Câu 1: Trình bày tóm tắc về các kỹ thuật phân định tài nguyên: FD,TD,CD,SD và PD?

Các phương pháp phân định tài nguyên thông tin (CR : Communication Resource)

Ghép kênh: Chia sẻ tài nguyên có tính chất ổn định (tĩnh). Kênh được cấp phát cho người sử dụng từ khi bắt đầu đến khi kết thúc cuộc truyền tin.

Đa truy cập: Chia xẻ tài nguyên có tính chất linh hoạt (động). Kênh vật lý được cấp phát có thể thay đổi trong quá trình trao đổi thông tin, tuy nhiên vẫn bảo đảm kết nối logic.

Phân định:

Theo tần số FD (Frequency Division)

Theo thời gian TD (Time Division)

Theo mã CD (Code Division)

Theo không gian SD (Space Division)

Theo cực tính PD (Pole Division)

Các kỹ thuật ghép kênh: FDM , TDM, CDM, SDM và PDM

Các kỹ thuật đa truy cập: FDMA , TDMA, CDMA, SDMA và PDMA

Câu 2: nguyên lý và kỹ thuật FDM/FDMA?

FDM (Ghép kênh phân chia theo tần số): là kỹ thuật ghép kênh truyến thống đối với thoại và các ứng dụng quảng bá. FDM thực hiện truyền đồng thời các tín hiệu khác nhau qua cùng một kênh băng rộng bằng cách sử dụng các sóng mang tần số khác nhau. Sự trực giao giữa các tín hiệu ở đây chính là trực giao về tần sô. Phổ của các tín hiệu này không bị chồng lên nhau. Do các tín hiệu này lệch tần với nhau nên bằng các bộ lọc bên thu ta có thể tách riêng các tín hiệu ra.

Nguyên lý: 3 bước cơ bản:

- Xác định băng gốc

- Tính các tần số sóng mang điều chế AM

- Thiết kế các bộ lọc thông dải

Trước tiên các tín hiệu khác nhau được điều chế với các sóng mang phụ có tần số khác nhau rồi cộng tất cả các sóng mang phụ đã được điều chế lại tạo thành tín hiệu tổng hợp băng cơ sở. Có thể sau đó tín hiệu tổng hợp này được điều chế với một sóng mang chính hình thành tín hiệu FDM để truyền qua kênh băng rộng. Kiều điều chế dùng trong điều chế sóng mang phụ và điều chế sóng mang chính có thể khác nhau. Tất cả các kiểu điều chế đều có thể dùng được ví dụ như AM,DSB,SSB,PM,PM…

Ở phía đầu thu tín hiệu FDM trước hết được giải điều chế để tạo lại tín hiệu tổng hợp băng cơ sở ssau đó qua các bộ lọc để phân chia các sóng mang phụ ra. Cuối cùng các sóng mang phụ được giải điều chế để tạo lại tín hiệu ban đầu.

Phân cấp trong kỹ thuật FDM:

ở đây 12 tín hiệu thoại tương tự còn được gọi là 112 kênh thoại được ghép kênh phân tần số sử dụng kiểu điều chế SSB tạo thành FDM nhóm cơ bản (basic group) băng thông của tín hiệu FDM nhóm cơ bản là 48 kHz chiếm dải tần số từ 60-108 kHz. Vậy mỗi tín hiệu FDM nhóm cơ bản có thể thay bằng 1 tín hiệu có băng thông rộng 48kHz. Mỗi kênh thoại tương tự có băng thông từ 0.3-3.4 kHz được sắp xếp cho chiểm một dài tần 4kHz. Khoảng tần số dành thêm này được gọi là dải phòng vệ (guard band).

Cấp ghép cao hơn trong hệ thống điện thoại FDM là siêu nhóm (Super group) gép từ 5 tính hiệu FDM nhóm cơ bản, kiểu điều chế là SSB băng thông là 240 kHz bao gồm 60 kênh thoại. tương tự như trên mỗi tín hiệu siêu nhóm có thể xem tương đương với một tín hiệu có băng thông rộng 240 kHz.

Tiếp theo 10 tín hiệu FDM siêu nhóm có thể ghép kênh phân tần số dùng kiểu điều chế SSB để tạo thành  một tín hiệu FDM nhóm chủ (master group) có băng thông là 2.52 MHz chứa 600 kênh thoại.

FDMA (Đa truy cập phân chia theo tần số):  

Nguyên lý của FDMA gồm các phần sau:

- dùng n sóng mang tải tin trong một dải băng của vệ tinh (repeater)

- mỗi sóng mang được dùng cho một trạm mặt đất cố định để phát đến các trạm mặt đất khác

- vệ tinh có nhiệm vụ phát tất cả n sóng mang đến các trạm mặt đất khác.

- trạm mặt đất thu tất cả n sóng mang, giải điều chế cà tách riêng các kênh

Như vậy mỗi trạm mặt đất sẽ gồm một bộ điều chế FM một mạch phát sóng với sóng mang tương ứng trạm đó. Gồm nhiều bộ thu và giải điều chế FM và tách các kênh tin.

Kỹ thật đa truy nhập thứ nhất sử dụng trong thông tin vệ tinh là hệ thống Analog SCPC (single channel per carrier). Hệ thống này được xây dựng cho truyền tín hiệu Analog.

Vệ tinh thông tin gồm 12 transponder, mỗi transponder có băng thông 36MHz

Mỗi kênh dữ liệu 45KHz (chứa 1 kênh thoại số  64 Kbps)

Gồm 794 kênh sử dụng được và 6 kênh cách ly.

Kênh báo hiệu 160 KHz (dùng cho báo hiệu kênh chung CSC 128 Kbps)

Loại thứ 2 của hệ thống MCPC(Multi-Channel Per Carrier) sử dụng trong thông tin vệ tinh thương mại là Digital MCPC nó được sử dụng cho truyền tín hiệu dải nén được mã hóa số.

Trong thæûc tãú, FDMA âæåüc æïng duûng trong caïc hãû thäúng âiãûn thoaûi khäng dáy, hãû thäúng thäng tin vãû tinh...

Vãö màût kãút cáúu, FDMA coï nhæåüc âiãøm laì mäùi soïng mang chè truyãön âæåüc mäüt kãnh læu læåüng, vç váûy nãúu hãû thäúng cáön N kãnh læu læåüng thç phaíi cáön N soïng mang. Âãø tàng hiãûu suáút sæí duûng bàng thäng, coï thãø kãút håüp FDMA våïi gheïp kãnh song cäng theo thåìi gian TDD (Time Division Duplex). Trong hãû thäúng FDMA/ TDD, caí maïy thu vaì phaït sæí duûng chung mäüt soïng mang (chung bàng con) nhæng phán chia theo thåìi gian, nghéa laì thu phaït luán phiãn.

Phæång phaïp FDMA êt nhaûy caím våïi sæû phán taïn thåìi gian do truyãön lan soïng, khäng cáön âäöng bäü thåìi gian vaì êt trãù do khäng cáön xæí lyï tên hiãûu nhiãöu.

Câu 3: Nguyên lý và kỹ thuật TDM/TDMA

TDM: laì kyî thuáût gheïp kãnh cho caí tên hiãûu tæång tæû vaì säú. Tuy nhiãn vãö nguyãn tàõc, tên hiãûu tæång tæû phaíi âæåüc säú hoïa træåïc khi gheïp. Cuîng coï thãø thæûc hiãûn láúy máùu kãút håüp våïi gheïp kãnh TDM nhæ âaî trçnh baìy trong chæång 3. TDM thæûc hiãûn truyãön caïc tên hiãûu khaïc nhau qua cuìng mäüt kãnh bàng räüng våïi cuìng táön säú nhæng vaìo caïc thåìi âiãøm khaïc nhau. Sæû træûc giao giæîa caïc tên hiãûu åí âáy chênh laì træûc giao vãö thåìi gian.

Trong khäúi gheïp kãnh bãn phaït, thåìi gian âæåüc phán thaình caïc khe thåìi gian, áún âënh mäùi khe cho mäüt doìng säú âãún tæì mäüt kãnh khaïc nhau theo caïch xoay voìng. Viãûc taïch kãnh âæåüc thæûc hiãûn bãn thu bàòng caïch chuyãøn maûch tên hiãûu thu vaìo caïc thåìi âiãøm thêch håüp. Khaïc våïi FDM, trong hãû thäúng TDM, yãu cáöu táút caí caïc bäü phaït vaì thu phaíi tuán theo mäüt âäöng häö chung

Âãø minh hoüa cho nguyãn lyï gheïp vaì taïch kãnh TDM, ta xeït vê duû âån giaín laì gheïp TDM cho 3 tên hiãûu tæång tæû x1(t), x2(t) vaì x3(t) , sau âoï truyãön qua hãû thäúng PCM

Bäü láúy máùu kãút håüp våïi gheïp kãnh coï thãø xem nhæ mäüt bäü chuyãøn maûch 3 âáöu vaìo, láön læåüt láúy máùu caïc tên hiãûu tæång tæû trong 3 kãnh. Nhæ váûy âáöu ra cuía bäü láúy máùu chênh laì daîy xung PAM âæåüc láúy máùu láön læåüt tæì ba tên hiãûu tæång tæû vaìo. Táön säú láúy máùu âæåüc xaïc âënh theo âënh lyï láúy máùu nhæ træåìng håüp khäng gheïp kãnh. Goüi táön säú láúy máùu laì fS, chu kyì láúy máùu laì

TS = 1/ fS, khoaíng caïch giæîa hai xung PAM caûnh nhau trong daîy xung TDM-PAM laì TS/ 3. Bäü chuyãøn maûch bãn thu phaíi âäöng bäü hoaìn toaìn våïi bäü chuyãøn maûch bãn phaït âãø caïc xung PAM xuáút hiãûn chênh xaïc trong kãnh tæång æïng. Âiãöu naìy âæåüc goüi laì âäöng bäü khung (frame synchronization). Bäü loüc thäng tháúp (LPF) âæåüc sæí duûng âãø taïi taûo tên hiãûu tæång tæû tæì caïc xung PAM. Nãúu bàng thäng cuía kãnh truyãön khäng âuí räüng thç coï thãø xaíy ra giao thoa liãn kyï tæû ISI duì cho âäöng bäü trong hãû thäúng váùn âæåüc duy trç täút. Tên hiãûu trong kãnh naìy coï thãø xuáút hiãûn trong kãnh khaïc vaì goüi hiãûn tæåüng naìy laì xuyãn ám (crosstalk).

Âäöng bäü khung (frame synchronisation) trong hãû thäúng TDM

Tiêu Chuẩn Châu Âu: ghép 30 kênh thoại số (64Kbps = 8 bit x 8000 mẫu)

Mỗi khe 8 bit

Có 2 khe đồng bộ khung F = 01111110

Tổng số bit: 8bit x32 = 256 bit

Chiều dài khung 125 µs = (1/8000)s

Tốc độ số của luồng sơ cấp: 256/ 125 µs = 2,048 Kbps = 2 Mbps

Tiêu Chuẩn Bắc Mỹ: ghép 24 kênh thoại số (64Kbps = 8 bit x 8000 mẫu)

Mỗi khe 8 bit

Có 1 bit đồng bộ khung F

Tổng số bit: 8bit x24 +1 bit = 193 bit

Chiều dài khung 125 µs = (1/8000)s

Tốc độ số của luồng sơ cấp: 192/ 125 µs = 1,544 Kbps = 1,5 Mbps

Phân cấp luồng số:

Châu Âu:

30 kênh thoại à luồng sơ cấp (2 Mbps)

4 luồng cấp 1 à luồng cấp 2 (8 Mbps)

4 luồng cấp 2 à luồng cấp 3 (34 Mbps)

4 luồng cấp 3 à luồng cấp 4 (140 Mbps)

4 luồng cấp 4 à luồng cấp 5 (560 Mbps)

Bắc Mỹ:

24 kênh thoại à luồng sơ cấp (1) 1,5 Mbps

4 luồng cấp 1 à luồng cấp 2 (6 Mbps)

7 luồng cấp 2 à luồng cấp 3 (42 Mbps)

3 luồng cấp 3 à luồng cấp 4 (120 Mbps)

5 luồng cấp 4 à luồng cấp 5 (600 Mbps)

Âa truy cáûp phán chia theo thåìi gian TDMA: trong phæång phaïp âa truy cáûp naìy, tên hiãûu cuía mäùi user chè âæåüc phaït theo cuûm (burst) råìi raûc chæï khäng liãn tuûc. Caïc cuûm tuáön tæû âæåüc sàõp xãúp laûi thaình mäüt cáúu truïc thåìi gian daìi hån goüi laì khung (frame). Táút caí caïc user trong hãû thäúng TDMA phaíi phaït theo cáúu truïc khung naìy. Mäùi soïng mang mang mäüt cuûm seî chiãúm toaìn bäü bàng thäng cáúp phaït cho hãû thäúng

Táút caí caïc user trong hãû thäúng TDMA phaíi phaït theo cáúu truïc khung naìy. Mäùi soïng mang mang mäüt cuûm seî chiãúm toaìn bäü bàng thäng cáúp phaït cho hãû thäúng.

Pháön thu seî âiãöu khiãøn måí cäøng cho cuûm cáön thu trong khe thåìi gian daình cho maïy thu phuì håüp. Qua âáy ta tháúy khaïc våïi FDMA, åí TDMA, váún âãö âäöng bäü laì vä cuìng quan troüng. Âäöng bäü cho pheïp ta xaïc âënh âuïng vë trê cuía cuûm cáön láúy ra åí maïy thu hay cuûm cáön phaït âi åí maïy phaït tæång æïng. Mäüt váún âãö quan troüng næîa laì åí trong cuûm, ngoaìi thäng tin cuía user coìn cáön nhiãöu thäng tin bäø sung nhæ: thäng tin âãø khäi phuûc soïng mang, âãø âäöng bäü bit, âãø cho pheïp maïy thu xaïc âënh âæåüc âiãøm bàõt âáöu cuûm... Ngoaìi ra, bãn thu cáön phaït hiãûn chênh xaïc thåìi âiãøm bàõt âáöu cuía mäüt khung, do váûy, trong mäüt khung, thæåìng âáöu khung laì caïc cuûm tham chiãúu räöi måïi âãún caïc cuûm læu læåüng . Âãø âäöng bäü täút, giæîa caïc cuûm cáön coï khoaíng thåìi gian träúng âãø traïnh cho caïc cuûm khoíi chäöng láún lãn nhau. Khoaíng thåìi gian naìy goüi laì khoaíng baío vãû (guard time).

Ngoaìi váún âãö âäöng bäü, so våïi FDMA, thiãút bë trong hãû thäúng TDMA phæïc taûp hån khi cáön dung læåüng cao. Hån næîa, do âoìi hoíi xæí lyï säú tên hiãûu phæïc taûp nãn xaíy ra trãù låïn.

Æu âiãøm näøi báût cuía TDMA so våïi FDMA laì tiãút kiãûm táön säú hån. Tuy nhiãn, nãúu duìng mäüt càûp táön säú cho mäüt càûp thu-phaït thç seî khäng âuí âaím baío dung læåüng cuía maûng. Vç váûy, TDMA thæåìng âæåüc sæí duûng kãút håüp våïi FDMA cho caïc maûng âoìi hoíi dung læåüng cao. Mäüt æïng duûng phäø biãún laì kãút håüp FDMA/ TDMA trong hãû thäúng thäng tin di âäüng toaìn cáöu GSM (Global System Mobile)

Cấu trúc siêu khung:

Gồm 16 khung sơ cấp

Được ghép lên luồng tốc độ cao 120 Mbps

Sử dụng RB1 và RB2 để định vị siêu khung

Câu 4: Nguyên lý và kỹ thuật CDM/CDMA

CDM: Ghép kênh phân chia theo mã chính là đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).

mỗi kênh truyền như là một kênh cụ thể trình tự mã hoá của xung. Điều này truyền được mã hóa thường được thực hiện bằng cách truyền một chuỗi thời gian phụ thuộc các xung ngắn, được đặt trong chip trong thời gian lớn hơn. Tất cả các kênh, mỗi lần với một mã khác nhau, có thể được truyền trên cùng một sợi và không đồng bộ demultiplxed.

Âa truy cáûp phán chia theo mã CDMA:CDMA laì phæång thæïc âa truy cáûp måïi, cho pheïp nhiãöu user phaït tin âäöng thåìi vaì sæí duûng toaìn bäü bàng thäng cuía kãnh chung. Tuy nhiãn, tên hiãûu tæì mäùi user âæåüc maî hoïa theo mäüt caïch riãng sao cho bäü thu coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu âoï ra duì chuïng truìng nhau vãö thåìi gian vaì táön säú Bàòng caïch quan saït daûng soïng tên hiãûu thu, mäùi bäü thu seî dãù daìng giaíi maî ra caïc doìng bit thu tæång æïng. Våïi bäü thu thæï nháút, viãûc giaíi maî âæåüc thæûc hiãûn dæûa vaìo cæûc tênh cuía xung, cuû thãø laì xung dæång tæång âæång våïi bit 1 vaì xung ám tæång âæång våïi bit 0. Våïi bäü thu thæï hai, viãûc giaíi maî âæåüc thæûc hiãûn dæûa vaìo chiãöu tàng giaím cuía xung, cuû thãø laì xung tàng tæång âæång våïi bit 1 vaì xung giaím tæång âæång våïi bit 0.

Váûy nhåì sæû træûc giao cuía tên hiãûu maì bäü thu coï thãø taïch riãng caïc tên hiãûu tæì caïc user khaïc nhau duì chuïng âi trãn cuìng kãnh váût lyï, cuìng hæåïng, cuìng luïc vaì cuìng bàng thäng.

Trong hãû thäúng CDMA, vç mäùi user phaíi âæåüc maî hoïa theo mäüt caïch riãng vaì nhæ vê duû trãn ta tháúy caïc tên hiãûu maî hoïa phaíi træûc giao nhau nãn trong thæûc tãú, ngæåìi ta sæí duûng tên hiãûu giaí nhiãùu ngáùu nhiãn PN (Pseudorandom Noise) laì loaûi tên hiãûu coï âàûc tênh træûc giao täút.

Trong thæûc tãú, CDMA âæåüc æïng duûng räüng raîi trong caïc hãû thäúng thäng tin di âäüng thãú hãû sau. CDMA coï nhiãöu æu âiãøm näøi träüi so våïi FDMA vaì TDMA nhæ:

- Cho dung læåüng cao hån

- Khaí nàng chäúng nhiãùu täút hån

- Baío máût thäng tin täút hån

- Dãù daìng aïp duûng cho caïc hãû thäúng âoìi hoíi cung cáúp dung læåüng kãnh linh hoaût cho tæìng user

- Vç coï thãø sæí duûng chung táön säú cho nhiãöu user nãn quy hoaûch maûng cuîng âån giaín hån

- Tuy nhiãn, CDMA khäng traïnh khoíi caïc khuyãút âiãøm nhæ:

- Âäöng bäü phæïc taûp, ngoaìi âäöng bäü âënh thåìi nhæ trong TDMA coìn phaíi âäöng bäü maî PN.

- Viãûc xæí lyï tên hiãûu phæïc taûp hån...

Kỹ thuật trải phổ

Kỹ thuật trải phổ ra đời từ nhu cầu bảo mật thông tin trong quân sự. Mục đích của kỹ thuật trải phổ là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn, làm cho các máy thu này khó khăn trong việc tách và lấy ra được bản tin. Để biến đổi bản tin thành tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng mã ngẫu nhiên để mã hoá bản tin. Tuy nhiên, máy thu chủ định phải biết mã này để có thể tạo ra bản sao mã này một cách chính xác, đồng bộ với mã được phát và lấy ra bản tin. Vì vậy ta phải sử dụng mã “giả” ngẫu nhiên. Mã này phải được thiết kế để có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của bản tin. Bản tin được mã hóa sao cho tín hiệu sau khi mã hoá có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên. Quá trình này được gọi là “quá trình trải phổ”. Ở máy thu thực hiện quá trình nén phổ tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng phổ ban đầu của bản tin

Hệ thống DS (Direct Sequency) Tín hiệu truyền đi được biểu diễn dưới dạng lưỡng cực, sau đó nhân trực tiếp với chuỗi giả ngẫu nhiên. Ở máy thu, tín hiệu thu được nhân với chuỗi trải phổ lần nữa để tạo lại tín hiệu tin tức.

Công thức:

                                                                          (2.3)

Trong đó:        PS là công suất phát [W]

                        wo là tần số sóng mang [rad/s]

Hệ thống FH (Frequency Hopping): Kỹ thuật FH – SS phát triển dựa trên điều chế BFSK. Trong đó, tần số sóng mang được thay đổi liên tục theo một quy luật giả ngẫu nhiên (dựa trên chuỗi mã ngẫu nhiên sử dụng), nhờ vậy mà phổ của tín hiệu FH – SS được trải rộng trên trục tần số.

Tín hiệu FH – SS được tạo bởi mạch tổng hợp tần số điều khiển bởi N+1 bit, trong đó bao gồm N bits của từ mã giả ngẫu nhiên và 1 bit số d(t) của tín hiệu thông tin cần truyền

Câu 5. Các thuật toán đa truy cập trong thông tin vệ tinh?

1. Pure-ALOHA

Bao gồm 4 mode :

Truyền: Mỗi trạm mặt đất có thể phát đi gói tin bất cứ lúc nào.

Lắng nghe: Sau khi phát đi gói tin, trạm mặt đất lắng nghe phúc đáp từ Vệ tinh.

ACK quay về mode truyền

NAK quay sang mode truyền lại

Không có phúc đáp quay sang mode quá hạn

Truyền lại: Đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi phát lại gói tin hỏng trước đó quay sang lắng nghe.

Quá hạn: Sau một khoảng thời gian định trước, nếu không có phúc đáp, phát lại gói tin, quay về mode lắng nghe.

Tính hiệu suất khai thác vệ tinh:

Kích thước gói tin b bit

Thời gian truyền gói tin

Tốc độ gói đến tổng cộng

Tốc độ gói bị từ chối

Tốc độ gói truyền thanh công

Dung lượng cực đại của kênh vệ tinh

Lưu lượng đến tổng cộng

Lưu lượng truyền thành công

Lưu lượng đến tổng cộng chuẩn hóa

Lưu lượng truyền thành công chuẩn hóa

Tính hiệu suất khai thác P-ALOHA:

                     Biểu đồ thời gian

Nếu trong khoảng thời gian 2t giây không có gói khác truyền đến vệ tinh thì gói này truyền thành công

Xác suất có K gói gửi đến vệ tinh trong thời gian 2t giây được tính theo phân bố Poisson

Xác xuất truyền thành công:

2. Sloted-ALOHA:

Nếu trong khoảng thời gian t giây không có gói khác truyền đến vệ tinh thì gói này truyền thành công

Xác suất có K gói gửi đến vệ tinh trong thời gian t giây được tính theo phân bố Poisson

Xác xuất truyền thành công:

3. Reserved-ALOHA

Unreserved mode: Biểu đồ thời gian hoạt động của vệ tinh được phân thành các khe con (subslot) để nhận yêu cầu từ trạm mặt đất. Nếu có yêu cầu chuyển sang reserved mode.

Reserved mode: Biểu đồ thời gian hoạt động của vệ tinh được phân thành N+1 khe, trong đó N khe đầu tiên dành cho truyền dữ liệu, khe thứ N+1 được chia thành các khe con (subslot) để nhận các yêu cầu từ các trạm mặt đất khác.

Unreserved Mode

Một khung thời gian được thiết lập và chia thành các khe con để nhận yêu cầu.

Người sử dụng dùng các khe con này để yêu cầu chiếm dụng khe gửi tin

Sau khi gửi yêu cầu, người sử dụng lắng nghe phúc đáp và khe được cấp

Reserved Mode

Khung thời gian được chia thành M+1 khe

M khe đầu để truyền bản tin

Khe cuối được chia thành các khe con để nhận yêu cầu

Người sử dụng chỉ được gửi tin vào khe được cấp