Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 – ThS. Hà Duy Hưng

60 6 0

Vn Doc 2 Gửi tin nhắn Báo tài liệu vi phạm

Tải lên: 57,242 tài liệu

  • Loading ...
1/60 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 11/02/2020, 19:05

Bài giảng Thông tin di động cung cấp cho người học các kiến thức: Quá trình phát triển trong lĩnh vực di động, các kiến thức cơ bản trong mạng di động tế bào, các ảnh hưởng chính cũng như các kỹ thuật được áp dụng cho mạng,... Mời các bạn cùng tham khảo.      THƠNG TIN DI ĐỘNG ThS. Hà Duy Hưng Mobile: (090)988.8605 E­mail: haduyhung@tdt.edu.vn                                   haduyhungtdt@yahoo.com Mục đích: Mobile  anywhere, anytime, anyone, any device, any service    Hệ thống thơng tin di động là một trong những hệ thống thơng tin  đang đựơc phát triển cũng như triển khai nhanh trong lĩnh vực viễn  thơng hiện nay ở nước ta  hiểu được các kiến thức liên quan, các  kỹ thuật được sử dụng cũng như kiến trúc mạng là một trong  những u cầu cho tất cả sinh viên của nghành viễn thơng Nội Dung: ­  Q trình phát triển trong lĩnh vực di động ­  Các kiến thức cơ bản trong mạng di động tế bào ­  Các ảnh hưởng chính cũng như các kỹ thuật được áp dụng cho  mạng ­  Kiến trúc mạng GSM, CDMA­2000, WCDMA Tài liệu tham khảo: [1]    Mobile Radio Networks, 2nd Edition 2002, Bernhard H. Walke [2]    Mobile Fading Channels, 2002, Matthias Pätzold [3]    Mobile Communications Design Fundamentals, 1993 2nd    Edition, William C. Y. Lee [4]    Mobile Channel Characteristics, 2000, James K. Cavers [5]    Wireless Communications, 1996, Theodore S. Rappaport [6]    The Mobile Radio Propagation Channel, 2000 2nd Edition, J. D.  Parsons [7]    Mobile Radio Communications, 1992, R. Steele [8]    Microwave Mobile Communications, 1974, W. C. Jakes, Jr Vấn đề thi cử: +   Thi Viết (90 phút) +   Nhiều đề (được xem tất cả các loại tài liệu) +   Tuyệt đối khơng được trao đổi khi thi (­2đ/lần) +   Điều kiện được thi: phải làm đủ bài tập về nhà và tham gia giải  bài tập tại lớp +   Khơng thi lần 3, đề thi lần 2 ở mức độ bằng hoặc khó hơn đề  thi lần 1 +   Mọi thắc mắc trao đổi trực tiếp qua email 1.  Lịch sử Thơng Tin Vơ Tuyến •   Hệ thống thơng tin vơ tuyến đầu tiên là LOS (Light Of Sight ) Dùng khói (smoke), dùng lửa (flare), dùng gương (mirror) và  semaphore •   Truyền dẫn sóng điện từ đầu tiên (1895) Được thí nghiệm thành cơng ở Anh của hảng Macroni •   Hệ thống vơ tuyến truyền thoại đầu tiên 1915 được sử dụng ở  Mỹ •   Dịch vụ điện thoại di động đầu tiên được sử dụng tại 25 thành  phố của Mỹ 1946 (hạn chế về dung lượng và hiệu quả sử dụng phổ  tần số) •   Thế hệ thứ I (1G) của Hệ thống thơng tin di độ5ng tế bào (cellular  mobile communication nerworks) 1983 do At&T dùng kỹ thuật  Một số hệ thống đầu tiên: ­   Narrowband AMPS (NAMPS) ­   Total Access Cellular System (TACS) ­   Extended Total Access Communication System (ETACS) ­   Nordic Mobile Telephone System (NMT­900) ­   Nippon Telephone and Telephone (NTT) Một số đặc điểm: ­   Phân bổ tần số hạn chế ­   Dung lượng thấp ­   Nhiễu xảy ra khi máy di động di chuyển ­  trong mơi trường fading nhiều  tia ­   Khơng đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi ­   Khơng tương thích giữa các hệ thống với nhau •   Thế hệ thứ II (2G) của Hệ thống thơng tin di động tế bào 1987 ở  Châu Âu dùng kỹ thuật TDMA, CDMA kết hợp FDMA là hệ thống  thơng tin số có thể truyền dữ liệu tốc độ 19.2 kbps Một số hệ thống tiêu biểu: ­   United States Digital Cellular (USDC) standards IS­54, IS­136, IS­95 ­   Global System for Mobile communications (GSM) ­   Pacific Digital Cellular (PDC) ­   CdmaOne Ưu điểm của thế hệ này hiệu quả sử dụng tần số cao hơn, bảo mật  tốt hơn, dung lượng và chất lượng cũng cao hơn thế hệ 1, kết hợp  nhiều loại hình dịch vụ, dùng mạch tích hợp (số), mã sữa lỗi, bộ cân  bằng, tương thích mạng khác dễ dàng •   Thế hệ thứ III (3G) của Hệ thống thơng tin di động tế bào được đề xuất vào  năm 2000 còn được gọi là IMT­2000 (International Mobile Telecommunications) s dụng kỹ thuật TDMA, CDMA kết hợp FDMA với các u cầu: ­ Tốc độ 144 kbps cho th bao di động chuyển động tốc độ cao ­ Tốc độ 384 kbps cho th bao di động chuyển động tốc độ thấp ­ Tốc độ 2 Mbps cho th bao di động khơng chuyển động ­  Chất lượng dịch vụ phải khơng thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định  nhất là đối với thoại ­   Mạng phải có khả năng sử dụng tồn cầu, nghĩa là bao gồm cả thơng tin vệ tinh Có 3 hệ thống được đề xuất: ­ W­CDMA (Wideband –CDMA) ­  CDMA – 2000 ­  UMTS (Universal Mobile Telecommunication system) đ ược phát triển từ  GSM ­ Hệ thống thế hệ 2.5G phát triển từ GSM ­   GPRS – General Packet Radio Services ­   HSCSD – High Speed Circuit Switch Data •   Xu hướng phát triển Macrocell >600 m Microcell 60 to 600 m Fixed Wireless(802.16)   /LAN(802.11) Visual Video Conference Video phone Networked Computing Interactive Games Medical Imaging Image Fax Voice Packet Interactive Cable Video Data Picocell 6 to 60 m 3G Mobile Email PDA Cellullar/PCS WAN Voice Messaging Computer­Computer Circuit Voice Narrowband (Copper)  64 Kbps Wideband (Copper/Fiber) 64 Kbps~1.5Mbps Broadband (Fiber)  45Mbps 10 Signal Strength (dB) Small Area Average Distance /2 46 ­  Fading diện rộng (large scale fading) Fading diện rộng là mơ hình quan tâm đến độ lớn của tín hiệu giữa  phát và thu với những khỏang cách riêng biệt (vài trăm m) và dùng  để ước lượng vùng phủ sóng  tổn hao kênh truyền ­  Fading diện hẹp (small scale fading) Fading diện hẹp là mơ hình quan tâm đến sự thay đổi độ lớn của tín  hiệu thu được trong một khỏang cách ngắn (vài bước sóng) hay một  khoảng thời gian ngắn ­  Fading nhanh (fast fading) và fading chậm (slow fading) Biên độ tín hiệu thu được là hàm của khỏang cách r(x) mà thơng tin  di động thiết bị cầm tay di chuyển được biểu diễn là hàm của thời  gian r(t). Sự thay đổi (variance) trong khơng gian là hàm của khỏang  cách được thể hiện sự thay đổi phụ thuộc vào khỏang cách được gọi  47 là fading nhanh và fading chậm.  Fading nhanh xét sự thay đổi trong khỏang cách ½ bước sóng thường  do sự di chuyển của các vật thể tán xạ (scatters). Fading nhanh bằng  phẳng trong một khỏang dài từ 20 – 40 bước sóng thì được gọi là  trung bình sector (sector average). Sự thay đổi của mức tín hiệu trung  bình theo sự che chắn của tòa nhà (bề rộng tòa nhà) được gọi là  fading chậm  sector average r ( t ) = m ( t ) r0 ( t ) 48 B C Power   A distance ­ A Ảnh hưởng diện rộng (tổn hao đường truyền – large scale fading) ­ B Ảnh hưởng diện trung (do che chắn – shadowing – medium scale  fading) ­ C Ảnh hưởng diện hẹp (do dao động của tín hiệu t ại nơi thu đa  49 đường – small scale fading)  •   Suy hao kênh truyền Pr ( d ) ­  Suy hao trong khơng gian tự do (LOS) d −2 ­  Xác định công suất tại khoảng cách d khi biết công suất tại  khoảng cách d0 Pr(d0) d0 Pr(d) Pr (d ) Pr (d )( d d0 ) d ­  Mơ hình 2 tia – cơng thức trường giao thoa, khi khoảng cách  lớn, công thức vendensky E( d) d −2 Pr ( d ) d 50 −4 •    Các mơ hình tính tổn hao kênh truyền cho Macro Cell ­  Mơ hình Okumura (đã học) ­  Mơ hình Hata (đã học) ­  Mơ hình Hata mở rộng (đã học) ­  Mơ hình Longley – Rice (đọc thêm) ­  Mơ hình Durkin (đọc thêm) ­ Mơ hình Walfisch – Bertoni (đọc thêm) •    Mơ hình tính tổn hao kênh truyền cho Micro Cell (đọc thêm) •    Mơ hình tính tổn hao kênh truyền cho Indoor (đọc thêm) 51 •   Thống kê của fading chậm: trong mơi trường truyền sóng giữa  trạm gốc và thiết bị di động là tích của nhiều q trình ngẫu nhiên  lên tín hiệu. Nên với thang dB thì mức của các tín hiệu ngẫu nhiên là  tổng. mà tổng của nhiều biến ngẫu nhiên thì có dạng phân bố  Gausian. Do đó thống kê của fading chậm có dạng phân bố Gausian  theo thang dB và được gọi là phân bố lognomal hay là mức tín hiệu  thu được theo thang dB có dạng phân bố Gausian p ( L) = e 2π σ L L − mL ) ( − 2σ L2 1 p ( L < l ) = + erf 2 L là mức tín hiệu ở khỏang cách cụ thể mL là suy hao trung bình tại một khỏang cách cụ thể L là độ lệch chuẩn của suy hao trung bình  52 �l − ml � � 2σ � l � � � � •    Thống kê của fading nhanh: biên độ của tín hiệu nhận được do  fading nhanh thường có phân bố Rayleigh hay Rician n(r) = N/T level crossing rate là tỷ số giữa tổng tất cả các mức vượt  trên một giới hạn trong khỏang thời gian cho trước với khỏang thời  r gian này.                                                                         V ới fading  n( r) = π f e σ Rayleigh                         Phụ thuộc vào hiện tượng Doppler − m r2 2σ t(r) =  ti/N average duration of fades là tỷ số giữa tổng thời gian của  53 các fades trong khỏang thời gian cho trước với tổng số fades  ước  •   Mơ hình kênh fading nhiều tia t = t0 +  Transmit  t=t0 t = t0 +  t = t0 +  t = t0 +  Multipath Received Signals 54 •   Mơ hình kênh fading nhiều tia Mean Delay Spread τ= a � k τk k a �k k rms Delay Spread τ2 k k στ = τ − ( τ ) �a τ = �a k k k k k �P(τ )τ = �P(τ ) k k k k k k 2 Where �P(τ )τ = �P(τ ) k k 55 eiθ ­  Băng thông kết hợp (coherence bandwidth) Bc 50σ τ ­  Thời gian kết hợp (coherence time) 0.423 Tc = = 16π f m fm 56 •  Các lọai kênh fading Fading channel Fading channel Large scale fading due to  Large scale fading due to  motion over large areas motion over large areas Mean signal  Mean signal  attenuation vs  attenuation vs  distance distance Time­delay  Time­delay  domain  domain  description description Variation about  Variation about  Variation about  Variation about  the mean the mean the mean the mean F. T F. T Small scale fading due to  Small scale fading due to  small changes in position small changes in position Time spreading  Time spreading  of the signal of the signal Time Time  domain   domain  description description frequency  frequency  domain  domain  description description Time variation  Time variation  of the channel  of the channel  F. T F. T Doppler shift  Doppler shift  domain  domain  description description Dual Dual Frequency  Frequency  Frequency  Frequency  selective  selective  selective  selective  fading fading fading fading Flat  Flat  fading fading Frequency  Frequency  selective  selective  fading fading Fast  Fast  fading fading Dual Dual Flat  Flat  fading fading Fast  Fast  fading fading Slow  Slow  fading fading Slow  Slow  fading fading 57 ­  Fading phẳng 58 ­  Fading lựa chọn tần số 59 ­  Mơ hình kênh fading nhiều tia White Gaussian Noise White Gaussian Noise + x White Gaussian Noise White Gaussian Noise + x j h( t) = i =1 White Gaussian Noise + j Doppler Filter Doppler Filter x x x βi e jθi δ ( t − ti ) Tap Delay Line Model x j Doppler Filter Transmitted Signal L White Gaussian Noise Ts Ts + + AWGN 60 + Channel Output ... 3G Cellular 10 0 802 .11 b MIMO 10 ) sr ete m(  e g na R Bluetooth 802 .11 a UW B 1M 10 M 10 0M Peak Data Rate 1G 15 10 G 2. Ngun lý mạng Di Động Tế Bào (Cellular Mobile Nertwork) •    Mạng di động ban đầu dựa trên trạm thu phát đặt cao với cơng suất ... 21 25 21 i j N 1 1 2 12 13 19 16 21 25 22 •    Các loại kích thước cell       ­  Megacells: phủ hàng trăm km (satellite BS) ­  Macrocells: phủ hàng chục km (phủ thành phố) ­  Microcells: phủ hàng trăm m (tòa nhà, khu thương mại, hội ... 64 Kbps ~1. 5Mbps Broadband (Fiber)  45Mbps 10 •   Thế hệ 4G (dự kiến) Indoor Cellular W-LAN W-PAN 4G Satellite Communica tions Radio Broadcasting TV Broadcasting 11 •   Thế hệ 4G (vision 2 010 ???) 12
- Xem thêm -

Xem thêm: Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 – ThS. Hà Duy Hưng, Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 – ThS. Hà Duy Hưng, Lịch sử Thông Tin Vô Tuyến

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn