BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
TP.HCM
KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI : CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG
TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT
GVHD:Th.s Nguyễn Hùng Kim Khánh
SVTH: PHẠM QUỐC HÙNG
MSSV: 98ĐT135
487TP. HCM
8 – 2003
PHẦN 1 LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ OFDM
CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
1.LỊCH SỬ PHÁT TRIỄN HỆ THỐNG CELLULAR
Kể từ khi được triển khai vào những năm đầu của thập niên 1980 cho đến
nay.Thông tin vô tuyên di động đã và đang phát triễn với tốc độ hết sức
nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu .Kết quả thống kê cho thấy ở một số
quốc gia ,số luợng thuê bao di động đã vượt hẳn số lượng thuê bao cố
định.Trong tương lai .số luợng thuê bao di động và cố định sẽ tiếp tục tăng
lên và song song với nó là sự gia tăng về nhu cầu của người sử dụng .Điều
này đã khiến các nhà khai thác cũng như các tổ chứ viễn thông không ngừng
nghiên cứu ,cải tiến và đưa ra các giải pháp kỹ thuật,để cài tiến và nâng cấp
các hệ thống thông tin .Cho đến nay hệ thống thông ti đã trải qua 3 thế hệ
(Three Generations).
1.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 1 (1G)
1.1.a Đặc điểm
Hệ thống mạng di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triễn vào những
năm cuối thập niên 70 ,hệ thống này sử dụng kỹ thuật ( analog ).Tất cả các
hệ thống 1G sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
( Frequency Division Multiple Access).
Các hệ thống mạng di động 1G chỉ được dùng để sử dụng cho dịch vụ thoại
với chất lượng khá thấp nguyên do tình trạng nghẽn mạch và nhiễu xảy ra
thường xuyên .
1.1.b Các hệ thống mạng 1G
Các hệ thống mạng di động 1G bao gồm các hệ thống :
• AMPS(Advaced Mobile Phone System)
• ETACTS(Enhanced Total Access Cellular System)-Châu Âu
• NMT(Nordic Mobile Telephone System) Bắc Âu .
1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 2 (2G)
1.2.a Đặc điểm
Hệ thống mạng 2G được triển khai vào năm 1990 và hiện nay vẫn được
sử dụng rộng rãi .Là một mạng thông tin di động số băng hẹp ,sử dụng
phương pháp chuyển mạch –mạch (circuit switching) là chủ yếu .Phương
pháp đa truy cập TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA (Code
Division Multiple Access) được sử dụng kết hợp FDMA.
Hệ thống mạng di động 2G sử dung cho dịch vụ thoại và truyền số liệu.
1.2.b Các hệ thống mạng di động 2G
Hệ thống mạng 2G bao gồm các hệ thống :
• PCS (Personal Communication System).
PCS là hệ thống truyền dẫn ở tần số 1900MHz.Ưu đỉểm của điện thoại
PCS là nhỏ ,trọng lượng nhẹ ,bảo mật tốt và thời gian Pin chờ lâu .
• TDMA(Time Division Multiple Access)
TDMA là mạng di động sử dụng kỹ thuật điều chế số phát triễn từ
mạng 1G AMPS ,tăng dung lượng mạng bằng cách cho phép nhiều
người dùng chung một kênh vô tuyến mà vẫn bảo đảm chất lượng
thoại .Điện thoại TDMA có thể hoạt động ở 2 chế độ : analog và digital
.Trong thông tin TDMA thỉ nhiều người sử dụng một sóng mang và trục
thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho
nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo .
TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp còn Châu
âu TDMA băng rộng nhưng cả hai hệ thống đều có thể được coi như tổ
hợp FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn
định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần .
Ngày nay , TDMA là chuẩn được sử dụng phổ biến ở Mỹ ,Châu Mỹ
Latin ,New Zealand và một số quốc gia thuộc khu vực Châu Á,Thái
Bình Dương.
• CDMA (Code Division Multiple Access)
Mạng CDMA đuợc triển khai năm 1995 .Tương tự như TDMA ,mạng
CDMA cũng phục vụ đồng thời ở hai chế độ :tương tự và số .
Điểm khác biệt TDMA và CDMA : Các kênh CDMA rộng hơn khoảng 6
lần và hệ thống cấp cho mỗi thuê bao một mã duy nhất.
• GSM(Global System for Mobile Communication)
Hệ thống GSM ra đời năm 1988 sử dụng kết hợp hai phương pháp đa
truy nhập theo thời gian TDMA và theo tần số FDMA ,nhờ đó tại một
thời điểm có 8 thuê bao có thể sử dụng chung một kênh .GSM sử dụng
cho dịch vụ truyền thoại và fax với tốc độ 9600 bit/s.
Điện thoại GSM sử dụng một SIM-Card (Subcriber Indentify Module )
Rời lưu trữ số điện thoại ,thông tin và tài khoản thuê bao .
GSM 900 Mhz là mạng số chủ yếu ở Châu Âu và cũng được sử dụng ở
các quốc gia Châu á Thái Bình Dương .GSM 1800 cũng được triển khai
ở Châu Âu và Châu Á nhưng không phổ biến như hệ thống GSM
900MHz ,hệ thống GSM 1800 được sử dụng phổ biến ở Châu Mỹ và
Cannada .
1.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 2.5 (2.5G)
1.3.a Đặc điểm
Hệ thống mạng 2.5G là mạng chuyển tiếp giữa hệ thống mạng di động
thế hệ thứ 2 (2G) và thứ 3 (3G).Hệ thống hoàn toàn dựa trên cơ chế
chuyển mạch gói .Ưu điểm củ hệ thống di động 2.5G là tiết kiệm được
không gian và tăng tốc độ truyền dẫn .
Nâng cấp hệ thống mạng 2G lên 2.5G nhanh hơn và có chi phí thấp hơn
so với việc nâng cấp mạng từ 2G lên 3G .Hệ thống 2.5G như một bước
đệm chuyển tiếp ,không đòi hỏi môt sự thay đổi có tính chất đột biến.
1.3.b Các hệ thống mạng 2.5G
• GPRS(Generic Packet Radio Services )
GPRS là một hệ thống mới ,đuợc triển khai trên nền của hệ thống GSM
sử dụng phương thức chuyển mạch gói và nhờ đó cước phí sử dụng
được tính dựa trên từng gói nhận ,gởi đi ,khác hẳn và có lợi hơn cho
thuê bao so với cách tính cước dựa trên thời gian kết nối .GPRS có thể
được xem như là sự mở rộng của hệ thống di động thế hệ thứ 2G GSM
, có khả năng cung cấp các kết nối ảo ,các dịch vụ truyền số liệu với
tốc độ lên đến 171.2Kbps cho mỗi user nhờ vào việc sử dụng đồng
thời nhiều timeslot .Bên cạnh mục đích cung cấp những số liệu mới
cho các thuê bao di động ,GPRS còn được xem như là bước chuyển
tiếp từ thế hệ 2G lên 3G.
Với việc xây dựng hệ thống GPRS ,các nhà khai thác đã xây dựng một
cấu trúc mạng lõi dựa trên IP để hỗ trợ cho các ứng dụng về số liệu
,cũng như đã tạo ra một môi trường để thử nghiệm và khai thác các
dịch vụ tích hợp giữa thoại và số liệu của thế hệ của thế hệ 3G sau này
.
Trong hệ thống GSM tập trung hỗ trợ cho các kết nối thoại thì mục
đích chính của GPRS là cung cấp phương tiện truy cập vào các mạng
số liệu chuẩn như TCP/IP .
• EDGE (Enhanced Data Rate for Global Evolution)
Mạng EDGE được xây dựng dựa trên nền tảng của mạng GSM nhưng
lại cung cấp gần đạt đến các chuẩn dành cho 3G ,tốc độ xấp xỉ 384
Kbps.
1.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 (3G)
1.4.a Đặc điểm
Là thế hệ thông tin di động số cho phép chuyển mạng bất kỳ ,có khả
năng truyền thông đa phương tiện chất lượng cao.
Các hệ thống 3G được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp với
TDMA ,có khả năng cung cấp một băng tần rộng theo yêu cầu ,do đó có
thể hỗ trợ các dịch vụ có nhiều tốc độ khác nhau.
Ở thế hệ thứ 3 ,các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành
một tiêu chuẩn chung duy nhất và phục vụ lên đến 2Mbps.Mặc dù 3G
được tính toán sẽ là một chuẩn mang tính toàn cầu nhưng chi phí xây
dựng cơ sở hạ tầng cho hệ thống này rất tốn kém.
1.4.b Các hệ thống mạng 3G
• WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
WCDMA hay còn gọi IMT-2000 là môt chuẩn của ITU( International
Telecommunication Union) có nguồn gốc từ chuẩn CDMA.
Công nghệ WCDMA cho phép tốc độ truyền dữ liệu đến các thiết bị di
động cao hơn nhiều so với khả năng của mạng di động hiện
nay.WCDMA WCDMA có thể hỗ trợ việc truyền thoại ,hình ảnh dữ liệu
video ..có tốc độ lên đến 2Mbps.
• UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).
UMTS là một mạng thế hệ thứ 3 được triển khai ở Châu Âu .Mạng này
cung cấp cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ hoạt động ở tần số 2GHz
,cho phép hình ảnh âm thanh,video ,truyền hình ….hiển thị trên các máy điện
thoại di động.
UMTS được xem là một hệ thống mạng cải tiến từ mạng 2G GSM .
2.CẤU HÌNH HỆ THỐNG CELLULAR
Hệ thống thông tin di động Cellular gồm ba phần chính cơ bản : là các máy
điện thoại di động MS(Mobile Station); Trạm gốc BS(Base Station ) và trung
tâm chuyển mạch điện thoại di động MSC(Mobile Service Switching
Center).Các phần này được liên kết với nhau qua đường kết nối thoại và số
liệu .
• Máy điện thoại di động MS bao gồm : các bộ thu /phát RF ; anten
và bộ điều khiển .
• Trạm gốc BS bao gồm các bộ thu phát RF để kết nối máy di động
MS với MSC ;anten;bộ điều khiển ;đầu cuối số liệu và nguồn .
• Trung tâm chuyển mạch MSC bao gồm bộ phận điều khiển ;bộ
phận kết nối cuộc gọi ;các thiết bị ngoại vi và cung cấp các chức
năng thu nhập số liệu cước đối với các cuộc gọi đã hoàn thành .
MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS,cung cấp các chức năng
điều khiền trung tâm cho hoạt động của các BS một cách hiệu quả và
để truy cập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng .
Các máy điện thoại di động MS,trạm gốc BS và tổng đài MSC được liên
kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liệu .Mỗi máy di
động sử dụng một cặp kênh thu phát RF .Vì các kênh lưu lượng không
cố định ở một kênh RF nào mà luôn thay đổi thành các tần số RF khác
nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt cuộc gọi
nên cuộc gọi đó có thể thiết lập qua bất cứ một kênh nào đã được xác
định trong vùng đó .Cũng từ những quan điểm về hệ thống thông tin
di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận
do đã được kết nối đồng thời với các máy di động .Bộ phận điều khiển
trung tâm chuyển mạch MSC sẽ điều khiển ,sắp đặt và quản lý toàn bộ
hệ thống thông tin Cellular.
Tổng đài Cellular kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi
giữa các thuê bao di động MS với nhau hoặc giữa các thuê bao cố định
với các thuê bao di động và làm nhiệm vụ trao đổi các thông tin báo
hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS .
Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động MS va trạm gốc BS
được truyền qua kênh RF.Các đường kết nối thoại và số liệu cố định
được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và
MSC.