Tổng quan về công nghệ đa truy nhập

LỜI NÓI ĐẦU Đề tài về “Tổng quan về công nghệ đa truy nhập” sẽ tìm hiểu công nghệ truy cập mạng LAN và các công nghệ đa truy cập vô tuyến. Tài liệu gồm 2 phần với nội dung như sau: Phần 1: MẠNG LAN Trong phần này đề cập đến 2 vấn đề: Phương thức truy nhập đường truyền CSMA và Tokenring Phần 2: ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN Trong phần này đề cập đến các phương pháp đa truy nhập vô tuyến gồm có: TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA, SDMA, IDMA. Trong phần này sẽ đi tìm hiểu từng phương pháp, có sự so sánh giữa các phương pháp và xu hướng phương pháp sẽ được ứng dụng hiện tại và trong tương lai. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AC Access Control Điều khiên truy cập DE Destination address Địa chỉ đích E ED End deliliter Định ranh kết thúc SD SD Single Density Mật độ đơn FCS frame check sequence Chuỗi ký tự kiểm tra khung TDMA TimeDivision Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian FDMA Frequency Dovision Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã OFDMA Orthorgonal Frequency Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao SDMA Space Multiple Access Đa truy cập phân chia theo không gian IDMA Interleave Multiple Access Đa truy cập phân chia đan xen DANH MỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv MỤC LỤC 1 I. MẠNG LAN 1 1. Phương thức truy nhập đường truyền CDMA/CD 1 1.2 Nguyên tắc hoạt động 1 2. TokenRing 4 2.1 Giới thiệu 4 2.2 Nguyên lý hoạt động 4 II/ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY CẬP VÔ TUYẾN 10 1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 11 2. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 12 1/ Định thời phát và thu 13 2/ Cấu hình của khung 13 3/ Điều chỉnh thời gian bảo vệ và định thời phát 14 4/ Thu tín hiệu nhóm 14 3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 15 3.1 Giới thiệu 15 3.2 Nguyên lý hoạt động 16 4. Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 19 4.1 Giới thiệu 19 4.2 Nguyên lý hoạt động 19 5. IDMA 21 5.1 Giới thiệu 21 5.2 Nguyên tắc hoạt động 21 KẾT LUẬN v TÀI LIỆU THAM KHẢO v I. MẠNG LAN 1. Phương thức truy nhập đường truyền CDMA/CD (Carrier Sense Media Access/ Collision Detection) 1.1 Định nghĩa về CSMA/CD CSMA là viết tắt từ tiếng Anh: Carrier Sense Multiple Access, còn CD là viết tắt từ: Conllision Detect. CSMA/CD có nguồn gốc từ hệ thống radio đã phát triển ở trường đại học Hawai vào khoảng nǎm 1970, gọi là ALOHANET. Sử dụng giao thức này các trạm hoàn toàn có quyền truyền dữ liệu trên mạng với số lượng nhiều hay ít và một cách ngẫu nhiên hoặc bất kỳ khi nào có nhu cầu truyền dữ liệu ở mỗi trạm. Mối trạm sẽ kiểm tra tuyến và chỉ khi nào tuyến không bận mới bắt đầu truyền các gói dữ liệu. Đây là nguyên tắc hoạt động của mạng LAN. Trong mạng LAN, khi một máy tính muốn truyền một gói tin, trước tiên nó sẽ lắng nghe xem trên đường truyền có sóng mang hay không (bằng cách lắng nghe tín hiệu Carrier). Nếu không có, nó sẽ thực hiện truyền gói tin (theo frame). Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để xem có máy nào định truyền tin hay không. Nếu không có xung đột, máy tính sẽ truyền gói tin cho đến hết. Nếu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast một gói tin báo hiệu cho các máy trên mạng không nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền, và sẽ tiến hành gửi lại gói tin. 1.2 Nguyên tắc hoạt động Với phương pháp CSMA, thỉnh thoảng sẽ có hơn một trạm đồng thời truyền dữ liệu và tạo ra sự xung đột (collision) làm cho dữ liệu thu được ở các trạm bị sai lệch. Để tránh sự tranh chấp này mỗi trạm đều phải phát hiện được sự xung đột dữ liệu. Trạm phát phải kiểm tra Bus trong khi gửi dữ liệu để xác nhận rằng tín hiệu trên Bus thật sự đúng, như vậy mới có thể phát hiện được bất kỳ xung đột nào có thể xẩy ra. Khi phát hiện có một sự xung đột, lập tức trạm phát sẽ gửi đi một mẫu làm nhiễu (Jamming) đã định trước để báo cho tất cả các trạm là có sự xung đột xẩy ra và chúng sẽ bỏ qua gói dữ liệu này. Sau đó trạm phát sẽ trì hoãn một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại dữ liệu. Ưu điểm của CSMA/CD là đơn giản, mềm dẻo, hiệu quả truyền thông tin cao khi lưu lượng thông tin của mạng thấp và có tính đột biến. Việc thêm vào hay dịch chuyển các trạm trên tuyến không ảnh hưởng đến các thủ tục của giao thức. Điểm bất lợi của CSMA/CD là hiệu suất của tuyến giảm xuống nhanh chóng khi phải tải quá nhiều thông tin. Khi nhiều máy trạm cùng truy nhập một đường truyền chung, tại một thời điểm chỉ có một máy tính được dùng đường truyền dữ liệu và do vậy nếu nhiều hơn hai máy đồng thời truyền tín hiệu sẽ xảy ra hiện tượng xung đột. Truy nhập đường truyền là một nguyên tắc các máy tính cần tuân theo để có thể chiếm đường truyền và giảm thiều được va chạm. CSMA/CD là một phương thức truy nhập đường truyền bằng cách cảm nhận sóng mang và phát hiện va chạm. Trong CSMA/CD, mỗi máy trạm muốn truyền dữ liệu cần thực hiện các bước sau: ►Start : Bắt đầu  ►Set k to zero: Đặt hệ số truyền lại (backoff factor ) bằng 0 Hệ số truyền lại được sử dụng khi xảy ra xung đột dữ liệu.  ►Sense carrier: Cảm nhận sóng mang. Trước khi truyền dữ liệu thực sự máy trạm phát ra một chuỗi dữ liệu không mang thông tin gọi là tín hiệu sóng mang để kiểm tra đường truyền có bận (busy) không, nếu có bận thì máy trạm tiếp tục quan sát đường truyền chờ đợi đến khi rảnh, nếu đường truyền không bận thì máy trạm chờ một khoảng thời gian nhỏ IFG (interframe gap_ khoảng cách giữa 2 khung dữ liệu) rồi truyền dữ liệu. Khoảng thời gian IFG bằng 9.6us tương ứng với thời gian truyền 96 bit với tốc độ 10 Mbps. ►Collision ? : Có xảy ra va chạm không. Máy trạm tiếp tục theo dõi xem có hiện tượng va chạm (xung đột ) không trong quá trình truyền dữ liệu. Nếu không xảy hiện tượng va chạm thì quá trình truyền dữ liệu thành công, nếu có xảy ra hiện tượng va chạm trong khi máy trạm gửi 512 bit đầu tiên ( con số 512 này sẽ được giải thích kỹ hơn trong phần sau) thì máy trạm sẽ gửi đi tín hiệu jam ( báo tắc nghẽn ) để thông báo cho các máy trạm khác là đang xảy ra xung đột, tín hiệu jam này là một chuỗi gồm 32 bit..  ► Increment k: Tăng giá trị hê số truyền lại k Hệ số này nhỏ hơn 10, quy định khoảng thời gian máy trạm phải chờ đợi trước khi gửi sóng mang để kiểm tra đường truyền lại sau khi xảy ra xung đột. Thời gian truyền lại được các định theo công thức:                thời gian truyền lại = r x một khe thời gian                    (backoff_time= r x slot_time)    r là một số được lấy ngẫu nhiên trong khoảng từ 0 đến 2^k – 1 và k là hệ số truyền lại. Hệ số k có giá trị ban đầu là 0 và được tăng lên sau mỗi lần xảy ra va chạm, k có giới hạn la 10, điều này có nghĩa rằng mỗi trạm sẽ cố gắng truyền lại dữ liệu sau 10 lần, quá 10 lần thì máy trạm sẽ thôi không gửi dữ liệu nữa và nó sẽ nhờ lớp trên ( trong mô hình OSI) quyết định sẽ làm gì tiếp theo. Ví dụ: Một máy trạm A cảm nhận đường truyền và thấy đường truyền rảnh, nó bắt đầu gửi dữ liệu, cùng lúc đó cũng có một máy trạm khác gửi dữ liệu máy trạm A phát hiện va chạm đã xảy ra, nó cố gắng truyền dữ liệu thêm hai lần nữa nhưng đều thất bại và nó truyền dữ liệu thành công ở lần thứ tư. Giả sử rằng một khe thời gian ( slot_time) là 512 bit. Bảng sau đây sẽ cho biết thời gian máy trạm A phải chờ đợi để truyền dữ liệu. Lần thử k 2^k - 1 r Backoff_ time (us) 1 1 1 0 đến 1 0 hoặc 51.2us 2 2 3 0 đến 3 0; 51.2 ; 102.4, hoặc 153.6 3 3 7 0 đến 7 0; 51.2; 102.4; 153.6; 204.8; …; 358.4 4 1. Sau lần va chạm đầu tiên, k=1, vì vậy 2^k-1 là 1. Theo công thức ta tính được r nằm trong khoảng từ 0 đến 1; số ngẫu nhiên có thể lấy là 0 hoặc 1. Nếu là 0 máy trạm A không phải chờ đợi và truyền lại dữ liệu ngay ( 0 x 51.2=0 us). Nếu là 1 máy trạm phải chờ 51.2 us ( 1 x 51.2- 51.2 us) trước khi truyền lại dữ liệu 2. Máy trạm A sau khi truyền lại dữ liệu lại bị va chạm, sau lần va chạm thứ hai, k=2, vậy r nằm trong khoảng từ 0 đến 3, số ngẫu nhiên có thể lấy là 0,1,2 hoặc 3. Từ đó tính được thời gian cần chờ để truyền lại (backoff_ time ) như trên bảng. 3. Sau lần va chạm thứ ba, k=3 vì vậy 2 ^ k –1 = 7, từ đó suy ra r nằm trong khoảng 0 đến 7, số ngẫu nhiên có thể là 0,1,2….,7. Và thời gian truyền lại tính được trên bảng. 4. Không có lần va chạm thứ tư, như vậy trạm A truyền được dữ liệu 2. TokenRing 2.1 Giới thiệu Hoạt động dựa trên nguyên lý dùng thẻ bài để cấp phát quyền truy nhập đường truyền. Thẻ bài lưu chuyển trên đường truyền theo vòng vật lý.Thẻ bài là một đơn vị dữ liệu đặc biệt trong đó có một bít biểu diễn trạng thái sử dụng của nó(bận hoặc rỗi). TokenRing về cơ bản là giống nhau Mạng TokenRing được trình bày bởi IBM vào năm 1970. Từ “Token” thường được sử dụng để tham khảo cho hai mạng của IBM là IEE 802.5 và TokenRing(mạng vòng). Mạng IBM tokenring được truyền dẫn trên đường truyền kết nối thiết bị đa truy cập trạm 2.2 Nguyên lý hoạt động Trong khu vực LAN sử dụng đường truyền thông dải cơ bản, sự thông qua các tín hiệu này theo dạng vòng. Nếu thiết bị có dữ liệu cần gửi đi sẽ nhận 1 token đến mỗi thiết bị theo vòng để đảm bảo sự điều khiển trên tuyến kết nối khi hoàn tất qua trình truyền phát thì thông báo sẽ truyền token đó cho trạm kế tiếp trên mạng và chỉ có thiết bị token mới có thể truyền phát. Khi tín hiệu(token) lưu thông một trạm muốn truyền phát sẽ kiểm tra xem token đã nhận được và xem xét nơi đó đang trống rỗi hay bận. Quyền được truy suất dữ liệu được công nhận nếu 1 node nhận được không có thông tin để gửi đi, nó đi qua tín hiệu kế tiếp và kết thúc ở trạm. Mỗi trạm có thể giữ tín hiệu lớn nhất trong một thời gian là một chu kì. Nếu trạm xử lý tín hiệu không có thông tin trên đường truyền nó sẽ bắt bược thông tin phải thay đổi bít của token(với sự quay vòng token vào trong hệ thống) sự truyền dẫn sẽ nối thêm thông tin nó cần và gửi thông tin đến trạm tiếp trên vòng. Trong khi thông tin thực hiện tuần hoàn trên vòng không có tín hiệu trên mạng(trừ khi vòng cung cấo muộn sự giải phóng tín hiệu) và trạm khác trên đường truyền phải chờ. Bởi vậy xung đột không có khả năng xẩy ra trong mạng dạng vòng. Nếu tín hiệu ra khỏi sự ảnh hưởng của trạm. Tín hiệu mới hoàn toàn có thể truyền đi thông tin hệ thống trong vòng trong khi đó nó đang trong mong đợi của nơi trạm đến. Với sự sao chép thông tin và xa hơn là việc xử lý thông tin trên hệ thống tiếp tục quay vòng trên vòng trong khi nó có thể cản trở sự điều hướng lại hệ thống. Giống như CSMA/CD tokenpassing là thuyết tiến định với tiềm lực ấy nó có thể thực hiện được tính toán lớn nhất. Điểm đặc trưng là sử dụng hệ thống ưu tiên phức tạp nó cho phép sử dụng mạng thường xuyên hơn. Hệ thống TokenRing có hai phạm vi với sự điều khiển chiếm ưu thế: ưu thế phạm vi và ưu thế dành riêng. Chỉ các trạm với sự ưu tiên như nhau hay cao hơn ưu thế chứa các biến trong token có thể đã nhận tín hiệu sau khi token đã nhận tín hiệu và thay đổi thông tin hệ thống. Chỉ các trạm với sự ưu thế hơn hẳn so với tín hiệu của trạm đường truyền có thể cho tín hiệu đi vòng trở lại mạng khi tín hiệu tiêpsing ra nó bao gồm sự ưu tiên lớn nhất của trạm chủ. Trạm sẽ nậng sự ưu tiên của tín hiệu lên mức độ phục hồi cao hơn trước khi chúng được truyền đi đầy đủ. Mạch TokenRing có thể phát hiện và hoàn thiện lỗi của mạng, một trạm trong mạng TokenRing khi lựa cọn trạm điều khiển chủ động. Trạm đó với tiềm năng quay vòng có thể chỉ một trạm trên mạng, việc tập trung nguồn thông tin thời gian xử lý đại diện trạm vòng và thi hành không giống nhau. Hầu kết các hàm di chuyển một cách tuần hoàn đến các hệ thống kế tiếp của vòng. Khi truyền thông tin hỏng hệ thống của nó có thể tới vòng kế tiếp trên vòng. Khi truyền thông tin hỏng hệ thống của nó có thể tới vòng kế tiếp trên vòng. Nó có thể ngăn cản đường truyền khác chiếm vị trí duy nhất trong khung và về cơ bản có thể ngừng kết nối. Sự tích cực của bộ giám sát có thể phát hiện địng vị trạng thái, dời chúng khỏi vòng và tìm ra tín hiệu mới. Mạng hình sao góp phần toàn diện tin cậy cho mạng bởi vì tất cả thông tin trong mạng TokenRing có thể hoạt động dựa trên phương pháp MSAU, hoạt động này có thể trở thành chương trình cho sự lựa chọn vấn đề và dựa trên sự hoạt đọng dịch chuyển khỏi vòng nếu cần thiết. Thuật toán trên vòng đã được gọi là tìm thấy đèn tín hiệu và sửa lỗi mạng. Bất kì lúc nào trạm phát hiện ra vấn đề nghiêm trọng với mạng(hầu hết là sự gián đoạn trên dây cáp) nó gửi cảnh báo cho hệ thống với sự thể hiện bằng sự không thực hiện trên một phạm vi quan tâm. Vùng này bao gồm trạm không thực hiện báo hiệu lỗi, nó hoạt động ngược và cả trong khoảng truyền. Đèn tín hiệu khởi động xử lý gọi là sự tự sao chép lại, trong phạm vi với các node bị lỗi trạm phát tự động thực hiện việc chuẩn đoán xác nhận qua mạng vòng vùng lỗi, thiết bị vật lý, MSAU có thể hoàn thành xuyên suốt quá trình xác nhận tín hiệu. Thuật toán vòng gọi là mã hoá manchester sai phân. Một kỹ thuật mã hoá kỹ thuật số trong đó mỗi chu kù bit được chia làm 2 nửa bù nhau thời kỳ đầu(chuyển tiếp) tại lúc đầu của chu kỳ bít. Biểu diễn một trong hai tín hiệu nhij phân “0” hoặc “1” theo quy ước đã lập, trong sự vắng mặt của thời kỳ quá độ tại lúc khởi đầu của chu kỳ bít biểu diễn nhị phân khác Thời kỳ quá độ có thể xẩy ra giữa hai trạng thái của một biến vật lý, chẳng hạn điện áp, sự phân cực từ, cường độ ánh sáng. Nếu biến vật lý là điện, kiểu mã hoá này là sự phận cực độc lập và giúp cản sự kéo theo lỗi(thay đổi dữ liệu) TokenRing được hỗ trợ bởi hai loại hệ thống cơ bản tín hiệu và dữ liệu/ các câu lệnh hệ thống. Tín hiệu chứa 3 byte trong độ dài và phù hợp của sự phân định bắt đầu và 1 byte cơ bản điều khiển, và 1 kết thúc. Thông tin cao hơn cho giao thức chuẩn, trong khi lệnh hệ thống chứa thông tin điều khiển và không có dữ liệu cho giao thức chuẩn, trong khi lệnh hệ thống chứa thông tin điều khiển và không có dữ liệu cho giao thức chuẩn cao hơn. Trường định dạng dữ liệu: Ban đầu trạm phân biệt tín hiệu(hoặc dữ liệu/ lệnh hệ thống) chúng gồm trường phân biệt tín hiệu với sự ngừng lại của hệ thống bị lỗi mã hoá. Sắp xếp sử dụng tại một nơi nào khác trong hệ thống byte xử lý truy cập. Chứa những bit lỗi và cũng như tín hiệu bit(sử dụng chủ động kiểm tra xác định rõ được hay không hệ thống được quay vòng liên tục) Kết thúc: tín hiệu kết thúc trường chứa đựng bít biểu thị sự thất thoát hệ thống và nhận dãy hệ thống sau một trình tự logic. Hình 1- Khuôn dạng frame được sử dụng trong các vòng token Trong đó: Start delimiter: định ranh bắt đầu SD End deliliter : định ranh kết thúc SD Access control : Điều khiên truy cập(AC) Destination address: Địa chỉ đích Source address : Địa chỉ nguồn Data : Dữ liệu FCS(frame check sequence): Chuỗi ký tự kiểm tra khung Frame status : trạng thái của khung FS(những file kí tự bộ phân cách) Các trường định ranh được bắt đầu SD và định ranh kết thúc ED các chuỗi bít được sử dụng để nhận được sự trong suốt dữ liệu. Các trường này lợi dụng phương pháp mã hoá ký hiệu sử dụng trong môi trường cáp : mọi bít thông tin được truyền trên môi trường được mã hoá manchester, ngoại trừ các bít được lựa chọn trong các trường SD và ED. Trường điều khiển truy cập AC bao gồm các bít ưu tiên, các bít đặt chỗ trước. Như tên gọi, trường này được sử dụng để điều khiển truy cập vào vòng. Trường điều khiển frame FC chó biết loại frame nào và chức năng điều khiển. Các địa chỉ đích SA và địa chỉ nguồn DA có thể 16 hoặc 48 bít, nhưng đối với một LAN cụ thể, các trường này phải có chiều dài cho tất cả khung Dữ liệu/ các lệnh hệ thống có 3 trường giống với hệ thống token cộng thêm một số dữ liệu khác. Dữ liệu/lệnh của vùng hệ thống có thể diễn tả tóm tắt như sau: Bắt đầu : mỗi trạm cảnh báo tín hiệu(hay dữ liệu/ lệnh hệ thống) đến gồm những tín hiệu giống nhau những byte đặc biệt cho phần còn lại của hệ thống bằng mã hoặc mã hoá những vùng bị lỗi trong hệ thống. Byte xử lý truy nhập : chứa trường được ưu tiên và trường giống nhau, không những tín hiệu bít(sử dụng định dạng tín hiệu từ một dữ liệu/ lệnh hệ thống) và trạm điều khiển chủ động Hệ thống byte điều khiển: chỉ ra hệ thống có chứa dữ liệu hay thông tin trongg hệ thống điều khiển. Trong hệ thống này thì byte thể hiện rành mạch mẫu thông tin điều khiển. Đích và nguồn: bao gồm 6 byte địa chỉ nhận dạng đích và nguồn dữ liệu chỉ dẫn chiều dài có hạn của dữ liệu trước dấu hiệu vòng thời gian, định danh lớn nhất của trạm có thể dữ dữ liệu. Hệ thống lựa chọn trình tự tiếp theo (Frame Check Sequence(FCS)) dữ liệu được sắp xếp theo nguồn trạm với phép toán tuỳ thuộc vào nội dung hệ thống. Trạm đich sẽ tính toán lại giá trị và quyết định xem trên hệ thống có đúng với phỏng đoán lỗi trong đường truyền không. Nếu lỗi, hệ thống sẽ loại bỏ. Khung trạng thái: Dùng 1 byte trường giới hạn 1 lệnh/ trường dữ liệu,trường trạng thái bao gồm địa chỉ điều khiển và khung sao chép. Hình 2: Mạng TokenRing Kết luận: Mạng tokenRing có ưu điểm: Sự phát triển của hệ thống không tác động đáng kể đến hiệu năng Tất cả các máy tính có quyền truy cập như nhau Nhưng bên cạnh đó thì: Chi phí thực hiện cao Phức tạp Khi một máy có sự cố thì có thể ảnh hưởng đến các máy tính khác II/ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY CẬP VÔ TUYẾN Thời gian 11 13 15 12 14 16 Tần số FDMA (Hình 3) miêu tả FDMA, TDMA sử dụng thời gian và tần số như thế nào. ở FDMA, khi yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh đa vô tuyến được chỉ định. Trong TDMA thì kênh vô tuyến được chia lại theo những khe thời gian tuần hoàn và khi yêu cầu một cuộc gọi thì nó sẽ chỉ định khe nào của một kênh vô tuyến nào đó sẽ được sử dụng. 1 3 2 1 2 1 3 2 12 11 Tần số Thời gian TDMA (Ghép 3 kênh) Hình 3 - So sánh về tần số, thời gian của FDMA và TDMA Trong các kiểu truy nhập này thì không có va chạm bởi vì mỗi một kênh vô tuyến và một khe bị hiếm bởi một trạm vô tuyến. Trong TDMA thì trạm di động cần phải có chức năng phát và thu tín hiệu theo khe thời gian được gán bởi vì nó không có chứa chức năng đa phân chia Trong FDMA và TDMA, .để tạo ra tần số kênh băng hẹp được góc thì phải sử dụng bộ tổng hợp như được trình bày trong hình 4 Điều chế Điều chế Bộ tổng hợp Bộ chuyển đổi tần số Số liệu phát Số liệu thu FDMA Bộ tổng hợp Bộ chuyển đổi tần số Số liệu phát Số liệu thu Dồn tín hiệu Phân tách TDMA Hình 4 - Cầu hình của hệ thống thu phát (trạm gốc) Trường hợp FDMA và TDMA, tín hiệu là trực giao trong từng miền tần số và từng miền thời gian, để tránh sự va chạm. 1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần số. FDMA là thể hiện kênh băng hẹp mà đơn giản là bất kỳ đầu cuối nào cũng có một đường điện thoại theo mỗi kênh mà nó có thể truy nhập tới bất kỳ tần số nào. Đôi khi hệ thống này còn được gọi là mỗi kênh trên một sóng mang. Phân chia tần số ở đây là mỗi máy di động có thể sử dụng một đường được tạo ra bằng cách này (xem hình 5). Đa truy nhập phân chia tần số có nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng dải tần đã được gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn. Ghép kênh phân chia tần số là: tín hiệu cần được phát tới một số khách hàng từ một máy phát sẽ được phát đi bằng cách phân chia các băng tần và máy thu sẽ chọn thông tin thuộc băng tần của nó. FDMA là phát tín hiệu tới một số máy thu. Do vậy, nếu sử dụng FDMA trong hệ thống tế bào thì FDMA phải là kênh nghịch (backward channal) FDM là kênh Tần số Kênh RF Mạch điều khiển Mạch điều khiển Mạch âm thanh Mạch âm thanh Mạch âm thanh Tần số 1 Tần số 2 Tần số 3 Tần số 4 Tần số n Dải thông của mỗi kênh Tất cả các mạch Âm thanh là các mạch truyền dẫn liên tục Hình 5 - (trunked). 1 mạch trên một mạch RF 2. Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Trong thông tin di động TDMA, trạm gốc phát tín hiệu TDM đến máy di động trong tế bào. Máy di động nhận một khe thời gian của mình trong số các tín hiệu TDM và gửi tín hiệu khối về trạm gốc một cách tuần tự. Các số máy di động liên lạc với các trạm gốc một cách đồng thời theo một kênh vô tuyến. Dưới đây, chúng ta miêu tả các đặc tính kỹ thuật của thông tin di động TDMA. 1/ Định thời phát và thu Hình 6 Chỉ rõ việc định thời phát và thu tại trạm gốc và chế độ định thời tại máy di động trong trường hợp ba kênh TDMA, chu kỳ phát, thu, trống được lặp đi lặp lại trong máy di động. Do việc định phát và thu không trùng nhau nên không cần đến bộ lọc chọn lựa thu phát trong máy di động. Khoảng thời gian trống được sử dụng để đo mức thu của các trạm gốc lân cận. 3 1 2 3 1 2 Phát 1 2 3 1 2 3 Thu Phát Thu Trống Phát Thu Trống Chế độ trong máy dđộng 1 Hình 6 - Định thời phát thu ở trạm gốc 2/ Cấu hình của khung Cấu hình của khung được trình bày trong (Hình 7). Nhóm của tuyến lên (từ máy di động đến trạm gốc) bao gồm phần mào đầu, từ mã đồng bộ dữ liệu điều khiển, dữ liệu của người sử dụng và thời gian bảo vệ. Vì khung của tuyến xuống (từ trạm gốc đến máy di động) là tín hiệu liên tục nên không cần thiết phải có phần mào đầu và thời gian bảo vệ. Phần mào đầu là hệ thống mã của đồng bộ sóng mang và đồng bộ đồng hồ. Khi phát hiện trễ thì việc tái tạo sóng mang là không cần thiết và mã đồng bộ sóng mang là mã 1 bởi vì sóng thu phải là sóng chuẩn để phát hiện bằng cách tạo ra thời gian trễ mã 1). Từ mã đồng bộ chỉ rõ điểm bất đầu của dữ liệu điều khiển và dữ liệu người sử dụng. Dữ liệu điều khiển dùng để điều khiển kênh vô tuyến trong thông tin. Từ đồng bộ Dữ liệu người sử dụng Dữ liệu Đkhiển Từ đồng bộ Dữ liệu Đkhiển Dữ liệu người sử dụng Phần mào đầu Khung TDMA truyền xuống Bảo vệ Khung nhóm tuyến lên Hình 7 - Cấu hình của khung 3/ Điều chỉnh thời gian bảo vệ và định thời phát Khi một máy di động gửi chùm tín hiệu hướng lên để tạo định thời cho tín hiệu TDMA hướng xuống, đôi khi chùm này bị xung đột bởi vì cự ly giữa các máy di động tới trạm gốc là khác nhau. Chẳng hạn như khi khe 1 được gán cho một máy di động ở xa trạm gốc và máy di động gần nhất được gán khe 2 thì phần cuối của tín hiệu chùm sẽ va chạm với khe 2 bởi vì chùm tín hiệu của máy di động 1 đến chậm. Điều này như được trình bày trong hình , có thể tránh được bằng cách đưa vào sử dụng thời gian bảo vệ. Việc điều chỉnh đồng thời phát là phương pháp điều chỉnh định thời gian phát của máy di động theo cự ly từ trạm gốc để nhận được tín hiệu khởi của từng máy di động mà việc định thời nó được mô tả ở vào không gây ra xung đột ở trạm gốc. Mặc dù hiệu quả sử dụng khung không giảm nó vẫn cần phải đo khoảng cách. Nó được chấp nhận sử dụng khi hệ thống có tốc độ bít cao, nơi không thể chấp nhận giảm hiệu quả khung dự có thời gian bảo vệ giống như hệ thống tế bào lớn. 4/ Thu tín hiệu nhóm Tuy nhiên, các tín hiệu nhóm từ các máy di động không xung đột với nhau do điều khiển định thời phát và thời gian bảo vệ và định thời đồng hồ của tín hiệu nhóm là nhập đồng bộ. Vì vậy, việc tái tạo lại đồng hồ nhóm của mỗi máy di động là cần thiết ở trạm gốc. Vì tín hiệu nhóm được phát một cách tuần hoàn từ máy di động trong kênh truyền thông cho nên việc tái tạo đồng hồ mà không cần phải vì phần mào đầu được thực hiện bằng cách duy trì gia của tín hiệu đồng hồ đã được tái tạo cho đến khi thu được tín hiệu nhóm tiếp theo và thực hiện phương thức tái tạo đồng hồ thông thường khi nhận được tín hiệu nhóm. Mặt khác, kênh điều khiển chung là truy nhập ngẫu nhiên và tín hiệu nhóm được bổ sung phần mào đầu để tái tạo đồng hồ. Để không làm giảm hiệu quả khung thì việc đồng bộ hoá đồng hồ cần phải được chèn vào 1 phần mào đầu ngắn với tốc độ cao. Nó có thể là đồng bộ tốc độ cao bằng cách đồng bộ hoá pha đầu tiên của đồng hồ tái tạo với tín hiệu nhận được. (5) Giám sát mức thu ở trạm gốc bên cạnh sự điều khiển chuyển vùng để làm cho cuộc gọi được liên tục bằng cách phát hiện ra bào đôi dịch chuyển và chuyển tế bào này sang kênh vô tuyến khi máy di động đang gọi tới tế bào đã di chuyển là một kỹ thuật điều khiển quan trọng khi cường độ trường của tín hiệu thu được tại trạm gốc bị giảm (trong hệ thống tế bào tương tự) các trạm gốc trong tế bào bên cạnh sẽ đo cường độ tín hiệu của máy di động ngay lập tức. Cường độ tín hiệu mạnh nhất của tế bào trạm gốc được nhằm vào tế bào đã dịch chuyển và kênh vô tuyến của trạm gốc này được gán cho máy di động. Tuy nhiên sự phát hiện tế bào dịch chuyển này đã được sử dụng trong FDMA. Nếu số người sử dụng tăng lên thì quá trình điều khiển chuyển vùng sẽ rất lớn ở trạm gốc. Trong TDMA ngoài khe phát và thu còn có một khe trống. Nên nó được sử dụng thì quá trình điều khiển của trạm gốc sẽ được đơn giản hoá rất nhiều bởi vì có thể đo cường độ tín hiệu từ trạm gốc gần đó và nó được đánh giá là tế bào đã dịch chuyển. 3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 3.1 Giới thiệu CDMA (viết đầy đủ là Code Division Multiple Access) nghĩa là đa truy nhập (đa người dùng) phân chia theo mã. GSM (GSM - hệ thống thông tin toàn cầu đa dịch vụ) phân phối tần số thành những kênh nhỏ, rồi chia xẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng. Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng. Áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ, CDMA đưa ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều công nghệ khác chưa thể đạt được. (Nguồn tài liệu: trang CDMA – Wikipedia tiếng Việt.htm) 3.2 Nguyên lý hoạt động Kênh K thời gian Mã Tần số Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Hình 8: Đa truy nhập phân chia theo mã Nguyên lý cơ bản, được xuất phát từ lý thuyết của Shannon, trong đó dung lượng thông tin có thể đạt rất lớn theo công thức sau; mặc dầu độ rộng của băng tần sử dụng (w) lớn thay cho việc tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) nhỏ hơn 1. C = W log2 (1+S/N) [bps] (2.40) = 1.44W n(1+S/N) Trong đó nếu S/N nếu 0,1 thì C sẽ là C = 1.44 W (S/N) (2/41) Vì vậy, khi W>S/N thì C có thể lớn vô hạn, nếu nhiều người sử dụng phát và thu dựa nhau theo một mã khác nhau thì có thể truy nhập lựa chọn 1-1 giữa tần số phát và thu. Hình 9: Nguyên lý của hệ thống CDMA ở đây, để hiểu một cách đơn giản quá trình mã hoá phổ khuếch tán giữa phát và thu của hệ thống CDMA, nguyên lý của nó được trình bày trong hình 9. Cụ thể là ở phía phát, thì đối tượng để mã hoá và chèn dữ liệu âm thanh đã được số hoá (9,6 Kbps) được ghép kênh thành tín hiệu điều chế nhờ mã giả tạp âm 1,2288Mbps (9,6kbps x 128) với tần số sóng mang Fo. Nó được bức xạ qua ăngten rằng cách được ghim trong bộ lọc băng thông có đồng băng là 1,25MHz. Mặt khác, ở phía thu thì tín hiệu thu từ ăngten đi qua bộ lọc băng thông có độ dải thông là 1,25MHz và được điều chế với sóng mang giống như ở phần phát bằng bộ mã hoá giả tạp âm 1,2288 Mbps, cộng với bộ tương quan và sau đó số liệu âm thanh nguyên thuỷ và giả tạp âm được lọc bằng bộ lọc số. Và số liệu âm thanh có thể được tái tạo bằng cách giải chèn và giải mã. Đồng thời số liệu âm thanh của các kênh khác cũng như tạp âm và nhiễu vì số liệu âm thanh gốc có thể được phân chia và nhận được như trong hình 9. Điều đó có nghĩa là số liệu âm thanh giống như (a) được bức xạ cùng với (c) với và mỗi tín hiệu băng đã được khuếch tán từ bộ ghép kênh giống như (b) được bức xạ từ ănten ra không trung với cường độ chỉ khuyếch tán trong độ rộng băng 1,25 MHz. ở ănten thu có thể thu được tạp âm nền (g), nhiễu bên ngoài (h), nhiễu của tế bào khác (i), tạp âm từ người sử dụng khác (j) mà nó được phát ở chỗ khác, cũng như sóng thu mong đợi. Nhóm sóng vô tuyến này được lọc trong bộ lọc có độ rộng băng là fo+(1,25/x) MHz và được cộng vào với bộ tương quan có fo=91,2288/x) Mbps của được tạo ra ở phía thu. Khi đi qua bộ lọc, (g), (h), (i), (j) sẽ trở thành băng khuếch tán trong phạm vi 1,25MHz. Tín hiệu khuếch tán mong muốn (b) bị co lại trong phạm vi dải 10KHz, nhưng nó chia sẻ với tín hiệu mong muốn ở (d) và tín hiệu khuếch tán không cần thiết sự phân bố cường độ của chung (năng lượng điện) vẫn giữ nguyên như là cường độ tạp âm ở độ rộng băng 10KHz giống như (d), vì vậy (C/I) của tín hiệu mong đợi (c) trở nên tốt như là hiệu quả khuếch tán (128 lần). Để hiểu được thư tuệ khuếch tán này một cách dễ dàng, công thức đơn giản được trình bày như sau. Đầu tiên nếu số liệu âm thanh 9,6kbps được điều chế lần thứ nhất ở phần phát là a(t), hệ thống PN là C(t), sóng được phát là y(t) thì khi đó chúng ta có thể nhận được công thức liên quan như sau:Y(t) = a(t) x c(t) (2.42) Nếu tín hiệu không giảm và không có can nhiễu hay tạp âm thì y(t) thể hiện tín hiệu thu như nó vốn có. Trong trường hợp khuếch tán ngược do nó được nhân với cùng một trong của phân phát nên đầu ra khuếch tán ngược z(t) là: Z(t) = Y(t) x c(t) = a(t) x {c(t)}2 (2.43) Trong đó, mặc dù c(t) là số ngẫu nhiên thì giá trị của nó chỉ giới hạn trong 1 với bình phương của c(t) bao giờ cũng = 1. Cho nên J(t) giống như được trình bày dưới đây: z(t) = a(t) (2.44) Tương tự như vậy ta có thể biết rằng sóng hoàn toàn giống như vậy có thể được tạo ra tại cùng một thời điểm ở phía thu. ở đây nếu hệ thống PN (nhiễu giả ngẫu nhiên) là 1 số ngẫu nhiên bên trong thì đó là một trường hợp tốt. Nhưng nếu là như vậy thì không thể tạo ra được một cách đồng thời một hệ thống hoàn toàn giống như vậy. Vì vậy phải sử dụng số giả định. 4. Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA 4.1 Giới thiệu OFDMA (Orthorgonal Frequency Division Multiple Access) là đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao . OFDM (Orthorgonal Frequency Division Multiplexing) được giới thiệu và ứng dụng như một sơ đồ điều chế hay một phần của kỹ thuật đa truy nhập bằng cách áp dụng việc trải mã trên miền tần số khi tạo nên hệ thống MC-CDMA. 4.2 Nguyên lý hoạt động Trong OFDMA, vấn đề đa truy nhập được thực hiện bằng cách cung cấp cho mỗi người dùng một phần trong số các sóng mang có sẵn. Bằng cách này, OFDMA tương tự như phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số thông thường (FDMA); tuy nhiên nó không cần thiết có dải phòng vệ lân cận rộng như trong FDMA để tách biệt những người dùng khác nhau. . f   a d a d a d a d a d a d a c e a c e a c e a c e a c e a c e b e g b e g b e g b e g b e g b e g b f g b f g b f g b f g b f g b f g t Hình 10. Ví dụ của biểu đồ số thời gian và OFDMA Hình 10 mô tả một ví dụ về bảng tần số thời gian của OFDMA, trong đó có 7 người dùng từ a đến g và mỗi người sử dụng một phần xác định của các sóng mang phụ có sẵn, khác với những người còn lại Thí dụ cụ thể này thực tế là sự hỗn hợp của OFDMA và TDMA bởi vì mỗi người sử dụng chỉ phát ở một trong 4 khe thời gian, chứa 1 hoặc vài symbol OFDM. 7 người sử dụng từ a đến g đều được đặt cố định (fix set) cho các sóng mang theo bốn khe thời gian. OFDMA nhảy tần Trong ví dụ trước của OFDMA, mỗi người sử dụng đều có một sự sắp đặt cố định cho sóng mang. Có thể dễ dàng cho phép nhảy các sóng mang phụ theo khe thời gian như được mô tả trong hình 11. f   a b c c b a b c b a c a t Hình 11. Ví dụ của biểu đồ tần số thời gian với 3 người dùng nhảy tần a, b, c đều có 1 bước nhảy với 4 khe thời gian Việc cho phép nhảy với các mẫu nhảy khác nhau cho mỗi người sử dụng làm biến đổi thực sự hệ thống OFDM trong hệ thống CDMA nhảy tần. Điều này có lợi là tính phân tập theo tần số tăng lên bởi vì mỗi người sử dụng dùng toàn bộ băng thông có sẵn cũng như là có lợi về xuyên nhiễu trung bình, điều rất phổ biến đối với các biến thể của CDMA. Bằng cách sử dụng mã sửa lỗi hướng đi trên các bước nhảy, hệ thống có thể sửa cho các sóng mang phụ khi bị phađinh sâu hay các sóng mang bị xuyên nhiễu bởi các người dùng khác. Do đặc tính xuyên nhiễu và phađinh thay đổi với mỗi bước nhảy, hệ thống phụ thuộc vào năng lượng tín hiệu nhận được trung bình hơn là phụ thuộc vào phađinh và năng lượng nhiễu trong trường hợp xấu nhất. Ưu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy tần hơn hẳn các hệ thống DS-CDMA và MC-CDMA là tương đối dễ dàng loại bỏ được xuyên nhiễu trong một tế bào bằng cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong một tế bào. 5. IDMA 5.1 Giới thiệu IDMA là từ viết tắt tiếng Anh : interleave division multiple access được gọi là đa truy nhập phân biệt người dùng bằng đặc tính đan xen. IDMA là một phương pháp đa truy nhập hoàn toán mới nó được sử dụng trong hệ thống vô tuyến 4G. Khả năng giải thông đạt hiệu quả cao, Hệ thống mềm dẻo với khía cạnh cụ thể là truyền dữ liệu (truyền đáp ứng), dữ liệu rất đáng tin cậycung cấp dịc vụ kênh truyền nhanh hoàn thiện. Hội liên hiệp viễn thông quốc tế gần đây đã định nghĩa giới thiệu hệ thống vô tuyến kế tiếp công nghệ 3G trong giới thiệu tốc độ truyền tín hiệu có thể đạt tới trên 100Mbps có thể lên tới 1Gbps hỗ trợ khả năng di động toàn cầu. 5.2 Nguyên tắc hoạt động Hiệu qủa kĩ thuật truyền dẫn và liên tầng cũng như kĩ thuật tối ưu hoá nhờ vào các thừa số các tín hiệu được truyền dưới dạng thừa số với một tốc độ cao và phạm vi rộng lớn. Nhờ nhiều thừa số thay thế cho các tín hiệu truyền IDMA hiện nay rất lôi cuốn. Chức năng thay đổi sự phân chia dung lượng tạm thời, dừng lại ở tốc độ truyền và được ứng dụng trong một phạm vi lớn. Lập kế hoạch giải phóng của tế bào, sự thiết thực cho thay đổi làm sút kém và chống lại sự nhiễu. Sự thuận lợi đó là nhờ dàn trải thông tin của giải thông rộng(sự truyền giải thông). Trong lý thuyết chúng trải rộng hiệu quả không gian giao diện trong vô tuyến.Nó có năng lực đặ biệt cho việc uplink tín hiệu hệ thống vô tuyến cũng như mở ra hệ thống trải phổ mã chia đa truy cậpcủa chuỗi truy cập trực tiếp. Mỗi dòng bit dữ liệu đầu tiên được mã hoá với tốc độ rất nhanh. Để thuận tiện, trên dòng dữ liệu chuyển vào cho các tầng IDMA có thể công nhận sự lặp lại của quá trình tiếp nhận cấu trúc, đặc biệt là cho nhập vào các bít cao nó có thể công nhận sự lặp lại của quá trình tách sóng đan xen và giải mã. Số dư theo lý thuyết được tổ chức như sau : trong sự lựa chọn tiếp theo chúng ta cung cấp một vài thông tin nền IDMA, tiếp theo đưa ra đề nghị cho hệ thống và địa chỉ đến được địa truy cập ở trên Nếu sự quay sắp xếp của đan xen và quyay ngược giải thông, dòng dữ liệu được chú ý bởi các đan xen khác. KẾT LUẬN Trước nhu cầu ngày càng lớn về thông tin liên lạc nói chung và thông tin di động nói riêng, việc nghiên cứu áp dụng các công nghệ tiên tiến cũng như tìm kiếm các giải pháp mới nhằm nâng cao về chất lượng- dung lượng cũng như các loại hình dịch vụ thông tin liên lạc có ý nghĩa hết sức quan trọng và thiết thực. Sau các phương thức đa truy nhập thông tin di động truyền thống như FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA, SDMA và IDMA là một phương thức đa truy nhập mới nhất và là một chủ đề lý thú đang được hết sức quan tâm nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học và các tổ chức Viễn thông Quốc tế. Sau một thời gian tìm hiểu, các thành viên trong nhóm đã hiểu thêm về phương pháp truy cập mạng LAN và đa truy cập vô tuyến. Do thời gian có hạn nên phần SDMA và IDMA mới chỉ tìm hiểu 1 phần, nếu có điều kiện các thành viên sẽ nghiên cứu tìm hiểu thêm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Internetwoking technologies handbook [3] [4] OFDMA - Giải pháp đa truy nhập mới trong thông tin di động - Viễn thông & Internet - Tapchibcvt@mpt_gov_vn.htm)