Các hệ thống di động kỹ thuật điều chế OFDM

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1
CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Thế hệ thứ nhất (1G)
Đặc điểm:
Hệ thống mạng di động tế bào thế hệ thứ nhất được phát triển vào những
năm cuối thập kỷ 70 đầu 80, sử dụng kỹ thuật tương tự (Analog).Tất cả các hệ
thống thuộc thế hệ này đều sử dụng kiểu đa truy nhập phân chia theo tần số
FDMA ( Frequency Division Multiple Access).
Chất lượng hệ thống vào thời điểm này còn rất thấp do thường xuyên xảy
ra tình trạng nghẽn mạch và nhiễu.
Các hệ thống mạng:
• NMT (Nordic Mobile Telephone): Nga và Đông Âu.
• AMPS (Advanced Mobile Phone System): Mỹ.
• TACS (Total Access Communications System): Anh.
• ETACS (Enhanced Total Access Communications System): Châu Âu.
1.2 Thế hệ thứ hai (2G)
Đặc điểm:
Các hệ thống mạng thuộc thế hệ 2G được triển khai từ năm 1990, ngày nay
vẫn còn tồn tại và ứng dụng phổ biến. Là một mạng thông tin số băng hẹp sử
dụng phương pháp chuyển mạch - mạch là chủ yếu. Đa truy cập theo thời gian
TDMA kết hợp tần số FDMA hoặc đa truy nhập kiểu mã CDMA kết hợp tần số
FDMA.
Các hệ thống mạng:
• GSM (Global System Mobile).
Ra đời năm 1988 GSM là chuẩn phổ biến nhất cho thông tin di động Tế
bào, trên 2 tỉ người trên thế giới sử dụng các loại hình dịch vụ của chuẩn này, và
nó phủ sóng ở trên 200 quốc gia trên toàn thế giới. Chuẩn này cho phép roaming
toàn cầu với các mạng cùng chuẩn mang lại tiện ích rất lớn cho người sử dụng,
Nguyễn Thị Linh MSSV: 506102021
Đồ án tốt nghiệp

họ có thể mang máy tới bất kỳ nơi đâu chỉ cần các nhà điều hành mạng kết nối
mạng lưới sử dụng của họ với nhau.
Sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập theo thời gian TDMA và
theo tần số FDMA nhờ đó tại một thời điểm có thể có 8 thuê bao cùng sử dụng
chung một kênh toàn tốc (Full Rate) 13Kbps và 16 thuê bao cùng dùng chung
một kênh bán tốc (Haft Rate) 6Kbps.
Điện thoại GSM sử dụng SIM - CARD do nhà điều hành cấp, SIM như
một máy tính nhỏ lưu trữ danh bạ và các thông tin từ nhà điều hành mạng, thuê
bao có thể liên kết với mạng nhờ thẻ SIM này.
GSM khai thác băng tần 900MHz và 1800MHz, một số ít nơi khai thác
băng tần 850MHz và 1900MHz như Mỹ và Canada do băng 900MHz và
1800MHz đã bị khai thác hết. Công suất của MS tối đa với GSM900 là 2.5W,
đối với GSM1800 là 1W.
Bán kính phủ sóng của GSM phụ thuộc vào độ cao, tăng ích của ăng-ten
và điều kiện truyền sóng. Bán kính tối đa cho vùng phủ sóng của nó là 35Km.
Ở Việt Nam hiện có 3 nhà điều hành mạng khai thác băng tần GSM900:
Viettel, Vinaphone, MobiPhone. Riêng có MobiPhone, Viettel đang triển khai
và khai thác băng tần GSM1800.
• IS95 (CDMA ONE):
IS95 là mạng tế bào số đầu tiên sử dụng phương pháp đa truy nhập kiểu
CDMA nên còn được gọi là CDMA ONE do Qualcom đề suất và được triển
khai đầu tiên ở Mỹ.
Dung lượng kênh của CDMA là lớn gấp khoảng 6 lần so với dung lượng
kênh của GSM dó đó một số lượng lớn thuê bao có thể được phục vụ bởi số tế
bào ít hơn, nhờ đó mà đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với GSM. Đặc biệt
với hạ tầng và công nghệ của nó dễ dàng để nâng cấp lên chuẩn cao hơn với tốc
độ truyền dữ liệu cao hơn.
Sử dụng đa truy nhập thep phương pháp CDMA (Code Division Multi
Access), trong đó mỗi thuê bao sử dụng mạng sẽ được cung cấp một mã trải phổ
PN (Pseudo Noise). Khác với GSM các thuê bao sử dụng phương pháp đa truy

Nguyễn Thị Linh MSSV: 506102021
Đồ án tốt nghiệp
nhập kiểu CDMA có thể truy nhập mạng cùng một lúc và các thuê bao có thể sử
dụng chung tần số sóng mang trong cùng một tế bào. Các thuê bao chỉ phân biệt
nhau ở mã trải phổ mà nó được cấp.
1.3 Thế hệ 2.5G
Đặc điểm:
Hệ thống mạng 2.5G là một sự chuyển tiếp giữa thế hệ 2G và 3G và thực sự
nó là sản phẩm cải tiến trên nền của hệ thống 2G phát triển lên. Hệ thống hoạt
động dựa trên hình thức chuyển mạch gói nhờ đó nó có ưu điểm là tiết kiệm
không gian truyền dẫn và tăng tốc độ truyền dẫn.
Nâng cấp từ 2G lên 2.5G nhanh và dễ hơn so với chuyển trực tiếp lên 3G từ
2G, nó như là một sự chuyển tiếp mềm dẻo không gây ra sự thay đổi một cách
đột biến.
• GPRS (General Packet Radio Service):
GPRS là một hệ thống được nâng cấp lên từ hệ thống GSM. Nó sử dụng
phương thức chuyển mạch gói, người dùng sẽ nhận thông tin dưới dạng gói dữ
liệu, cũng chính vì thế mà giá cước cũng tính theo dung lượng mà người dùng
nhận và gửi, khác với GSM là tính cước dựa trên thời gian đàm thoại của người
sử dụng. Cũng nhờ phương pháp này mà tốc độ truyền dẫn tăng lên và giá thành
sử dụng lại kinh tế hơn. GPRS cho phép cung cấp các dịch vụ kết nối ảo, truyền
số liệu lên đến 171.2Kbps cho mỗi người sử dụng nhờ có thể sử dụng cùng một
lúc nhiều khe thời gian để truyền dẫn. Bên cạnh mục đích nâng cao dung lượng
và chất lượng phục vụ, GPRS còn được xem là bước đệm để tiến lên 3G.
Với việc xây dựng hệ thống GPRS, các nhà khai thác đã xây dựng một cấu
trúc mạng lõi dựa trên IP (Internet Protocol) để hỗ trợ cho các ứng dụng về số
liệu, cũng như tạo ra môi trường để thử nghiệm và khai thác các dịch vụ tích hợp
giữa thoại và số liệu của thế hệ 3G sau này.
Trong hệ thống tập trung hỗ trợ cho dịch vụ thoại là chủ yếu như GSM thì
mục đích chính của GPRS là cung cấp các tiện ích truy nhập mạng sử dụng

chuẩn TCP/IP.
Nguyễn Thị Linh MSSV: 506102021
Đồ án tốt nghiệp
• EDGE (Data rates for GSM Evolution):
EDGE hay còn gọi là E-GPRS, có thể coi là một sản phẩm cải tiến của
GPRS .Cũng giống như GPRS, EDGE là một sản phẩm được nghiên cứu và
triển khai trên nền GSM để tiến lên 3G. Sử dụng dịch vụ chuyển mạch gói với
tốc độ cao gấp 3 lần so với GPRS nhờ đó mà EDGE có thể cung cấp các dịch vụ
truyền số liệu tốc độ cao, ngòai truyền thoại còn có thể truyền Video với chất
lượng tương đối tốt, ngoài ra còn có thể kết nối Internet.
EDGE sử dụng phương thức điều chế, phương thức mã hóa và cơ chế thích
ứng đuờng truyền mới để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa (với MCS-9) gấp
3 lần tốc độ tối đa của GPRS (với CS4). Trong khi GSM, GPRS sử dụng điều
chế GMSK, thì EDGE sử dụng thêm điều chế 8-PSK cho mã hóa tốc độ cao
MCS5-MCS9, bên cạnh GMSK cho mã hóa tốc độ thấp MCS1-MCS4.
Bảng 1.1 Các phương pháp mã hoá trong thông tin di động.
Phương pháp Mã hóa &
Điều chế
Tốc độ
(Kbps)
Kiểu Điều Chế
MCS-1 8.8 GMSK
MCS-2 11.2 GMSK
MCS-3 14.8 GMSK
MCS-4 17.6 GMSK
MCS-5 22.4 8-PSK
MCS-6 29.6 8-PSK
MCS-7 44.8 8-PSK
MCS-8 54.4 8-PSK
MCS-9 59.2 8-PSK

1.4 Thế hệ 3G
Đặc điểm:
Là thế hệ di động số cho phép chuyển mạng bất kỳ cho phép truyền thông
đa phương tiện chất lượng cao. Các hệ thống 3G được xây dựng trên nền chuẩn
CDMA hoặc là CDMA kết hợp với TDMA, có khả năng cung cấp một băng tần
theo yêu cầu do đó có thể hỗ trợ các dịch vụ có những tốc độ khác nhau.
Nguyễn Thị Linh MSSV: 506102021
Đồ án tốt nghiệp
Ở thế hệ thứ 3, các hệ thống có xu hướng tiến đến một chuẩn chung duy
nhất, cung cấp dich vụ truyền với tốc độ 2Mbps. Mặc dù được tính toàn là một
chuẩn chung cho toàn cầu nhưng chi phí để triển khai nó là rất lớn.
Các hệ thống:
• WCDMA (Wideband-CDMA):
Được nghiên cứu và phát triển bởi tập đoàn viễn thông NTT DOCOMO và
sau đó đã được đề xuất lên tổ chức viễn thông quốc tế ITU làm chuẩn cho thế hệ
thứ 3 và được biết đến với một tên khác là IMT-2000.
Phát triển lên trên nền chuẩn CDMA, độ phân cách sóng mang cho các
kênh truyền là 5MHz trong khi của CDMA2000 là 1.25MHz qua đó có thể thấy
dung lượng của WCDMA là rất lớn, do đó nó cho phép hỗ trợ truyền dữ liệu tốc
độ cao, hỗ trợ truyền thoại, hình ảnh và Video chất lượng cao.
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
UMTS là một trong những mạng di động thuộc thế hệ 3G. Nó là sự kết hợp
các công nghệ của thế hệ 3G kết hợp với chuẩn GSM vì thế mà đôi khi người ta
còn gọi UMTS là 3GSM. Hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 2Mbps cho
phép truyền hình ảnh và đa phương tiện chất lượng cao.
1.5 Thế hệ 4G
Đặc điểm:
• Cho phép truyền tải các dữ liệu, âm thanh và hình ảnh với chất lượng cao.
• Yêu cầu về tốc độ là từ 100Mbps đến 1Gbps.
• Có thể roaming từ mạng di động này sang mạng di động khác và từ các

công nghệ không dây khác nhau.
• Mạng lõi hòan toàn ứng dụng trên nền IP, khác với các thế hệ trước là sử
dụng phương thức chuyển mạch gói.
Các công nghệ ứng dụng cho thế hệ 4G:
• OFDM
Một trong những công nghệ chính của mạng 4G là ghép kênh phân chia tần
số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDM là
một dạng của điều chế đa sóng mang, làm việc theo nguyên tắc phân chia dòng
Nguyễn Thị Linh MSSV: 506102021
Đồ án tốt nghiệp
bit truyền tại dải thông B thành nhiều dòng bit song song N với khoảng cách
B/N. Các sóng mang con trực giao N điều chế dòng bit song song, sau đó được
tổng hợp lại trước khi truyền dẫn. Một bộ phát OFDM chấp nhận dữ liệu từ
mạng IP, biến đổi và mã hoá dữ liệu trước khi điều chế. Một bộ IFFT (biến đổi
ngược Fourier nhanh) biến đổi tín hiệu OFDM thành tín hiệu tương tự IF và
được gửi tới bộ thu RF. Mạch thu khôi phục lại dữ liệu bằng cách đảo chiều chu
trình này. Với các sóng mang con trực giao, bộ thu có thể tách biệt và xử lý mỗi
sóng mang con mà không có nhiễu từ các sóng mang con khác. Không bị pha-
đinh và trễ đa đường như các công nghệ truyền dẫn khác, OFDM cung cấp liên
kết và chất lượng thông tốt hơn.
• Công nghệ MIMO:
Hệ thống MIMO (Multi Input Multi Output) sử dụng hệ thống ăng-ten dàn
ở cả phần phát và phần thu. Tín hiệu cần gửi được tách ra thành N luồng nhỏ và
được phát đi trên N ăng-ten qua các môi trường có đặc tính pha-đinh khác nhau.
Về lý thuyết thì có nghĩa ta đã tăng hiệu suất sử dụng phổ tần lên gấp N lần và tỉ
lệ lỗi bit cho ảnh hưởng của pha-đinh và điều kiện kênh truyền sẽ giảm đi. Khi
truyền qua các kênh không tương quan giữa hệ thống phát và thu, tín hiệu từ
mỗi ăng-ten phát tại vị trí thu có sự khác nhau về tham số không gian. Hệ thống
máy thu có thể sử dụng sự khác biệt này để tách các tín hiệu có cùng tần số được
phát đồng thời từ các ăng-ten khác nhau.

• Công nghệ Wimax:
WiMax di động là một giải pháp vô tuyến băng rộng cho phép hội tụ các
mạng băng rộng cố định và di động thông qua một công nghệ truy nhập vô tuyến
băng rộng diện rộng và kiến trúc mạng mềm dẻo. Giao diện không gian WiMax
di động thông qua công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao
(OFDMA) để cải thiện hiệu suất đa đường trong môi trường tầm nhìn không
thẳng NLOS. OFDMA theo tỷ lệ (SOFDMA) được giới thiệu trong bổ sung
IEEE 802.16e để hỗ trợ các băng tần kênh truyền theo tỷ lệ từ 1.25 đến 20MHz.
Nhóm kỹ thuật di dộng (Mobile Technical Group) trong diễn đàn WiMax đang
phát triển các tham số hệ thống cho WiMax di động qua đó xác định các đặc
Nguyễn Thị Linh MSSV: 506102021