CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. ã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng kh ng định được sự cần và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, t thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới – thế hệ 4.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 1: Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Đ c điểm: Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. TS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động tiên tiến (Advanced Mobile Phone System – AMPS). Hệ thống di động thế hệ sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản.
Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà người ta đưa ra hệ thống di động thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 2: Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập: Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA).
Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA).1 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TDMA: GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Trang 13 Đề tài: Ứng dụng mã LDPC trong hệ thống thông tin di động MIMO-OFDM Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung. Đ c điểm: Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu t máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
Giảm số máy thu phát ở TS. Giảm nhiễu giao thoa. Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile – GSM). Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA.
Hệ thống xử l số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử l không quá 1 6 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử l hơn 5 x1 6 lệnh trên giây.2 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã lực đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ trải phổ giải ngẫu nhiên (Pseudo Noise – PN). Đ c điểm: Dải tần tín hiệu rộng hàng MH.
Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu qủa hơn FDMA, TDMA. Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt.TS Phạm Hồng Liên Trang 14 Đề tài: Ứng dụng mã LDPC trong hệ thống thông tin di động MIMO-OFDM 1.3 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 Hệ thống thông tin di động chuyển t thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GP S, DG và CDMA2 -1x. thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hòa nhập thành một tiêu chu n duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit s.
Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. Nhiều tiêu chu n cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống -CDMA và CDMA2 đã được IT chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những tập k 2. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chu n toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3. W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS- 136.
CDMA2 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95.4 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ TIẾP THEO Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện l tưởng lên tới 1 cho đến 1. Công nghệ 4G được hiểu là chu n tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giây khi di chuyển và tới 1 Gb giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao.
Chu n 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN ) và các ứng dụng khác. Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (t vài chục cho GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Trang 15 Đề tài: Ứng dụng mã LDPC trong hệ thống thông tin di động MIMO-OFDM đến vài ngàn tần số). Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời.
Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu.TS Phạm Hồng Liên Trang 16 Đề tài: Ứng dụng mã LDPC trong hệ thống thông tin di động MIMO-OFDM CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MÃ HÓA KÊNH 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Trong hệ thống thông tin di động, tín hiệu luôn bị ảnh hưởng lớn bởi nhiễu vô tuyến t các vật cản và môi trường truyền. Trên mặt đất, tín hiệu của một thiết bị phát luôn bị ảnh hưởng bởi nhiễu do môi trường, do phản xạ…Mã hóa kênh là một khâu rất quan trọng trong hệ thống truyền thông không dây, cùng với mã hóa nguồn, ghép kênh, điều chế,… để tạo ra một tín hiệu phù hợp cho việc truyền dẫn vô tuyến và tín hiệu đó có khả năng điều khiển được sự sai bit và sửa các lỗi xảy ra nếu có để có thể khôi phục lại gần như nguyên dạng tín hiệu tin tức mà mình truyền đi. Nguyên tắc chung của mã hóa kênh là đưa thêm các bit dư vào dữ liệu để dựa vào đó, bộ giải mã bên thu có thể khôi phục lại dữ liệu ít sai lệch hơn so với khi không dùng mã kênh.1 Sử dụng mã hóa kênh trong truyền tin Việc giảm thiểu xác suất sai dựa trên việc phát hiện sai và sửa sai có thể dẫn đến việc giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) cần thiết nhờ đó giảm được công suất, tiết kiệm năng lượng. Việc sửa sai hữu hiệu, cho tín hiệu SNR nhỏ sẽ thuận lợi cho việc bảo mật, trải phổ và tăng độ chính xác của thông tin- mục đích quan trọng nhất của truyền thông.TS Phạm Hồng Liên Trang 17 Đề tài: Ứng dụng mã LDPC trong hệ thống thông tin di động MIMO-OFDM 2.2 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI MÃ HÓA KÊNH 2.1 KHÁI NIỆM Mục đích của Mã h a tr n nh truyền là tìm những mã có thể truyền thông nhanh chóng, chứa đựng nhiều t mã hợp lệ và có thể sửa lỗi hoặc ít nhất phát hiện các lỗi xảy ra.
Các mục đích trên không phụ thuộc vào nhau, và mỗi loại mã có công dụng tối ưu cho một ứng dụng riêng biệt. Những đặc tính mà mỗi loại mã này cần còn tuỳ thuộc nhiều vào xác suất lỗi xảy ra trong quá trình truyền thông. Đối với một đĩa CD thông thường, lỗi trong âm thanh xảy ra chủ yếu là do bụi và những vết xước trên mặt đĩa. Vì thế, các mã được lồng vào với nhau.
Dữ liệu được phân bổ trên toàn bộ mặt đĩa. Tuy không được tốt cho lắm, song một mã tái diễn đơn giản có thể được dùng làm một ví dụ dễ hiểu. Ch ng hạn, chúng ta lấy một khối số liệu bit đại diện cho âm thanh và truyền gửi chúng ba lần liền.