truy nhập lai ghép

Sử dụng lập các tần số cho các nguồn phát lại tại các khoảng cách đủ lớn trongkhông gian để chúng không gây nhiễu cho nhau Phương pháp này thường được gọi làphương pháp tái sử dụng tần số và khoảng cách cần thiết để các nguồn phát cùng tần

số không gây nhiễu cho nhau được gọi là khoảng cách tái sử dụng tần số Cần lưu ýrằng thuật thuật ngữ tái sử dụng tần số cũng được sử dụng cho trường hợp hau nguồnphát hay hai kênh truyền dẫn sử dụng chung tần số nhưng được phát đi ở hai phân cựckhác nhau

Sử dụng các anten thông minh (Smart anten) Các anten này cho phép tập trungnăng lượng sóng mang của ngườn phát vào hướng có lợi nhất cho máy thu chủ định vàtránh gây nhiễu cho các máy thu khác

Hình 1.3 Kết hợp ba dạng đa truy nhập cơ sở thành các dạng đa truy nhập lai ghép

CHƯƠNG 2 Đa truy cập phân chia theo thời gian

(TDMA) 2.1 Định nghĩa

TDMA (Time Division Multiple Access ) : là công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian, thời gian làm việc của tài nguyên thông tin chia làm nhiều khung, mỗi khung chia làm nhiều khe, mỗi khe cho phép 1 user làm việc.

Hình 2.4

Kỹ thuật TDMA cấp phát các kênh bội trên cùng tần số trong một hệ truyền

vô tuyến, như hệ điện thoại di động hay hệ truyền thông vệ tinh được dùng chủ yếu trong các hệ điện thoại di động, nó cho phép nhiều người dùng truy cập cùng tần số radio hơn là các hệ di động cũ Mỗi người dùng có một rãnh thời gian trong kênh và rãnh này là cố định đối với người dùng trong suốt cuộc gọi Ngay cả khi thiết bị không có gì để truyền, rãnh thời gian này vẫn được để dành.

Hình 2.5 Đa truy nhập phân chia theo thời gian

 Chia tín hiệu thành các cụm và ghép thành các khung thời gian.

 Mỗi sóng mang mang 1 cụm chiếm toàn bộ băng thông.

 Tiết kiệm tần số

 Cần phải đảm bảo tính đồng bộ nghiêm ngặt

Đồng bộ trong TDMA

Hình 2.6

Mục đích: đảm bảo cụm lấy ra phía thu tương ứng với cụm phát phía phát

Thực hiện : Chèn vào đầu khung là các cụm tham chiếu mang thông tin để máy thuxác định đúng điểm bắt đầu cụm

2.2 Nguyên lý hoạt động của TDMA

Các máy đầu cuối vô tuyến phát không liên tục trong thời gian TB Sự truyền dẫn này được gọi là cụm Sự phát đi một cụm được đưa vào một cấu trúc thời gian dài hơn được gọi là chu kỳ khung, tất cả các máy đầu cuối vô tuyến phải phát theo cấu trúc này Mỗi sóng mang thể hiện một cụm sẽ chiếm toàn bộ độ rộng của kênh vô tuyến được mang bởi tần số sóng mang fi.

Hình 2.7 Nguyên lý TDMA

Quá trình hoạt động:

 Tạo cụm: Máy phát của trạm gốc nhận thông tin ở dạng luồng cơ số hai liên tục

có tốc độ bit Rb từ giao tiếp người sử dụng Thông tin này phải được lưu giữ ở các bộnhớ đệm và được ghép thêm thông tin điều khiển bổ sung để tạo thành một cụm baogồm thông tin của người sử dụng và thông tin điều khiển bổ sung

Hình 2.8 Quá trình tạo cụm trong TDMA

 Thu cụm: Bộ phát hiện từ duy nhất xác định mối tương quan giữa các chuỗi bit

ở đầu ra của bộ phát hiện bit của máy thu, chuỗi này có cùng độ dài như từ duy nhất

và là mẫu của từ duy nhất được lưu giữ ở bộ nhớ của bộ tương quan Chỉ có các chuỗi

thu tạo ra các đỉnh tương quan lớn hơn một ngưỡng thì được giữ lại như là các từ duynhất

Hình 2.9 Quá trình thu cụm trong TDMA

 Đồng bộ:

Ở TDMA vấn đề đồng bộ rất quan trọng Đồng bộ cho phép xác định đúng vị trí của cụm cần lấy ra ở máy thu hay cần phát đi ở máy phát tương ứng Nếu các máy đầu cuối là máy di động thì đồng bộ còn phải xét đến cả vị trí của máy này

so với trạm gốc Về vấn đề đồng bộ sẽ xét ở hệ thống đa truy nhập vô tuyến cụ thể.

So với FDMA,TDMA cho phép tiết kiệm tần số và thiết bị thu phát hơn Tuy nhiên ở nhiều hệ thống nếu chỉ sự dụng một cặp tần số thì không đủ đảm bảo dung lượng của mạng Vì thế TDMA thường được sử dụng kết hợp với FDMA cho các mạng đòi hỏi dung lượng cao.

Hình 2.10 Phương pháp TDMA truyền theo FDD

 TDMA/TDD: cả hai đường lên và đường xuống đều sử dụng chung một tần số, tuy nhiên để phân chia đường phát và đường thu các khe thời gian phát

và thu được phát đi ở các khỏang thời gian khác nhau.

Hình 2.11 Phương pháp TDMA truyền theo TDD

2.3 Lợi thế về kỹ thuật số.

Tất cả các kỹ thuật đa truy cập phụ thuộc vào việc áp dụng công nghệ kỹ thuật số.

Công nghệ kỹ thuật số hiện là tiêu chuẩn cho hệ thống điện thoại công cộng, nơi tất cả các cuộc gọi tương tự được chuyển đổi sang dạng kỹ thuật số để truyền qua đường trục.

Kỹ thuật số có một số lợi thế so với truyền dẫn tương tự:

 Nó tiết kiệm băng thông.

 Nó cho phép tích hợp dễ dàng với các hệ thống liên lạc cá nhân (PCS)

 các thiết bị.

 Nó duy trì chất lượng truyền thoại vượt trội trong khoảng cách xa.

 Rất khó để giải mã.

 Nó có thể sử dụng công suất máy phát trung bình thấp hơn

 Nó cho phép các máy thu và máy phát riêng lẻ nhỏ hơn và ít tốn kém hơn.

 Nó cung cấp sự riêng tư bằng giọng nói.

2.4 TDMA nâng cao

TDMA được cải thiện đáng kể dựa trên hiệu quả của di động tương tự Tuy nhiên, giống như FDMA, nó có điểm yếu là lãng phí băng thông: khe thời gian được phân bổ cho một cuộc trò chuyện cụ thể cho dù có ai đang nói ở đó hay không chốc lát Phiên bản nâng cao của TDMA đa truy cập phân chia theo thời gian mở rộng (ETDMA) của Hughes cố gắng khắc phục sự cố này Thay vì chờ đợi để xác định xem một thuê bao có đang truyền hay không, ETDMA sẽ chỉ định các thuê bao động ETDMA gửi dữ liệu thông qua những khoảng tạm dừng

mà giọng nói bình thường có Khi người đăng ký có thứ gì đó để truyền, họ đặt một bit vào hàng đợi đệm Hệ thống quét bộ đệm, thông báo rằng người dùng có nội dung nào đó để truyền tải và phân bổ băng thông cho phù hợp Nếu một thuê bao không có gì để truyền, hàng đợi chỉ đơn giản là chuyển đến thuê bao tiếp theo Vì vậy, thay vì được chỉ định một cách tùy tiện, thời gian được phân

bổ theo nhu cầu Nếu các đối tác trong một cuộc trò chuyện điện thoại không nói chuyện với nhau, kỹ thuật này gần như có thể tăng gấp đôi hiệu quả phổ củaTDMA, làm cho nó hiệu quả hơn gần 10 lần so với truyền tín hiệu tương tự.

2.5 Ưu điểm của TDMA

Ngoài việc tăng hiệu quả truyền dẫn, TDMA cung cấp một số lợi thế khác so với các công nghệ di động tiêu chuẩn Đầu tiên và quan trọng nhất, nó có thể dễ dàng thích nghi với việc truyền dữ liệu cũng như giao tiếp bằng giọng nói TDMA cung cấp khả năng truyền tải tốc độ dữ liệu từ 64 kbps đến 120 Mb / giây (có thể mở rộng theo bội số của 64 kbps) Điều này cho phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ như giao tiếp cá nhân bao gồm fax, dữ liệu băng tần thoại và dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) cũng như các ứng dụng sử dụng nhiều băng thông như đa phương tiện và hội nghị truyền hình.

Không giống như các kỹ thuật trải phổ có thể bị nhiễu giữa những người dùng trên cùng một dải tần và truyền cùng một lúc, công nghệ của TDMA, giúp phân tách người dùng kịp thời, đảm bảo rằng họ sẽ không bị nhiễu từ các đường truyền đồng thời khác.

TDMA cũng cung cấp cho người dùng thời lượng pin và thời gian đàm thoại kéo dài vì điện thoại di động chỉ truyền một phần thời gian (từ 1/3 đến 1/10) thời gian trong các cuộc trò chuyện.

Việc lắp đặt TDMA giúp tiết kiệm đáng kể thiết bị trạm gốc, không gian và bảo trì, một yếu tố quan trọng khi kích thước tế bào ngày càng nhỏ hơn.

TDMA là công nghệ tiết kiệm chi phí nhất để nâng cấp hệ thống tương tự hiện tại sang kỹ thuật số.

TDMA là công nghệ duy nhất cung cấp việc sử dụng hiệu quả các cấu trúc tế bào phân cấp (HCS) cung cấp pico, micro và macrocell HCS cho phép phạm vi bảo hiểm cho hệ thống được điều chỉnh để hỗ trợ các nhu cầu về lưu lượng và dịch vụ cụ thể Bằng cách sử dụng phương pháp này, có thể đạt được năng lực đồng bộ hóa hơn 40 lần AMP'S trong một cách tiết kiệm chi phí.

Do khả năng tương thích vốn có của nó với các hệ thống tương tự FDMA, TDMA cho phép khả năng tương thích dịch vụ với việc sử dụng các thiết bị cầm tay chế độ kép.

Băng tần kép 800/1900 MHz cung cấp các lợi thế cạnh tranh sau:

 Các ứng dụng và dịch vụ giống hệt nhau được cung cấp cho các thuê bao hoạtđộng trên cả hai băng tần Các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng cùng một bộchuyển mạch cho các dịch vụ 800 và 1900 MHz

 Kết nối liền mạch giữa các mạng 800 đến 1900 MHz thông qua điện thoại băngtần kép / chế độ kép

 Sử dụng điện thoại hai chế độ, băng tần kép, người đăng ký trên kênh TDMA1.900 có thể chuyển cả đến / từ kênh TDMA trên 800 MHz cũng như đến / từ kênhAMPS analog

2.6 Nhược điểm của TDMA

Một trong những nhược điểm của TDMA là mỗi người dùng có một khoảng thời gian được xác định trước Tuy nhiên, người dùng chuyển vùng từ ô này sang ô khác không được phân bổ một khoảng thời gian Do đó, nếu tất cả các khe thời gian trong ô tiếp theo đã được sử dụng, thì một cuộc gọi cũng có thể bị ngắt kết nối Tương tự như vậy, nếu tất cả các khe thời gian trong ô mà người dùng ở đó đã bị chiếm dụng, người dùng sẽ không nhận được âm quay số.

Một vấn đề khác với TDMA là nó bị méo đa đường Một tín hiệu đến từ tháp tới thiết bị cầm tay có thể đến từ bất kỳ hướng nào trong số các hướng Nó có thể đã bật ra khỏi một số tòa nhà khác nhau trước khi đến (xem Hình 5) và có thể gây nhiễu.

Hình 2.12 Nhiễu đa đường

Một cách để khắc phục sự can thiệp này là đặt giới hạn thời gian cho hệ thống Hệ thống sẽ được thiết kế để nhận, xử lý và xử lý một tín hiệu trong một thời gian giới hạn Sau khi hết thời hạn, hệ thống sẽ bỏ qua các tín hiệu Độ nhạy của hệ thống phụ thuộc vào mức độ nó xử lý các tần số đa đường Ngay cả

ở phần nghìn giây, những tín hiệu đa đường này gây ra các vấn đề.

Tất cả các kiến trúc tế bào, cho dù dựa trên tế bào vi mô hay tế bào vĩ mô, đều có một tập hợp các vấn đề về lan truyền duy nhất Macrocell đặc biệt bị ảnh hưởng bởi đa đường

Tín hiệu losS-một hiện tượng thường xảy ra ở rìa tế bào nơi phản xạ và khúc

xạ có thể làm suy yếu hoặc hủy bỏ tín hiệu.

2.7 Kênh điều khiển kỹ thuật số IS-136 (DCCH): Tính năng

và khả năng

Tiêu chuẩn TDMA ban đầu là IS-54, được giới thiệu vào năm 1988-1989 bởi Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông (TIA) / CTIA (xem Hình 6) Nó đã khai trương một bộ tính năng bao gồm xác thực, ID số gọi, chỉ báo chờ tin nhắn (MWI) và quyền riêng tư bằng giọng nói.

Hình 2.13 Sự phát triển của các tiêu chuẩn TDMA

IS-54B được thay thế vào năm 1994 với sự ra đời của IS-136, sau đó là các phiên bản A và B.

IS-136 tương thích ngược với IS-54B và bao gồm một DCCH và các tính năng nâng cao.

IS-136A đã nâng cấp IS-136 cho dịch vụ di động liền mạch giữa các dải tần 800 MHz và 1.900 MHz Ngoài ra, nó còn giới thiệu các dịch vụ lập trình

và kích hoạt qua mạng.

IS-136B bao gồm một loạt các dịch vụ mới bao gồm SM quảng bá, dữ liệu gói…