bài giảng truyền thông vô tuyến

TRUYỀN THÔNG
VÔ TUYẾN
1
GIỚI THIỆU CHUNG

2
GIỚI THIỆU
3
PHỔ TẦN SỐ SỬ DỤNG
4
 Ƣu điểm:
 Khả năng di động
 Tiện lợi
 Chi phí
 Nhiều ngƣời sử dụng
 Nhƣợc điểm:
 Ảnh hƣởng của môi
trƣờng
 Băng thông thấp so với
mạng hữu tuyến
 Yêu cầu khả năng bảo
mật
5
SƠ LƢỢC LỊCH SỬ THÔNG TIN VÔ
TUYẾN
Phát hiện ra sóng
điện từ
Truyền sóng vô tuyến
Kỷ nguyên truyền

hình
1831 -
1886
1895 -
1920
1928-
1933
6
SƠ LƢỢC LỊCH SỬ THÔNG TIN VÔ
TUYẾN
Thế hệ điện thoại di
động đầu tiên
(Analog)
Thế hệ điện thoại di
động thứ hai (Digital)
Thế hệ điện thoại thứ
3
1983 -
1990
1991 -
2000
2000 -
nay
7
CÁC THẾ HỆ ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
8
Chƣơng 1
HỆ THỐNG DI ĐỘNG
TẾ BÀO - CƠ SỞ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG

9
1.1
GIỚI THIỆU
10
 Mục đích thiết kế của các hệ thống vô tuyến di động
đầu tiên:
 Đạt đƣợc một vùng phủ sóng rộng bằng việc sử dụng duy
nhất một máy phát công suất cao bởi một giá ăng ten trên
một tòa tháp cao.
 Ƣu điểm: đạt đƣợc vùng phủ rất tốt.
 Nhƣợc điểm: không có khả năng tái sử dụng tần số trên
toàn hệ thống => các cố gắng để tái sử dụng tần số sẽ dẫn
đến nhiễu tín hiệu.
GIỚI THIỆU
11
 Hệ thống điện thoại tế bào là một giải pháp chính
trong việc giải quyết vấn đề tái sử dụng phổ và dung
lƣợng ngƣời dùng.
 Nó cung cấp các dung lƣợng rất cao trong một phổ
đƣợc cấp giới hạn mà không có bất kỳ sự thay đổi
công nghệ chính nào.
 Hệ thống điện thoại tế bào:thay thế một trạm phát
công suất cao -> trạm phát công suất nhỏ (trạm tế
bào – trạm gốc)
GIỚI THIỆU
12
1.2
QUÁ TRÌNH TÁI SỬ
DỤNG TẦN SỐ
13

 Mỗi trạm gốc đƣợc cấp một phần của tổng số các kênh có
sẵn trên toàn bộ hệ thống
 Các trạm gốc lân cận đƣợc gán các nhóm kênh khác nhau
để nhiễu giữa các trạm gốc đƣợc giảm xuống tối thiểu.
 Bằng cách hệ thống hóa không gian giữa các trạm gốc và
các nhóm kênh của chúng, các kênh có sẵn đƣợc phân phối
thông qua các vùng địa lý và có thể đƣợc tái sử dụng nhiều
lần nếu nhƣ cần thiết, miễn là nhiễu đồng kênh giữa các
trạm đƣợc giữ dƣới mức chấp nhận đƣợc.
 Khi nhu cầu đối với dịch vụ tăng, số lƣợng các trạm gốc có
thể đƣợc tăng (cùng với một sự giảm tƣơng ứng trong công
suất trạm máy phát để tránh thêm nhiễu), => cung cấp
thêm dung lƣợng vô tuyến mà không tăng phổ vô tuyến
TÁI SỬ DỤNG PHỔ TẦN SỐ
14
 Các hệ thống điện thoại vô tuyến tế bào dựa trên sự
cấp phát thông minh và tái sử dụng các kênh xuyên
suốt trong một vùng phủ sóng.
 Mỗi trạm gốc trong hệ thống điện thoại tế bào đƣợc
cấp một nhóm các kênh vô tuyến đƣợc dùng trong
một vùng địa lý nhỏ đƣợc gọi là “tế bào” (cell).
 Mỗi trạm gốc trong một “tế bào” đƣợc gán các nhóm
kênh khác biệt hoàn toàn so với các “tế bào” lân cận.

TÁI SỬ DỤNG PHỔ TẦN SỐ
15
 Các ăng ten trạm gốc đƣợc thiết kế để đạt đƣợc vùng
phủ mong muốn trong một “tế bào” cụ thể. Bằng việc
giới hạn vùng phủ trong các biên của một “tế bào”
 Các nhóm kênh giống nhau có thể đƣợc dùng trong

các “tế bào” khác nhau, nếu khoảng cách đủ lớn để
giữ nhiễu ở mức giới hạn.
 Quá trình thiết kế chọn lựa và cấp phát các nhóm
kênh đối với tất cả các trạm gốc trong hệ thống điện
thoại tế bào trong một hệ thống đƣợc gọi là sự tái sử
dụng tần số hay hoạch định tần số.
TÁI SỬ DỤNG PHỔ TẦN SỐ
16
 Các tế bào đƣợc gán cùng
một chữ cái sẽ dùng chung
một nhóm kênh.
 Hoạch định tái sử dụng tần
số đƣợc mô tả nhƣ một bản
đồ để chỉ thị các kênh tần số
khác nhau đƣợc sử dụng,
tránh trùng lặp.
 Ví dụ: kích thƣớc cụm N=7
và hệ số tái sử dụng tần số
là 1/7. Khi đó mỗi tế bào
chứa 1/7 tổng số các kênh
có sẵn.
TÁI SỬ DỤNG PHỔ TẦN SỐ
Minh họa khái niệm tái sử
dụng tần số
17
 Tế bào hình lục giác là khái niệm và là mô hình đơn
giản của vùng phủ sóng vô tuyến đối với mỗi trạm
gốc. Nó đã đƣợc chấp nhận phổ biến vì cho phép dễ
dàng quản lý, và phân tích của một hệ thống điện
thoại vô tuyến tế bào.

 Vùng phủ sóng vô tuyến thực sự của một tế bào (hay
còn đƣợc gọi là footprint) sẽ đƣợc xác định từ các
phép đo trƣờng hay sự lan truyền các mô hình cho
trƣớc.
 Các footprint thực sẽ không có hình dạng nhất định
trong tự nhiên.
TÁI SỬ DỤNG PHỔ TẦN SỐ
18
 Các mô hình hình học cho diện tích vùng phủ bằng nhau
và không chồng chéo: hình vuông, hình tam giác đều,
và hình lục giác đều.
 Một tế bào phải đƣợc thiết kế để phục vụ các điện thoại
di động yếu nhất trong footprint (tại biên của tế bào).
 Đối với một khoảng cách nhất định giữa trung tâm của
đa giác và các điểm xa nhất trên chu vi của nó, hình lục
giác có diện tích lớn nhất trong ba hình.
 Bằng việc sử dụng hình lục giác, với số lượng ít nhất
các Tế bào có thể bao phủ một vùng địa lý.
 Hình lục giác là mô hình gần đúng nhất so với mô hình
bức xạ vòng tròn của ăng ten trạm gốc trong không
gian lan truyền tự do.
LỰA CHỌN MÔ HÌNH VÙNG PHỦ SÓNG
19
 Footprint của một tế bào thực tế đƣợc xác định bởi
đường bao mà trong phạm vi đó, một máy phát nhất
định phục vụ tốt các điện thoại di động.
 Khi dùng mô hình lục giác để mô hình hóa các vùng phủ
sóng, các máy phát trạm gốc đƣợc mô tả hoặc đang ở
trong trung tâm của Tế bào (các Tế bào kích thích
trung tâm) hoặc trên ba trong số sáu đỉnh của Tế bào

(các Tế bào kích thích biên).
 Thông thƣờng, các ăng ten Omni-directional đƣợc dùng
trong các Tế bào kích thích trung tâm và các ăng ten
hƣớng khu vực đƣợc dùng trong các Tế bào kích thích
biên.
CHỌN MÔ HÌNH VÙNG PHỦ SÓNG
20
 Xét một hệ thống Cellular có tổng số S kênh song
công có sẵn để sử dụng.
 Mỗi tế bào đƣợc cấp một nhóm k kênh (k < S)
 Nếu S kênh đƣợc phân chia giữa N tế bào thành các
nhóm kênh, các nhóm kênh đƣợc phân chia đều
có cùng một số kênh nhƣ nhau
S = kN
PHÂN BỐ TẦN SỐ
21
 N các Tế bào sử dụng hết hoàn toàn dải phổ đƣợc cấp
thì đƣợc gọi là một cụm (cluster). Nếu một cluster
đƣợc nhân rộng M lần trong hệ thống, thì tổng số các
kênh song công C sẽ là:
C = M.k.N = M.S
 Dung lƣợng của hệ thống Cellular tỷ lệ trực tiếp với
số cụm đƣợc nhân rộng trong một vùng phục vụ cố
định.
 Hệ số N đƣợc gọi là kích thước cluster (điển hình
là: 4, 7, hay 12).
 Nếu kích thƣớc cluster bị giảm trong khi kích thƣớc
của Tế bào đƣợc giữ không đổi, ta cần phải tăng thêm
số cụm để bao phủ một cùng một vùng nhất định =>
C tăng

DUNG LƢỢNG HỆ THỐNG
22
 Một kích thƣớc cluster lớn chỉ ra rằng tỷ lệ giữa bán
kính tế bào và khoảng cách giữa các tế bào đồng
kênh là lớn và ngƣợc lại.
 Hệ số N biểu diễn tƣơng quan giữa nhiễu mà một điện
thoại di động hay trạm gốc có thể chịu đƣợc trong khi
vẫn đảm bảo chất lƣợng thông tin liên lạc.
 Quan điểm thiết kế: giá trị của N cần nhỏ nhất có
thể, trong khi dung lƣợng hệ thống là cực đại trong
một vùng phủ sóng nhất định.
 Hệ số tái sử dụng tần số:1/N. Khi đó mỗi tế bào trong
một cụm chỉ đƣợc gán 1/N tổng số các kênh có sẵn.

KÍCH THƢỚC CLUSTER
23
 Với mỗi hình lục giác đều có sáu hình lân cận cách
đều và các đƣờng nối trung tâm của bất kì tế bào nào
với tế bào lân cận đều tạo thành các góc là bội số của

60
0
.
 Chỉ tồn tại một số các kích thƣớc cụm nhất định và
cách bố trí Tế bào khả thi.
 Để phân bổ kết nối mà không có khe hở nào giữa các
tế bào lân cận, kích thước cluster chỉ có thể có các
giá trị thỏa mãn công thức:
N = i
2

+ ij + j
2
=> i và j là các số nguyên không âm
KÍCH THƢỚC CLUSTER
24
 Từ tế bào cần xác định, di
chuyển i tế bào dọc theo
bất kì chuỗi lục giác nào đó.
 Quay 60
0
ngƣợc chiều kim
đồng hồ và di chuyển j tế
bào.
 Ví dụ: với i = 3 và j=2
(N=19)
TÌM TẾ BÀO ĐỒNG KÊNH LÂN CẬN
25