I. Tổng Quan Hệ Thống Thông Tin Không Đối Đất L DACS
Giao thông hàng không tăng trưởng nhanh chóng thúc đẩy nghiên cứu về cơ sở hạ tầng thông tin tương lai (FCI). Các hệ thống hiện tại ở dải VHF có nguy cơ tắc nghẽn. Năm 2002, ICAO công nhận nhu cầu cải thiện cơ sở hạ tầng cho quản lý không lưu (ATM). Các nghiên cứu chung Âu - Mỹ từ 2004 hỗ trợ ICAO phát triển FCI, bao gồm liên kết không đối đất (A/G) và vệ tinh. Sự phát triển của FCI là một phần của SESAR (châu Âu) và NextGen (Mỹ). Công nghệ hàng không thay đổi chậm hơn so với thương mại, do đó FCI vẫn đang được nghiên cứu và phát triển. Hệ thống thông tin không đối đất trong tương lai dự kiến triển khai ở băng tần L (960 – 1.164 MHz), do ITU phân bổ. Luận văn này nghiên cứu các công nghệ và hệ thống mới cho cơ sở hạ tầng thông tin hàng không, tập trung vào băng tần L.
1.1. Giới thiệu hệ thống thông tin hàng không số L DACS
Hệ thống thông tin hàng không số băng tần L (L-DACS) được EUROCONTROL đề xuất. Đây là ứng dụng hệ thống thông tin đa sóng mang dựa trên ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Các nghiên cứu đang xem xét nhiều định dạng điều chế khác nhau để cải thiện hệ thống truyền dẫn. Một trong số đó là dải bộ lọc đa sóng mang FBMC. Nghiên cứu hệ thống thông tin dựa trên FBMC để tiết kiệm phổ tần số, tăng dung lượng và hiệu năng là xu hướng hiện nay. L-DACS là một phần quan trọng trong việc phát triển cơ sở hạ tầng thông tin hàng không tương lai.
1.2. Vai trò của băng tần L trong thông tin hàng không
Băng tần L (960 – 1.164 MHz) được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) phân bổ cho các hệ thống thông tin không đối đất. Dải tần số này phù hợp cho truyền dẫn vô tuyến hàng không. Việc sử dụng băng tần L giúp giải quyết tình trạng bão hòa của băng tần VHF hiện tại. Các hệ thống thông tin không đối đất trong tương lai dự kiến sẽ được triển khai trong băng tần L, mang lại hiệu quả cao hơn về băng thông và tốc độ dữ liệu. Nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong băng tần L là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành hàng không.
II. Vấn Đề Băng Thông VHF Bão Hòa Cần Giải Pháp Mới
Việc sử dụng phương tiện hàng không ngày càng tăng dẫn đến lưu lượng thông tin phát triển nhanh chóng. Điều này tạo ra nhu cầu về các kênh có băng thông lớn hơn. Sự tăng trưởng giao thông hàng không tại sân bay đòi hỏi hạ tầng quản lý không lưu ATM tiên tiến và hiệu quả. Hệ thống cần có khả năng đối phó với vấn đề khan hiếm phổ tần, nhu cầu ngày càng tăng về băng thông và tốc độ dữ liệu cao hơn. Hệ thống thông tin không đối đất A/G hiện tại sử dụng băng tần hàng không VHF từ 118 – 137 MHz. Tuy nhiên, băng tần VHF đã bão hòa, gây khó khăn cho việc mở rộng và nâng cấp hệ thống.
2.1. Giới hạn của băng tần VHF trong hệ thống hiện tại
Băng tần VHF (118 – 137 MHz) đang được sử dụng cho hệ thống thông tin không đối đất A/G. Tuy nhiên, băng tần này đã bão hòa do lưu lượng thông tin ngày càng tăng. Việc mở rộng và nâng cấp hệ thống gặp nhiều khó khăn do giới hạn về phổ tần. Điều này ảnh hưởng đến hiệu quả và khả năng đáp ứng nhu cầu của ngành hàng không. Cần có giải pháp mới để khắc phục tình trạng này.
2.2. Nhu cầu về băng thông lớn hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn
Sự tăng trưởng của giao thông hàng không tạo ra nhu cầu về băng thông lớn hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn. Các ứng dụng mới như truyền video và dữ liệu thời gian thực đòi hỏi hệ thống thông tin có khả năng đáp ứng. Băng tần VHF hiện tại không đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu này. Cần có hệ thống thông tin mới với băng thông rộng hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn để hỗ trợ các ứng dụng tiên tiến trong ngành hàng không.
III. Giải Pháp Dải Lọc Đa Sóng FBMC Cho Thông Tin A G
Để khắc phục tình trạng giới hạn phổ tần trong băng tần VHF, cơ sở hạ tầng thông tin tương lai FCI được ICAO khuyến cáo sử dụng băng tần L (960 − 1.164 MHz). EUROCONTROL đề xuất hệ thống thông tin hàng không số băng tần L – L-DACS như một ứng dụng hệ thống thông tin đa sóng mang dựa trên ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM. Trong tìm kiếm các hệ thống truyền dẫn tốt hơn, các nghiên cứu đang xem xét nhiều định dạng điều chế khác nhau. Một trong số đó là dải bộ lọc đa sóng mang FBMC. Việc nghiên cứu hệ thống thông tin dựa trên FBMC để tiết kiệm phổ tần số, tăng dung lượng và hiệu năng là xu hướng hiện nay.
3.1. Ưu điểm của FBMC so với OFDM truyền thống
FBMC (Filter Bank Multicarrier) cung cấp độ mạnh hơn cho thời gian và tần số so với OFDM và không sử dụng tiền tố tuần hoàn CP. Trong hệ thống FBMC, tín hiệu có sự ngăn chặn nhiễu phổ cao sẽ được sử dụng để giảm tín hiệu các thùy biên của từng tần số sóng mang con. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và hiệu quả sử dụng băng thông so với OFDM truyền thống. FBMC là một lựa chọn hấp dẫn cho các hệ thống thông tin không đối đất trong tương lai.
3.2. Tiết kiệm phổ tần và tăng dung lượng với FBMC
Hệ thống thông tin dựa trên FBMC có khả năng tiết kiệm phổ tần số và tăng dung lượng. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh khan hiếm phổ tần hiện nay. FBMC sử dụng các bộ lọc để giảm nhiễu giữa các kênh con, cho phép sử dụng phổ tần hiệu quả hơn. Ngoài ra, FBMC có thể hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn so với các hệ thống truyền thống. Nghiên cứu và phát triển FBMC là một hướng đi tiềm năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành hàng không.
IV. Kỹ Thuật FBMC Tìm Hiểu Sâu Về Điều Chế Đa Sóng
Các cuộc nghiên cứu gần đây về thông tin không dây thế hệ thứ năm 5G đã khởi đầu một làn sóng quan tâm mạnh mẽ hơn nhiều về kỹ thuật FBMC. Sự thay đổi quan tâm này rõ ràng là do những hạn chế của OFDM trong các mạng năng động hơn và đa người dùng trong tương lai. Một số đề xuất đã được đưa ra để áp dụng các dạng sóng mới với khả năng ngăn chặn nhiễu phổ đã cải thiện. Ví dụ điển hình của hoạt động này là dự án 5GNOW (5th Generation Non-Orthogonal Waveforms) ở châu Âu, nó thách thức LTE và LTE-Advanced để đáp ứng nhu cầu năng động của 5G.
4.1. Tổng quan về kỹ thuật điều chế FBMC
FBMC là sự kết hợp giữa ghép kênh và điều chế bằng cách chia kênh băng rộng thành một số kênh băng hẹp được gọi là kênh con. Các giá trị điều chế phức của các hệ thống FBMC sẽ được trải trên một số sóng mang và được lọc bởi bộ lọc nguyên mẫu. Hệ thống FBMC cung cấp độ mạnh hơn cho thời gian và tần số so với OFDM và không sử dụng tiền tố tuần hoàn CP. Trong hệ thống FBMC, tín hiệu có sự ngăn chặn nhiễu phổ cao sẽ được sử dụng để giảm tín hiệu các thùy biên của từng tần số sóng mang con.
4.2. Các dự án nghiên cứu về FBMC 5GNOW PHYDYAS
Dự án 5GNOW (5th Generation Non-Orthogonal Waveforms) ở châu Âu thách thức LTE và LTE-Advanced để đáp ứng nhu cầu năng động của 5G. 5GNOW đã xác định bốn lựa chọn thay thế cho dạng sóng để phục vụ tốt hơn nhu cầu 5G. Các dạng sóng này được xây dựng dựa trên một số loại lọc có thể được coi là áp dụng phương pháp FBMC để phù hợp với các nhu cầu khác nhau của các ứng dụng khác nhau. Một hoạt động lớn khác đã thực hiện nghiên cứu rộng rãi về FBMC là dự án nghiên cứu lớp vật lý cho truy cập phổ động PHYDYAS (Physical Layer for Dynamic Spectrum Access) cũng ở châu Âu.
V. Nghiên Cứu Hiệu Năng FBMC Trong Hệ Thống Thông Tin A G
Một số nghiên cứu đã được thực hiện để tìm ra hệ thống thông tin hàng không số băng tần L (L-DACS) cho hỗ trợ FCI. Năm 2007, EUROCONTROL đề xuất L-DACS1 và L-DACS2 là hai đề cử FCI. Sau khi nghiên cứu, họ đã chọn L-DACS1, vì công nghệ tiên tiến hơn được sử dụng trong L-DACS1 dẫn đến hiệu suất tốt hơn đáng kể. Hệ thống thông tin A/G mới dựa trên FBMC được đề xuất dựa trên hệ thống L-DACS1 và có các tham số lớp vật lý tương tự như L-DACS1 (ví dụ, bằng tổng số sóng mang con, khoảng cách sóng mang con và tổng BW). FBMC có nhiều ưu điểm hơn L-DACS1, chẳng hạn như hiệu suất và hình phổ tốt hơn.
5.1. So sánh FBMC với L DACS1 về hiệu suất và hình phổ
FBMC có nhiều ưu điểm hơn L-DACS1, chẳng hạn như hiệu suất và hình phổ tốt hơn. Điều này có nghĩa là FBMC có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn và sử dụng phổ tần hiệu quả hơn so với L-DACS1. Ngoài ra, FBMC có khả năng giảm nhiễu tốt hơn, giúp cải thiện chất lượng tín hiệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng FBMC là một lựa chọn tiềm năng cho các hệ thống thông tin không đối đất trong tương lai.
5.2. Mô phỏng đánh giá hiệu năng hệ thống FBMC sử dụng Matlab
Sử dụng phần mềm Matlab thực hiện mô phỏng để đánh giá hiệu năng hệ thống và hiệu quả sử dụng băng thông qua tỷ số BER và mật độ phổ công suất PSD (Power Spectral Density). Các kết quả mô phỏng cho thấy FBMC có hiệu suất tốt hơn so với các hệ thống truyền thống. Điều này chứng minh rằng FBMC là một lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng thông tin không đối đất.
VI. Kết Luận FBMC Tương Lai Của Thông Tin Không Đối Đất
Nghiên cứu hệ thống thông tin không đối đất dựa trên dải bộ lọc đa sóng mang FBMC. Sử dụng phần mềm Matlab thực hiện mô phỏng để đánh giá hiệu năng hệ thống và hiệu quả sử dụng băng thông qua tỷ số BER và mật độ phổ công suất PSD (Power Spectral Density). Hệ thống thông tin hàng không số băng tần L (L-DACS) và hệ thống thông tin không đối đất dựa trên dải bộ lọc đa sóng mang FBMC là những công nghệ đầy hứa hẹn cho tương lai của ngành hàng không.
6.1. Tóm tắt ưu điểm của FBMC trong thông tin hàng không
FBMC mang lại nhiều ưu điểm cho thông tin hàng không, bao gồm tiết kiệm phổ tần, tăng dung lượng, hiệu suất cao và khả năng giảm nhiễu. FBMC là một lựa chọn hấp dẫn cho các hệ thống thông tin không đối đất trong tương lai, giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành hàng không.
6.2. Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo về FBMC
Cần có thêm nghiên cứu và phát triển về FBMC để tối ưu hóa hiệu suất và khả năng ứng dụng trong các hệ thống thông tin không đối đất. Các hướng nghiên cứu tiềm năng bao gồm thiết kế bộ lọc, cân bằng kênh, đồng bộ hóa và ứng dụng cho các kênh MIMO. Ngoài ra, cần có sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, nhà sản xuất và các cơ quan quản lý để thúc đẩy việc triển khai FBMC trong ngành hàng không.
