Bài giảng công nghệ vô tuyến băng rộng

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG

Đặng Thế Ngọc, Nguyễn Viết Đảm

IT

Phạm Thị Thúy Hiền, Nguyễn Viết Minh

PT

BÀI GIẢNG

CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN BĂNG RỘNG
(Lƣu hành nội bộ)

Hà nội, 12/2017


LỜI NÓI ĐẦU
Việc sử dụng sáng tạo và hiệu quả các công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)
ngày càng trở nên quan trọng trong việc cải thiện nền kinh tế trên thế giới. Mạng
truyền thông không dây là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong chiến lƣợc
ICT tồn cầu và là nền tảng cho nhiều ngành cơng nghiệp khác. Đây là một trong
những lĩnh vực phát triển nhanh nhất và năng động nhất trên thế giới. Sự thành công
phi thƣờng của truyền thông di động không dây đƣợc phản ánh bởi tốc độ đổi mới
công nghệ nhanh chóng. Từ hệ thống truyền thơng di động thế hệ thứ hai (2G) ra mắt
vào năm 1991 tới hệ thống 3G đƣợc ra mắt lần đầu tiên vào năm 2001, mạng di động
không dây đã chuyển đổi từ hệ thống điện thoại thuần túy sang mạng có thể truyền tải
nội dung đa phƣơng tiện phong phú. Các hệ thống không dây 4G đƣợc thiết kế để đáp
ứng các yêu cầu của (IMT-A) sử dụng IP cho tất cả các dịch vụ [3]. Trong các hệ

thống 4G, giao diện vô tuyến tiên tiến đƣợc sử dụng với OFDM, đa đầu vào đa đầu ra

IT

(MIMO) và các cơng nghệ thích ứng đƣờng truyền. Mạng khơng dây 4G có thể hỗ trợ
tốc độ dữ liệu lên đến 1 Gb/s cho tính di động thấp và lên đến 100 Mb/s cho tính di
động cao.

PT

Tuy nhiên, hàng năm vẫn có một sự gia tăng mạnh mẽ số lƣợng ngƣời sử dụng
đăng ký các hệ thống di động băng thơng rộng. Ngày càng có nhiều ngƣời mong muốn
truy cập Internet nhanh hơn trong khi di chuyển, điện thoại thơng minh hơn, và, nói
chung, truyền thơng với ngƣời khác hoặc truy cập thông tin một cách tức thời. Các
điện thoại thơng minh và máy tính xách tay mạnh mẽ ngày càng trở nên phổ biến hiện
nay, đòi hỏi những khả năng đa phƣơng tiện tiên tiến. Điều này đã dẫn đến sự bùng nổ
của các thiết bị và dịch vụ di động không dây. Khi ngày càng nhiều thiết bị trở nên
không dây, nhiều thách thức nghiên cứu cần đƣợc giải quyết.
Để đáp ứng các yêu cầu của mạng thơng tin vơ tuyến nói chung và mạng di động
nói riêng trong tƣơng lai, cần có sự thay đổi mạnh mẽ trong thiết kế kiến trúc mạng
cũng nhƣ các cơng nghệ xử lý và truyền dẫn tín hiệu băng rộng. Bài giảng “Các công
nghệ vô tuyến băng rộng” sẽ cung cấp cấp cho sinh viên các kiến thức về một số
công nghệ vô tuyến băng rộng hứa hẹn ứng dụng trong các hệ thống thông tin di động
thế hệ sau nhƣ: thông tin vô tuyến chuyển tiếp và hợp tác; công nghệ vô tuyến khả tri;
hệ thống thông tin di động thế hệ sau; thông tin quang không dây; và hệ thống thông
tin di động băng siêu rộng.

i

Đây là môn học dành cho sinh viên năm cuối chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử Truyền thông tại Học viện Cơng nghệ Bƣu chính Viễn thơng. Bài giảng có cấu trúc 07
chƣơng. Chƣơng 1 củng cố lại các kiến thức cơ bản cho sinh viên về các kỹ thuật xử lý
tín hiệu và thu phát vơ tuyến. Chƣơng 2 trình bày một số giải pháp cải thiện hiệu năng
hệ thống thơng tin vơ tuyến nhƣ MIMO thích ứng và MIMO kết hợp OFDM. Chƣơng
3 trình bày về hệ thống thông tin vô tuyến chuyển tiếp và hợp tác. Công nghệ truyền
dẫn băng siêu rộng là nội dung chính của Chƣơng 4. Chƣơng 5 đề cập đến công nghệ
vô tuyến khả tri. Chƣơng 6 trình bày về các hệ thống thông tin di động thế hệ sau bao
gồm 5G, WiMAX và WIFI. Cuối cùng, nội dung Chƣơng 7 sẽ đề cập tới công nghệ
truyền thông quang không dây.

PT

IT

Hà Nội ngày 22 tháng 12 năm 2017

ii


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................i
MỤC LỤC ........................................................................................................................i
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................xx
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... xxvii
CHƢƠNG 1. CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ THU PHÁT VƠ TUYẾN .....1
1.1 Mơ hình hệ thống thơng tin vơ tuyến ....................................................................1
1.1.1. Phía phát .........................................................................................................1
1.1.2. Phía thu ...........................................................................................................2
1.1.3. Giao diện mơi trƣờng truyền dẫn. ..................................................................3

IT

1.2. Mã hóa kênh ..........................................................................................................3
1.2.1. Khái qt về mã hóa kênh kiểm sốt lỗi. ........................................................3
1.2.2. Các ngun tắc mã hóa kênh kiểm sốt lỗi ....................................................5

PT

1.3. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế ........................................................................7
1.4. Kỹ thuật đa truy nhập ............................................................................................9
1.5 Kỹ thuật phân tập khơng gian ..............................................................................13
1.6. Ƣớc tính kênh và cân bằng kênh .........................................................................16
1.6.1. Giới thiệu các bộ cân băng kênh điển hình...................................................17
1.6.2. Bộ cân bằng cƣỡng bức không, ZF...............................................................18
1.6.3. Bộ cân bằng sai lỗi bình phƣơng trung bình tuyến tính ...............................20
1.6.4. Tính tốn các hệ số bộ cân bằng tuyến tính ..................................................21
1.6.5. Bộ cân bằng phản hồi quyết định, DFE ........................................................24
1.6.6. Tổn thất tỷ số tín hiệu trên tạp âm của DFE .................................................26
1.7. Tổng kết chƣơng 1 ..............................................................................................27
Câu hỏi chƣơng 1 .......................................................................................................27
Tài liệu tham khảo chƣơng 1......................................................................................29
i


CHƢƠNG 2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG THƠNG
TIN VƠ TUYẾN ...........................................................................................................30
2.1 Mở đầu .................................................................................................................30
2.2. Mơ hình lập biểu và thích ứng đƣờng truyền ......................................................32
2.2.1. Tài nguyên và thích ứng ...............................................................................32

2.2.2. Tài nguyên và chiến lƣợc ấn định tài nguyên ...............................................33
2.2.3. Thích ứng đƣờng truyền ...............................................................................43
2.3. Điều chế mã hóa kênh thích ứng .........................................................................50
2.3.1 Điều chế thích ứng .........................................................................................50
2.3.2. Điều chế thích ứng mã hóa khối Turbo tỷ lệ mã khả biến............................52
2.3.3. Kỹ thuật điều chế mã hóa thích ứng AMC ...................................................60

IT

2.4 Hệ thống MIMO thích ứng ..................................................................................61
2.4.1. Hệ thống MIMO với lựa chọn anten thích ứng ............................................61
2.4.2. Hệ thống MIMO thích ứng trong 4G-LTE ...................................................72

PT

2.5. Kết hợp kỹ thuật MIMO và kĩ thuật OFDM .......................................................72
2.5.1. Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM.................................................................72
2.5.2. Ƣớc tính kênh MIMO-OFDM ......................................................................75
2.6. Tổng kết chƣơng 2 ..............................................................................................79
Câu hỏi chƣơng 2 .......................................................................................................79
Tài liệu tham khảo chƣơng 2......................................................................................80
CHƢƠNG 3. THÔNG TIN VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP VÀ HỢP TÁC ..................82
3.1. Mở đầu ................................................................................................................82
3.2. Tổng quan về vơ tuyến hợp tác ...........................................................................83
3.3. Phƣơng thức truyền tín hiệu trong hợp tác hai ngƣời dùng ................................87
3.3.1. Khuếch đại và chuyển tiếp ............................................................................88
3.3.2. Giải mã và chuyển tiếp .................................................................................89
3.3.3. Mã hóa hợp tác .............................................................................................91
3.3.4. Kỹ thuật nén và chuyển tiếp .........................................................................91
ii

3.4. Định tuyến và phân bổ tài nguyên trong mạng đa chặng ....................................92
3.4.1 Cơ sở toán học ...............................................................................................93
3.4.2 Mục tiêu và phân loại các giao thức định tuyến ............................................94
3.4.3 Định tuyến nguồn ..........................................................................................94
3.4.4 Định tuyến dựa trên trạng thái liên kết ..........................................................96
3.4.5 Định tuyến véc-tơ khoảng cách .....................................................................97
3.4.6. Định tuyến theo địa lý...................................................................................98
3.4.7. Định tuyến theo phân cấp .............................................................................99
3.4.8. Ảnh hƣởng của tính di động của nút.............................................................99
3.4.9. Định tuyến điều khiển bởi dữ liệu ..............................................................101
3.4.10. Chiến lƣợc phân bổ công suất...................................................................102

IT

3.5. Định tuyến và phân bổ tài nguyên trong mạng hợp tác ....................................102
3.5.1 Định tuyến kết nối rời rạc và định tuyến đƣờng bất kỳ ...............................103
22.5.2 Định tuyến với tích lũy năng lƣợng ...........................................................104

PT

3.5. Tổng kết chƣơng 3 ............................................................................................105
Câu hỏi chƣơng 3 .....................................................................................................105
Tài liệu tham khảo chƣơng 3....................................................................................106
CHƢƠNG 4. HỆ THỐNG THÔNG TIN BĂNG SIÊU RỘNG .................................107
4.1 Mở đầu ...............................................................................................................107
4.2. Khái niệm vô tuyến băng siêu rộng UWB ........................................................108
4.2.1 Độ rộng băng tần phân đoạn ........................................................................108
4.2.2 Tín hiệu UWB ..............................................................................................112

4.2.3 Đặc điểm của tín hiệu và hệ thống UWB ....................................................112
4.3. Tạo tín hiệu UWB .............................................................................................117
4.3.2 Tạo tín hiệu UWB nhảy thời gian: TH-UWB .............................................123
4.3.3 Tạo tín hiệu UWB chuỗi trực tiếp DS-UWB ..............................................126
4.3.4 Tạo tín hiệu UWB đa băng tần: MB-UWB .................................................128

iii


4.4. Kênh truyền UWB.............................................................................................131
4.4.1 Đặc tính hóa kênh UWB ..............................................................................131
4.4.2 Mơ hình kênh UWB đa đƣờng theo IEEE 802.15.3a ..................................133
4.4.3 Mơ hình kênh UWB đa đƣờng theo IEEE 802.15.4a ..................................139
4.5. Máy thu trong hệ thống UWB..........................................................................147
4.5.1 Thu và xử lý tín hiệu trong mơi trƣờng kênh AWGN .................................149
4.5.2 Máy thu tín hiệu PPM nhị phân trực giao....................................................152
5.5.3 Máy thu tín hiệu PPM nhị phân khơng trực giao.........................................155
4.5.4 Máy thu tín hiệu M-PPM trực giao..............................................................157
4.6. Tổng kết chƣơng 4 ...........................................................................................159
Câu hỏi chƣơng 4 .....................................................................................................159

IT

Tài liệu tham khảo chƣơng 4....................................................................................160
CHƢƠNG 5. CÔNG NGHỆ VƠ TUYẾN KHẢ TRI .................................................162
5.1 Giới thiệu về vơ tuyến khả tri ............................................................................162

PT

5.2. Kiến trúc hệ thống vô tuyến khả tri...................................................................163

5.3. Đặc điểm của vô tuyến khả tri ..........................................................................164
5.4. Cảm nhận phổ tần..............................................................................................166
5.4.1. Vấn đề đầu cuối ẩn .....................................................................................168
5.4.2. Cảm nhận phổ dựa vào phát hiện năng lƣợng ............................................168
5.4.3. Cảm nhận phổ dựa vào đặc tính phát hiện dừng tuần hồn ........................170
5.4.4. Cảm nhận phổ dựa vào lọc hịa hợp ...........................................................174
5.5.5. Cảm nhận phổ tần trong vô tuyến UWB đa băng MB-OFDM ...................175
5.5.6. Cộng tác cảm nhận phổ tần .........................................................................176
5.6. Quản lý phổ tần .................................................................................................179
5.7. Chia sẻ phổ tần ..................................................................................................180
5.8. Tổng kết chƣơng 5 ............................................................................................181
Câu hỏi chƣơng 5 .....................................................................................................181

iv


Tài liệu tham khảo chƣơng 5....................................................................................182
CHƢƠNG 6. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ SAU ..........................185
6.1. Giới thiệu...........................................................................................................185
6.2. Hệ thống thông tin di động 4G LTE-Advanced................................................185
6.2.1. IMT-Advanced ...........................................................................................185
6.2.2. Tổng quan LTE-Advanced .........................................................................187
6.2.3. Công nghệ vô tuyến của LTE-Adv .............................................................189
6.3. Hệ thống thông tin di động 5G..........................................................................207
6.3.1. Tổng quan 5G .............................................................................................207
6.3.2. Kiến trúc mạng 5G......................................................................................210
6.3.3. Vô tuyến mới 5G (NR) ...............................................................................213

IT

6.3.4. Các công nghệ then chốt cho 5G ................................................................215
6.4. Hệ thống WIMAX/WIFI thế hệ sau ..................................................................226
6.4.1. WiMAX thế hệ sau .....................................................................................226

PT

6.4.2. WiFi thế hệ sau ...........................................................................................228
6.5. Mạng không đồng nhất HetNet .........................................................................231
6.5.1. Cơ bản về HetNet .......................................................................................231
6.5.2. Các đặc tính thiết kế then chốt ....................................................................232
6.5.3. Hiệu năng HetNets ......................................................................................237
6.6. Kết luận chƣơng ................................................................................................239
Câu hỏi chƣơng 6 .....................................................................................................239
Tài liệu tham khảo chƣơng 6....................................................................................241
CHƢƠNG 7 .................................................................................................................243
THÔNG TIN QUANG KHÔNG DÂY .......................................................................243
7.1. Giới thiệu..........................................................................................................243
7.2. Hệ thống truyền thơng quang khơng dây ngồi trời FSO .................................244
7.2.1 Các ƣu điểm và thách thức của hệ thống FSO.............................................246

v


7.2.2. Các ứng dụng của hệ thống FSO ................................................................249
7.2.3. Các kiến trúc mạng FSO .............................................................................250
7.2.4. Mơ hình hệ thống FSO ...............................................................................252
7.2.4. Mơ hình kênh quang ngồi trời FSO .........................................................257
7.3. Hệ thống truyền thơng quang khơng dây trong nhà ..........................................270
7.3.1 Tính chất của công nghệ VLC .....................................................................271
7.3.2. Ứng dụng của công nghệ VLC ...................................................................272

7.3.3. So sánh VLC với công nghệ truyền thơng vơ tuyến hiện nay ....................274
7.3.4. Mơ hình kênh quang không dây trong nhà .................................................276
7.3.5. Hiệu năng hệ thống VLC trong nhà ............................................................290
7.4. Tổng kết chƣơng 7 ............................................................................................301

IT

Câu hỏi chƣơng 7 .....................................................................................................301

PT

Tài liệu tham khảo chƣơng 7....................................................................................302

vi


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A
AAS

Adaptive Atenna System

Hệ thống anten thích ứng

ACK

Acknowledge

Cơng nhận

AES

Advanced Encryption Standard

Chuẩn mật mã tiên tiến

AF

Assured Fowarding

Chuyển có đảm bảo

AG

Absolute Grant

Cho phép tuyệt đối

AK

Authentication Key

Khóa nhận thực

AKA

Authentication

AMC

Adaptive

A-MIMO

AMS

Modulation

PT

Codding

Key Thỏa thuận nhận thực và khóa

IT

Agreement

and

and Điều chế và mã hố thích ứng

Adaptive Multiple Input Multiple Đa đầu vào đa đầu ra thích
Output
ứng
Adaptive MIMO Switching

Chuyển mạch MIMO thích
ứng

AoA

Angle of Arrival

Góc tới

ARQ

Automatic Repeat reQuest

Yêu cầu phát lặp tự động

API

Application
Interface

ASN

Access Services Network

Mạng dịch vụ truy nhập

ASN-GW

ASN- Gateway

Cổng ASN

ASP

Application Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ

Programming Giao diện lập trình ứng dụng

vii


ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

AOR

Athlantic Ocean Region

Vùng Đại Tây Dƣơng

Apogee

Cực viễn

Additive White Gaussian Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

BER

Bit Error Rate

Tỷ lệ lỗi bit

BPSK

Binary PSK

Khóa chuyển pga nhị phân

AWGN
B

Best Effort

BGCF

Breakout

BER
BLER

BRAN

BRS

Nỗ lực nhất

Gateway

Control Chức năng điều khiển cổng

PT

BE

IT

(hai trạng thái)

Function

nối xuyên

Bit Error Rate

Tỷ số lỗi bit

Block Error Rate

Tỷ số lỗi khối

Broadband

Radio

Access Mạng truy nhập vô tuyến băng

Network

rộng

Broadband Radio Services

Các dịch vụ vô tuyến băng
rộng

BS

Base Station

Trạm gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiền trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

C

viii


CBR

Constant Bit Rate

Tốc độ bit không đổi

CC

Convolutional Code

Mã xoắn

CCI

Co-Channel Interference

Nhiễu đồng kênh

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo
mã

CHAP

Challenge

Hanshake Giao thức nhận thực bắt tay hô

Authentication Protocol

lệnh

CID

Connection Identity

Nhận dạng kết nối

CINR

Carrier to Interference +Noise Tỉ số sóng mang trên nhiễu
Ratio
cộng tạp âm

CMAC

Cipher-based

IT

Authentication Code

mật mã

Correspondent Node

Nút đối tác

PT

CN

Message Mã nhận thực bản tin dựa trên

Care of Address

Chăm sóc địa chỉ

Common Open Policy Service

Dịch vụ chính sách chung mở

Cyclic Prefix

Tiền tố chu trình

CQI

Channel Quality Indicator

Chỉ thị chất lƣợng kênh

CQICH

Channel

CoA
COPS
CP

Quality

Information Kênh thơng tin trạng thái kênh

Channel
CS

Convergence Sublayer

Lớp con hội tụ

CSCF

Call Session Control Function

Chức năng điều khiển phiên

CSI

Channel State Information

Thông tin trạng thái kênh

CSN

Connectivity Service Network

Mạng dịch vụ kết nối

ix


CSTD

Cyclic Shift Transmit Diversity

Phân tập phát dịch tuần hoàn

CTC

Convolutional Turbo Code

Mã turbo xoắn

Direct Broadcast Satellite

Vệ tinh quảng bá trực tiếp

Descening Node

Điểm xuống

DOMSAT

Domestic Satellite

Vệ tinh nội địa

DTH

Direct to Home

TV trực tiếp đến nhà

DC

Direct Current

Dịng một chiều

DCD

Downlink Channel Descritor

Mơ tả kênh đƣờng xuống

DES

Data Encription Standard

Chuẩn mật mã số liệu

DFT

Discrete Fourier Transform

Chuyển đổi Fourier rời rạc

DHCP

Dynamic

Host

Configuration Giao thức lập cấu hình máy

PT

DBS

IT

D

Protocol

động

Differentiated Services

Các dịch vụ đƣợc phân loại

Downlink

Đƣờng xuống

DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DoA

Direction of Arrival

Phƣơng tới

DOCSIS

Data

DiffServ
DL

Over

Cable

Service Đặc tả giao diện dịch vụ dữ

Interface Specification

liệu qua cáp

DSL

Digital Subcriber Line

Đƣờng thuê bao số

DSTTP

Double Space Time Transmit Phân tập không gian thời gian
Diversity
kép

DVB

Digital Video Broadcast

Quảng bá video số
x


E
EAP

Extensible

Authentication Giao thức nhận thực khả

Protocol

mở rộng

EF

Expedited Fowarding

: Chuyển nhanh

EGC

Equal Gain Combining

Kết hợp độ lợi bằng nhau

EIRP

Equivalent

Isotropic

Radiated Công suất bức xạ đẳng hƣớng

Power

tƣơng đƣơng

EP

Enforcement Point

Điểm thực thi (áp đặt)

ErtPS

Extended
Service

ES

Earth Station

ERT-VR

Extended Real Time Variable Dịch vụ tốc độ khả biến thời
Rate Service
gian thực mở rộng

Real

Time

Packet Dịch vụ gói thời gian thực mở
rộng

PT

IT

Trạm mặt đất

Encapsulating Security Payload

Đóng bao tải in an ninh

Ethernet- Convergence Sublayer

Lớp con hội tụ Ethernet

FBSS

Fast Base Station Switching

Chuyển mạch trạm gốc nhanh

FCH

Frame Control Header

Tiêu đề điều khiển khung

FDD

Frequency Division Duplex

Ghép song công phân chia

ESP
ETH-CS
F

theo tần số
FDMA

Frequency

Division

Access
FDM/FM

Multiple Đa truy nhập phân chia theo
tần số

Frequency Division Multiplex/ Ghép kênh theo tần số/ Điều
Frequency Modulation

tần

xi


FEC

Forward Error Corection

Hiệu chỉnh lỗi trƣớc

FEC

Forward Equivalence Class

Loại tƣơng đƣơng để chuyển
tiếp

FER

Frame Error Rate

Tỷ số lỗi khung

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

FHDC

Frequency

Hopping

Diversity Mã phân tập nhẩy tần

Code

FIFPS

Federal Information Processing Tiêu chuẩn xử lý thông tin liên
bang

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức khởi đầu phiên

FUSC

Fully Used Sub-Channel

Kênh con sử dụng toàn bộ

Group Key Encryption Key

Khóa mật mã của khóa nhóm

Generic MAC Header

Tiêu đề MAC chung

Geostationary Earth Orbit

Quỹ đạo địa tĩnh

GSO

Geostationary Orbit

Quỹ đạo địa tĩnh

GRE

Generic Routing Encapsulation

Đóng bao định tuyến chung

GTEK

Group Traffic Encryption Key

Khóa mật mã lƣu lƣợng nhóm

IT

Standard

GKEK
GMH
GEO

PT

G

H

HARQ

Hybrid
reQuest

Automatic

Repeat Yêu cầu phát lại tự động ai
ghép

xii


HiperMAN

High Performance Metropolitan Mạng vùng đô thị hiệu năng
Area Network

HMAC

Hash-based

cao
Message Mã nhận thực bản tin dựa trên

Authenthication Code

làm rối

HO

Hand-off

Chuyển giao

HTTP

Hyper Text Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn bản

HEO

Highly Elliptical Orbit

Quỹ đạo elip cao

HPA

High Power Amplifier

Bộ khuyếch đại công suất

IE

Information Element

Phần tử thông tin

IETF

Internet Engineering Task Force

Lực lƣợng đặc trách kĩ thuật
Internet

PT

IT

I

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh ngƣợc

Integrated Services

Các dịch vụ tích hợp

Incremental Redundancy

Tích luỹ tăng dần

IP-CS

IP-Covergence Sublayer

Lớp con hội tụ IP

ISI

Inter-Symbol Interference

Nhiễu giữa các ký hiệu

INMARSAT

International Maritime Satellite Tổ chức vệ tinh hàng hải quốc

IFFT
IntServ
IR

INTELSAT

Organisation

tế

International

Tổ chức vệ tinh quốc tế thông

Telecommunications

Satellite tin

Organization
IOR

Indian Ocean Region

Miền Ấn Độ Dƣơng

xiii


K
KEK

Key Encryption Key

Khóa mật mã khóa

LDPC

Low-Density-Parity-Check

Kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

ZF

Zero Forcing

Ép buộc về không

LOS

Line of Sight

Trực xạ (Tầm nhìn thẳng)

LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ

Media Access Control

Điều khiển truy nhập môi

L

M
MAC

IT

trƣờng
Multiple Access Interference

Nhiễu đa truy nhập

MAN

Metropolitan Area Network

Mạng vùng đô thị

PT

MAI

Multicast and Broadcast Service

Dịch vụ đa phƣơng và quảng
bá

Message Digest-5

Tóm tắt bản tin 5

MDHO

Macro Diversity Hand Over

Chuyển giao phân tập vĩ mô

MIMO

Multiple Input Multiple Output

Đa đầu vào đa đầu ra

MIP

Mobile Internet Protocol

Giao thức internet di động

MMS

Multimedia Message Service

Dịch vụ bản tin đa phƣơng
tiện

MMSE

Minimum Mean Square Error

Sai lỗi trung bình bình phƣơng
cực tiểu

MPLS

Multi-Protocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao

MBS

MD-5

xiv


thức

MS

Mobile Station

Trạm di động

MATV

Master Antennas TV

TV anten chủ

MEO

Medium Earth Orbit

Quỹ đạo vệ tinh tầm trung

NACK

Not Acknowledge

Không công nhận nhận

NAP

Network Access Provider

Nhà cung cấp truy nhập mạng

NLOS

Non Line of Sight

Không trực xạ (Tầm nhìn

N

khơng thẳng)
Network Reference Model

nrtPS

Non-Real-Time Polling Service

Dịch vụ tham dò phi thời gian
thực

NSP

Network Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ mạng

PT

NASA

National Aeronautic and Space Cơ quan quản lý vũ trụ và
Administration

NGSO

Mơ hình tham khảo mạng

IT

NRM

hàng khơng quốc gia

Non-Geostationary Satellite Orbit Quỹ đạo vệ tinh không phải
địa tĩnh

O
OFDM

Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần
Multiplex

OFDMA

OSA

số trực giao

Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo
Multiplex Access

tần số trực giao

Open Service Architecture

Kiến trúc dịch vụ mở

P
xv


PDU

Protocol Data Unit

PEAP

Protected

Đơn vị số liệu giao thức
Entensible Giao thức nhận thực khả mở

Authentication Protocol

rộng đƣợc bảo vệ

PER

Packet Error Rate

Tỷ lệ độ lỗi gói

PKMv2

Privacy

PUSC

Key

Management Quản lý khóa bí mật phiên bản

Version 2

2

Partially Used Sub-Channel

Kênh con sử dụng một phần

Q
Amplitude Điều chế biên độ vng góc

Quadrature
Modulation

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khố dịch pha vng góc

RG
RTG

rtPS

PT

R

IT

QAM

Relative Grant

Receiver/Transmit

Cho phép tƣơng đối

Transition Khoảng trống để chuyển thu

Gap

sang phát

Real-time Polling Service

Dịch vụ thăm dò thời gian
thực

RVSP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dành trƣớc tài
nguyên

RTT

Round Trip Time

Thời gian truyền vòng

SA

Security Association

Liên kết an ninh

SDMA

Space Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo

S

xvi


không gian
Service Data Unit

Đơn vị số liệu dịch vụ

SF

Spreading Factor

Hệ số trải phổ

SFID

Service Flow Identity

Nhận dạng luồng dịch vụ

SFN

Single Frequency Network

Mạng tần số đơn

SGSN

Serving GPRS Support Node

Node hỗ trợ dịch vụ GPRS

SHA

Secured Hash Standard

Chuẩn làm rối an ninh

SHO

Soft Hand-Off

Chuyển giao mềm

SIM

Subscriber Indentify Module

Phần nhận dạng thuê bao

SIMO

Single Input Multiple Output

Một đầu vào nhiều đầu ra

SNIR

Signal

SLA

Noise+Interference Tỉ số tín hiệu trên nhiễu+tạp

PT

Ratio

to

IT

SDU

âm

Service Level Agreement

Thảo thuận mức dịch vụ

Spatial Multiplexing

Ghép kênh không gian

Short Message Service

Dịch vụ bản tin ngắn

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

S-OFDMA

Scalable Orthogonal Frequency Đa truy nhập phân chia theo
Division Multiplex Access
tần số trực giao khả định cỡ

SS

Subscriber Station

Trạm th bao

STC

SpaceTime Coding

Mã hố thời gian khơng gian

SCPC

Single Channel per Carrier

Một kênh trên một sóng mang

SM
SMS

T

xvii


TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia
theo thời gian

TEK

Traffic Encription Key

Khoá mật mã lƣu lƣợng

TLS

Transport Layer Security

An ninh lớp truyền tải

TTG

Transmit/receive Transition Gap

Khoảng trổng chuyển

phát

sang thu
TTLS

Tunneled

Transport

Layer An ninh lớp truyền tải đƣợc
truyền trong tunnel

TTI

Transmission Time Interval

Khoảng thời gian truyền dẫn

TU

Typical Urban

Thành phố điển hình

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo

IT

Security

thời gian

Telemetry,

Tracking

PT

TT&C

and Đo từ xa, bám và điều khiển

Command

Travelling Wave Tube Amplifier

Bộ khuếch đại đèn sóng chạy

TV Receiver Only

Máy chỉ thu TV vệ tinh

UE

User Equipment

Thiết bị ngƣời sử dụng

UGS

Unsolicited Grant Service

Dịch vụ cho phép không khẩn

TWTA

TVRO
U

nài
UL

Uplink

UMTS

Universal

Đƣờng lên
Mobile

Telephone Hệ thống viễn thông di động

xviii


System

toàn cầu

Voice over Internet Protocol

Thoại qua giao thức IP

V
VoIP
W
WiFi

Wireless Fideliry

WAP

Wireless Application Protocol

Giao thức ứng dụng không
dây
Không dây băng rộng

WiBro

Wireless Broadband

WiMAX

Worldwide Interoperability for Khả năng tƣơng hợp toàn cầu
đối với truy nhập vi ba

PT

IT

Microwave Access

xix


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ khối chung của một hệ thống thơng tin vơ tuyến. .................................1
Hình 1.2. Mơ hình đơn giản của hệ thống truyền dẫn số. a) Mã hóa và điều chế kênh
riêng biệt; b) Mã hóa kênh và điều chế kết hợp. .............................................................4
Hình 1.3. Sơ đồ khối của máy phát sử dụng mã hóa kênh ..............................................5
Hình 1.4. Từ mã ba bit ở không gian ba chiều ................................................................5
Hình 1.5. Các dạng sóng điều chế: a) Khóa chuyển biên độ (ASK); b) Khóa chuyển
pha (PSK); c) Khóa chuyển tần số (FSK). ......................................................................7
Hình 1.6. Các hệ thống đa truy nhập: a) các đầu cuối mặt đất và bộ phát đáp, b) các
trạm di động và các trạm gốc. ........................................................................................9
Hình 1.7. Nguyên lý đa truy nhập: a) Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA); b)

IT

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA); c) Đa truy nhập phân cha theo mã

(CDMA).........................................................................................................................11
Hình 1.8. Kết hợp ba dạng đa truy nhập cơ sở thành các dạng đa truy nhập lai ghép ..12

PT

Hình 1.9. Q trình phát triển cơng nghệ đa anten từ thông tin đơn anten (SISO:
Single-Input Single- Output) đến MU-MIMO và MU-MIMO đa ơ tƣơng lai. .............14
Hình 1.10. Ƣớc tính kênh và cân bằng kênh trong hệ thống AQAM băng rộng ..........16
Hình 1.11. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn ...........................................................................18
Hình 1.12. Sơ đồ bộ cân bằng sai lỗi bình phƣơng trung bình cực tiểu tuyến tính. rk và
Ck ký hiệu cho tín hiệu thu và các hệ số của bộ cân bằng .............................................20
Hình 1.13. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn mô tả bộ lọc thuận và phản hồi của DFE trong
đó C(f) và B(f) là các hàm truyền đạt của các bộ lọc này. ............................................25
Hình 1.14. Cấu trúc DFE. Trong đó rk và sˆ k ký hiệu cho tín hiệu thu và ký hiệu sau tác
sóng. Cm và bq ký hiệu cho hệ số rẽ nhánh của các bộ lọc thuận và phản hồi. .............26
Hình 2.1. Quan hệ giữa lập biểu nhạy cảm kênh, thích ứng đƣờng truyền và HARQ..31
Hình 2.2. Minh họa ý tƣởng về quá trình xây dựng kỹ thuật thích ứng ........................33
Hình 2.3. Tổng quan bộ lập biểu tài nguyên băng rộng ................................................34
Hình 2.4. Lập biểu phụ thuộc kênh ...............................................................................38
xx


Hình 2.5. Thí dụ về ba hành vi lập biểu khác nhau: (a) max-C/I, (b) quay vịng, (c)
cơng bằng tỷ lệ. Ngƣời sử dụng đƣợc chọn đƣợc thể hiện bằng hình đậm nét .............39
Hình 2.6. (a) Điều khiển cơng suất, (b) Điều khiển tốc độ ...........................................44
Hình 2.7. Sơ đồ khối điều chế và mã hóa thích ứng kết hợp với điều chình cơng suất 46
Hình 2.8. Các sơ đồ thích ứng đƣờng truyền với các mức độ thích ứng miền tần số
khác nhau .......................................................................................................................47
Hình 2.9. Sơ đồ khối hệ thống điều chế thích ứng AQAM. ..........................................51
Hình 2.10. Sơ đồ bộ mã hố Turbo. ..............................................................................52

Hình 2.11. Sơ đồ bộ mã hố RSC..................................................................................53
Hình 2.12. Sơ đồ bộ giải mã Turbo. ..............................................................................54
Hình 2.13. Sơ đồ khối của một hệ thống AMC .............................................................60
Hình 2.14: Hệ thống MIMO có lựa chọn anten.............................................................63

IT

Hình 2.15. Mơ hình hóa hiệu năng thích ứng MIMO trong 4G-LTE: Thích ứng dựa vài
chỉ số hạng ma trận RI và chỉ số ma trận tiền mã hóa PMI...........................................72
Hình 2.16. Mơ hình hệ thống MIMO-OFDM ...............................................................73

PT

Hình 3.1. Sơ đồ kênh chuyển tiếp cơ bản ......................................................................83
Hình 3.2. Mơ hình kênh chuyển tiếp .............................................................................85
Hình 3.3. Phân loại các mơ hình hợp tác .......................................................................87
Hình 3.4. Các giao thức đơn giản của mạng hai ngƣời dùng hợp tác ...........................87
Hình 3.5. Kịch bản của kỹ thuật khuếch đại và chuyển tiếp .........................................88
Hình 3.6. Kịch bản của kỹ thuật giải mã và chuyển tiếp ...............................................90
Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống của kỹ thuật nén và chuyển tiếp ...........................................92
Hình 4.1 Độ rộng băng tần năng lƣợng .......................................................................109
Hình 4.2 Phổ cơng suất của hệ thống UWB và phổ công suất của các hệ thống vơ
tuyến hiện hành điển hình............................................................................................111
Hình 4.3 Minh họa các khả năng, đặc tính, và tính cách của hệ thống UWB .............114
Hình 4.4 Các tới hạn để thiết kế tín hiệu UWB...........................................................118
Hình 4.5 a) Phân bổ băng tần cho các kênh UWB (hình bên trái); b) Quy hoạch băng
tần cho các kênh UWB 500 MHz (hình bên phải) ......................................................119
xxi

Hình 4.6 a) Minh họa khái niệm về hệ thống UWB ở dạng đơn giản; b) Minh họa máy
phát xung tín hiệu UWB ..............................................................................................123
Hình 4.7. Sơ đồ tạo tín hiệu PPM-TH-UWB ..............................................................124
Hình 4.8 Sơ đồ tạo tín hiệu PAM-DS-UWB ...............................................................127
Hình 4.9 Minh họa hệ thống UWB đơn giản sử dụng bộ thu thích hợp .....................148
Hình 4.10 Máy thu xử lý tƣơng quan tín hiệu .............................................................151
Hình 4.11 Máy thu tối ƣu trong mơi trƣờng kênh AWGN..........................................152
Hình 4.12 Máy thu tối ƣu đối với tín hiệu PPM nhị phân trực giao ...........................153
Hình 4.13 Máy thu tối ƣu đối với tín hiệu PPM-TH nhị phân trực giao .....................154
Hình 4.14 Máy thu tối ƣu đối với tín hiệu PPM-TH nhị phân trực giao dùng một bộ
tƣơng quan. ..................................................................................................................154
Hình 4.15 Máy thu tối ƣu đối với tín hiệu M-PPM trực giao với TH .........................158

IT

Hình 5.1. Minh họa việc chiếm dụng phổ. ..................................................................162
Hình 5.2. Khái niệm hố phổ. .......................................................................................162

PT

Hình 5.3. Kiến trúc mạng vơ tuyến khả tri. .................................................................165
Hình 5.4. Chu trình nhận thức .....................................................................................166
Hình 5.5: Minh họa vấn đề đầu cuối ẩn trong đó nút PU bị ẩn khỏi nút CR-1 ...........168
Hình 5.6. Các đƣờng cong ROC bù đối với bộ phát hiện năng lƣợng tại các mức tỷ số
tín hiệu/tạp âm khác nhau. ...........................................................................................171
Hình 5.7. Các đƣờng cong ROC bù đối với bộ phát hiện năng lƣợng tại các giá trị khác
nhau của sản phẩm băng thơng thời gian N. ...............................................................171
Hình 5.8 Mật độ phổ tuần hồn của BPSK tại tỷ số tín hiệu trên tạp âm là -13,3dB khi
N = 50 mẫu lấy trung bình trên M = 40, với tần số trung tâm fc = 20 MHz và rốc độ ký
hiệu là Rb = 5Mbps. .....................................................................................................174

Hình 5.9. Cảm nhận phổ dựa trên bộ lọc tƣơng ứng và phát hiện ngƣời dùng sơ cấp.
.....................................................................................................................................175
Hình 5.10. Cảm nhận phổ hợp tác với trạm gốc nhận thức. ........................................177
Hình 5.11. Các đƣờng cong C-ROC của hợp tác cảm nhận phổ với nguyên tắc quyết
định kết hợp dựa trên luật 'OR' tại CBS, khi ρk = ρ = -5dB và Nk = N = 4. ................178
xxii