Trong hệ thống vô tuyến truyền thông, mỗi một dải tần số được sử dụng cho những mục đích nhất định. Dải tần số này được chia thành dải tần số nhỏ hơn,và dải tần số nhỏ này được đưa vào sử dụng ở các thiết bị.Tùy thuộc vào nhu cầu, mà các trạm phát sóng (nơi tạo, nhận và truyền đi các tần số) sử dụng tần số phù hợp cho các thiết bị đầu cuối để truyền nhận. Cách phân chia tần số để sử dụng như vậy gọi là “Đa truy cập phân chia theo tần số” (FDMA). Trong hệ thống FDMA, có một thiết bị trung tâm để phân chia các dải tần ( hoặc tần số ) đến các thiết bị đầu cuối khác nhau, dựa trên nhu sử dụng cầu của chúng.
Lấy ví dụ trong hệ thống truyền thông di động. Hệ thống bao gồm một số trạm phát. Như đã nêu trong hình 8.1, trạm phát sử dụng một dải tần số ( ở đây, f1 đến f4 ). Cả bốn tần số này sẵn sàng được sử dụng cho các thiết bị di động ở gần xung quanh trạm phát. Các tần số sẽ được phân chia theo nhu cầu sử dụng . Các thiết bị di động A sẽ được cấp phát tần số f1, rồi tiếp theo đó thiết bị di động B sễ được cấp phát tần số f2.
Hình 1 : Đa truy cập phân chia theo tần số.
Ở FDMA, các dải tần số được chia thành những dải tần nhỏ hơn, và dải tần này sẵn sàng cho một số lượng nhất định các thiết bị vô tuyến sử dụng, căn cứ vào nhu cầu. Máy phát trung tâm sẽ cấp phát các dải tần số cho các thiết bị khác nhau dựa vào các yêu cầu thực tế từ thiết bị.
Để bảo đảm rằng không có chồng chéo băng tần trong truyền & nhận giữa các thiết bị khác nhau sử dụng dải tần số liền kề,các dải tần này phải được quy định cụ thể. Việc tạo ra một khoảng cách nhỏ giữa hai dải tần liền kề được xem là một cách.
Bởi vì tần số vô tuyến la một nguồn tài nguyên tự nhiên, chúng ta cần phải sử dụng nó sao cho hiệu quả nhất. Cùng một tần số nhưng được sử dụng ở các khu vực khác nhau, nó được gọi là đa truy cập phân chia theo không gian ( SDMA ). Một lần nữa, hãy xem xét hệ thống thông tin liên lạc di động. Các trạm phát chuẩn chỉ được cấp phát một vài tần số. Cũng tần số vừa được cấp phát đó có thể được cấp lại ở một khu vực khác, miễn sao có một khoảng cách phù hợp giữa hai vùng đó.
Như trình bày trong Hình 8.2, khu vực được bao phủ bởi một hệ thống thông tin di động có thể được phân chia thành các khu vực nhỏ được gọi là “cells”. Những khu vực này (cells) được biểu diễn như hình sáu cạnh (giống tổ ong). Trong mỗi khu vực (cells) này, sẽ có các trạm thu phát dựa vào các dải băng tần được cấp. Tần số của khu vực (cells) A(1) có thể dùng lại và được đưa vào khu vực (cells) A(2). Chúng ta sẽ nghiên cứu chi tiết hơn về SDMA khi chúng ta thảo luận về truyền thông di động trong chương ” Cấu trúc hệ thống truyền thông di động. “
Hình 2 : Đa truy cập phân chia theo không gian.
Trong SDMA, vùng hoạt động được chia thành các khu vực nhỏ được gọi là “cells” và mỗi khu vực này (cells) được chỉ định tần số nào đó. Hai khu vực nhỏ (cells) này có thể sử dụng cùng một dải tần số, với điều kiện là hai khu vực nhỏ này được chia tách bởi một khoảng cách phù hợp và được gọi dùng lại khoảng cách. SDMA được dùng trong hệ thống thông tin liên lạc di động.
3/ Đa truy cập theo thời gian TDMA.Ở đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA), một dải tần số được sử dụng bởi một số các thiết bị đầu cuối. Mỗi trạm được trao cho khoảng thời gian (slot time) mà nó có thể truyền. Số lượng khoảng thời gian là không đổi, và mỗi trạm truyền nhận trong những khoảng thời gian đã được cấp phát. Chẳng hạn như, trong hệ thống tin di động, mỗi dải tần số được chia thành số tám khoảng thời gian riêng biệt và do đó tám thiết bị đi động sử dụng cùng một tần số, truyền thông trong các khoảng thời gian khác nhau.
Hình 8.3 minh họa khái niệm này của TDMA. Một thiết bị A truyền nhận trong rảnh thời gian 1 và sử dụng tần số là f1. Thiết bị B cũng truyền và sử dụng tần số là f1 nhưng trong một khoảng thời gian khác. Các khoảng thời gian mà các thiết bị sử dụng được phân chia, cấp phát bởi các trạm thu phát.
Hình 3 : Đa truy cập phân chia theo thời gian.
Trong các hệ thống TDMA, các khe thời gian có thể cố định hoặc thay đổi. Trong hệ thống TDMA có khoảng thời gian cố định, mỗi trạm được cấp các khoảng thời gian cố định ( khoảng thời gian 1 cho trạm A , khoảng thơi gian 2 cho trạm B, vv). Điều này dẫn đến một thiết kế hệ thống đơn giản, nhưng bất lợi là nếu một trạm không có dữ liệu để truyền, thì khoảng thời gian trống ra là lãng phí. Trong hệ thống TDMA có khoảng thời gian thay đổi, mỗi trạm được giao các khoảng thời gian sao cho phù hợp với các yêu cầu từ thiết bị kết nối gởi về . Điều này dẫn đến một hệ thống phức tạp hơn, nhưng các kênh được sử dụng hiệu quả.
Một vấn đề quan trọng trong hệ thống TDMA là đồng bộ hóa: mỗi trạm cần biết chính xác khi nó có thể bắt đầu truyền trong các khoảng thời gian.Rất dễ dàng để nói với thiết bị A rằng nó phải truyền trong khoảng thời gian 1, nhưng làm thế nào để thiết bị A biết chính xác khi nào khoảng thời gian 1 bắt đầu? Nếu nó bắt đầu truyền nhưng sớm hơn thời điểm mà khoảng thời gian 1 bắt đầu, thì dữ liệu sẽ va chạm với các dữ liệu trong khoảng thời gian 0. Nếu nó bắt đầu truyền nhưng chậm hơn thời điểm mà khoảng thời gian 1 bắt đầu, các dữ liệu sẽ va chạm với các dữ liệu trong khoảng thời gian 2. Sự phức tạp của TDMA nằm ở việc đồng bộ hóa. Đồng bộ hóa được thực hiện bởi các trạm thu phát trung tâm gửi một mẫu bit (101010101 … mô hình), và tất cả các trạm sử dụng mô hình này để đồng bộ hóa đồng hồ bit của họ.
Trong TDMA, một dải tần số duy nhất được sử dụng bởi một số thiết bị đầu cuối. Mỗi thiết bị đầu cuối được chỉ định một khoảng thời gian nhỏ mà trong khoảng thời gian đó nó có thể truyền tải. Việc cấp phát khoảng thời gian có thể được cố định, hoặc cấp phát động – các khoảng thời giain được chỉ định chỉ khi thiết bị có dữ liệu để truyền tải.
4/ Đa truy cập theo mã CDMA.Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát. Khi chỉ có một người sử dụng (k) trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả. Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng (K), các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ. Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:
* Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin.
* Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.
Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-SequenceSpreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên. WCDMA sử dụng DSSS. DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát. Hình a,b,c minh họa quá trình trải phổ trong đó: Tb = 15Tc hay: Rc = 15Rb.
Hình a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ (c) tốc độ (Rc) để được luồng đầu ra (y) có tốc độ (Rc) lớn hơn nhiều so với tốc độ (Rb) của luồng vào. Hình b,c biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số. Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ (c) giống như phía phát: (x = y×c).
(x, y và c) ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; (Tb) là thời gian một bit của luồng số cần phát, (Rb=1/Tb) là tốc độ bit của luồng số cần truyền; (Tc) là thời gian một chip của mã trải phổ, (Rc=1/Tc) là tốc độ chip của mã trải phổ.( Rc=15Rb) và (Tb=15Tc).
Hình a,b,c. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Trải phổ nhảy tần (FHSS) là một công nghệ sử dụng sự nhanh nhẹn của tần số để trải dữ liệu ra hơn 83 MHz. Sự nhanh nhẹn của tần số chính là khả năng của bộ phát tần số (Radio) có thể thay đổi tần số truyền một cách đột ngột trong dãy băng tần số có thể sử dụng. Trong trường hợp nhảy tần đối với mạng WLAN thì dãy tần số có thể sử dụng được (trong băng tần 2.4 GHz ISM) là 83.5 MHz.
1. Nguyên lý làm việc của FHSS
Trong hệ thống nhảy tần, sóng mang sẽ thay đổi tần số (hay nhảy) tùy thuộc vào chuỗi Pseudorandom. Chuỗi Pseudorandom là một danh sách của nhiều tần số mà sóng mang có thể nhảy trong một khoảng thời gian xác định trước khi lặp lại danh sách này. Transmitter sử dụng chuỗi nhảy này để chọn tần số truyền cho nó. Sóng mang sẽ vẫn ở một mức tần số nào đó trong một khoảng thời gian xác định (khoảng thời gian này còn được gọi là Dwell time) và sau đó sử dụng một khoảng thời gian ngắn để nhảy sang tần số tiếp theo (khoảng thời gian ngắn này được gọi là Hop time). Khi danh sách tần số đã được nhảy hết, transmitter sẽ lặp lại từ đầu danh sách này.
Hình dưới minh họa một hệ thống nhảy tần sử dụng một chuỗi nhảy gồm 5 tần số qua dãy tần số (rộng 5 MHz). Trong ví dụ này thì chuỗi nhảy là:
2. 2.452 GHz
3. 2.448 GHz
4. 2.450 GHz
5. 2.451 GHz
Sau khi radio đã truyền thông tin trên sóng mang 2.451 GHz (tức là đã nhảy đến cuối chuỗi nhảy) thì radio sẽ lặp lại chuỗi nhảy từ đầu ở 2.449 GHz. Tiến trình lặp lại này sẽ còn tiếp tục cho đến khi thông tin được nhận hoàn toàn.
Radio của bên nhận sẽ đồng bộ hóa chuỗi nhảy với radio của bên truyền để có thể nhận được thông tin trên những tần số thích hợp vào những thời điểm thích hợp. Tín hiệu sau đó được demodulate và sử dụng bởi máy tính nhận.
Tóm tắt về kỹ thuật trải phổ:
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét