Hệ Thống Viễn Thông

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

Hệ Thống Viễn Thông

Comments

Presentation Transcript

PowerPoint Presentation:

NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: hệ thống điện thoại cố định PSTN 1 Chương 2: Hệ thống thông tin vệ tinh Chương 3: Hệ thống Thông tin di dộng Chương 4: Hệ thống truyền dẫn Chương 5: Hệ thống Báo hiệu SS7

PowerPoint Presentation:

Chương 1 Mạng điện thoại công cộng- PSTN 1

PowerPoint Presentation:

Nội dung Giới thiệu Hệ thống chuyển mạch Báo hiệu Cấu trúc điện thoại cố định Các loại chuyển mạch Bài tập 2

PowerPoint Presentation:

Giới thiệu Public Switched Telephone Network (PSTN) là mạng viễn thông công cộng cho phép mọi người cùng sử dụng. Các thành phần chính của mạng: Switching Offices (trung tâm chuyển mạch) định hướng cho các luồng tín hiệu. Transmission Facilities (truyền dẫn) cung cấp đường truyền kết nối giữa các thiết bị. 3 Customer Premise Equipment (thiết bị đầu cuối) là các thiết bị cuối được người dùng kết nối với mạng.

PowerPoint Presentation:

Mạng điện thoại Switching Office Switching Office CPE CPE Transmission Facilities 4

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch SWITCHING OFFICE CONTROL NETWORK 5

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch Switching offices là trung tâm của mạng PSTN nên còn được gọi là Central office Có hai phần chính trong Switching office Switching g network cung cấp kết nối giữa các khách hàng. Switching control điều khiển các kết nối trong switching network. 6

PowerPoint Presentation:

Truyền dẫn Switching Switching Trunks Office Office Line Line Special Service Circuit 7

PowerPoint Presentation:

Truyền dẫn Mạng truyền dẫn cung cấp những kết nối trong PSTN. Có hai loại truyền dẫn chính: Line thường là một một cặp dây kết nối từ khách hàng đến switching g office. Line còn được gọi là customer loop . 8 Trunk là đường kết nối giữa hai switching office. Một cuộc gọi giữa hai khách hàng có thể truyền qua nhiều switching office và trunk.

PowerPoint Presentation:

Thiết bị đầu cuối (CPE) Customer Premise Equipment (CPE) là những thiết bị được khách hàng sử dụng để kết nối với mạng PSTN. Trên mạng có nhiều dịch vụ và do vậy có nhiều thiết bị có thể kết nối với PSTN. Điện thoại cố định. Modem 9 Tổng đài nội bộ (PBX - Private Branch Exchange )

PowerPoint Presentation:

Telephone Telephone Sơ đồ tổng quát mạng PSTN Satellite PBX PBX Central Office Central Office Satellite dish Tandem Switch Telephone Telephone Telephone Telephone Central Office MTSO Central Office Telephone Toll Office Toll Office Microwave Microwave 10 Cell Site Cell Site t tower tower Toll Office

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ tổng quát mạng PSTN 11

PowerPoint Presentation:

Hệ thống chuyển mạch Chức năng cơ bản nhất của hệ thống chuyển mạch là kết nối các thiết bị với nhau. Phụ thuộc vào loại thiết bị hệ thống chuyển mạch được phân thành hai loại chính: Local Switching Tandem Switching 11

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch 12

PowerPoint Presentation:

Hệ thống chuyển mạch Local switching kết nối trực tiếp customer loop đến một customer loop khác hoặc đến một trunk. Một local switching lớn (có thể kết nối đến hàng ngàn khách hàng) được gọi là central office. 13 Tandem switching là khái niệm để chỉ hệ thống chuyển mạch kết nối các trunk với nhau.

PowerPoint Presentation:

• Mạng nội hạt Exchange Area 5 Exchange Area 2 Exchange Area 1 Wire Center B Wire Center A • Exchange Area 4 Exchange Area 3 14

PowerPoint Presentation:

Mạng nội hạt Tất cả khách hàng trong một vùng được nối đến một local switching, local switching này được đặt tại trung tâm của vùng và được gọi là wire center . Các khách hàng trong cùng một vùng sẽ liên lạc với nhau qua local switching. 15 Trong một khu vực có thể có nhiều local switching. Cuộc gọi giữa các thuê bao trong cùng một khu vực được gọi là cuộc gọi một hạt.

PowerPoint Presentation:

Mạng nội hạt Tandem Office T Wire Center A Wire Center C Tandem Trunk Groups (Final) Wire Center B Direct Trunk Groups (High Usage) 16

PowerPoint Presentation:

Mạng nội hạt Wire center A và B được nối trực tiếp với nhau. Wire center A, B và C được kết nối với nhau thông qua Tandem office T. 17 Việc kết nối qua Tandem office sẽ phức tạp hơn nhưng bù lại sẽ cho khoảng cách truyền xa hơn và kinh tế hơn trong trường hợp có ít cuộc gọi giữa các wire center.

PowerPoint Presentation:

Mạng liên tỉnh (Toll network) Regional Center E Sectional Center F FINAL HU6 HU5 Regional Center D Class 1 Regional Center C Class 2 Regional Center B Class 3 Primary Center G HU4 HU3 HU2 HU7 Toll Center A Class 4 HU1 Toll Center H Local Office Toll Connecting Local Office Local Tandem Office 18 (End Office) Class 5 Telephone 1 Telephone 2

PowerPoint Presentation:

Mạng liên tỉnh (Toll network) Toll network là cấu trúc mạng liên kết những switching office trong một quốc gia lại với nhau. Các trung tâm chuyển mạch được phân thành nhiều cấp khác nhau được gọi là class. Lớp thấp nhất (class 5) là lớp chứa các local switching. Các switching trong toll network được nối với nhau bởi intertoll trunk . 19 Intertoll trunk được phân loại thành Final và High Usage .

PowerPoint Presentation:

Mạng liên tỉnh (Toll network) Nguyên tắc hoạt động của mạng là hạn chế chuyển lên mạng cấp cao hơn và sử dụng càng ít trunk càng tốt. Ví dụ cuộc gọi từ điện thoại 1 đến điện thoại 2: Tín hiệu từ điện thoại 1 sẽ chuyển đến local office. Tín hiệu được phân tích và chuyển đến Toll center A. Center A sẽ tìm đường trống trong HU trunk trước, nếu không được mới chuyển lên Toll center cấp cao hơn. 20

PowerPoint Presentation:

21 Báo hiệu Báo hiệu là phương pháp sử dụng switching office và CPE điều khiển những chuyển mạch để kết nối những cuộc gọi thông qua mạng PSTN. Để thực hiện một cuộc gọi cần có nhiều tín hiệu truyền giữa các trung tâm: Địa chỉ – Tạo ra bởi quay số. Các tín hiệu – Tone mời quay số, chuông, tone báo bận n, ... Giám sát – Nhấc máy, gác máy.

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) Idle Off-hook Dial Tone Dialed Digits Originating CPE 1 2 Originating Switching Office 3 Off-hook Off-hook (wink) On-hook (wink) Dialed Digits Audible Ring Answer Ringing Off-hook Disconnect 22 Trạng thái Idle là trạng thái CPE gác máy. ở trạng thái mày tổng đài sẽ cung cấp điện áp -48v cho CPE. Mức điện áp này Có thể từ -42,5v -> -56v tùy trạng thái Nguồn cung cấp. ở trạng thái gác máy đường dây xuất hiện trở kháng cao Tương đương trạng thái gác máy.

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) 1. Trạng thái idle là trạng thái CPE gác máy. Ở trạng thái này tổng đài sẽ cung cấp mức điện áp -48v cho CPE. Mức điện áp này có thể thay đổi trong khoảng -42.5v đến -56v phụ thuộc vào trạng thái của nguồn cung cấp. Ở trạng thái gác máy trên đường dây xuất hiện trở kháng cao tương đương với trạng thái hở mạch. 2. Để bắt đầu cuộc gọi khách hàng phải nhấc máy, việc nhấc máy sẽ sinh ra một dòng điện chạy trong mạch. 23 3. Tổng đài sẽ gửi tín hiệu mời quay số.

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) Terminating Switching Office Terminating CPE Originating Switching Office Idle Originating CPE 1 Dial Tone Dialed Digits Off-hook 2 4 3 Off-hook Off-hook (wink) 5 6 On-hook (wink) 6 Dialed Digits Audible Ring Answer Ringing Off-hook Disconnect 24

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) 4. Khách hàng sẽ gửi đến tổng đài thông tin máy cần gọi bằng cách quay số. 5. Tổng đài gọi sẽ nhận địa chỉ và xác định trunk để nối đến tổng đài nhận và gửi trạng thái nhấc máy lên trunk được chọn. 6. Tổng đài nhận sẽ gửi lại một tín hiệu “wink” để xác nhận cho tổng đài gọi tiếp tục quay số. 25

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) Idle Off-hook Dial Tone Dialed Digits Originating CPE 1 2 4 Originating Switching Office 3 5 Dialed Digits 7 On-hook (wink) 6 8 Audible Ring Answer Ringing Off-hook Disconnect 26 Tổng đài nhận sau khi kiểm tra trạng thái của máy bị gọi ( Busy/Idle) sẽ gửi tín hiệu phù hợp đến khách hàng: - nếu máy bị gọi ở trạng thái Busy, tổng đài nhận sẽ gửi tone bận đến tổng đài/ thuê bao gọi - Nếu máy ở trạng thái idle, tổng đài nhận sẽ gửi tone chuông đến tổng đài gọi.

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) 7. 8 8. Tổng đài gọi sẽ tiếp tục quay số đến tổng đài nhận. Có hai phương pháp được sử dụng là inband và out- of-band. Inband : Tín hiệu sẽ được gửi trên cùng một đường với tín hiệu thoại. Out-of-band : Sử dụng một đường riêng để truyền tín hiệu. Tổng đài nhận sau khi kiểm tra trạng thái busy/idle của máy được gọi sẽ gửi tín hiệu phù hợp đến khách hàng. Nếu máy được gọi ở trạng thái bận n, tổng đài nhận sẽ gửi tone bận đến tổng đài gọi. Nếu máy được gọi ở trạng thài idle, tổng đài nhận sẽ gửi tone chuông đến tổng đài gọi và gửi tín hiệu chuông đến máy được gọi. Tín hiệu chuông có mức điện áp từ -84vrms đến 104vrms và có tần số 20Hz. 27

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) Terminating Switching Office Terminating CPE Originating Switching Office Idle Originating CPE 1 Off-hook Dial Tone Dialed Digits 2 4 28 Audible Ring Answer Ringing Off-hook Disconnect 8 9 10 10 Khi cuộc gọi kết thúc bởi một trong hai khách hàng, tín hiệu gác máy sẽ được gửi đến tổng đài, cuộc gọi được giải tỏa

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu (tt) 9. Khi máy được gọi trả lời cuộc gọi nó sẽ gửi tín hiệu nhấc máy đến tổng đài nhận. Tổng đài nhận sẽ ngắt tín hiệu chuông và gửi tín hiệu trả lời đến tổng đài gọi, cuộc gọi được kết nối 10. Khi cuộc gọi kết thúc bởi một trong hai 29 khách hàng, tín hiệu gác máy sẽ được gởi đến tổng đài, kết thúc quá trình kết nối.

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu kênh chung Báo hiệu kênh chung là cách truyền báo hiệu bằng phương pháp out-of-band. Đường truyền chỉ được sử dụng khi kết nối được thiết lập. Cuộc gọi được kết nối nhanh hơn. Voice Trunks Switch A Switch B 30 Signaling Link

PowerPoint Presentation:

Ưu điểm của CCS Cuộc gọi được thiết lập nhanh hơn Không có sự xen nhiễu giữa tín hiệu tone và tín hiệu thoại. Nâng cao hiệu quả làm việc của tổng đài và đường truyền dẫn. 31 CCS có thể truyền nhiều tín hiệu cộng thêm giúp cho qua trình xử lý hiệu quả hơn.

PowerPoint Presentation:

Báo hiệu kênh chung A Local C.O. X Tandem C.O. B Local C.O. Signaling STP 32

PowerPoint Presentation:

Hệ thống báo hiệu số 7 STP STP STP STP STP 33

PowerPoint Presentation:

Hệ thống báo hiệu số 7 Để thực hiện SS7, một mạng mới được sử dụng chồng lên mạng PSTN. Thành phần chính của SS7 là Signal Transfer Point (STP). Để dự phòng và tăng độ tin cậy, các STP được thiết lập từng cặp. Các tổng đài nối với STP bởi các đường access link (A-link). Mỗi cặp STP được nối với nhau bởi cross link (C-link). Các cặp STP được nối với nhau bởi bridge link (B-link) và diagonal link (D-link). 34 Thành phần thứ 3 trong SS7 là Service Control Point (SCP). SCP chứa database để cung cấp dữ liệu cho các cuộc gọi i.

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch 41

PowerPoint Presentation:

Vì sao phải chuyển mạch Kết nối hai điện thoại Trường hợp có nhiều điện thoại 42

PowerPoint Presentation:

Vì sao phải chuyển mạch 43

PowerPoint Presentation:

Phân loại Chuyển mạch được phân thành: Chuyển mạch mạch. Chuyển mạch phân chia không gian. Chuyển mạch phân chia thời gian. Tín hiệu analog được lấy mẫu 8 bit với tần số 8KHz. Chuyển mạch gói. 44

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch không gian một cấp có 1 số nhược điểm sau : • Số tiếp điểm rất lớn ~ n 2 􀃆 giá thành cao • Nếu mất 1 tiếp điểm nào đó thì dẫn đến khó khăn nối giữa 2 thuê bao • Số tiếp điểm sử dụng thực tế rất ít chỉ là n so với n 2 46 Chuyển mạch không gian

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch nhiều cấp : • Chia N đầu vào thành N/n nhóm • Mỗi nhóm có n đầu vào lập thành cấp thứ 1 • Mỗi nhóm có k đầu ra , lại đưa vào các đầu vào của cấp thứ 2, và cứ như thế tiếp tục Chuyển mạch không gian 46

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch thời gian 47

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch thời gian 48

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch thời gian 48

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch TST 49

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch TST 49

PowerPoint Presentation:

Chuyển mạch gói 50

PowerPoint Presentation:

Luồng T1 Theo tiêu chuẩn của Mỹ, 24 kênh thoại được ghép lại với nhau tạo thành luồng dữ liệu 1.544M, được gọi là T1 hay DS1 51

PowerPoint Presentation:

Luồng T1 52

PowerPoint Presentation:

Luồng E1 Theo tiêu chuẩn này 30 kênh thoại được ghép với nhau 53

PowerPoint Presentation:

… Bài tập 1 Tính tổng số tiếp điểm cần thiết của mạch 1 2 N 1 54 … 2 N –1 N N x = N ? ( N − 1 )

PowerPoint Presentation:

… … … ? N x = 2 ⎜ ⎟ nk + k ⎜ ⎟ n × k 1 k × n 1 Bài tập 2 Tính tổng số tiếp điểm cần thiết của mạch N inputs N outputs N/n × N/n 1 N/n × N/n 2 k × n 2 k × n n × k 2 n × k 3 3 n × k N/n N/n × N/n k k × n N/n 55 2 ⎛ N ⎞ ⎛ N ⎞ ⎝ n ⎠ ⎝ n ⎠

PowerPoint Presentation:

Suy ra N x = 2 N ( 2 n − 1 ) + ( 2 n − 1 ) ⎜ ⎟ Chuyển mạch không gian 3 trạng thái Ưu điểm của chuyển mạch 1 trạng thái là không bị nghẽn mạch. Chuyển mạch không gian 3 trạng thái sẽ không bị nghẽn mạch khi: Tất cả các chuyển mạch con không bị nghẽn mạch k = 2n – 1 2 56 ⎛ N ⎞ ⎝ n ⎠

PowerPoint Presentation:

Bài tập 3 Hãy thiết kế mạch chuyển mạch không gian 3 trạng thái có 1152 ngõ vào, 1152 ngõ ra. Tính tổng số tiếp điểm cần thiết Lưu ý: Để tối ưu số tiếp điểm, chọn n ~ (N/2) 1/2 ( 57 2 N − 1 ) N x ( min ) = 4 N

PowerPoint Presentation:

58 Bài tập 4 Xác định số tiếp điểm cho mạch 1 trạng thái và mạch 3 trạng thái trong trường hợp mạch không bị nghẽn mạch với số line lần lượt: 128 512 2.048 8.192 3.2768

PowerPoint Presentation:

Sốline 3trạngthái 1trạngthái 128 7.680 16.256 512 63.488 261.632 2.048 516.096 4.2triệu 8.192 4.2triệu 67triệu 32.768 33triệu 1tỷ Bài tập 4 – kết quả 59

PowerPoint Presentation:

Line n k β Crosspoint Nonblocking 128 8 5 0.625 2.560 7.680(k=15) Bài tập 5 Tính số tiếp điểm của chuyển mạch 128 line. Biết rằng: Xác suất nghẽn mạch chấp nhận 0.002 Xác suất bận của 1 line 0 0.1 1 ? 61

PowerPoint Presentation:

Line n k β Crosspoint Nonblocking 128 8 14 1.75 7.168 7.680(k=15) Bài tập 6 Tính số tiếp điểm của chuyển mạch 128 line. Biết rằng: Xác suất nghẽn mạch chấp nhận 0.002 Xác suất bận của 1 line 0 0.7 7 ? 62

PowerPoint Presentation:

Câu hỏi? 63

PowerPoint Presentation:

Chương 2 Thông tin vệ tinh Th.S Chu Công Hạnh Khoa Công Nghệ 1

PowerPoint Presentation:

2 Nội dung Phổ tần số trong thông tin vệ tinh Quỹ đạo của vệ tinh Góc nhìn của anten Sơ đồ một hệ thống thông tin vệ tinh Công suất phát Các suy hao Công suất thu Các loại nhiễu Đánh giá chất lượng đường truyền

PowerPoint Presentation:

Ưu điểm của thông tin vệ tinh Khả năng bao phủ. Dung lượng truyền. Triển khai nhanh chóng. Chi phí thấp tương ứng với khả năng. 3

PowerPoint Presentation:

Phổ tần số Thông tin vệ tinh thường dùng các cặp tần số ở băng SHF (3GHz-30GHz). Tần số sóng mang hướng từ trạm mặt đất (ES) lên vệ tinh (Satellite) ký hiệu là f u – Tần số hướng Uplink Tần số sóng mang hướng từ trạm mặt vệ tinh xuống ES ký hiệu là f d - Tần số hướng 4 Downlink.

PowerPoint Presentation:

Phổ tần số Khi đề cập đến tần số của thông tin vệ tinh, ta thường sử dụng cặp tần số f u /f d , ví dụ cặp 14/11 GHz. Trong thực tế f u >f d Chúng ta còn có thể nói vệ tinh làm việc ở băng C, K, Ka, Ku… 5

PowerPoint Presentation:

Phổ tần số Băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh 6

PowerPoint Presentation:

Phổ tần số Băng thông của vệ tinh thường được chia thành nhiều đoạn (segment) khác nhau và có thể làm việc độc lập nhau. 500 MHz Each channel 36 MHz Guard band 4 MHz 5925 MHz 6425 MHz 3720 3760 3800 3840 3880 3920 3960 4000 4040 4080 4120 4160 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 Receive and transmit bandwidths in a C-band communications satellite Transmit channels Channel center frequencies (MHz)

PowerPoint Presentation:

8 Footprint của một vệ tinh Footprint là vùng bề mặt trái đất được bao phủ bởi vệ tinh. Vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo. Tần số sóng mang. Độ lợi của anten trên vệ tinh. Footprint được phân loại thành: Global Zonal Spot

PowerPoint Presentation:

Footprint của một vệ tinh Spot hay Zonal : vệ tinh tập trung năng lượng của nó trong một vùng địa lý rất nhỏ (nhỏ hơn 10% bề mặt trái đất) Hemispherical : bao phủ 20% trái đất Earth hay Global : bao phủ khoảng 42% trái đất. t 9

PowerPoint Presentation:

Footprint của một vệ tinh 10

PowerPoint Presentation:

Footprint 11

PowerPoint Presentation:

Ứng dụng của vệ tinh Fixed Satellite Service (FSS) Dịch vụ Point-to-Multipoint Dịch vụ quảng bá (Broadcast Satellite Service – BSS)) Dịch vụ điện thoại (Mobile Satellite Service) Land Mobile Maritime Mobile Aeronautical Mobile 12 Ứng dụng trong khí tượng học

PowerPoint Presentation:

Quỹ đạo của vệ tinh Các dạng quỹ đạo của vệ tinh Polar (Thẳng đứng) Equatorial (Vuông góc) Inclined (Nghiên) 13

PowerPoint Presentation:

Quỹ đạo của vệ tinh - Polar (b) (c) (a) (a) Quỹ đạo Polar (b) Quỹ đạo địa tĩnh và quỹ đạo polar (c) Chu kỳ của một vệ tinh polar là 102 phút và trong thời gian đó trái đất quay được 25 0 14

PowerPoint Presentation:

Quỹ đạo của vệ tinh - Equatorial Bao phủ một vùng gần xích đạo Coverage of LEO satellite N Equatorial LEO satellite S 15

PowerPoint Presentation:

Quỹ đạo của vệ tinh - Inclined Vùng bao phủ gần xích đạo 16

PowerPoint Presentation:

17 Quỹ đạo của vệ tinh - Inclined Ưu điểm của Inclined Có thể quan sát tại những vùng cực c. Cho góc ngẩng cao hơn đối với những ES. Nhược điểm của Inclined Một cách định kỳ các user phải chuyển vệ tinh. Số vệ tinh thuộc quỹ đạo là một hàm phức với nhiều thông số (độ bao phủ, góc ngẩng, thời gian quan sát, …)

PowerPoint Presentation:

Quỹ đạo của vệ tinh Theo độ cao, quỹ đạo của vê tinh được phân thành: LEO (Low Earth Orbit): 700-1000 km MEO (Medium Earth Orbit): 10354 km GEO (Geostationary Earth Orbits): 40.000 km 18

PowerPoint Presentation:

Quỹ đạo của vệ tinh 19

PowerPoint Presentation:

Góc nhìn của anten Ta cần cân chỉnh để hướng bức xạ của anten hướng đến vệ tinh 20

PowerPoint Presentation:

Góc nhìn của anten Góc ngẩng của anten là góc giữa trục của anten và mặt phẳng ngang 21

PowerPoint Presentation:

Góc nhìn của anten Góc phương vị là góc giữa hai mặt phẳng: thứ nhất là mặt phẳng chứa trục và hướng của ant, mặt phẳng thứ hai là mặt phẳng chứa trục và song song với hướng Bắc. 22

PowerPoint Presentation:

Phân loại theo chức năng Non-processing satellite Còn được gọi là vệ tinh lặp (Repeater) hay Bend pipe. Chức năng chính của loại vệ tinh này là nhận tín hiệu đường uplink, khuếch đại tín hiệu và đổi tần để phát xuống theo đường down link. Không xử lý tín hiệu. Processing g Satellite 23 Khác với Non-Processing, vệ tinh Processing thu tín hiệu hướng Uplink, giải điều chế, sửa lỗi tín hiệu, thậm chí có thể thay đổi kiểu điều chế sau đó chuyển tần và phát xuống theo đường downlink.

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ một tuyến vệ tinh Sơ đồ khối của tuyến thông tin vệ tinh Solar panels 24

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ một tuyến vệ tinh Tuyến Uplink 25

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ một tuyến vệ tinh Tuyến Downlink 26

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ một tuyến vệ tinh Vệ tinh repeater 27 RF-to-RF Repeater

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ vệ tinh Repeater Biến đổi tần số 1 lần Mixer f r f t f t 6 GHz band- pass filter 4 GHz band- pass filter LNA LPA HPA BPF 4 GHz band- pass filter BPF Pre- amplifier f l BPF 6 GHz uplink antenna 4 GHz downlink antenna 2225 MHz Local oscillator 28

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ vệ tinh Repeater Biến đổi tần số 2 lần 14 GHz LNA 1 st Mixer f r f IF BPF2 11 GHz HPA BPF3 f t 2 nd Mixer f r f t 1 GHz amplifier BPF1 IF Amplifier f l1 f l2 14 GHz uplink antenna Up converter 11 GHz downlink antenna 1 st Local oscillator 13 GHz 2 nd Local oscillator 10 GHz 29

PowerPoint Presentation:

f r Sơ đồ vệ tinh Processing Sơ đồ này cải thiện được BER Carrier regeneration . Mod. HPA BPF f t Mixer f t Dem. LNA Regeneration. f l Local oscillator 30

PowerPoint Presentation:

Trạm mặt đất Trạm mặt đất 31

PowerPoint Presentation:

Trạm mặt đất Trung tâm điều khiển 32

PowerPoint Presentation:

G = η ⎜ ⎟ Độ lợi của anten phát Một anten phát parabol có độ lợi được xác định bằng: 2 ⎛ π D ⎞ ⎝ λ ⎠ Trong g đó: η : hiệu suất của antenna [55-65%] D (Diameter): Đường kính của anten parabol [m] λ (c/f): Bước sóng của tín hiệu [m] 33

PowerPoint Presentation:

Độ lợi của anten phát Với anten bức xạ đẳng hướng ta có độ lợi của anten G = 1 hay G = 0dB Với anten định hướng, công suất bức xạ của anten sẽ tập trung vào hướng xác định. Độ lợi của anten có được là do tính định hướng công suất về một phía nào đó ó. 34

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 2-1 Xác định độ định hướng của một anten biết rằng: Anten có đường kính: 3m. Hiệu suất của anten: 60%. Tần số phát của anten: 11GHz. 35

PowerPoint Presentation:

Công suất phát của anten Công suất bức xạ của anten (EIRP - Effective Isotropic Radiated Power) được xác định Trong đó: EIRP = P − L T + G T T 36 P T : công suất của máy phát L T : suy hao trên ống dẫn sóng G T : độ lợi của anten phát

PowerPoint Presentation:

? Ví dụ 2-2 Xác định công suất bức xạ hiệu dụng (EIRP) của trạm mặt đất, biết rằng: Máy phát có công suất 50W Tổn hao trên dây truyền sóng là 3dB Anten có đường kính là 2m Hiệu suất của anten là 55% Tần số phát là 14GHz 37 T EIRP [ dBW ] = P − L T + G = 17 − 3 + 46.7 = 60.7

PowerPoint Presentation:

FSL = ⎜ ⎟ Suy hao trong không gian tự do FSL – Free Space Loss: là tổn hao tự nhiên trên đường truyền vô tuyến do năng lượng bức xạ lan rộng trong không gian 2 ⎛ 4 π d ⎞ ⎝ λ ⎠ Trong đó: λ (c/f): Bước sóng của tín hiệu [m] d: khoảng cách giữa anten thu và phát [m] 38

PowerPoint Presentation:

Suy hao khác Ngoài FSL, tín hiệu truyền trên kênh truyền vệ tinh còn bị tổn hao do một số nguyên nhân khác nữa: Tổn hao do mưa [ Rainfall loss] Tổn hao do phân cực [Polarization loss] Tổn hao do bị hấp thụ ở tầng khí quyển [Atmospheric absorption] … 39 Đa phần các tổn hao trên đều phụ thuộc vào yếu tố thời tiết, góc ngẩng và tần số hoạt động của anten. Tuy nhiên thông thường chúng có giá trị khoảng 0.5dB

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 2-3 Hệ thống thông tin có Khoảng cách 40.000km Satellite Xác định suy hao FSL Ở tần số 11GHz Ở tần số 14GHz 40

PowerPoint Presentation:

Công suất thu IRL (Isotropic Received Level): là mức công suất tại đầu vào của anten thu IRL [ dBW ] = EIRP [ dBW ] − FSL [ dB ] − OtherLoss [ dB ] L T IRL Tx P T EIRP G T FSL Orther Rx 41

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 2-4 Xác định công suất tín hiệu tại đầu vào của một anten thu biết rằng: Máy phát có công suất 100W Anten có đường kính là 3m Hiệu suất của anten là 55% Tần số phát là 14GHz Khoảng cách giữa hai anten là 1000km Các tổn hao khác trên đường truyền là 1dB 42

PowerPoint Presentation:

Nhiễu tại ngõ vào Ngõ vào của anten thu chịu tác động bởi hai loại nhiễu chính: Nhiễu của không gian, T sky phụ thuộc vào góc ngẩng của anten, điều kiện của môi trường, tần số hoạt động,…Thông số này có được từ thực nghiệm.(Tra bảng) Nhiễu nhiệt của hệ thống được sinh ra do sự chuyển động của các hạt điện tích. 43

PowerPoint Presentation:

Nhiễu tại ngõ vào Công suất của nhiễu nhiệt được xác định k: hằng số Boltzman, 1.38.10 -23 (J/K) T: nhiệt độ tuyệt đối Kelvins B: băng thông (Hz) 44

PowerPoint Presentation:

Hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu tương đương Hệ số nhiễu SNR in SNR out ( S in / N in ) ( S out / N out ) = NF = SNR in SNR out NF ( dB ) = 10log Nhiệt độ nhiễu tương đương T eq = ( NF − 1 ) T 0 = 290 ( NF − 1 ) 45

PowerPoint Presentation:

( ) log NF ratio anti = Ví dụ 2-5 Một bộ khếch đại có hệ số nhiễu là 4dB. Xác định nhiệt độ nhiễu tương tương? 10 NF ( dB ) = anti log ( 0.4 ) = 2.5 T eq = 290 ( NF − 1 ) = 290 ( 2.5 − 1 ) 46 = 435 K

PowerPoint Presentation:

Nhiễu của anten Giả sử tổn hao trên dây truyền sóng là L a (dB). Nhiệt độ nhiễu tương đương của anten 290 ( l a − 1 ) + T sky l a T ant = L a 10 l a = 10 47

PowerPoint Presentation:

Nhiễu của bộ thu LNA PreA PostA G 1 (dB) NF 1 (dB) T eq1 (K) G 2 (dB) NF 2 (dB) T eq2 (K) G 3 (dB) NF 3 (dB) T eq3 (K) G n (dB) NF n (dB) T eqn (K) 2 T eq 2 G 1 T eq 3 G 1 G T r = T eq 1 + + + ... + 48 T eqn G 1 G 2 ... G n − 1

PowerPoint Presentation:

Nhiễu của bộ thu Bằng cấu trúc ghép nối tiếp các tầng, nhiệt nhiễu của các tầng sau ảnh hưởng không đáng kể lên nhiễu ngõ vào. Đặc biệt khi khối LNA có hệ số khuếch đại lớn. 49

PowerPoint Presentation:

Độ nhạy của bộ thu Hệ số G/T e được gọi là độ nhạy của bộ thu: G: độ lợi của anten thu + dây truyền sóng T e : nhiệt độ nhiễu của hệ thống G, T e tại mỗi thời điểm là khác nhau. Tuy nhiên tỉ số G/T e là không đổi. G T e ( dB / K ) = G ( dB ) − 10log T e ( K ) 50

PowerPoint Presentation:

e r 51 Độ nhạy của bộ thu Chọn điểm tham chiếu là trước LNA Nhiệt độ nhiễu tương đương được tính T = T ant + T T ant : nhiệt độ nhiễu của anten T r : nhiệt độ nhiễu của bộ thu Độ lợi tại điểm tham chiếu được tính G = G ant − L a G ant : độ lợi của anten thu L a : suy hao của dây dẫn (dB)

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 2-6 Xác định nhiệt độ nhiễu tương đương của hệ thống biết rằng: Nhiễu của không gian T sky : 200K. Tổng tổn hao trên dây truyền sóng là 2dB. LNA có độ lợi là 30dB và NF=5dB. Bộ LNA nối trực tiếp với bộ đổi tần có NF=15dB 52 BPF LNA RF/IFconv

PowerPoint Presentation:

290 ( l a − 1 ) + T sky 290 x 0.58 + 200 Ví dụ 2-6 (giải) = 233 K L a = 2 ⇒ l a = 1.58 T ant = = l a 1.58 T LNA = 290 ( NF LNA − 1 ) = 627 K T IF = 290 ( NF IF − 1 ) = 8880 K T IF 8880 G LNA 1000 T sys = T ant + T r = 233 + 636 = 869 K 53

PowerPoint Presentation:

? Ví dụ 2-7 Xác định độ nhạy của hệ thống thu sau: Anten có độ lợi 44dB Nhiễu của không gian T sky : 145K. Tổng tổn hao trên dây truyền sóng là 1.9dB. LNA có độ lợi là 30dB và NF=5dB. Bộ LNA nối trực tiếp với bộ đổi tần có NF=13dB G/T G T 54 BPF LNA = 12.9 dB / K RF/IFconv

PowerPoint Presentation:

( dB ) = = EIRP − FSL − ( Oth herloss ) + − k − 10 l log R b Đánh giá chất lượng đường truyền Gọi C là công suất tín hiệu thu được ở máy thu, thì C G N 0 T e Trong hệ thống số C = E b . R b C E b N 0 N 0 l ( dB ) + 10 log R b 55 E b N 0 G T

PowerPoint Presentation:

56 Ví dụ 2-8 Cho hệ thống thông tin vệ tinh có các thông số như sau: Công suất phát trạm mặt đất: 500W Anten có đường kính là 2m Suy hao trên đường dây truyền sóng ở anten phát: 1.5dB Hiệu suất của anten là 55% Tần số phát là 14GHz Khoảng cách: 36000km Các suy hao khác: 2dB Tốc độ dữ liệu: 100kbps Nhiễu của không gian T sky : 100K. Tổng tổn hao trên dây truyền sóng ở anten thu: 1dB. LNA có độ lợi là 20dB và NF=3dB. Bộ LNA nối trực tiếp với bộ đổi tần có NF=10dB Xác định E b /N 0

PowerPoint Presentation:

Câu hỏi? 57

PowerPoint Presentation:

Chương 3 Kỹ thuật trải phổ 1

PowerPoint Presentation:

Nội dung Giới thiệu Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp Hệ thống trải phổ nhảy tần Các mã trải phổ Nhiễu trong kênh vô tuyến đa đường Các vấn đề cần giải quyết trong hệ thống thông tin trải phổ 2

PowerPoint Presentation:

Giới thiệu Trải phổ là một kỹ thuật được áp dụng trong viễn thông, có khả năng trải một tín hiệu băng hẹp thành một tín hiệu băng rộng. Ở phía thu sẽ thực hiện quá trình ngược lại. Trải phổ có tính chất: Băng rộng 3 Công suất thấp

PowerPoint Presentation:

Băng hẹp và trải phổ Narrowband (High Peak Power) Power Spread Spectrum (Low Peak Power) 4 Frequency

PowerPoint Presentation:

Kỹ thuật trải phổ Trong hệ thống thông tin trải phổ, băng thông được sử dụng để phát phải lớn hơn rất nhiều so với băng thông tín hiệu tin tức. Sử dụng một mã để trải phổ và giải trải phổ tín hiệu. Chỉ có máy phát và máy thu tương ứng mới được chia sẻ thông tin về mã trải phổ này. 5

PowerPoint Presentation:

Mục tiêu của các kỹ thuật trải phổ Bảo mật thông tin (giảm xác suất bị thu trộm). Chống nhiễu giao thoa từ bên ngoài . Chống nhiễu fading đa đường . Cho phép thông tin giữa nhiều user. 6

PowerPoint Presentation:

Mật độ phổ công suất Mật độ phổ công suất Mật độ phổ công suất •••• •• •••• •• Mật độ phổ công suất Tần số vô tuyến Tần số vô tuyến Đặc tính của kỹ thuật trải phổ Bảo mật, An toàn Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ có thể thấp hơn mật độ phổ công suất nhiễu Nhiễu Tín hiệu trải phổ phát đi Tín hiệu thu Bộ giải điều chế Băng tần gốc Với mã chính xác (và tần số sóng mang đúng), có thể phát hiện được data. Nhiễu Với mã (hoặc tần số sóng mang), không chính xác, tín hiệu trải phổ không thể phát hiện được 7 Băng tần gốc Người ngoài không thể phát hiện sự tồn tại của thông tin, vì tín hiệu nằm dưới mức nhiễu.

PowerPoint Presentation:

Phân loại kỹ thuật trải phổ Spread Spectrum Techniques Direct Sequence Time Hopper Frequency Hopper Narrow Band Slow Fast Wide Band 8

PowerPoint Presentation:

Ứng dụng của kỹ thuật trải phổ Kỹ thuật trải phổ được ứng dụng trong nhiều ứng dụng: Cordless Telephones Global Positioning Systems (GPS) Cell Phones Personal Communication Systems Wireless video cameras Local Area Networks Wireless Local Area Networks (WLAN) Wireless Personal Area Network (WPAN) Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) 9 Wireless Wide Area Network (WWAN)

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ khối 10

PowerPoint Presentation:

Trải phổ bằng chuỗi trực tiếp (Direct Sequence) 11

PowerPoint Presentation:

DS-SS DS-SS được thực hiện bằng cách kết hợp bits thông tin (data signal) với chuỗi bit tốc độ cao ( pseudorandom number (PN) ). Chuỗi PN còn được gọi là Chipping Code - mã trải phổ Chuỗi bit kết quả của quá trình kết hợp được gọi là chips Sử dụng nhiều chips hơn sẽ làm tăng độ lợi xử lý ( processing gain ) và do vậy tăng khả năng miễn nhiễu của tín hiệu. 12 IEEE quy định độ lợi xử lý nhỏ nhất của họ là 11. Số chips trong một chipping code tương ứng với tỷ số trải phổ.

PowerPoint Presentation:

DS-SS Mã trải phổ làm phổ tín hiệu trải rộng ra: Tỷ lệ với số chip được dùng Ví dụ: mã trải phổ 10 chip làm tăng băng thông lên 10 lần Một phương pháp cụ thể: Kết hợp data với mã trải phổ bằng mạch XOR Bit 1 sẽ làm đảo cực tính mã trải phổ Bit 0 không làm thay đổi các chip trải phổ 13 Mỗi user sử dụng một mã trải phổ riêng, các mã trải phổ phải có sự tương quan chéo thấp nhất

PowerPoint Presentation:

Mật độ ất Phổ công sụ Mật độ Ph ổ công sụất P T Trải phổ Minh hoạ kỹ thuật trải phổ DS Chuỗi trực tiếp ( DS ) user data TIME Tốc độ dữ liệu Chuỗi trải phổ (mã trải phổ) 10110100 14 Tx Băng tần gốc Tần số vô tuyến

PowerPoint Presentation:

phổ Mật độ suất Công s Mật độ phổ C Công suất Giải trải phổ Nếu ta biết chính xác chuỗi (mã) trải phổ Tín hiệu thu TIME 10110100 01001011 10110100 Tần số vô tuyến Chuỗi trải phổ (mã trải phổ) 10110100 Ta có thể tìm dạng sóng trải phổ nào cho công suất phát hiện lớn nhất, và ... Tích luỹ trong Tập trung năng lượng ! 10110100 10110100 10110100 một chu kỳ bit Data sau giải trải phổ 00000000 11111111 00000000 15 Băng tần gốc 0 0 1

PowerPoint Presentation:

ộ phổ Mật đ suất công s Mật độ phổ công suất Giải trải phổ (tt) Nếu ta không biết chính xác chuỗi (mã) trải phổ Tín hiệu thu TIME 10110100 01001011 10110100 Chuỗi trải phổ Tần số vô tuyến (mã trải phổ) Ta không thể tìm dạng sóng trải phổ nếu không biết mã trải phổ là gì, do đó ... 01010101 01010101 01010101 10101010 10101010 10101010 10110100 10110100 10110100 Tích luỹ trong một chu kỳ bit Không phát hiện được dữ liệu - - - 16 Băng tần gốc Dữ liệu sau giải trải phổ

PowerPoint Presentation:

Ví dụ về chuỗi trải phổ 17

PowerPoint Presentation:

Độ lợi xử lý PG = SF = Tb / Tc Chu kỳ bit dữ liệu Chu kỳ chip 18

PowerPoint Presentation:

Chipping code Barker 802.11 chấp nhận một chipping code 11 bit gọi là Barker Truyền: Chuỗi Barker 10110111000 được sử dụng cho mỗi bit Chuỗi Barker có six 1s và five 0s . Chips được xác định bằng cộng modulo-2 (XOR) bit dữ liệu và chuỗi Barker Nhận: Bit zero tương ứng với một chuỗi 11 bit, trong đó có 6 bit 1 Bit 1 tương ứng với một chuỗi 11 bit, trong đó có 6 bit 0 19

PowerPoint Presentation:

Chuỗi Barker Chipping Code (Barker Sequence) 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 10110111000 1 One Bit 0 One Bit Original Data Spread Data 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 20 Six 0s = 1 Six 1s = 0

PowerPoint Presentation:

Chuỗi Barker 21

PowerPoint Presentation:

Máy phát DS-SS 22

PowerPoint Presentation:

Máy thu DS-SS 23

PowerPoint Presentation:

••• • •• Mô tả hệ thống DS-CDMA (Tuyến xuống) CDMA là sự kết hợp nhiều hệ thống trải phổ. Freq. Freq. Freq. Freq. Freq. BPF BPF Freq. Giải trải phổ Code A Freq. Giải trải phổ Code B Data A Data B Code A Freq. Code B BPF MS-A BPF MS-B Data A Data B 24 Sự khác nhau duy nhất giữa các đường thông tin là ở mã trải phổ BS

PowerPoint Presentation:

••• • •• Mô tả hệ thống DS-CDMA (Tuyến lên) CDMA là sự kết hợp nhiều hệ thống trải phổ. Freq. Freq. Freq. Freq. Freq. BPF BPF BPF BPF Freq. Despreader Code A Freq. Despreader Code B Code A Freq. Code B Data A MS-A Data B MS-B Data A Data B BS Sự khác nhau duy nhất giữa các đường thông tin là ở mã trải phổ 25

PowerPoint Presentation:

Differential Binary PSK ( DBPSK ) Previous carrier symbol 0 Phase Shift 180 d degree Phase Shift 180 degree Phase Shift 26

PowerPoint Presentation:

Differential Quadrature PSK ( DQPSK ) Previous carrier symbol 0 Phase Shift 90 Phase Shift 180 Phase Shift 270 Phase Shift 27

PowerPoint Presentation:

Minh hoạ hệ thống DS-SS với điều chế BPSK 28

PowerPoint Presentation:

Phổ gần đúng của tín hiệu DS-SS 29

PowerPoint Presentation:

Bài tập 3-1 Cho chuỗi thông tin 10101 Chuỗi mã trải phổ 10110111000 Phương pháp điều chế DBPSK Xác định dạng sóng của tín hiệu sau khi trải phổ tín hiệu 30

PowerPoint Presentation:

Bài tập 3-2 Cho chuỗi thông tin 10110 Chuỗi mã trải phổ 10110111000 Phương pháp điều chế DQPSK Xác định dạng sóng của tín hiệu sau khi trải phổ tín hiệu 31

PowerPoint Presentation:

Trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping) 32

PowerPoint Presentation:

Lịch sử ra đời Đây là một kỹ thuật đã ra đời từ những năm 40 của thế kỷ 20 (chiến tranh thế giới II). Là phát minh của ngôi sao điện ảnh Hedy Lamarr (1913 – 2000). 33

PowerPoint Presentation:

Lịch sử ra đời (tiếp) Hệ thống trải phổ thời sơ khai sử dụng các cuộn giấy đục lỗ tương tự như trong đàn piano để kiểm soát việc đồng bộ giữa phát và thu. Bên cạnh khả năng chống nghe trộm, kỹ thuật nhảy tần còn cho phép giảm khả năng phát hiện vị trí máy phát bí mật. 34

PowerPoint Presentation:

Lịch sử ra đời (tiếp) Hai trang g của bản vẽ thiết kế trong g hồ sơ bằng g sáng g chế của Hedy y và Antheil ( http://www.inventions.org/culture/female/lamarr.html ) 35

PowerPoint Presentation:

Mô tả Tín hiệu được phát đi trên một dãy các tần số dường như là thay đổi ngẫu nhiên Máy thu cũng sẽ liên tục chuyển (hopping) giữa các tần số theo thứ tự như máy phát. Những người nghe trộm chỉ nhận được các tiếng blips khó hiểu Việc thu trộm ở một tần số nào đó chỉ ảnh hưởng đến vài bit dữ liệu 36

PowerPoint Presentation:

37 Hoạt động cơ bản Thông thường, 2 k tần số sóng mang tạo thành 2 k kênh Khoảng cách giữa các kênh tương ứng với băng thông của ngõ vào Mỗi kênh được sử dụng trong một khoảng thời gian nhất định Theo chuẩn IEEE 802.11: 300ms Chuỗi tần số được quy định bởi một mã trải phổ

PowerPoint Presentation:

Minh hoạ kỹ thuật trải phổ nhảy tần 38

PowerPoint Presentation:

n Frequen ansmissio Tra ncy (GHz) 79 ided into Div 7 ls Channe 1 MH Hz Ví dụ về hệ thống FH-SS 2.479 2.401 Elapsed Time in Milliseconds (ms) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 39 Channel 1 Channel 2 Channel 78

PowerPoint Presentation:

Hệ thống trải phổ nhảy tần (Máy phát) 40

PowerPoint Presentation:

Hệ thống trải phổ nhảy tần (Máy thu) 41

PowerPoint Presentation:

Trải phổ nhảy tần nhanh và chậm Tần số dịch chuyển sau mỗi T c giây. Dữ liệu có chu kỳ là T s giây Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm có T c ≥T s Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh có T c <T s Nói chung kỹ thuật nhảy tần nhanh cho phép cải thiện chất lượng dưới tác động của nhiễu hoặc máy thu trộm (jamming) 42

PowerPoint Presentation:

Ví dụ trải phổ nhảy tần chậm sử dụng MFSK (M=4, k=2) 43

PowerPoint Presentation:

Bài tập 3-3 44

PowerPoint Presentation:

Ví dụ trải phổ nhảy tần nhanh sử dụng MFSK (M=4, k=2) 45

PowerPoint Presentation:

Bài tập 3-4 46

PowerPoint Presentation:

Chất lượng hệ thống FH-SS Cải thiện khả năng chống thu trộm nếu dùng số lượng tần số đủ nhiều. Tuy nhiên, để đạt được số tần số nhiều (độ lợi xử lý cao) là một việc rất khó khăn (vấn đề thiết kế bộ tổng hợp tần số) 47

PowerPoint Presentation:

Trải phổ nhảy thời gian (Time Hopping) 48

PowerPoint Presentation:

Mô tả Phát và thu các xung có độ rộng cỡ ns. Thời điểm phát xung được bố trí theo mã trải phổ. Thời gian giữa hai xung kế tiếp có thể gấp hàng trăm đến hàng ngàn lần độ rộng xung. Ưu điểm: Xác suất lỗi bit không mã hoá tốt hơn FH Giảm hiệu ứng đa đường nhờ độ phân giải thời gian tốt 49 Nhược điểm: khó khăn trong việc đồng bộ xung clock

PowerPoint Presentation:

Mô tả Trục thời gian được chia thành nhiều frame, trong frame được chia thành nhiều slot. Mỗi user được truyền trong một slot, thứ tự của slot được xác định bởi chuỗi mã trải phổ 50

PowerPoint Presentation:

Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access) 51

PowerPoint Presentation:

52 Giới thiệu Là phương pháp đa truy cập dựa trên kỹ thuật trải phổ. Khởi đầu với một chuỗi dữ liệu tốc độ D (tốc độ bit dữ liệu). Tách mỗi bit thành k chip dựa vào một mã trải phổ xác định cho từng user. Kênh truyền bây giờ sẽ có tốc độ là kD chips/s (cps). Ví dụ : k = 6, có 3 user (A,B,C) cùng phát đến một trạm gốc R. Mã của user A là: < 1,-1,-1,1,-1,1 > Mã của user B là: < 1,1,-1,-1,1,1 > Mã của user C là: < 1,1,-1,1,1,-1 >

PowerPoint Presentation:

Ví dụ về CDMA 53

PowerPoint Presentation:

Giải thích Giả sử A muốn liên lạc với trạm gốc Trạm gốc phải biết mã của A Giả sử kênh thông tin đã được đồng bộ A muốn gửi bit 0. A sẽ gửi mẫu chip là: <1,-1,-1,1,-1,1> (trùng với mã của A) A muốn gửi bit 1. A sẽ gửi mẫu chip là: <-1,1,1,-1,1,-1> (bù với mã của A) 54 Bộ giải mã không quan tâm đến các nguồn khác khi dùng mã của A để phát hiện data Điều kiện: các mã A, B, C phải trực giao

PowerPoint Presentation:

Các mã trải phổ a) 55

PowerPoint Presentation:

Tín hiệu phát bởi A b) 56

PowerPoint Presentation:

Tín hiệu từ các nguồn khác 57

PowerPoint Presentation:

Nhiều nguồn phát đồng thời 58

PowerPoint Presentation:

CDMA dùng DS-SS N users, mỗi user có một mã trải phổ (chuỗi giả ngẫu nhiên PN) trực giao với nhau. Điều chế dữ liệu của mỗi user (thí dụ BPSK). Nhân với mã trải phổ của user đó ó. 59

PowerPoint Presentation:

CDMA dùng DS-SS 60

PowerPoint Presentation:

Ví dụ mã hoá và giải mã CDMA 7 user 61

PowerPoint Presentation:

Mã trải phổ 62

PowerPoint Presentation:

Yêu cầu của mã trải phổ Để tránh giao thoa với các tín hiệu khác Tính cân bằng: số chip 1 và số chip 0 phải xấp xỉ nhau (không có thành phần DC). Tính “giả nhiễu”: hàm tự tương quan chỉ có một đỉnh. Để bảo đảm khả năng đa truy cập: Tính trực giao: để các tín hiệu của các user khác nhau không ảnh hưởng lẫn nhau. 63

PowerPoint Presentation:

Tương quan chéo 64 Spreading Code A 1 0 1 0 11 0 0 0 1 1 0 1 00 1 one data bit duration Spreading Code B 1 0 1 0 10 0 1 1 1 0 0 1 01 1 1 1 1 1 1-1 1-1 -11-1 1 1 1 -11 Tương quan chéo giữa Mã A và Mã B = 6/16 Spreading Code A 1 0 0 1 11 0 0 0 1 1 0 1 00 1 one data bit duration Spreading Code A 1 0 1 0 11 0 0 0 1 1 0 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Tự tương quan của mỗi mã đều là 16/16.

PowerPoint Presentation:

Các mã thường được chọn Để tối thiểu hoá giao thoa tương hỗ trong hệ thống DS-CDMA, các mã trải phổ với tương quan thấp sẽ được chọn. Hệ thống DS-CDMA đồng bộ Các mã trực giao là thích hợp nhất. (ví dụ mã Walsh) Hệ thống DS-CDMA bất đồng bộ: • Các mã giả nhiễu (PN – Pseudo-random Noise): Maximum sequence • Mã Gold 65

PowerPoint Presentation:

A DS-CDMA đồng bộ Các hệ thống CDMA đồng bộ được ứng dụng trong hệ thống truyền Điểm - Đa điểm (Point – to – Multi Point). Ví dụ tuyến xuống trong mạng di động (Trạm gốc đến các thuê bao di động). Tuyến thuận (Tuyến xuống) Định thời chip đồng bộ A B Ít giao thoa với trạm A B Tín hiệu của trạm B (sau khi trải phổ) 66

PowerPoint Presentation:

DS-CDMA bất đồng bộ Tuyến nghịch (Tuyến lên) Giản đồ thời gian chip không đồng bộ B A A Giao thoa mạnh với B tín hiệu từ A Tín hiệu từ trạm B (sau khi trải phổ) Tín hiệu từ các trạm A và B giao thoa lẫn nhau. Trong hệ thống CDMA bất đồng bộ, các mã trực giao có tính tương quan chéo kém 67

PowerPoint Presentation:

Các mã trực giao Đòi hỏi phải có sự đồng bộ giữa các user, bởi các dạng sóng chỉ trực giao nếu chúng không bị lệch nhau về thời gian. Mã Walsh-Hadamard: 68

PowerPoint Presentation:

∫ dt ∫ dt ∫ dt ∫ dt Ghép kênh dùng mã Walsh Bộ điều chế Mã của user 00 Mã của user 01 Data Bộ giải điều chế Mã của user 10 Mã của user 11 Mã của user 00 T 0 Chọn giá trị lớn nhất 69 T 0 T 0 T 0 Mã của user 01 Mã của user 10 Mã của user 11

PowerPoint Presentation:

70 Nhược điểm của mã Walsh Hàm tự tương quan của mã này có nhiều hơn một đỉnh, do đó cần có thêm khối đồng bộ bên ngoài. Tính tương quan chéo sẽ gây ảnh hưởng, do đó chỉ được dùng trong hệ thống đồng bộ. Quá trình trải phổ chỉ xảy ra tại một số thành phần tần số rời rạc c, thay vì trên toàn bộ dải tần.

PowerPoint Presentation:

Chuỗi giả ngẫu nhiên (PN) Là một chuỗi nhị phân có thể coi là ngẫu nhiên dù thực chất là một chuỗi tuần hoàn. Thể hiện ở chỗ: Tính cân bằng: số bit 0 và số bit 1 xấp xỉ bằng nhau. Hàm tự tương quan chỉ có một đỉnh duy nhất tại 0 0. 71

PowerPoint Presentation:

Tạo chuỗi giả ngẫu nhiên Mã PN có tính tuần hoàn và được tạo bởi một thanh ghi dịch và các bộ cộng modulo-2 (các cổng XOR). Với thanh ghi dịch m tầng, chiều dài tối đa của chuỗi PN là 2 m – 1, và chuỗi có chiều dài này được gọi là chuỗi chiều dài cực đại (Maximum-Legth Sequence, hoặc gọi tắt là m- sequence). L c n=1 72 ⎧ 1 = ⎨ ⎩ -1/L m=0 1 ≤ m ≤ L-1

PowerPoint Presentation:

Tạo chuỗi PN (tiếp) Các phần tử trễ (D-flip-flops) -> R( τ ) Mạch XOR - Mã được xác định bởi các feedback taps - Tốc độ mã được xác định bởi tốc độ clock τ −> 73 - 1/n T c -nT c nT c

PowerPoint Presentation:

Chuỗi m-sequence Có tính tự tương quan rất tốt nhưng tính tương quan chéo không bảo đảm. Có thể là mã tuyến tính hoặc mã vòng. Số lượng mã phụ thuộc số tầng của thanh ghi dịch. Ví dụ: 5 tầng->6 mã, 10 tầng ->60 mã, 25 tầng ->1.3x10^6 mã 74

PowerPoint Presentation:

Ví dụ thiết kế mã dựa vào bảng chuẩn Các kết nối hồi tiếp được xác định dựa vào bảng tra: 75

PowerPoint Presentation:

Nhược điểm của mã m-sequences Tương quan chéo với các mã m- sequence khác (tạo bằng cách thay đổi chuỗi vào) là khá cao. 76 Có khả năng dự đoán sơ đồ kết nối sau 2m mẫu, do đó tính bảo mật không cao. Trong thực tế, người ta dùng các mã Gold và Kasami là các tổ hợp của các chuỗi m- sequences để đạt tính bảo mật cao hơn.

PowerPoint Presentation:

t ( n ) = ⎨ ⎩ 1 + 2 ,for n even Các chuỗi không trực giao Các chuỗi Gold được dùng phổ biến cho các hệ thống CDMA không trực giao. Chuỗi Gold được tạo ra bằng cách lấy tổng hai chuỗi m-sequence. Hai chuỗi này phải thoả mãn một số điều kiện và được gọi là cặp ưu tiên. Hàm tự tương quan nhận một trong ba giá trị: {-t(m)/N,1/N,(t(m)-2)/N} với N là chiều dài mã. Bộ mã Gold có N + 2 mã và: N = 2 n − 1 ⎧ 1 + 2 ( n + 1)/2 ,for n odd ( n + 2)/2 77 Cho phép truyền bất đồng bộ. Máy thu có thể thực hiện đồng bộ nhờ tính tự tương quan của chuỗi mã Gold.

PowerPoint Presentation:

m Cáctầngcóbộcộng 2 1,212 3 1,3 4 1,4 5 1,4 6 1,6 8 1,5,6,7 78

PowerPoint Presentation:

Các đặc trưng của CDMA 79

PowerPoint Presentation:

C Công suất g suất Công Truyền đa đường Môi trường truyền di động Fading đa đường path-1 path-2 đường-2 path-3 Trễ đường dẫn đường-1 đường-3 Trạm gốc (BS) Các đỉnh và các điểm trũng của công suất thu xuất hiện, tỷ lệ với tần số Doppler... Trạm di động (MS) Thời gian 80

PowerPoint Presentation:

uất Công su g suất Công Fading trong các hệ thống khác CDMA Với độ phân giải thời gian thấp, các đường tín hiệu khác nhau không thể phân biệt được. ••• Các tín hiệu này có thể tăng cường lẫn nhau, hoặc có thể triệt tiêu lẫn nhau, tuỳ theo quan hệ pha giữa chúng. ••• Hiện tượng này gọi là “fading”. ••• Trong trường hợp này, chất lượng tín hiệu bị phá hỏng khi các tín hiệu triệt tiêu lẫn nhau.. Nói cách khác, chất lượng tín hiệu bị khống chế bởi xác suất mà công suất phát hiện được nhỏ hơn mức yêu cầu tối thiểu u. path-1 path-2 path-3 Trì hoãn truyền Công suất phát hiện Thời g gian Xác suất này tồn tại với trường hợp ít hơn hai đường dẫn. Trong hệ thống khác CDMA, “fading” phá huỷ chất lượng tín hiệu . 81

PowerPoint Presentation:

ng suất Côn ông suất Cô Bộ cộng g đồng bộ Công suất g suất Công ••• ••• Fading trong hệ thống CDMA ... đường-1 đường-2 đường-3 Trì hoãn truyền Vì hệ thống CDMA có độ phân giải thời gian cao, các trì hoãn truyền khác nhau của các tín hiệu CDMA có thể phân biệt được. ••• Do đó, năng lượng từ tất cả các đường dẫn có thể kết hợp lại bằng cách điều chỉnh pha và trì hoãn truyền của chúng.. ••• Đây là nguyên tắc của máy thu RAKE. đường-1 Giao thoa từ đường-2 và đường-3 Máy thu CDMA Trì hoãn truyền đường-3 MÃ A với định h th hời của đường-1 1 đường-1 đường-2 82 đường-2 Trì hoãn truyền CDMA Receiver MÃ A Với định thời của đường-2

PowerPoint Presentation:

Máy thu RAKE Tín hiệu thu được lấy mẫu ở tốc độ 1/T s ≥2/T c . Tín hiệu được đưa vào tất cả M nhánh (fingers) của máy thu RAKE, mỗi nhánh có một trì hoãn truyền khác nhau. Khối interpolator/decimator tạo ra các chuỗi data ở tốc độ 1/Tc. Tính tương quan với liên hiệp phức của chuỗi trải phổ, sau đó tính tổng có trọng số của các chuỗi trên một chu kỳ ký hiệu. 83

PowerPoint Presentation:

Sơ đồ máy thu RAKE 84

PowerPoint Presentation:

Máy thu RAKE (tiếp) Máy thu RAKE phải ước lượng các thông số sau: Các trì hoãn đa đường Pha của các thành phần đa đường Biên độ của các thành phần đa đường Số lượng thành phần đa đường Khó khăn lớn nhất là sự đồng bộ của máy thu trong kênh truyền fading 85

PowerPoint Presentation:

C Công suất Công suất Fading trong hệ thống CDMA (tiếp) Trong hệ thống CDMA, hiện tượng đa đường sẽ cải thiện chất lượng tín hiệu nếu ta sử dụng máy thu RAKE. đường-3 đường-2 đường-1 Máy thu RAKE 86 Công suất phát hiện Thời gian Công suất thu ít dao động, do các năng lượng đều được cộng vào với nhau.

PowerPoint Presentation:

Hiệu ứng gần - xa Chất lượng hệ thống được đánh giá trên cơ sở giả thiết là tất cả các user có cùng mức công suất phát. Tuy nhiên, xét ở tuyến lên thì điều này không thực tế do các user thường xuyên chuyển động. 1 k 87

PowerPoint Presentation:

Hiệu ứng gần - xa P Lp-a Máy thu CDMA MÃ A Máy phát CDMA DATA A Dữ liệu giải điều chế DATA B CODE A P Lp-b Máy phát CDMA • Công suất tín hiệu mong muốn = P/ Lp-a • Công suất tín hiệu giao thoa = P/ Lp-b /( độ lợi xử lý ) MÃ B Khi user B gần với máy thu và user A ở xa máy thu, Lp-a không thể lớn hơn Lp-b . Trong trường hợp này, công suất tín hiệu mong muốn nhỏ hơn công suất tín hiệu giao thoa. 88

PowerPoint Presentation:

ng suất thu Cô Điều khiển công suất... Khi tất cả các trạm di động phát tín hiệu với cùng công suất (MS), mức công suất thu ở trạm gốc (BS) sẽ khác nhau đối với từng user, Phụ thuộc vào khoảng cách giữa BS và các MS. Hơn nữa, mức công suất thu cũng dao động nhanh do fading. Để duy trì mức công suất thu ở BS, phải sử dụng các kỹ thuật điều khiển công suất trong các hệ thống CDMA. Từ A Từ B Thời gian A B 89

PowerPoint Presentation:

Điều khiển công suất (tiếp) Điều khiển công suất vòng hở Điều khiển công suất vòng kín ① ② phát Đo công suất thu Quyết định công suất phát Lệnh điều khiển công suất ② Ước lượng suy hao đường dẫn Khoảng 1000 lần trong 1s Tính công suất phát phát thu phát Đo công suất thu ① 90

PowerPoint Presentation:

uất thu Công s Hiệu quả của điều khiển công suất Hiệu quả của điều khiển công suất • Điều khiển công suất có khả năng bù lại những dao động do fading. • Công suất thu từ tất cả các MS được điều chỉnh bằng nhau. ... Vấn đề Gần-Xa được khắc phục nhờ quá trình điều khiển công suất. từ MS B từ MS A Thời gian A B 91

PowerPoint Presentation:

Nhiễu giao thoa đa truy cập (MAI) Giả sử có K user sử dụng cùng một băng tần. User thứ 1 là user mong g muốn nhận tín hiệu, , các user khác là các nguồn giao thoa. 4 6 5 1 3 2 92

PowerPoint Presentation:

P b = Q ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ Nhiễu giao thoa đa truy cập Xác suất lỗi bit: ⎡ ⎢ 1 ( K − 1 ) 3 N +ℵ 2 E b ⎥ ⎦ Minh hoạ sự giảm chất lượng do MAI: 93 N=8 N=32

PowerPoint Presentation:

Cấp phát tần số Trong TDMA và FDMA, tài nguyên vô tuyến được phân phát sao cho không có giao thoa giữa các cells kế cận. • Các cell kế cận không được dùng chung một băng tần hay một khe thời gian. • Hình vẽ bên minh hoạ cách f4 f5 f3 f1 f6 f2 f7 cấp phát tần số gồm 7 băng tần. • Trong thực tế, do tính phức tạp của kênh truyền vô tuyến và sự phân phối cell không theo quy tắc (trong một số tình huống đặc biệt), không thể dễ dàng phân phát tần số (hay khe thời gian) thích hợp. cell : “cell” nghĩa là vùng bao phủ bởi một trạm gốc. 94

PowerPoint Presentation:

Cấp phát tần số (tt) Trong CDMA, các tài nguyên vô tuyến giống nhau có thể được dùng chung giữa các cell, vì các kênh CDMA dùng cùng một băng tần. • Cấp phát tần số trong CDMA là không cần thiết t. • Trên khía cạnh này, hệ thống tế bào CDMA dễ thiết kế hơn các hệ thống khác (GSM). 95

PowerPoint Presentation:

Chuyển giao mềm Chuyển giao (handoff) : •Hệ thống di động tế bào sẽ dò theo các trạm di động để giữ đường liên lạc giữa chúng. •Khi một trạm di động đi sang một vùng kế cận, tuyến liên lạc sẽ chuyển từ cell hiện tại sang cell “láng giềng”. Chuyển giao “c cứng” : •Trong các hệ thống tế bào FDMA và TDMA, đường liên lạc mới được thiết lập sau khi ngắt đường liên lạc hiện tại ở thời điểm chuyển giao. Liên lạc giữa MS và BS bị cắt đứt tại thời điểm chuyển tần số hay chuyển khe thời gian. Chuyển mạch Cell B Cell A 96 Chuyển giao cứng : kết nối (cell B) sau khi ngưng kết nối (cell A)

PowerPoint Presentation:

Chuyển giao mềm (tt) Soft Handoff : •Trong hệ thống CDMA, đường truyền không bị đứt kể cả tại thời điểm chuyển giao, vì không yêu cầu thay đổi băng tần hay khe thời gian. Phát cùng tín hiệu đồng thời từ cả BS A và BS B đến MS Σ Cell B 97 Cell A Chuyển giao mềm : ngưng kết nối (cell cũ A) sau khi kết nối (cell mới B)

PowerPoint Presentation:

98 Kết luận CDMA dựa trên kỹ thuật trải phổ technique đã từng được sử dụng trong quân đội. Hệ thống g tế bào CDMA có ưu điểm vượt trội so với các hệ thống di động tế bào FDMA và TDMA tại thời điểm hiện tại. Do đó, kỹ thuật CDMA đã trở nên rất quan trọng trong các hệ thống thông tin vô tuyến.

PowerPoint Presentation:

Câu hỏi? 99

PowerPoint Presentation:

Chương 4 Thông tin di động Th.S Chu công Hạnh Khoa Công Nghệ 1

PowerPoint Presentation:

Nội dung Lịch sử phát triển Cấu trúc cell Nhiễu trong thông tin di động Cấu trúc của mạng tế bào 2

PowerPoint Presentation:

3 Lịch sử phát triển Mạng thông tin di động đầu tiên được triển khai ở New York bởi Bell Mobile System vào năm 1970. Hệ thống này sử dụng một máy phát có công suất lớn: Tầm bao phủ rộng. Dung lượng bị giới hạn. Khoảng cách sử dụng bị hạn chế. Khai thác băng thông không hiệu quả.

PowerPoint Presentation:

Lịch sử phát triển (2) 4

PowerPoint Presentation:

Lịch sử phát triển (3) Mạng tế bào đầu tiên được phát triển bởi Nippon Telephone & Telegraph (NTT) ở Nhật Bản vào năm 1979. Mạng NTT đầu tiên này có đặc điểm: Mạng analog 5 Sử dụng khoảng tần số 800MHz Một kênh thông tin bao gồm 25kHz Khoảng bảo vệ cho một kênh là 5kHz

PowerPoint Presentation:

Mạng 1G Mạng thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G được phát triển vào đầu những năm 1980, phần lớn hoạt động ở khoảng tần 800Mhz và là hệ thống analog. Một số mạng tiêu biểu: Nordic Mobile Telephone (NMT) Advanced Mobile Phone System (AMPS) 6 Total Access Communication System (TACS)

PowerPoint Presentation:

Mạng 1G (2) Nordic Mobile Telephone (NMT) phát triển ở vùng Bắc Âu vào năm 1981 sử dụng khoảng tần 450KHz. Là hệ thống analog sử dụng 10kHz cho mỗi chiều, có 180 kênh. 7

PowerPoint Presentation:

Mạng 1G (3) Advanced Mobile Phone System (AMPS) là hệ thống được phát triển ở Mỹ vào năm 1983 sử dụng khoảng tần 800-900MHz. Total Access Communication System (TACS) được phát triển ở UK vào năm 1985 sử dụng khoảng tần 900MHz. Tham khảo: http://mobilex.sourceforge.net/art1/index3.html 8

PowerPoint Presentation:

Mạng 2G Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 2G được cải tiến từ thế hệ 1G và có những thay đổi chính sau: Là hệ thống số. Đáp ứng cho nhiều thuê bao hơn. Mang tín bảo mật hơn n. 9

PowerPoint Presentation:

10 Mạng 2G (2) Kỹ thuật được sử dụng trong mạng 2G GSM (Global System for Mobile communication) Kết hợp giữa FDMA và TDMA Được sử dụng tạt Europe, Africa, Asia/Pacific CDMA (Code Division Multiple Access) Được sử dụng tại North America và một phần Asia/Pacific TDMA (Time Division Multiple Access) Chủ yếu là ở South America

PowerPoint Presentation:

Spectrum User 1 User 1 User 2 User 3 User 2 FDMA CDMA CDMA TDMA Mạng 2G (3) CDMA (sử dụng một mã cho mỗi user) FDMA (Phân chia phổ) TDMA (Phân chia user theo thời gian) T 1 f(Hz) f(Hz) User 1 f(Hz) W W 1 User 1 User 2 User 3 W User 2 User 3 11 T f time time

PowerPoint Presentation:

Mạng 2G (4) Global System for Mobile Communication Sử dụng kỹ thuật TDMA. GSM được phát triển để sử dụng ở nhiều tần số (900MHz, 1800MHz, 1900MHz) GSM cho phép 8 user share chia 200kHz băng thông g để truy yền voice và data. Vào năm 2003, có hơn 510 mạng GSM ở 200 quốc gia. 12

PowerPoint Presentation:

Mạng 2G (5) CDMA (IS-95) Các user được phân biệt với nhau bởi một mã trực giao Sử dụng kỹ thuật trãi phổ điều chế số (1.25 MHz bandwidth, 1.2288 Mchip) Khả năng g miễn nhiểu cao Sử dụng máy thu Rake 13

PowerPoint Presentation:

Mạng 2G (6) North American TDMA (IS-136 TDMA) Sử dụng ở North American. Được phát triển từ IS-54. Một kênh có băng thông 30kHz. Tham khảo: http://mobilex.sourceforge.net/art1/index4.html 14

PowerPoint Presentation:

Mạng 3G Một số yêu cầu của mạng 3G Truyền data tốc độ cao. Cung cấp dịch vụ IP (Internet Protocol) Global roaming Multimedia communications Hai mạng đáp ứng được các yêu cầu trên là WCDMA và CDMA2000. 15 Tham khảo: http://mobilex.sourceforge.net/art1/index6.html

PowerPoint Presentation:

Mạng 1 cell 16

PowerPoint Presentation:

Cấu trúc tế bào (Cellular) Phổ vô tuyến là một nguồn tài nguyên có giới hạn. Làm cách nào để quản lý một số lượng lớn user trên một diện tích rộng lớn với tài nguyên phổ có giới hạn? Giải pháp là phải chia nhỏ diện tích để có thể tái sử dụng tần số. 17

PowerPoint Presentation:

18 Khái niệm cell Diện tích cần phủ sóng được phân chia thành các ô nhỏ gọi là tế bào (cell) Vùng phủ sóng vô tuyến của một cell cell Dạng lý tưởng của một cell Cấu trúc cell trong thực tế

PowerPoint Presentation:

Khái niệm cell (2) T Trong mỗi cell ll có ó một t trạm gốc (BTS – B Base Station) có chức năng kết nối vô tuyến với các thuê bao (trạm di động – MS – Mobile Station) Sử dụng nhiều tần số sóng mang. Các cell kề nhau sử dụng g tần số khác nhau. Trong thực tế đường kính cell biến đổi từ 100m đến 35km phụ thuộc vào mật độ thuê bao, địa hình và công suất thu phát của trạm gốc 19 Khi một thuê bao di chuyển từ cell này sang cell khác, trạm gốc ở cell mới sẽ tiếp quản (handover) thuê bao này từ trạm gốc ở cell cũ.

PowerPoint Presentation:

Khái niệm cell (3) Vùng bao phủ của cell là một hình lục giác Diện tích của cell R 3 3 R 2 2 R 2 3 x R 2 Area cell = 2.598 R 2 = = 6 x 3 R 2 ≈ 0.87 R 20 Chu vi của cell: 6R Mỗi một cell có Hệ thống anten thu và phát Công suất thấp

PowerPoint Presentation:

Khái niệm cell (4) 21

PowerPoint Presentation:

Kích thước cell và dung lượng Kích thước cell sẽ quyết định số lượng cell cần để phủ toàn bộ diện tích địa lý mong muốn và tổng dung lượng các user. Dung lượng thuê bao trong mỗi cell bị giới hạn bởi băng thông khả dụng và một số điều kiện vận hành hệ thống. Công việc của người điều hành mạng là phải tính toán kích thước cell sao cho thõa mãn nhu cầu lưu lượng thông tin mong muốn. 22

PowerPoint Presentation:

Kích thước cell và dung lượng 23

PowerPoint Presentation:

Nhóm cell (Cluster) Các cell được phân thành những nhóm gọi là cluster. Thông thường một cluster có 3, 4, 5, 7, 9 cell. Vùng bao phủ của một cluster được gọi là footprint. Ví dụ một cluster 7 cell 2 1 5 7 6 4 3 24

PowerPoint Presentation:

Cluster Cluster được lặp lại trong toàn mạng. Các kênh sẽ được tái sử dụng trong các cluster. Mỗi cluster sẽ sử dụng toàn bộ phổ tần số của mạng. 25

PowerPoint Presentation:

1 Cluster (tt) 2 7 6 4 3 2 1 7 3 5 2 7 4 3 5 4 1 6 2 2 1 7 4 3 5 7 6 4 6 2 1 3 7 6 5 4 1 3 6 2 1 5 7 6 5 4 3 5 26

PowerPoint Presentation:

Tái sử dụng tần số Mỗi một Base station được cấp phát một nhóm các kênh để sử dụng trong một vùng được bao phủ bởi cell. Những BS kề nhau được cấp phát các kênh hoàn toàn khác nhau. 27 Anten của của BS được thiết kế sao cho chỉ bao phủ trong một vùng nhất định do vậy có thể tái sử dụng tần số trong mạng.

PowerPoint Presentation:

Hệ số tái sử dụng tần số Gọi S là tổng số kênh truyền song công S kênh này y được chia cho N cell ( (một cluster) ) Mỗi cell được cấp phát k kênh M.k.N Tổng số kênh khả dụng được tính S = k.N Cluster sẽ được lặp lại M lần trong mạng Tổng số kênh trong mạng C = MkN = M.S 28

PowerPoint Presentation:

tần số. Hệ số tái sử dụng tần số Để tăng dung lượng thì cần chọn N nhỏ nhất. Giá trị này tùy thuộc vào mức nhiễu giao thoa mà trạm di động MS và trạm gốc BTS có thể chấp nhận được mà vẫn đảm bảo chất lượng thông tin. 29 Vì mỗi cell trong một cluster được cấp số kênh bằng 1/N tổng số kênh khả dụng, do đó 1/N còn được gọi là hệ số tái sử dụng

PowerPoint Presentation:

1 2 6 Khoảng cách tái sử dụng tần số Khoảng cách tái sử dụng tần số phụ thuộc kích thước cluster. Kích thước cluster được tính bằng độ dời giữa tâm của hai cluster kề nhau 7 j 1 2 3 5 2 R i 7 1 3 5 6 N = i 2 + ij + j 2 N= 2 2 + 2*1 + N=4+2+1 N=7 D 30 4 D = 3 NR D = 4.58 R

PowerPoint Presentation:

Tái sử dụng tần số với N = 4 N = i 2 + ij + j 2 N = 2 2 + 2*0 + 0 2 N=4+0+0 N=4 D i R D = 3 NR D = 3.46 R 31

PowerPoint Presentation:

Xem xét cấu trúc cell sau 1 2 4 1 1 2 3 4 4 2 1 1 2 2 1 3 3 3 4 4 2 4 2 1 3 3 4 3 32

PowerPoint Presentation:

Cấu trúc cell với N = 7 7 1 2 3 6 5 1 6 5 7 2 1 4 2 3 4 7 1 2 3 4 5 6 1 2 5 6 7 33 3 4

PowerPoint Presentation:

Cấu trúc cell với N = 12 10 3 4 11 12 8 7 6 10 3 4 8 7 6 10 3 4 9 2 1 5 11 12 9 2 1 5 8 7 6 10 3 4 8 7 6 9 2 1 5 11 12 9 2 1 5 11 12 34

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-1 Hãy vẽ cấu trúc cell với N = 3 N = i 2 + ij + j 2 2 2 N = 1 2 + 1*1 + 1 2 N=1+1+1 N=3 1 3 1 3 1 3 2 D = 3 NR D = 3 R 1 3 2 1 3 2 35

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-2 Hãy vẽ cấu trúc cell với N = 9 N = i 2 + ij + j 2 N = 3 2 + 3*0 + 0 2 N=9+0+0 9 N=9 5 6 2 4 8 7 D = 3 NR D = 5.19 R 1 3 36

PowerPoint Presentation:

7 Ví dụ 4-2 Hãy vẽ cấu trúc cell với N 9 = 9 2 3 2 1 4 9 6 8 9 N = i 2 + ij + j 2 N = 3 2 + 3*0 + 0 2 N=9+0+0 N=9 9 3 4 5 7 6 2 7 1 5 2 3 6 7 2 3 6 D = 3 NR D = 5.19 R 8 7 1 9 3 4 6 8 4 1 5 8 4 1 5 37 8 5

PowerPoint Presentation:

Cấu trúc cell với N = 4 2 2 4 2 1 4 3 1 3 2 4 1 2 4 1 4 3 1 3 2 4 3 1 2 3 3 4 1 2 1 4 3 38

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-3 Một hệ thống GSM có 10 cluster, 416 kênh khả dụng và hệ số tái sử dụng tần số 1/7. Tính dung lượng của hệ thống giả sử rằng có 21 kênh được sử dụng để điều khiển và một kênh support 20 user. Số kênh được sử dụng = 416 - 21 = 395 Số kênh được cấp phát cho một cell = 395 / 7 = 57 Số user của một cell = 20 x 57 = 1140 39 Số user của một cluster = 7 x 1140 = 7980 Dung lượng của hệ thống = 7980 x 10 = 79800

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-4 Xác định dung lượng của mạng thông tin di động biết bằng: Hệ số tái sử dụng tần số 1/9 Mỗi một cell được cấp phát 64 kênh truyền Mỗi kênh truyền có thể đáp ứng cho 8 user Giả sử mỗi kênh truyền có băng thông 100kHz. Xác định hệ số tái sử dụng tần số biết rằng băng thông vô tuyến tối đa của hệ thống 32MHz. 40

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-5 Thiết lập một mạng có dung lượng tối thiểu 10.000. Biết rằng: Băng thông vô tuyến tối đa của mạng là 7.5MHz. Một kênh thông tin cần băng thông 25kHz. Hệ số tái sử dụng tần số 1/7. 41

PowerPoint Presentation:

Nhiễu trong thông tin di động Trong thông tin di động có các nguồn nhiễu chính sau đây: Nhiễu đa đường Nhiễu giữa những phone trong cùng một cell Nhiễu giữa những phone khác cell Ảnh hưởng của môi trường Những BS hoạt động ở cùng tần số 42

PowerPoint Presentation:

/ S I = I ∑ Nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh ( Co-channel Interference ) là ảnh hưởng giữa các cell dùng chung tần số. Với cấu trúc cell hình lục giác, hệ số tái sử dụng đồng kênh Q được định nghĩa là: Q = D / R = 3 N Q nhỏ: dung lượng cao, Q lớn: chất lượng truyền tốt Tỷ số S/I của bộ thu MS được tính bởi: S L i i = 1 43 S là công suất tín hiệu thu từ BS mong muốn còn I i là công suất thu từ các BS đồng kênh.

PowerPoint Presentation:

( ) tính bởi: ( ) / D R 3 N n − / S I = ≅ = = 6 6 6 n D − I ∑ Nhiễu đồng kênh (2) Vì công suất suy hao theo hàm mũ của khoảng cách nên chỉ cần xét các cell đồng kênh ở gần nhất (bao gồm 6 cell nếu dạng cell hình lục giác) (thường suy hao theo hàm mũ n = 4) Với công suất phát bằng nhau từ các trạm gốc, tỷ số S/I trong g trường g hợp xấu nhất là ở tại biên của cell, được n n L S R i i = 1 44 Tỷ số S/I trong thực tế sẽ còn nhỏ hơn do tác động của nhiễu kênh kề.

PowerPoint Presentation:

Nhiễu đồng kênh (3) D+R D-R/2 D+R/2 D-R D D-R 45

PowerPoint Presentation:

Nhiễu kênh kề Nhiễu kênh kề ( Adjacent Channel Interference ) gây ra bởi tín hiệu từ các cell kế cận (sử dụng khác tần số) đối với MS trong cell đang xét. Nhiễu này xuất hiện do chất lượng bộ lọc tần số không tốt. Cách giải quyết: dùng bộ lọc có hệ số phẩm chất cao hoặc tăng khoảng cách tần số giữa các cell kế cận. 46

PowerPoint Presentation:

S / I = 18 dB = 10 ) = ( Ví dụ 4-6 Một hệ thống tế bào sử dụng điều chế FM với các kênh 30kHz yêu cầu chất lượng thoại đạt tối thiểu là S/I = 18dB. Tính kích thước cluster tối thiểu, giả sử độ suy hao đường truyền theo hàm mũ n = 4. Giải: 4 ( ) 18/10 n 3 N 6 3 N 6 = = 1.5 N 2 10 1.8 1.5 N = 7 47

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-7 Một hệ thống có 70 kênh, trong đó có 6 kênh được sử dụng để điều khiển. Mỗi cell được cấp 16 kênh. Xác định S/I của hệ thống giả sử độ suy hao đường truyền theo hàm mũ n = 5. 48

PowerPoint Presentation:

Tách cell Khi số user trong một cell tăng lên, cell đấy không có khả năng đáp ứng các dịch vụ, cần phải tách cell. Áp dụng cho khu vực có mật độ thuê bao cao Tách cell làm tăng dung lượng của hệ thống Sẽ tăng BS do vậy sẽ tăng chi phí 49

PowerPoint Presentation:

Tách cell (2) 50

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-8 Một hệ thống GSM có 63 cell, 160 kênh khả dụng và hệ số tái sử dụng tần số 1/7. Biết rằng có 20 kênh được sử dụng để điều khiển và một kênh support 8 user. Tính dung lượng của hệ thống, tính S/I. Để tăng S/I, ta tăng hệ số tái sử dụng tần số 1/9, xác địn lại S/I và dung lượng trong trường hợp này. Để tăng số thuê bao ta tăng thêm 21 cell (N=7), xác định số thuê bao mới. 51 Để tăng số thêm bao ta giảm số N=4, xác định số thuê bao mới và S/I.

PowerPoint Presentation:

Phân bố cell Nông thôn Đường cao tốc 52 Thành phố Nội thành

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-9 Một hệ thống có băng thông khả dụng là 7,2 MHz (36 tần số sóng mang cách nhau 200 kHz) Sử dụng kỹ thuật TDMA với 8 kênh lưu lượng trên mỗi sóng mang. Hệ số N = 12 53 Tính số lượng kênh khả dụng cho diện tích trên trong ba trường hợp: - Không tách cell - Với 72 cells - Với 246 cells

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-9 (tt) Giải: 1 Cell = 288 kênh 8 x 36 = 288 72 Cell = 1728 kênh 8 x (72/12 x 36) = 1728 54 246 Cell = 5904 kênh

PowerPoint Presentation:

Đơn vị Erlang Erlang là một đại lượng không đơn vị được sử dụng trong mạng điện thoại để đo lưu lượng của mạng. Ví dụ : Một kênh hoạt động 30 phút trong mỗi 1 giờ thì Erlang = 0.5 Có hai kênh, xác suất sử dụng của một kênh là 50, suy ra Erlang = 1 Hai thuê bao sử dụng liên tục thì Erlang = 2 55 Trong một giờ, nếu tổng thời gian các cell phone sử dụng là 180 phút thì Erlang = 3

PowerPoint Presentation:

Đơn vị Erlang Một cách tổng quát, nếu số cuộc gọi trung bình trong một đơn vị thờ gian là λ và thời gian của mỗi cuộc gọi là h, lưu lượng được xác định như sau: A = λ .h Ví dụ : một cell có 30 yêu cầu kết nối mỗi giờ, thời gian của mỗi cuộc gọi là 6 phút. Xác định lưu lượng của cell 56 A = λ .h = 30.(6/60) = 3 Erlang

PowerPoint Presentation:

P b ( N , A ) = N N ! i ∑ = i 0 ⎜ i ! ⎟ Công thức Erlang B Công thức này được sử dụng để tính xác suất nghẽn mạng (blocking) A N ⎛ A ⎞ ⎝ ⎠ Trong đó: 57 P b : xác suất blocking N: Số l line A = λ .h: tổng traffic đề nghị

PowerPoint Presentation:

N P005 P02 N P005 P02 N P005 P02 1 .005 .021 11 4.62 5.84 21 11.9 14.0 2 .106 .224 12 5.28 6.62 22 12.6 14.9 3 .349 .603 13 5.96 7.41 23 13.4 15.8 4 .702 1.09 14 6.66 8.20 24 14.2 16.6 5 1.13 1.66 15 7.38 9.01 25 15.0 17.5 6 1.62162 2.28228 16 8.10810 9.83983 26 1515.88 1818.44 7 2.16 2.94 17 8.83 10.7 27 16.6 19.3 8 2.73 3.63 18 9.58 11.5 28 17.4 20.2 9 3.33 4.34 19 10.3 12.3 29 18.2 21.0 10 3.96 5.08 20 11.1 13.2 30 19.0 21.9 Bảng tính lưu lượng Bảng sau đây tính gần đúng giá trị của A so với số line (N) và xác suất blocking (P b ) 58

PowerPoint Presentation:

0 1 5 3 + + + + + + 3 3 3 3 3 3 1.0125 720 9 27 81 243 729 19.4125 1 + 3 + + + + + Ví dụ 4-10 Một hệ thống có các thông tin sau: A = 3 Erlang N = 6 line Xác định xác suất blocking B = = 59 3 6 6! 2 3 4 6 0! 1! 2! 3! 4! 5! 6! 729 = 2 6 24 120 720 = 0.0522 hay y 5.22%

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-11 Một hệ thống có: P b (blocking) = 2% Mỗi thuê bao trung bình thực hiện 2 cuộc gọi trong 1 giờ, trung bình mỗi cuộc gọi kéo dài 3 phút Hệ thống A có 394 cell, 19 channel mỗi cell Hệ thống B có 98 cell, 57 channel mỗi cell Hệ thống C có 49 cell, 100 channel mỗi cell Xác định số thuê bao có thể được support của mỗi hệ thống. 60

PowerPoint Presentation:

61 Ví dụ 4-11 (tt) Lưu lượng của mỗi thuê bao A u = λ .h = (2/60 calls/min)(3 min/call) = 0.1 Erlang Hệ thống A có N = 19, P b = 2%, dựa vào bảng suy ra lưu lượng của hệ thống 12.3 Erlang Suy ra: Số thuê bao có thể có cho một cell U = A/A u = 12.3/0.1 = 123 users/cell Số thuê bao cho toàn hệ thống N = 123 users/cell * 394 cells = 48,462

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-12 Cho một cluster có: Tổng số kênh là 395 Mỗi thuê bao chiếm trung bình 0.03 Erlangs Vùng bao phủ của hệ thống 20 km 2 Xác suất nghẽn mạng 2% Hệ số tái sử dụng tần số 1/7 Xác định: Erlang 62 Bán kính của cell Mật độ thuê bao của cluster 287.91

PowerPoint Presentation:

… … … … Cấu trúc của mạng tế bào BSC Base Station System BTS VLR HLR BTS S BTS MS AUC EIR TRAU MSC MS TRAU BSC BTS BTS Gateway MSC PSTN/ ISDN 63 MSC BTS Base Station System

PowerPoint Presentation:

64 Cấu trúc mạng Mobile Station (MS) Mobile Equipment (ME) Subscriber Identity Module (SIM) Base Station Subsystem (BBS) Base Transceiver Station (BTS) Base Station Controller (BSC) Transcodingand Rate Adaption Unit (TRAU) Switching Subsystem Mobile Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) Visitor Location Register (VLR) Authentication Center (AUC) Equipment Identity Register (EIR)

PowerPoint Presentation:

Mobile Station (MS) Mobile Equipment Được tạo ra bởi nhiều nhà sản xuất Tất cả các MS phải tuân theo các tiêu chuẩn chung của ngành Mỗi một MS được nhận dạng duy nhất bởi số IMEI (International Mobile Equipment Identity). Số IMEI được sử dụng cho các điện thoại mạng GSM 65

PowerPoint Presentation:

Mobile Station (MS) Subscriber Identity Module (SIM) Là một card chứa IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Cho phép user kết nối với nhà cung cấp dịch vụ 66 Nhận diện những g mã hóa của mạng g Được bảo vệ bởi password hay mã PIN Có thể tháo ráp cho những máy khác nhau

PowerPoint Presentation:

Base Station Subsystem (BSS) BSS: Base Station Subsystem BSS = TRAU + BSC + BTS TRAU: Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ. BSC: Bộ điều khiển trạm gốc. BTS: trạm thu phát gốc. 67

PowerPoint Presentation:

Base Station Subsystem (BSS) Base Transceiver Station (BTS) thực hiện các chức năng sau. Thu phát vô tuyến (Radio Carrier Tx and Rx) Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý Mã hóa và giải mã hóa Điều chế và giải điều chế 68

PowerPoint Presentation:

Base Station Subsystem (BSS) Base Station Controller (BSC) Chuyển mạch và điều khiển các BTS Khởi tạo các kết nối Quản lý tài nguyên mạng Kết nối đến MSC và BTS 69

PowerPoint Presentation:

Base Station Subsystem (BSS) Transcodingand Rate Adaption Unit (TRAU) 70

PowerPoint Presentation:

Base Station Subsystem (BSS) Transcoding and Rate Adaption Unit (TRAU) Thực hiện chuyển đổi luồng số 64kbps (voice, data) từ MSC thành luồng có tốc độ thấp phù hợp giao tiếp vô tuyến. TC (Transcode) thực hiện chức năng nén thoại. RA (Rate Adaption) phối hợp tốc độ các kênh data. 71 Một bộ MUX bên trong g TRAU thực hiện g ghép p 4 luồng 16kbps thành một luồng 64kbps .

PowerPoint Presentation:

Switching Subsystem (SSS) Mobile Switching Center (MSC) 72

PowerPoint Presentation:

Switching Subsystem (SSS) Mobile Switching Center (MSC) Là thành phần trung tâm của mạng Thực hiện các chức năng sau: Xử lý cuộc gọi (call processing) Điều khiển chuyển giao (handover control) Quản lý di động (mobility management) Xử lý tính cước (billing) Tương tác mạng (interworking function) 73

PowerPoint Presentation:

Switching Subsystem (SSS) Home Location Registers (HLR) HLR VLR HLR 74

PowerPoint Presentation:

Switching Subsystem (SSS) Home Location Registers (HLR) bộ định vị thường trú là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao: Các số nhận dạng IMSI Các thông tin về thuê bao Danh sách các dịch vụ thuê bao được/hạn chế sử dụng 75 Số hiệu VLR đang phục vụ MS

PowerPoint Presentation:

76 Switching Subsystem (SSS) Visitor Location Registers (VLR) bộ định vị tạm trú lưu trữ tạm thời các thông g tin về thuê bao trong vùng phục vụ của MSC. VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu của HLR. Các số nhận dạng Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS Danh sách các dịch vụ của MS Trạng thái của MS (busy, idle, …)

PowerPoint Presentation:

Switching Subsystem (SSS) Authentication Centre (AuC) Xác nhận các thông tin của SIM để xác định có thể kết nối với mạng hay không Khi thông tin được xác nhận, HLR sẽ quản lý SIM này và các dịch vụ liên quan 77

PowerPoint Presentation:

Switching Subsystem (SSS) Equipment Identity Register (EIR) Thường được tích hợp trong HLR Chứa thông tin của MS (IMEI) EIR được thiết kế để theo dấu những MS bị đánh cắp 78

PowerPoint Presentation:

Đăng ký Mạng di động cần phải xác định MS đang nằm ở khu vực nào. Việc này được xác định dựa vào một tín hiệu định kỳ giữa BTS và MS được gọi là Beacons . BTS sẽ phát tín hiệu broadcast beacon với chu kỳ 1s để xác định và test các MS. 79 Thông tin chứa trong beacon: cellular network identifier, timestamp, gateway address ID of the paging area, etc .

PowerPoint Presentation:

Sử dụng MS ở ngoài vùng đăng ký Authentication request 3 Authentication response 4 1 2 5 Visiting BS MS Home BS 80

PowerPoint Presentation:

Giao tiếp giữa BTS và MS Định nghĩa bởi chuẩn giao tiếp CAI (Common Air Interface) gồm 4 kênh: FVC – Forward Voice Channel – truy yền thoại từ BTS đến MS. RVC – Reverse Voice Channel - truyền thoại từ MS đến BTS. FCC và RCC – Foward/Reverse Control Channel để thiết lập cuộc gọi. Các kênh điều khiển thường gọi là các kênh thiết lập vì nó chỉ liên quan đến quá trình thiết lập cuộc gọi, sau đó cuộc gọi sẽ được chuyển sang các kênh thoại rảnh. Các kênh điều khiển sẽ truyền và nhận dữ liệu liên quan đến các yêu cầu về dịch vụ hoặc yêu cầu thiết lập cuộc gọi, nó sẽ được theo dõi bởi MS khi MS không ở trong cuộc gọi. 81 FCC liên tục phát các yêu cầu lưu thông đến tất cả MS.

PowerPoint Presentation:

MSC NhậncuộcgọitừPSTN.GửiMIN đượcyêucầuđếntấtcảBTS Base Station FCC Pháttin(MIN)đếnusercho userthíchhợp RCC NhậnMIN,ESN, SCMvàchuyển choMSC FVCC RVC Mobile FCC NhậntinvàsosánhvớiMIN củachínhhíhnóó RCC Xácnhậnthu đượcMINvàgửi ESNvàSCM FVC RVC Thiết lập cuộc gọi (yêu cầu từ PSTN) 82

PowerPoint Presentation:

MSC KiểmtraESN, MINcủauser YêucầuBSchuyển mobilevàokênhthoại trống Kếtnốimobilevới ngườigọitừmạng PSTN Base StStationti FCC Gửithôngđiệpcho mobilechuyểnđến kênhthoạitrống RCC FVC Bắtđầutruytềnthothại RVC Bắtđầunhậnthoại Mobile FCC Nhậnthôngđiệpyêu cầuchuyyểnđến kênhthoạitrống RCC FVC Bắtđầutruyềnthoại RVC Bắtđầunhậnthoại Thiết lập cuộc gọi (yêu cầu từ PSTN) 83

PowerPoint Presentation:

MSC Nhậnyêucầuthiếtlập cuộcgọitừBTSvàkiểm traESN,MINcủamobile ChỉthịchoFCCcủaBTS đểchuyểnmobileđến mộtkênhthoạirảnh Base Station FCC RCC Nhậnyêucầuthiết lậpvàMIN,ESN,SCM FVC RVC Mobile FCC RCC Gửiyêucầuthiếtlập cuộcgọicùngvớiMIN củanóvàsốmáycần gọi FVC RVC Thiết lập cuộc gọi (do MS yêu cầu) 84

PowerPoint Presentation:

MSC Kếtnốimobilegọivớimáy bịgọitrongmạngPSTN Base Station FCC Gửitinchomobilegọiđể chuyểnvàokênhthoạirảnh RCC FVC Bắtđầutruyềnthoại RVC Bắtđầunhậnthoại Mobile FCC NhậntintừBTSvàđốichiếu MIN,sauđóchuyểnvàokênh thoạirảnh RCC FVC Bắtđầutruyềnthoại RVC Bắtđầunhậnthoại Thiết lập cuộc gọi (do MS yêu cầu) 85

PowerPoint Presentation:

Thiết lập cuộc gọi Cuộc gọi được thiết lập chỉ trong vài s. MIN – Mobile Identification Number – số điện thoại của mobile ESN – Electronic Serial Number SCM – Station Class Mark – chỉ mức công suất phát tối đa của user 86

PowerPoint Presentation:

87 Chuyển giao Chuyển giao (Handover, Handoff) để việc thông g tin được liên tục khi user di chuy yển qua một cell khác. Quá trình chuyển giao giữa các cell khá phức tạp, việc này chiếm khoảng vài giây do vậy nếu thuê bao di chuyển với tốc độ quá nhanh thì sẽ gây ra rớt mạng Giới hạn tốc độ di chuyển: Mạng analog: 100 km/h Mạng digital: 300 km/h

PowerPoint Presentation:

Chuyển giao (2) Mức tín hiệu nhận được sẽ yếu khi user đi ra khỏi vùng do cell quản lý. Yêu cầu handover đến cell có mức tín hiệu cao hơn. 88 MSC (Mobile switching center) sẽ chuyển cuộc gọi qua một cell mới sau khi cấp phát kênh và thông báo cho 2 user biết thông tin về kênh mới. i

PowerPoint Presentation:

Chuyển giao (3) Signal strength due to BS j P i (x) P j (x) E Signal strength due to BS i P min 89 BS i X 1 BS j X 3 X 4 X 2 X 5 X th MS

PowerPoint Presentation:

Chuyển giao (4) Vùng X 3 -X 4 xác định vùng chuyển giao, khi thuê bao di chuyển vào vùng này việc chuyển giao sẽ được tính đến. MS sẽ sử dụng BTS cũ cho đến khi mức tín hiệu nhận được giảm dưới mức ngưỡng E 90

PowerPoint Presentation:

Kiểu chuyển giao Hard Handoff ( break before make ) Kết nối với BTS cũ được kết thúc trước khi có được kết nối với BTS mới. FDMA,TDMA cho phép sử dụng kiểu chuyển giao này. Soft Handoff ( make before break ) 91 Trong CDMA, do sử dụng chung kênh tần số, chúng ta chỉ thay đổi code để chuyển giao. Do vậy MS có thể kết nối đồng thời với cả hai BTS.

PowerPoint Presentation:

Hard handoff BS 2 BS 1 MS BS 1 BS 2 MS (a). Before handoff (c).After handoff BS 1 BS 2 MS 92 (b). During handoff ( No connection )

PowerPoint Presentation:

Soft Handoff (CDMA) BS1 BS2 MS BS1 MS BS2 (a) Before handoff (c)After handoff BS1 BS2 MS 93 (b) During handoff

PowerPoint Presentation:

Chuyển vùng Chuyển vùng (Roaming) là quá trình thuê bao di chuyển từ cell được điều khiển bởi MSC này đến một cell được điều khiển bởi một MSC khác. Bằng cách sử dụng tín hiệu beacon và HLR- VLR mà MS có thể chuyển vùng đến bất kỳ nơi đâu có tín hiệu của mạng. 94

PowerPoint Presentation:

Chuyển vùng (2) Home MSC Visiting MSC Home MSC Visiting MSC BS 1 BS 2 MS BS 1 BS 2 MS 95

PowerPoint Presentation:

chỉ báo các đặc tính khả dụng của user. Chuyển vùng (3) Sau mỗi vài phút, MSC lại phát một lệnh chung lên tất cả các kênh FCC trong hệ thống, yêu cầu các user chưa đăng ký thông báo MIN của mình trên RCC. So sánh MIN của user với các MIN lưu trong HLR, MSC nhanh chóng nhận ra các roamer. Khi đã nhận ra một roamer, MSC gửi yêu cầu đăng ký về MSC chủ của roamer. 96 MSC chủ xác nhận sự chuyển vùng của thuê bao đồng thời gửi lại các thông tin của user đó để

PowerPoint Presentation:

Chuyển giao Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển 97

PowerPoint Presentation:

Mạng GSM 98

PowerPoint Presentation:

Các đặc tính về chất lượng Thông tin: di động, vô tuyến, hỗ trợ dịch vụ thoại và data Tính linh hoạt: truy nhập quốc tế, thẻ SIM cho phép sử dụng dịch vụ của các nhà cung cấp khác nhau. Dung lượng cao: hiệu suất sử dụng tần số cao, cell nhỏ hơn, nhiều thuê bao trong một cell Chất lượng truyền cao: chất lượng âm thanh cao, độ tin cậy cao, không bị ngắt khi di chuyển tốc độ cao 99 Bảo mật: điều khiển truy nhập thông qua thẻ SIM và số PIN

PowerPoint Presentation:

Các dịch vụ GSM cung cấp các dịch vụ cơ bản Bearer services – Data Telematic services – Thoại Các dịch vụ bổ sung - SMS 100

PowerPoint Presentation:

Kiến trúc mạng GSM GSM là một dạng PLMN ( Public Land Mobile Network ) Ở mỗi nước có nhiều nhà cung cấp xây dựng mạng di động dựa trên chuẩn GSM. Một mạng GSM bao gồm: RSS (phần vô tuyến) MS, BTS, BSC NSS (phần mạng): MSC, GMSC 101 OSS (phần điều hành): HLR, VLR, EIR, AUC,...

PowerPoint Presentation:

Kiến trúc mạng GSM Sử dụng phương thức đa truy nhập TDMA và FDMA. Băng tần 25MHz được chia thành 124 kênh (124 sóng mang vô tuyến), hai sóng mang liên tiếp cách nhau 200kHz. GSM thường sử dụng ba băng tần 800, 900 và 1800 MHz. 915MHz, Ví dụ: uplink (MS đến BTS): 890-915MHz downlink (BTS đến MS): 935-960MHz 102 Ghép kênh theo thời gian: 8 kênh/1 sóng mang. Mỗi sóng mang được chia thành các burst (0.577ms). 8 burst tạo thành 1 frame.

PowerPoint Presentation:

GSM/FDMA 890MHz 0 915MHz 124 935MHz 0 960MHz 124 103

PowerPoint Presentation:

Cấu trúc khung GSM/TDMA 935-960 MHz 124 channels (200 kHz) downlink 890-915 MHz 124 channels (200 kHz) uplink Cấu trúc khung GSM cấp cao time GSM TDMA frame 1 2 3 4 5 6 7 8 4.615 ms GSM time-slot (normal burst) user data S Training S user data 104 546.5 µs 577 µs Khoảng dự p phòng g tail Khoảng tail dự p phòng g 3 bits 57 bits 57 bits 1 26 bits 1 3

PowerPoint Presentation:

Dummy burst: nếu không có data cho một khe. Cấu trúc khung GSM/TDMA Khe thời gian GSM (normal burst): Tail: set về 0, có thể dùng để tăng chất lượng máy thu. Chuỗi huấn luyện (training): để cập nhật thích nghi các thông số (chọn tín hiệu lớn nhất) Cờ S cho biết trường data chứa data của user hay dữ liệu điều khiển từ mạng. Burst GSM: Busrt thường (normal): để truyền data Burst hiệu chỉnh tần số: cho phép user thay đổi tần số dao động nội để tránh giao thoa. Burst đồng bộ: có chuỗi huấn luyện kéo dài để đồng bộ thời gian giữa MS và BTS 105 Access burst dùng để thiết lập kết nối.

PowerPoint Presentation:

Kênh liên lạc Kênh vật lý trong GSM là một time slot. Kênh logic là các thông tin truyền trong một kênh vật lý. Cả user data và các thông tin báo hiệu đều là các kênh logic. 106

PowerPoint Presentation:

Group Channel Direction Control Channel BCCH (B(Broadcastdtcontroltl channel) BCCH(Broadcastcontrolchannel) FCCH(Frequency(Fcorrectiontichannel)hl) SCH(Synchronizationchannel) BSMS BSMS BSMS CCCH (C(Commoncontrollchannel)hl) PCH(Pagingchannel) RACH(R(Randomdaccesschannel)hl) AGCH(Accessgrandchannel) BSMS BSMS BSMS DCCH (Dedicatedcontrol channel) SDCCH(Stand-alonededicatedcontrolchannel) SACCH(Slowassociatedcontrolchannel) FACCH(Fastassociatedcontrolchannel) BSMS BSMS BSMS Traffic Channel TCH (TrafficChannel) TCH/f(Full-ratetrafficchannel) TCH/s(Half-rate(Halfratetrafficchannel) BSMS BSMS Phân loại các kênh logic 107

PowerPoint Presentation:

Các kênh logic Các kênh logic trong mạng GSM gồm hai nhóm: Traffic channels (TCH): để truyền user data Control channels (CCH): để điều khiển truy nhập đường truyền, cấp phát TCH hoặc quản lý sự di chuyển n. o o o 108 BCCH : thông báo các thông tin như định danh cell, các option, các tần số cho tất cả MS trong cell CCCH : để truyền các thông tin thiết lập kết nối DCCH : trước khi MS thiết lập một TCH với BTS, nó dùng DCCH để báo hiệu.

PowerPoint Presentation:

Broadcast control channel Broadcast Control Channel (BCCH): được sử dụng để truyền thông số của hệ thống: tần số hoạt động của cell, thông tin của nhà cung cấp, … Frequency Correction Channel (FCCH): dùng để truyền những thông tin liên quan đến tần số. Synchronization Channel (SCH): cung cấp chuỗi đồng bộ 64 bit cho MS 109

PowerPoint Presentation:

Common control channel Random Access Channel (RACH): yêu cầu cung cấp kênh tần số. Paging Channel : được BTS sử dụng để thông tin với từng MS riêng lẻ trong cell. Access Grant Channel : được BTS sử dụng để truyền thông tin về thời gian và động bộ. 110

PowerPoint Presentation:

Dedicated control channel Slow Associated Control Channel (SACCH): được phân bố để truyền thông tin điều khiển trong suốt quá trình kết nối. Stand-alone dedicated Control Channel : được sử dụng để truyền thông tin giữa BTS và MS Fast Associated Control Channel (FACCH): truyền cùng thông tin như SDCCH nhưng nó là một phần của Traffic channel 111

PowerPoint Presentation:

Phân cấp frame 1 hyperframe = 2048 superframes = 2715684 TDMAframes (3 hr, 28 min, 53 s, 750 ms 0 1 2 …… 2046 2047 Hyperframe 0 1 49 …… …… 50 25 24 2 1 0 Superframe 0 0 1 1 2 2 …… …… 24 6 25 7 0 0 1 1 2 2 …… …… 49 6 50 7 Multiframe TDMAframe 112 TCH, SACCH, FACCH FCCH, SCH, BCCH, RACH, AGCH, PCH, SDCCH, CBCH, SACCH

PowerPoint Presentation:

Cấu trúc của TDMA frame Một sóng mang sẽ chia thành 8 kênh TDM Frame = 4.615 ms 0 1 2 3 4 5 6 7 Time slot = 0.557 ms Tail bits 3 Data bits 58 Training 26 Data bits 58 Tail bits 3 Burst = 148 bits Time slot = 156.25 bits (including 8.25 Guard bits) 113

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-13 Một hệ thống mạng tế bào băng hẹp có các thông số như sau: Băng thông một chiều = 12.5MHz Độ rộng của một kênh = 30KHz Vùng bao phủ của một cell = 1 km 2 Tổng vùng bao phủ= 20km 2 Số cuộc gọi trung bình của thuê bao trong một giờ = 2 Thời gian trung bình của một cuộc gọi = 2 phút Xác suất cuộc gọi bị nghẽn mạch = 2% Hệ số tái sử dụng tần số = 7 Số kênh control trong một cluster = 21 114 Tính lưu lượng sử dụng cho toàn mạng? Tính tổng số thuê bao có thể có?

PowerPoint Presentation:

115 Ví dụ 4-14 Một hệ thống thông tin tế bào có các thông số sau đây: Tổng số kênh sử dụng trong hệ thống: 395 Mỗi thuê bao có lưu lượng 0.03 Erlang Hệ thống bao phủ một vùng 1200 km 2 Xác suất blocking: 1% Hệ số tái sử dụng tần số: 7 Hệ thống có 5 cluster Xác định mật độ thuê bao?

PowerPoint Presentation:

Ví dụ 4-15 Với các dữ liệu như bài 4-14, trình bày giải pháp để tăng gấp đôi dung lượng của mạng 116

PowerPoint Presentation:

Câu hỏi? 117

authorStream Live Help