Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Đồ án tốt nghiệp. cơ chế đa truy cập phi trực giao trong mạng 5G
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
I.Giới thiệu chung
1.Lịch sử ra đời và phát triển
Ở cuối thế kỷ thứ 19 Marconi đã chỉ ra rằng thông tin vô tuyến có thể liên lạc trên cự ly xa, máy phát và máy thu có khả năng liên lạc di động với nhau. Nhưng thời đó người ta liên lạc chủ yếu bằng điện báo Morse.
Trong những năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây là một trong những hệ thống phát triển nhanh nhất của các thông tin liên lạc thời xưa. Nó sử dụng các dịch vụ băng thông rộng của di động.
Các khái niệm về hệ thống di động được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm AT & T Bell để giải quyết các vấn đề công suất các hệ thống thông tin di động đầu. Trái ngược với các thông tin di động: Đầu tiên hệ thống, mà chỉ có một trạm trung tâm (BS) bao phủ toàn bộ vùng phủ sóng khu vực, hệ thống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào các tế bào không chồng chéo nhau và hoạt động với BS riêng của mình. Bằng cách khai thác một thực tế rằng sức mạnh của một tín hiệu truyền với khoảng cách, cùng một tần số tương tự có thể được tái sử dụng trong tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu liên cell nặng.như một hệ quả, khả năng làm tăng đáng kể việc sử dụng gói của phổ tần số.
Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ đã bắt đầu triển khai mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên. Do là mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên nên các máy di động tốn nguồn và khá cồng kềnh được đặt trên ô tô để liên lạc về 1 trạmgốc BS ở trung tâm. Chất lượng liên lạc lại cực kỳ kém do đặc điểm địa hình truyền sóng di động rất phức tạp mà các máy chỉ gồm 10 đèn điện tử thực hiện các chức năng tối thiểu.
Hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình thành mạng PSTN ( Public Switching Telephone Network) song suốt thời gian dài vô tuyến di động không phát triển do hạn chế về công nghệ. Mạng PSTN bao gồm đường dây điện thoại, cáp quang, truyền dẫn vi ba liên kết, các mạng di động, vệ tinh thông tin liên lạc, và dây cáp điện thoại dưới đáy biển, tất cả các kết nối với nhau bởi các trung tâm chuyển mạch, do đó cho phép hầu hết các máy điện thoại để liên lạc với nhau. Ban đầu là một mạng lưới các đường dây cố định tương tự hệ thống thoại. Mạng PSTN hiện nay gần như hoàn toàn kỹ thuật số trong của mạng lõi và bao gồm điện thoại di động và các mạng khác, cũng như điện thoại cố định.
Trong năm 1947 Bell Labs đã cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tế bào: Các máy đi động được tự do và chuyển vùng từ vùng tế bào này sang vùng tế bào khác. Các tế bào được thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng ( là vùng địa lý được cung cấp dịch vụ di động), kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch tổng đài đi động và được bố trí tại trung tâm vùng. Những người sử dụng di động có thể di chuyển được trong vùng phủ sóng của các trạm gốc (Base station).
Nhưng ý tưởng của Bell Labs đã không được sử dụng do hạn chế về mặt công nghệ.
Năm 1979 thì mạng di động tế bào đầu tiên đã được đưa vào sử dụng ở Mỹ và phát triển rất nhanh do doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện trong việc sử dụng. Mạng đi động tế bào được ra đời nhờ các tiến bộ kỹ thuật về:
- Có các hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lương cao.
- Sử dụng kỹ thuật vi mạch : VLSI ra đời ( Very Large Scale Integrated Circuit) nó có thể tích hợp các linh kiện từ hàng trăm ngàn đến 106 transistor trong 1 máy điện thoại di động. Do vậy có thể giải quyết được những khó khăn trong việc truyền sóng di động.
Hệ thống thông tin di động tế bào số hay còn được gọi là hệ thống thông tin di động (Mobile Systems) là hệ thống thông tinliên lạc được truy cập với nhiều điểm khác nhau (access point or base stations) trên một vùng tế bào hay còn gọi là các Cell.
Cell (tế bào hay ô): là đơn vị cơ sở của mạng mà tại đó trạm MS ( trạm di động) tiến hành việc trao đổi các thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Stations)
Hình 1.1. Cấu trúc mạng tế bào
2. Phân loại hệ thống thông tin di động
2.1. Phân loại theo đặc tính tín hiệu.
- Analog: Thế hệ 1,thoại điều tần analog, các tín hiệu điều khiển đã được số hóa toàn bộ.
- Digital: Thế hệ 2 và cao hơn, thoại, điều khiển đều số hóa. Ngoài dịch vụ thoại nó còn có khả năng phục vụ các dịch vụ khác như truyền số liệu,.....
2.2. Phân loại theo cấu trúc hệ thống
- Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp cac dịch vụ trên diện rộng với khả năng lưu động (roaming) toàn cầu (liên mạng).
- Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụ trên diện hẹp, các giải pháp kỹ thuật đơn giản, không có khả năng roaming.
- Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến với chất lương như điện thoại cố định cho một vành đai quanh một tram gốc, không có khả năng roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố định chưa phát triển.
2.3. Phân loại theo cách đa truy nhập vô tuyến
a.Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
Mỗi thuê bao truy nhập mạng bằng 1 tần số, băng tần chung W được chia thành N kênh vô tuyến. Mỗi một thuê bao truy nhập và liên lạc trên kênh liên lạc trên kênh con trong suốt thời gian liên lạc.
+Ưu điểm: yêu cầu về đồng bộ không quá cao, thiết bị đơn giản.
+Nhược điểm:
- Thiết bị tram gốc cồng kềnh do có bao nhiêu kênh (tần số sóng mang kênh con) thì tại trạm gốc phải có bấy nhiêu máy thu phát.
- cần đảm bảo các khoảng cách bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm nhằm mục đích phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động. Các máy thu đường lên hay đường xuống chọn sóng mang cần thiết và theo tần số phù hợp.
Như vậy để đảm bảo FDMA tốt thì tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất trên toàn thế giới.
b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Các phổ mà quy định cho liên lạc thông tin di động được chia ra thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này sẽ dùng chung cho N kênh liên lạc. Trong mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao dùng chung một tần số song luân phiên nhau về thời gian, mỗi thuê bao được chỉ định cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.
+Ưu điểm:
-Trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy thu phát phục vụ được nhiều người truy nhập và được phân biệt nhau về thời gian.
- Các tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số
-Giảm nhiễu giao thoa
+Nhược điểm:
-Yêu cầu về đồng bộ ngặt nghèo.
- Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn loại máy điện thoại di động dùng kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106/s
c. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Các thuê bao dùng chung một tần số trên suốt thời gian liên lạc. CDMA phân biệt nhau nhờ kỹ thuật mã trải phổ khác nhau, nhờ đó hầu như không gây nhiễu lẫn nhau.Những thiết bị mà người sử dụng được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng, riêng biệt không trùng với ai.
+Ưu điểm:
-Hiệu quả sử dụng phổ cao, có khả năng chuyển vùng miền và đơn giản trong kế hoạch phân bổ tần số.
- Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thu phát).
- Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz .
- Những kỹ thuật trải phổ trong hệ thống truy nhập này cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA
+Nhược điểm:
- Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo, chênh lệch công suất thu tại trạm gốc từ các máy di động trong một tế bào phải nhỏ hơn hay bằng 1dB, trái lại thì số kênh phục vụ được.
-Kỹ thuật trải phổ phức tạp.
Hình 1.2. Các công nghệ đa truy nhập
2.4. Phân loại theo cách song song
+ FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số). Nó đượcthu phát đồng thời ở 2 tần số khác nhau, phát 1 tần số và thu 1 tần số. Băng tần công tác gồm 2 dải tần dành cho đường lên up-link từ MS tới BS và đường xuống down-link từ BS tới MS. Đường lên luôn là dải tần thấp và MS có công suất nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che khuất. Khi đó với giải pháp tần thấp hơn (bước sóng lớn hơn) thì khả năng bị che khuất giảm.
+ TDD (Time Divition Duplex: Song công phân chia theo thời gian). Một tần số chia 8 khe thời gian.Khung thời gian công tác được chia đôi, 1 nửa cho đường lên, 1 nửa cho đường xuống.
II. Một số thế hệ mạng di động
Các thế hệ di động khác nhau đều có bốn khía cạnh chính là:
- Truy cập vô tuyến
Trong Hình 2 (a), cả hai ptotal | h1| 2 / N0,1 và ptotal | h2 | 2 / N0,2 được thiết lập 10dB. Trong Hình 2 (b), ptotal | h1 | 2 / N0,1 và ptotal | h2 | 2 / N0,2 được lần lượt thiết lập là 20 và 0dB. Trong cơ chế của kênh đối xứng, các vùng thông lượng cho cơ chế đa truy cập trực dao và cơ chế đa truy cập phi trực dao với SIC là giống hệt nhau. Trong cơ chế kênh không đối xứng, tổng thông lượng tối đa có thể đạt được khi tất cả năng lượng chuyển giao (và băng rộng) thì chỉ được khuếch tán cho người sử dụng 1 trong khi năng lượng chuyển giao thì đạt được bằng sự kết hợp của cả hai phương án truy cập đa phương. Tuy nhiên, vùng thông lượng của NOMA với SIC là rộng hơn nhiều so với vùng thông lượng của OMA trong cơ chế kênh không đối xứng. Ví dụ, nếu chúng ta muốn R2 là 0.8b /s thì R1 có thể đạt được cho NOMA với một SIC là cao hơn khoảng 2 lần so với R1 cho OMA. Điều này là do thông lượng của người sử dụng 1 với tổng Ptotal | h1 | 2 / N0,1 là hạn chế băng thông hơn và với người sử dụng 2 cho phép người sử dụng 1 sử dụng toàn bộ băng thông trong khi chỉ bị khuếch tán một lượng nhỏ năng lượng chuyển giao bởi vì chia sẻ năng lượng với người sử dụng 2. Do đó, người sử dụng 1 chỉ truyền một lượng nhỏ sóng nhiễu, p1|h2 |2, tới người sử dụng 2. Ngược lại, OMA đã khuếch tán một phần đáng kể của băng thông tới người sử dụng 2 để tăng thông lượng của OMA, và điều này gây ra sự giảm thông lượng của người sử dụng là 1 bị giới hạn ở băng rộng. Vì vậy, trong đường xuống di động nơi mà vị trí cảu các kênh thì khác nhau giữa những người dùng do hiệu ứng gần-xa, NOMA có tiềm năng để cải thiện sự cân bằng giữa năng suất hệ thống và tính cân bằng của người sử dụng hơn so với OMA.
2.2 Đường truyền lên
Trong đường truyền lên, người sử dụng i truyền tín hiệu Si, với Pi năng lượng truyền tải. Hình 3 cho thấy một cách sử dụng quang phổ giữa NOMA và OMA trong đường lên. Đối với 2 người dùng đường lên Noma, các tín hiệu nhận được tại nguồn được biểu diễn là
y = √p1.h1.s1 + √p2.h2.s2 + w
trong đó w là kỳ hạn biễu thị nhiễu Gaussian bao gồm cả sóng nhiễu giao thức. Mật độ năng lượng quang phổ của w là N0. Trong NOMA, s1 và s2 được truyền bằng cách sử dụng cùng một tần số và giao thoa với nhau. Trong đường lên, SIC được thực hiện tại máy thu nguồn.
Hình 3 Quang phổ sử dụng so sánh trong đường lên.
SIC, người nhận giải mã s1 và s2 trong hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, người nhận giải mã s1, s2 được coi là nhiễu Gaussian. Một khi người nhận giải mã một cách chính xác s1, nó có thể loại trừ yếu tố s1 từ sự kết tập nhận được tín hiệu y và sau đó giải mã s2. Bởi vì chỉ có duy nhất nhiễu qua máy thu Gaussian vẫn còn trong hệ thống, thông lượn tối đa đạt được cho người sử dụng 2 giống như giới hạn một người dùng. Như vậy, thông lượng của người dùng i, Ri, được biểu diễn như là:
R1 = log2 (1 + p1|h1 |2 / (p2 | h2 | 2 + N0))
R2 = log2 (1 + p2 | h2 |2 / N0) .
Nếu tín hiệu giải mã là ngược lại, Ri trở thành
R1 = log2 (1 + p1 | h1 | 2 / N0)
R2 = log2 (1 + p2 | h2 | 2 / (p1 | h1 | 2 + N0)).
Lưu ý rằng trong cả hai công thức trên, bất kể tín hiệu giải mã nào trong SIC, tổng thông lượng, R1 + R2, cũng giống như log2 (1 + (p1 | h1 | 2 + p2 | h2 | 2) / N0), là tổng thông lượng đạt được trong kênh truy cập đa phương ở đường lên này.
Mặt khác, đối với đường lên OMA với băng thông của βHz giao cho người sử dụng 1 và băng thông còn lại, 1- βHz giao cho người sử dụng 2, Ri được biểu diễn là
R1 = βlog2 (1 + p1| h1 |2 / βN0)
R2 = (1-β) log2 (1 + p2 | h2 |2 / (1-β) N0).
Hình 4 (a) và 4 (b) cho thấy các khu vực thông lượng (năng suất) cho các cơ chế với các kênh truyền đối xứng và không đối xứng tương ứng. Trong Hình 4 (a), cả p1 | h1 | 2 / N0 và p2 | h2 | 2 / N0 được thiết lập với 10dB. Trong Hình 4 (b), p1 | h1 | 2 / N0 và p2| h2 |2/N0 được thiết lập lần lượt là 20 và 0dB. NOMA với SIC đạt điểm A bằng cách giải mã các tín hiệu cho người sử dụng 1 trước. Điểm B thì đạt được khi tín hiệu cho người sử dụng 2 được giải mã đầu tiên. Các cặp thông lượng trên đoạn thẳng AB đạt tổng thông lượng tối đa. Trong các kênh đối xứng, mặc dù khu vực thông lượng của OMA thì chính xác là một tiểu hệ thống của kênh xứng cho NOMA và SIC,
Hình 4: khu vực thông lượng (năng suất) ở đường lên.
OMA đạt tổng thông lượng tối đa tại một điểm duy nhất. Vào thời điểm đó, thông lượng của hai người sử dụng là như nhau. Tuy nhiên, trong các kênh không đối xứng, mặc dù OMA đạt tổng thông lượng tối đa, thông lượng người dùng thì không cân xứng. Sử dụng OMA thông lượng R2 là 0.067b/s , xấp xỉ 1/15 thông lượng đơn. Điều này là do OMA phải khuếch tán hầu hết các băng thông dành riêng cho người sử dụng trong điều kiện kênh tốt để đạt được tổng thông lượng tối đa. Nếu chúng ta muốn đạt được R2 của 0.8b/s để cải thiện sự cân bằng trong sử dụng OMA, R1 phải giảm mạnh xuống đến khoảng 3.70b/s bởi vì sự chuyển giao băng thông bị giảm một phần lớn. Mặt khác, NOMA với SIC đạt R2 là 1.0, đó là thông lượng của một người dùng trong khi đạt được tổng thông lượng tối đa (tại điểm A). Với những phân tích trên, chúng tui hy vọng rằng trong một đường lên cũng như đường xuống của giao thức, NOMA có tiềm năng để mang lại một sự cân xứng giữa năng suất hệ thống và sự cân bằng giữ người dùng hơn so với OMA.
Ưu nhược điểm của cơ chế đa truy cập phi trực giao
Ưu điểm:
Tốc độ truyền tín hiệu nhanh hơn nhiều so với 4G
Mạng 5G sẽ không sử dụng trạm cơ sở trên mặt đất như 4G mà sử dụng trạm HAPS.
Mạng 5G không gặp vấn đề về phủ sóng.
Tối ưu phần cứng hơn
Tiết kiệm năng lượng hơn 4G
Bổ sung thêm nhiều chức năng hơn cho phần cứng.
Ứng dụng được nhiều ở các lính vực truyền hình , viễn thông.
ứng dụng vào lính vực xe hơi
chăm sóc sức khỏe từ xa
ứng dụng để hội họp, hội nghị từ xa.
Nhược điểm:
Băng tần chưa sẵn sàng
Công nghệ đã đạt tới mức có thể đưa 5G vào sử dụng chưa
Cức phí của 5G sẽ như thế nào với nhà mạng.
Các điện thoại phải thay đổi chíp 5G thế giá bán điện thoại có tăng không.
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Kết thúc chương 3 chúng ta thấy được cách thức truyền nhận thông tin vô tuyển của 5G như thế nào. Chương 3 thấy rõ được là cơ chế đa truy cập phi trực giao tuy còn khá phức tạp nhưng nó rất khả thi và vượt trội so với cơ chế đa truy cập trực giao.
Từ những ưu nhược điểm của đa truy cập trực giao và đa truy cập phi trực giao ta thấy được có quá nhiều lợi ích mà các cơ chế này mang lại. từ đó có thể áp dụng được nhiều lích vực truyền thông khác trong tương lai.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Đồ án tốt nghiệp. cơ chế đa truy cập phi trực giao trong mạng 5G
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
I.Giới thiệu chung
1.Lịch sử ra đời và phát triển
Ở cuối thế kỷ thứ 19 Marconi đã chỉ ra rằng thông tin vô tuyến có thể liên lạc trên cự ly xa, máy phát và máy thu có khả năng liên lạc di động với nhau. Nhưng thời đó người ta liên lạc chủ yếu bằng điện báo Morse.
Trong những năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây là một trong những hệ thống phát triển nhanh nhất của các thông tin liên lạc thời xưa. Nó sử dụng các dịch vụ băng thông rộng của di động.
Các khái niệm về hệ thống di động được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm AT & T Bell để giải quyết các vấn đề công suất các hệ thống thông tin di động đầu. Trái ngược với các thông tin di động: Đầu tiên hệ thống, mà chỉ có một trạm trung tâm (BS) bao phủ toàn bộ vùng phủ sóng khu vực, hệ thống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào các tế bào không chồng chéo nhau và hoạt động với BS riêng của mình. Bằng cách khai thác một thực tế rằng sức mạnh của một tín hiệu truyền với khoảng cách, cùng một tần số tương tự có thể được tái sử dụng trong tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu liên cell nặng.như một hệ quả, khả năng làm tăng đáng kể việc sử dụng gói của phổ tần số.
Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ đã bắt đầu triển khai mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên. Do là mạng vô tuyến truyền thanh đầu tiên nên các máy di động tốn nguồn và khá cồng kềnh được đặt trên ô tô để liên lạc về 1 trạmgốc BS ở trung tâm. Chất lượng liên lạc lại cực kỳ kém do đặc điểm địa hình truyền sóng di động rất phức tạp mà các máy chỉ gồm 10 đèn điện tử thực hiện các chức năng tối thiểu.
Hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình thành mạng PSTN ( Public Switching Telephone Network) song suốt thời gian dài vô tuyến di động không phát triển do hạn chế về công nghệ. Mạng PSTN bao gồm đường dây điện thoại, cáp quang, truyền dẫn vi ba liên kết, các mạng di động, vệ tinh thông tin liên lạc, và dây cáp điện thoại dưới đáy biển, tất cả các kết nối với nhau bởi các trung tâm chuyển mạch, do đó cho phép hầu hết các máy điện thoại để liên lạc với nhau. Ban đầu là một mạng lưới các đường dây cố định tương tự hệ thống thoại. Mạng PSTN hiện nay gần như hoàn toàn kỹ thuật số trong của mạng lõi và bao gồm điện thoại di động và các mạng khác, cũng như điện thoại cố định.
Trong năm 1947 Bell Labs đã cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tế bào: Các máy đi động được tự do và chuyển vùng từ vùng tế bào này sang vùng tế bào khác. Các tế bào được thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng ( là vùng địa lý được cung cấp dịch vụ di động), kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch tổng đài đi động và được bố trí tại trung tâm vùng. Những người sử dụng di động có thể di chuyển được trong vùng phủ sóng của các trạm gốc (Base station).
Nhưng ý tưởng của Bell Labs đã không được sử dụng do hạn chế về mặt công nghệ.
Năm 1979 thì mạng di động tế bào đầu tiên đã được đưa vào sử dụng ở Mỹ và phát triển rất nhanh do doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện trong việc sử dụng. Mạng đi động tế bào được ra đời nhờ các tiến bộ kỹ thuật về:
- Có các hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lương cao.
- Sử dụng kỹ thuật vi mạch : VLSI ra đời ( Very Large Scale Integrated Circuit) nó có thể tích hợp các linh kiện từ hàng trăm ngàn đến 106 transistor trong 1 máy điện thoại di động. Do vậy có thể giải quyết được những khó khăn trong việc truyền sóng di động.
Hệ thống thông tin di động tế bào số hay còn được gọi là hệ thống thông tin di động (Mobile Systems) là hệ thống thông tinliên lạc được truy cập với nhiều điểm khác nhau (access point or base stations) trên một vùng tế bào hay còn gọi là các Cell.
Cell (tế bào hay ô): là đơn vị cơ sở của mạng mà tại đó trạm MS ( trạm di động) tiến hành việc trao đổi các thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Stations)
Hình 1.1. Cấu trúc mạng tế bào
2. Phân loại hệ thống thông tin di động
2.1. Phân loại theo đặc tính tín hiệu.
- Analog: Thế hệ 1,thoại điều tần analog, các tín hiệu điều khiển đã được số hóa toàn bộ.
- Digital: Thế hệ 2 và cao hơn, thoại, điều khiển đều số hóa. Ngoài dịch vụ thoại nó còn có khả năng phục vụ các dịch vụ khác như truyền số liệu,.....
2.2. Phân loại theo cấu trúc hệ thống
- Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp cac dịch vụ trên diện rộng với khả năng lưu động (roaming) toàn cầu (liên mạng).
- Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụ trên diện hẹp, các giải pháp kỹ thuật đơn giản, không có khả năng roaming.
- Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến với chất lương như điện thoại cố định cho một vành đai quanh một tram gốc, không có khả năng roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố định chưa phát triển.
2.3. Phân loại theo cách đa truy nhập vô tuyến
a.Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
Mỗi thuê bao truy nhập mạng bằng 1 tần số, băng tần chung W được chia thành N kênh vô tuyến. Mỗi một thuê bao truy nhập và liên lạc trên kênh liên lạc trên kênh con trong suốt thời gian liên lạc.
+Ưu điểm: yêu cầu về đồng bộ không quá cao, thiết bị đơn giản.
+Nhược điểm:
- Thiết bị tram gốc cồng kềnh do có bao nhiêu kênh (tần số sóng mang kênh con) thì tại trạm gốc phải có bấy nhiêu máy thu phát.
- cần đảm bảo các khoảng cách bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm nhằm mục đích phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao động. Các máy thu đường lên hay đường xuống chọn sóng mang cần thiết và theo tần số phù hợp.
Như vậy để đảm bảo FDMA tốt thì tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất trên toàn thế giới.
b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Các phổ mà quy định cho liên lạc thông tin di động được chia ra thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này sẽ dùng chung cho N kênh liên lạc. Trong mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao dùng chung một tần số song luân phiên nhau về thời gian, mỗi thuê bao được chỉ định cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.
+Ưu điểm:
-Trạm gốc đơn giản do với một tần số chỉ cần một máy thu phát phục vụ được nhiều người truy nhập và được phân biệt nhau về thời gian.
- Các tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số
-Giảm nhiễu giao thoa
+Nhược điểm:
-Yêu cầu về đồng bộ ngặt nghèo.
- Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn loại máy điện thoại di động dùng kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106/s
c. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Các thuê bao dùng chung một tần số trên suốt thời gian liên lạc. CDMA phân biệt nhau nhờ kỹ thuật mã trải phổ khác nhau, nhờ đó hầu như không gây nhiễu lẫn nhau.Những thiết bị mà người sử dụng được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng, riêng biệt không trùng với ai.
+Ưu điểm:
-Hiệu quả sử dụng phổ cao, có khả năng chuyển vùng miền và đơn giản trong kế hoạch phân bổ tần số.
- Khả năng chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thu phát).
- Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz .
- Những kỹ thuật trải phổ trong hệ thống truy nhập này cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA
+Nhược điểm:
- Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất ngặt nghèo, chênh lệch công suất thu tại trạm gốc từ các máy di động trong một tế bào phải nhỏ hơn hay bằng 1dB, trái lại thì số kênh phục vụ được.
-Kỹ thuật trải phổ phức tạp.
Hình 1.2. Các công nghệ đa truy nhập
2.4. Phân loại theo cách song song
+ FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số). Nó đượcthu phát đồng thời ở 2 tần số khác nhau, phát 1 tần số và thu 1 tần số. Băng tần công tác gồm 2 dải tần dành cho đường lên up-link từ MS tới BS và đường xuống down-link từ BS tới MS. Đường lên luôn là dải tần thấp và MS có công suất nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che khuất. Khi đó với giải pháp tần thấp hơn (bước sóng lớn hơn) thì khả năng bị che khuất giảm.
+ TDD (Time Divition Duplex: Song công phân chia theo thời gian). Một tần số chia 8 khe thời gian.Khung thời gian công tác được chia đôi, 1 nửa cho đường lên, 1 nửa cho đường xuống.
II. Một số thế hệ mạng di động
Các thế hệ di động khác nhau đều có bốn khía cạnh chính là:
- Truy cập vô tuyến
Trong Hình 2 (a), cả hai ptotal | h1| 2 / N0,1 và ptotal | h2 | 2 / N0,2 được thiết lập 10dB. Trong Hình 2 (b), ptotal | h1 | 2 / N0,1 và ptotal | h2 | 2 / N0,2 được lần lượt thiết lập là 20 và 0dB. Trong cơ chế của kênh đối xứng, các vùng thông lượng cho cơ chế đa truy cập trực dao và cơ chế đa truy cập phi trực dao với SIC là giống hệt nhau. Trong cơ chế kênh không đối xứng, tổng thông lượng tối đa có thể đạt được khi tất cả năng lượng chuyển giao (và băng rộng) thì chỉ được khuếch tán cho người sử dụng 1 trong khi năng lượng chuyển giao thì đạt được bằng sự kết hợp của cả hai phương án truy cập đa phương. Tuy nhiên, vùng thông lượng của NOMA với SIC là rộng hơn nhiều so với vùng thông lượng của OMA trong cơ chế kênh không đối xứng. Ví dụ, nếu chúng ta muốn R2 là 0.8b /s thì R1 có thể đạt được cho NOMA với một SIC là cao hơn khoảng 2 lần so với R1 cho OMA. Điều này là do thông lượng của người sử dụng 1 với tổng Ptotal | h1 | 2 / N0,1 là hạn chế băng thông hơn và với người sử dụng 2 cho phép người sử dụng 1 sử dụng toàn bộ băng thông trong khi chỉ bị khuếch tán một lượng nhỏ năng lượng chuyển giao bởi vì chia sẻ năng lượng với người sử dụng 2. Do đó, người sử dụng 1 chỉ truyền một lượng nhỏ sóng nhiễu, p1|h2 |2, tới người sử dụng 2. Ngược lại, OMA đã khuếch tán một phần đáng kể của băng thông tới người sử dụng 2 để tăng thông lượng của OMA, và điều này gây ra sự giảm thông lượng của người sử dụng là 1 bị giới hạn ở băng rộng. Vì vậy, trong đường xuống di động nơi mà vị trí cảu các kênh thì khác nhau giữa những người dùng do hiệu ứng gần-xa, NOMA có tiềm năng để cải thiện sự cân bằng giữa năng suất hệ thống và tính cân bằng của người sử dụng hơn so với OMA.
2.2 Đường truyền lên
Trong đường truyền lên, người sử dụng i truyền tín hiệu Si, với Pi năng lượng truyền tải. Hình 3 cho thấy một cách sử dụng quang phổ giữa NOMA và OMA trong đường lên. Đối với 2 người dùng đường lên Noma, các tín hiệu nhận được tại nguồn được biểu diễn là
y = √p1.h1.s1 + √p2.h2.s2 + w
trong đó w là kỳ hạn biễu thị nhiễu Gaussian bao gồm cả sóng nhiễu giao thức. Mật độ năng lượng quang phổ của w là N0. Trong NOMA, s1 và s2 được truyền bằng cách sử dụng cùng một tần số và giao thoa với nhau. Trong đường lên, SIC được thực hiện tại máy thu nguồn.
Hình 3 Quang phổ sử dụng so sánh trong đường lên.
SIC, người nhận giải mã s1 và s2 trong hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, người nhận giải mã s1, s2 được coi là nhiễu Gaussian. Một khi người nhận giải mã một cách chính xác s1, nó có thể loại trừ yếu tố s1 từ sự kết tập nhận được tín hiệu y và sau đó giải mã s2. Bởi vì chỉ có duy nhất nhiễu qua máy thu Gaussian vẫn còn trong hệ thống, thông lượn tối đa đạt được cho người sử dụng 2 giống như giới hạn một người dùng. Như vậy, thông lượng của người dùng i, Ri, được biểu diễn như là:
R1 = log2 (1 + p1|h1 |2 / (p2 | h2 | 2 + N0))
R2 = log2 (1 + p2 | h2 |2 / N0) .
Nếu tín hiệu giải mã là ngược lại, Ri trở thành
R1 = log2 (1 + p1 | h1 | 2 / N0)
R2 = log2 (1 + p2 | h2 | 2 / (p1 | h1 | 2 + N0)).
Lưu ý rằng trong cả hai công thức trên, bất kể tín hiệu giải mã nào trong SIC, tổng thông lượng, R1 + R2, cũng giống như log2 (1 + (p1 | h1 | 2 + p2 | h2 | 2) / N0), là tổng thông lượng đạt được trong kênh truy cập đa phương ở đường lên này.
Mặt khác, đối với đường lên OMA với băng thông của βHz giao cho người sử dụng 1 và băng thông còn lại, 1- βHz giao cho người sử dụng 2, Ri được biểu diễn là
R1 = βlog2 (1 + p1| h1 |2 / βN0)
R2 = (1-β) log2 (1 + p2 | h2 |2 / (1-β) N0).
Hình 4 (a) và 4 (b) cho thấy các khu vực thông lượng (năng suất) cho các cơ chế với các kênh truyền đối xứng và không đối xứng tương ứng. Trong Hình 4 (a), cả p1 | h1 | 2 / N0 và p2 | h2 | 2 / N0 được thiết lập với 10dB. Trong Hình 4 (b), p1 | h1 | 2 / N0 và p2| h2 |2/N0 được thiết lập lần lượt là 20 và 0dB. NOMA với SIC đạt điểm A bằng cách giải mã các tín hiệu cho người sử dụng 1 trước. Điểm B thì đạt được khi tín hiệu cho người sử dụng 2 được giải mã đầu tiên. Các cặp thông lượng trên đoạn thẳng AB đạt tổng thông lượng tối đa. Trong các kênh đối xứng, mặc dù khu vực thông lượng của OMA thì chính xác là một tiểu hệ thống của kênh xứng cho NOMA và SIC,
Hình 4: khu vực thông lượng (năng suất) ở đường lên.
OMA đạt tổng thông lượng tối đa tại một điểm duy nhất. Vào thời điểm đó, thông lượng của hai người sử dụng là như nhau. Tuy nhiên, trong các kênh không đối xứng, mặc dù OMA đạt tổng thông lượng tối đa, thông lượng người dùng thì không cân xứng. Sử dụng OMA thông lượng R2 là 0.067b/s , xấp xỉ 1/15 thông lượng đơn. Điều này là do OMA phải khuếch tán hầu hết các băng thông dành riêng cho người sử dụng trong điều kiện kênh tốt để đạt được tổng thông lượng tối đa. Nếu chúng ta muốn đạt được R2 của 0.8b/s để cải thiện sự cân bằng trong sử dụng OMA, R1 phải giảm mạnh xuống đến khoảng 3.70b/s bởi vì sự chuyển giao băng thông bị giảm một phần lớn. Mặt khác, NOMA với SIC đạt R2 là 1.0, đó là thông lượng của một người dùng trong khi đạt được tổng thông lượng tối đa (tại điểm A). Với những phân tích trên, chúng tui hy vọng rằng trong một đường lên cũng như đường xuống của giao thức, NOMA có tiềm năng để mang lại một sự cân xứng giữa năng suất hệ thống và sự cân bằng giữ người dùng hơn so với OMA.
Ưu nhược điểm của cơ chế đa truy cập phi trực giao
Ưu điểm:
Tốc độ truyền tín hiệu nhanh hơn nhiều so với 4G
Mạng 5G sẽ không sử dụng trạm cơ sở trên mặt đất như 4G mà sử dụng trạm HAPS.
Mạng 5G không gặp vấn đề về phủ sóng.
Tối ưu phần cứng hơn
Tiết kiệm năng lượng hơn 4G
Bổ sung thêm nhiều chức năng hơn cho phần cứng.
Ứng dụng được nhiều ở các lính vực truyền hình , viễn thông.
ứng dụng vào lính vực xe hơi
chăm sóc sức khỏe từ xa
ứng dụng để hội họp, hội nghị từ xa.
Nhược điểm:
Băng tần chưa sẵn sàng
Công nghệ đã đạt tới mức có thể đưa 5G vào sử dụng chưa
Cức phí của 5G sẽ như thế nào với nhà mạng.
Các điện thoại phải thay đổi chíp 5G thế giá bán điện thoại có tăng không.
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Kết thúc chương 3 chúng ta thấy được cách thức truyền nhận thông tin vô tuyển của 5G như thế nào. Chương 3 thấy rõ được là cơ chế đa truy cập phi trực giao tuy còn khá phức tạp nhưng nó rất khả thi và vượt trội so với cơ chế đa truy cập trực giao.
Từ những ưu nhược điểm của đa truy cập trực giao và đa truy cập phi trực giao ta thấy được có quá nhiều lợi ích mà các cơ chế này mang lại. từ đó có thể áp dụng được nhiều lích vực truyền thông khác trong tương lai.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links