Các kỹ thuật Đa Truy Cập (Multiple Access Techniques)

[Miracle]

Có 4 kỹ thuật đa truy cập cơ bản sau đây (không kể sự kết hợp của các kỹ thuật này):

I/ Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access)
Theo kỹ thật này, mỗi một người sử dụng trong một tế bào (cell) được phân chia một dải tần số (băng tần) nhất định, các băng tần của những người sử dụng khác nhau sẽ không trùng nhau (non-overlap). Người sử dụng gửi và nhận tín hiệu trong băng tần mình được phân chia và tất cả mọi người trong mạng đều gửi/nhận tín hiệu đồng thời. Vì rằng mỗi người sử dụng truyền và nhận tín hiệu trong băng tần của mình cho nên những người sử dụng trong một tế bào (cell) không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng). Tuy nhiên, do yêu cầu cần có một số lượng lớn người sử dụng trong mạng, các băng tần sẽ được sử dụng lại ở các tế bào khác. Chình vì vậy có thể có những người sử dụng ở tế bào A gây nhiễu cho một người sử dụng ở tế bào B gần đó do hai người sử dụng này dùng chung một băng tần. Nhiễu này gọi là nhiễu đồng kênh (co-channel interference).

II/ Đa truy cập theo phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access)
Trong cách truy cập này, mỗi người sử dụng được phân chia một khoảng thời gian, gọi là khe thời gian (time-slot) nhất định để truyền và nhận thông tin. Trong khe thời gian mà người sử dụng A truyền và nhận tín hiệu thì tất cả mọi người sử dụng khác trong cùng tế bào đó không được truyền và nhận tín hiệu. Như vậy mọi người sử dụng trong cùng một tế bào cũng không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng) bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ có một người duy nhất truyền và nhận tín hiệu. Tuy nhiên, cùng thời điểm đó cũng có thể có một người sử dụng ở tế bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho nên trong cách truy cập này cũng có nhiễu đồng kênh.

III/ Đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)
Đây là một cách truy cập khác hẳn hai cách trên. Theo cách này, tất cả mọi người sử dụng trong một tế bào cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số. Do vậy vấn đề nhiễu lẫn nhau giữa những người sử dụng trong cùng một tế bào, giữa những người sử dụng ở các tế bào cạnh nhau (do việc sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một vấn đề lớn nhất trong cách truy cập CDMA này. Để khắc phục vấn đề này, mỗi người sử dụng trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai người sử dụng nào trong cùng một tế bào có cùng một mã (có nghĩa là mỗi người có một mã riêng biệt). Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khôi phục tín hiệu của người đó. Trong kỹ thật này có nhiễu trong tế bào (intra-cell interference) và nhiễu giữa các tế bào (inter-cell interference).

IV/ Đa truy cập phân chia theo không gian SDMA (Space Division Multiple Access)
Kỹ thuật đa truy cập này khác hẳn với 3 kỹ thuật trên đây. Đó là, tất cả mọi người sử dụng trong cùng một cell đều có thể truyền/nhận tín hiệu một lúc, trên cùng một băng thông và không sử dụng mã như trong CDMA. Như vậy tín hiệu do mọi người sử dụng trong cell và ngoài cell sẽ bị chồng lên nhau (cộng vào nhau). Khử nhiễu do nhiều người sử dụng trong SDMA là một vấn đề vô cùng phức tạp. Phía BS yêu cầu phải có một dãy các ăng-ten lớn (antenna array) để có thể khử nhiễu. Việc khử nhiễu ở phía BS có thể được thực hiện bằng một số kỹ thuật như (a) ước lượng hướng đến của tín hiệu (direction of arrival - DOA) của mỗi người sử dụng để tách tín hiệu của mỗi người sử dụng ra khỏi tín hiệu thu được và (b) dựa vào kỹ thuật khử nhiễu kết hợp với lọc (chẳng hạn khử nhiễu mềm kết hợp với bộ lọc MMSE). Trong kỹ thuật đa truy cập này, BS có sử dụng kỹ thuật beamforming để phát tín hiệu trực tiếp đến người sử dụng.

(+) Kết hợp các kỹ thuật trên đây ta có thể có các hệ thống khác nhau như: TD-CDMA, FD-CDMA, SD-CDMA ...

(sưu tầm)

[Miracle]

Kỹ thuật Trải Phổ và An Ninh Trong Truyền Thông Vô Tuyến (Spread SpectrumTechniques and Security Issue in Wireless Communications)
Vấn đề truyền một thông điệp từ điểm A đến điểm B qua môi trường vô tuyến cực kỳ nguy hiểm bởi trên đường truyền, người ta có thể thu tín hiệu và giải điều chế rồi từ đó biết được thông điệp đang được truyền đi. Vấn đề này đối với các ứng dụng dân dụng thì không có vấn đề gì to tát lắm (Cùng lắm là hai cô cậu đang yêu nhau nói tục về chuyện ''tối hôm qua'' bị người ta giải mã ra là cùng nhưng cũng có sao đâu). Tuy nhiên, trong Quân Sự thì vấn đề này lại trở nên vô cùng quan trọng. Do đó, kỹ thuật trải phổ đã được áp dụng để tăng tính bảo mật của thông tin truyền trong môi trường vô tuyến. Kỹ thuật này lúc đầu được áp dụng trong quân sự nhưng sau đó đã được đưa vào các ứng dụng dân sự, CDMA là một ví dụ về kỹ thuật trải phổ. Kỹ thuật trải phổ về cơ bản là sử dụng một mã đặc biết để trải phổ của tín hiệu trong một băng thông hẹp (thậm trí rất hẹp) ra một băng thông cực rộng làm cho tín hiệu truyền đi rất giống với nhiễu trắng có trong tự nhiên. Chính vì vậy, nếu như trên đường truyền, kẻ thù (trong quân sự) có thu được tín hiệu của ta nhưng không biết cái mã đặc biệt kia để thu hẹp phổ của tín hiệu lại thì họ không thể hiểu được nội dung thông tin đang được truyền đi là gì vì tín hiệu sau khi được trải rộng phổ ra rất giống với nhiễu trắng trong tự nhiên. Mã trải phổ càng dài thì càng khó có thể rò ra phía phát đã dùng mã gì để trải phổ và do đó tính bảo mật của thông tin được truyền càng cao. Tuy nhiên, dùng mã càng dài thì càng cần một băng thông rộng. Ví dụ: Độ rộng dải phổ của tín hiệu hữu dụng là W Hz, nếu ta dùng một mã trải phổ với độ dài K thì tín hiệu sau khi được trải phổ sẽ có độ rộng dải phổ là KW Hz, tức rộng gấp K lần phổ của tín hiệu trước khi trải phổ. Nếu K rất lớn thì phổ của tín hiệu được truyền đi (sau khi trải phổ) sẽ gần như phẳng giống như phổ của nhiễu trắng vậy. Mục đích ban đầu của kỹ thuật trải phổ để giải quyết vấn đề an ninh. CDMA được thừa hưởng cái đặc tính này của trải phổ nên nó đúng là có độ bí mật cao hơn các kỹ thuật trước đó như TDMA, FDMA. Tuy nhiên, trong các hệ thống CDMA hiện hành, độ dài của mã chưa cao nên khả năng an ninh cũng chưa phải là cao. Thậm trí người ta còn sử dụng những mã mà mọi người đều biết như mã vàng (Gold Code). CDMA về cơ bản có thể rò ra mã được. Vấn đề mấu chốt trong việc dùng mã trong CDMA là vì mục đích khử nhiễu do nhiều người sử dụng (Multi-User Interference - MUI). Các mã được sử dụng trong CDMA được thiết kế sao cho chúng có tính chất tương quan tốt (Good Correlation Properties) tức là hệ số tự tương quan cao, hệ số tương quan chéo giữa các mã rất thấp, và các mã này phải đảm bảo giữ được tính chất tương quan ngay cả khi sự đồng bộ giữa những người sử dụng trong cell bị mất (không đồng bộ - Asynchronous CDMA - Cái này thông thường xảy ra trong trường hợp truyền thông tin từ điện thoại di đống đến Base Station).

Về tốc độ, ngay cả đến thế hệ thứ 3, hiện nay VN chưa có, theo hiểu biết của tôi, ở môi trường trong nhà (indoor) độ tối đa là 2 Mbps, ở môi trường di động chậm (chẳng hạn đi bộ) tốc độ truyền đối đa là 384 Kbps, đối với môi trường di động nhanh (chẳng hạn dùng điện thoai di động trong khi đi xe ôtô) thì tốc độ tối đa là 144 Kbps.

[Miracle]

Các ưu điểm nổi bật của CDMA so với FDMA và TDMA:

- Tính chống nhiễu cao.
- Bảo mật tốt (sử dụng đầu tiên trong quân đội)
- Khi chuyển từ cell này qua cell khác khả năng rớt cuộc gọ ít xảy ra.
- Và có lẽ ưu điểm nổi bật nhất và tăng dung lượng người sử dụng (capacity).


Trong CDMA có khái niệm “giới hạn dung lượng mềm – soft capacity limit” trái ngược với hard capacity limit trong FDMA và TDMA. Có thể hiểu khái niệm đó như sau: với FDMA, TDMA trong một cell số lượng thuê bao – subcriber - có thể liên lạc trong cùng một thời điểm là cố định trong khi đó số lượng thuê bao có thể liên lạc tại cùng một thời điểm trong một cell của CDMA thi không. Tuy nhiên, khi số lượng thuê bao liên lạc tăng dẫn tới mức nhiễu tăng chất lượng liên lạc giảm, đó là mốt quan hệ giữa chất lượng và dung lượng (quality service - capacity) trong CDMA. Trong nhiều năm người ta thường dùng nhiều phương pháp khác nhau để tăng dung lượng trong CDMA như: kĩ thuật tạo các dãy mã giả ngẫu nhiên tối ưu, tạo các bộ lọc tốt, sử dụng các máy thu tương quan ... các kỹ thuật này vẫn chưa sử dụng được toàn bộ các ưu điểm của CDMA.

Multiuser Detection la một kĩ thuật mới, trong đó để thu một tín hiệu của một user máy thu không chỉ tìm kiếm trực tiếp user đó (như trong các máy thu CDMA trước đây) mà co`n dùng thông tin của các user khác để thu tín hiệu của user mong muốn.

[Miracle]

Hiệu ứng Xa-Gần và Điều Khiển Công Suất Trong CDMA

Trong hệ thống CDMA, vấn đề lớn nhất là khử nhiễu MUI (hay còn gọi là MAI - Multiple Access Interference). Ngay cả khi công suất của tín hiệu thu được là như nhau đối với mọi người sử dụng thì vấn đề khử MUI đã vô cùng khó khăn. Thế nhưng, nhiều khi người sử dụng mong muốn thì lại có công suất tín hiệu rất nhỏ ở phía máy thu trong khi đó những người sử dụng khác gây nhiễu cho người sử dụng mong muốn thì lại có công suất tín hiệu rất lớn. Trong trường hợp này, nhiễu lớn hơn tín hiệu mong muốn. Điều này xảy ra khi nào? Hãy tưởng tượng, một người sử dụng mà ta đang muốn khôi phục tín hiệu ở rất xa BS trong khi đó những người sử dụng khác thì lại ở rất gần BS, khi đó tín hiệu mong muốn sẽ nhỏ hơn nhiễu do những người mà ta không mong muốn ở gần BS gây ra. Hoặc, khi người sử dụng mà ta mong muốn đang ở khuất trong những dãy nhà lớn hoặc những vật cản khác trong khi những người sử dụng khác thì lại không bị như vậy, khi đó tín hiệu phát đi từ người sử dụng mà ta mong muốn sẽ bị suy giảm (fading) rất lớn. Cái này gọi là hiệu ứng Xa-Gần.

Vậy làm sao để giải quyết vấn đề này?

Phía BS có một thuật toán để phát hiện công suất (power detection) của mọi người sử dụng trong cell. Khi nào công suất tín hiệu thu được của người sử dụng nào đó lớn hơn một ngưỡng đã được định sẵn, BS sẽ gửi tín hiệu '' Này, cậu phải giảm công suất phát xuống đến mức ABC '' đến người sử dụng đó. Ngược lại, khi BS thấy công suất của tín hiệu thu được của người sử dụng nào đó nhỏ hơn một mức nào đó, BS sẽ gửi đến người sử dụng đó một tín hiệu '' Anh phải tăng công suất phát lên mức DEF ''. Làm như vậy, nếu một người ở rất xa BS hoặc đang bị khuất trong các dãy nhà hay các vật cản khác, thì máy điện thoại di động của người đó sẽ được BS thông báo là phải tăng công suất phát và khi một người nào đó ở rất gần BS thì máy ĐTDĐ đó sẽ phải giảm công suất phát. Đây là cách để sẽ tránh được hiệu ứng Xa-Gần.

Kỹ thuật không phát khi không nói chuyện

Một trong những hành động tự nhiên của con người là trong một cuộc nói chuyện, bất kể là bằng điện thoại hay nói chuyện trực tiếp, luôn có những khoảng ngừng không nói. Nếu như trong thời gian hai người nói chuyện bằng điện thoại di động không nói gì mà máy phát của ĐT di động vẫn phát như khi nói thì nó chỉ làm nhiễu những người sử dụng khác mà không mang thông tin thực sự. Dựa vào đó người ta nghĩ ra cách phát hiện, nếu thuê bao không nói chuyện và lúc đó cũng chẳng có gì để nghe (người kia cũng không nói) thì máy ĐT sé không phát nữa. Như vậy trong khoảng thời gian một người không đàm thoại, trong cell sẽ bớt đi được một người gây nhiễu. Điều này cho thấy cực kỳ hữu hiệu trong việc giảm nhiễu trong thông tin thoại di động bởi lẽ tổng số thời gian không nói chuyện trong mỗi cuộc đàm thoại là tương đối lớn.