Bài giảng Thông tin di động - Phạm Văn Ngọc

Bài giảng Thông tin di động cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Khái quát chung về thông tin di động; Tế bào – Cơ sở thiết kế hệ thống; Mã hóa tiếng nói; Cân bằng – Phân tập – Mã kênh;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thông tin di động - Phạm Văn Ngọc KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG PHẠM VĂN NGỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG TẬP BÀI GIẢNG (Lưu hành nội bộ) THÁI NGUYÊN 10/2009 1 Chương 1: Khái quát chung về thông tin di động 1.1. Những đặc thù của thông tin di động: Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ bắt đầu từ năm 1897 Gugliemo Marconi đã thực hiện liên lạc từ đất liền với những con tàu trên biển bằng sóng điện từ. Đến năm 1980, thông tin di động mới thực sự phát triển trên thế giới. Để hiểu được ta làm phép tính: Mỗi cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập, mỗi kênh giả sử có dải thông 3kHz (trên thực tế lớn hơn) thì dải tần vô tuyến là từ 0 – 3GHz chỉ cho phép truyền 3.10 9/3.103 = 106 cuộc liên lạc cùng một lúc. Để phục vụ hàng chục triệu người có thể cùng sử dụng máy di động cùng một lúc, đấy chưa kể dải tần này còn dành cho rất nhiều công việc khác. Phương pháp duy nhất để giải quyết vấn đề để nhiều người dùng độc lập trên một dải tần vô tuyến hạn chế là: Một cuộc liên lạc di động này có thể sử dụng đúng dải tần của một cuộc liên lạc di động khác với điều kiện hai cuộc liên lạc phải ở đủ xa nhau về khoảng cách vậy lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền giữa hai người trong cuộc. Do đó để thích hợp cho việc quản lý người ta chia thành các phần nhỏ gọi là tế bào (cellular). Hai cuộc liên lạc ở hai tế bào đủ xa nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng điện từ thông qua việc quản lý của một trạm trung tâm tế bào. Về lý thuyết kích thước tế bào là rất nhỏ khi đó có thể phục vụ vô số cuộc gọi cùng một lúc chỉ cần một dải tần sóng vô tuyến hạn chế. Phương pháp này gọi là phương pháp sử dụng lại tần số. Tóm lại, những đặc thù của thông tin di động là: Phục vụ Đa truy cập – gắn liền với thiết kế Mạng tế bào, các hệ qủa kéo theo liên quan đến vấn đề này là: Chuyển giao, chống nhiễu, quản lý di động, quản lý tài nguyên vô tuyến, bảo mật, … Những điều này khác rất nhiều với mạng vô tuyến cố định và luôn đỏi hỏi phát triển những công nghệ mới. 1.2. Lịch sử phát triển của thông tin di động: Để có bức tranh toàn cảnh về sự phát triển của thông tin di động ta điểm lại một số mốc lịch sử khi phát triển thông tin di động trên thế giới. Ta có thể lựa chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển hình: − Năm 1946: Dịch vụ điện thợi di động công cộng được giới thiệu lần đầu ở 25 thành phố. Mỗi hệ thống dùng bộ phát công suất lớn đặt trên ăng ten cao 2 phủ sóng bán kính 50km. kỹ thuật Push to talk (bán song công), dải rộng kênh truyền là 120kHz (mặc dù băng tần tiếng nói chỉ là 3khz). Đây chưa phải là hệ thống tế bào, tần số chưa được sử dụng lại tần số, sô người được phục vụ rất ít. − Năm 1950: Độ rộng kênh được thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng tăng gấp đôi − Năm 1960: Độ rộng kênh chỉ còn 30kHz. − Từ năm 1950 – 1960: Xuất hiện trung kế tự động, dịch vụ IMTS, hiệu suất sử dụng phổ kém so với hệ thống tế bào ngày nay. − Trong khoảng 1950 – 1960: Lý thuyết mạng tế bào ra đời tuy nhiên công nghệ lúc đó chưa đáp ứng được. − Năm 1976: Ở New York chỉ có 12 kênh phục vụ 543 khách hàng, dịch vụ chất lượng kém hay bị bận − Năm 1981 hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT450 trở thành hệ thống dịch vụ truyền thông di động tế bào Châu âu đầu tiên. Hệ thống này ra đời chủ yếu phát triển các máy điệu thoại trên xe hơi và xách tay. Là hệ thống kỹ thuật Analog, hoạt động trên băng tần 450MHz (453 – 457.5MHz từ MS – BTS và 463 – 467.5MHz từ BTS – MS) sử dụng đa truy cập FDMA, điều chế FSK, độ rộng băng tần là 25kHz do đó cho phép hỗ trợ 180 kênh − Năm 1986 hệ thống NMT900 Tây âu, hệ thống này hoạt động trên băng tần 900MHz − Năm 1983: Ra đời dịch vụ thông tin di động cải tiến (AMPS) bởi công ty AT&T. Đánh dấu sự ra đời điện thoại di động tế bào thế hệ 1. FCC phân 40MHz trên phổ tần 800MHz, Năm 1989; FCC phân thêm 10MHz phổ cho hệ thống AMPS (824 – 849MHz từ MS – BTS và 869 – 894MHz từ BTS – MS) cho dịch vụ này mỗi kênh có độ rộng băng tần 30kHz, do đó hệ thống có 832 kênh đúp, (kênh song công mỗi kênh độ rộng 2*30 = 60kHz). Trong 832 kênh có 40 kênh chỉ mang thông tin về hệ thống. Ở mỗi thành phố phân cho 2 nhà cung cấp dịch vụ. Hệ thống tế bào này hoạt động trong môi trường hạn chê giao thoa, sử dụng lại tần số, truy cập theo tần số FDMA, để cực đại số người dùng dải tần và tổ chức kênh của hệ như sau: 3 Các kênh phát ngược Các kênh phát xuôi 99 99 102 79 99 99 102 79 … 1 2 … … 1 2 … 0 1 3 9 0 0 3 9 824 – 849 MHz 869 – 894 MHz Số hiệu kênh ngược: Tần số: 0.030N + 825.0 MHz 0.030(N - 1023) + 825.0 MHz Số hiệu kênh xuôi: 0.030N + 870.0 MHz 0.030(N – 1023) + 870.0 MHz − Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS – 54, hỗ trợ 3 người sử dụng trên một kênh truyền 30kHz ( π / 4 DQPSK ). Khi kỹ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dung lượng lên 6 lần. (kết hợp với TDMA và tồn tại song song với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng) đánh dấu sự ra đời của thông tin di động thế hệ 2. − Cũng năm 1991: hệ thống dựa trên kỹ thuật trải phổ được phát triển bởi Quancom theo chuẩn IS – 95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần 1.25MHz, phân biệt mã trải phổ trực tiếp (CDMA ...