1.3 Technical Issues ( các vấn đề kĩ thuật )

Nhiều thách thức kỹ thuật phải được giải quyết để cho phép các ứng dụng không dây trong tương lai. Những thách thức mở rộng trên tất cả các khía cạnh của thiết kế hệ thống. Như thiết bị đầu cuối không dây thêm nhiều tính năng hơn, các thiết bị nhỏ phải kết hợp nhiều phương thức hoạt động để hỗ trợ các ứng dụng khác nhau và phương tiện truyền thông.

Quá trình máy tính bằng giọng nói,dữ liệu hình ảnh, văn bản, và video, nhưng bước đột phá trong thiết kế mạch được yêu cầu phải thực hiện đa năng cùng hoạt động , nhẹ, thiết bị cầm tay giá rẻ. Kể từ khi người tiêu dùng không muốn pin lớn thường xuyên cần nạp, truyền tải và xử lý tín hiệu trong các thiết bị đầu cuối di động phải tiêu thụ năng lượng tối thiểu.

Xử lý tín hiệu cần thiết để hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện và mạng lưới hoạt động có thể tập trung .Do đó , mạng lưới cơ sở hạ tầng dựa trên không dây , chẳng hạn như mạng LAN không dây và hệ thống di động , đặt càng nhiều các gánh nặng xử lý càng tốt trên các trang web cố định với nguồn năng lượng lớn . Tắc nghẽn liên kết duy nhất ở điểm bất kì thất bại rõ ràng là không mong muốn cho toàn bộ hệ

thống . Mạng không dây ad hoc không có cơ sở hạ tầng đang rất hấp dẫn cho nhiều ứng dụng vì tính linh hoạt và mạnh mẽ của nó . Đối với các mạng tất cả các xử lývà kiểm soát phải được thực hiện bởi các nút mạng trong một kiểu phân phối , làm cho năng lượng hiệu quả đầy thử thách để đạt được. Năng lượng là một nguồn lực đặc biệt quan trọng trong mạng, nơi các nút không thể sạc pin của họ Ví dụ : trong các ứng dụng cảm biến. Thiết kế mạng để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng năng lượng dưới cứng như vậy hạn chế vẫn còn là một rào cản công nghệ lớn . Băng thông hữu hạn và các biến thể ngẫu nhiên của các kênh không dây cũng yêu cầu ứng dụng mạnh mẽ để làm suy giảm một cách từ từ dần hư hỏng hiệu suất mạng.

Thiết kế các mạng không dây khác về cơ bản từ thiết kế mạng có dây do bản chất của kênh không dây. Kênh này là một phương tiện truyền thông không thể đoán trước và khó sử dụng. Trước hết, phổ vô tuyến là một nguồn tài nguyên khan hiếm phải được phân bổ cho nhiều ứng dụng và hệ thống khác nhau . Phổ này được kiểm soát bởi cơ quan quản lý ở khu vực và trên toàn cầu. Một hệ thống khu vực hoặc toàn cầu hoạt động trong một băng tần số phải tuân theo các điều hạn chế được quy định bởi các cơ quan quản lý tương ứng. Spectrumcũng có thể rất đắt tiền từ trong nhiều quốc gia cấp giấy phép phổ thường được bán đấu giá cho người trả giá cao nhất.Trong các công ty Mỹ đã chi hơn chín tỷ đô la cho thế hệ thứ hai giấy phép di động, và các cuộc đấu giá trong Châu Âu cho thế hệ thứ ba phổ di động thu hút được khoảng 100 tỷ USD. Quang phổ thu được thông qua các cuộc đấu giá phải được sử dụng cực kỳ hiệu quả để có được một lợi nhuận hợp lý về đầu tư của nó, và nó cũng phải được tái sử dụng nhiều hơn trong khu vực địa lý tương tự , do đó đòi hỏi các thiết kế hệ thống di động với công suất caovà hiệu suất tốt. Ở tần số xung quanh một số thành phần đài phát thanh không dây gigahertz với kích thước hợp lý ,tiêu thụ điện năng và chi phí có sẵn. Tuy nhiên , phổ trong dải tần số này là vô cùng dày đặc .

Vì vậy, đột phá công nghệ để cho phép hệ thống tần số cao hơn với chi phí và hiệu suất tương tự sẽlàm giảm đáng kể tình trạng thiếu quang phổ. Tuy nhiên, mất đường dẫn ở các tần số cao hơn là lớn hơn, do đó hạn chế phạm vi, trừ khi anten định hướng được sử dụng.Như một tín hiệu truyền qua một kênh không dây , nó có thể biến đổi ngẫu nhiên trong thời gian nhất định nếu máy phát,nhận, hoặc các đối tượng đang di chuyển xung quanh , do thay đổi phản xạ và suy giảm . Do đó , đặc điểm của kênh xuất hiện để thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian, mà làm cho nó phức tạp hơn để thiết kế các hệ thống đáng tin cậy với thực hiện an toàn . An ninh cũng là vấn đề khó giải quyết hơn để thực hiện trong các hệ thống không dây , kể từ khi sóng dễ bị nghe lén từ bất cứ ai với một ăng-ten RF . Các hệ thống di động tương tự không có bảo nật, và một số khác có thể dễ dàng nghe lén các cuộc đàm thoại bằng cách quét các băng tần di động tương tự . Tất cả các hệ thống di động kỹ thuật sốthực hiện một số mức độ mã hóa . Tuy nhiên, với đầy đủ kiến thức , thời gian và quyết tâm hầu hết cácphương pháp mã hóa có thể bị nứt và , trên thực tế, một số đã bị xâm nhập. Để hỗ trợ các ứng dụng nhưthương mại điện tử và các giao dịch thẻ tín dụng, các mạng không dây phải được an toàn chống lại người nghe như vậy.Mạng không dây cũng là một thách thức đáng kể. Mạng phải có khả năng xác định vị trí một người dùng bất cứ nơi nào vì nó là một trong hàng tỷ thiết bị di động trên toàn cầu phân phối . Nó phải đáp ứng tuyến đường một cuộc gọi đến người dùng mà khi nó di chuyển với tốc độ lên đến 100 km / giờ . Các nguồn tài nguyên hữu hạn của mạng phải được phân bổ một cách công bằng và hiệu quảliên quan đến việc thay đổi nhu cầu sử dụng và địa điểm. Hơn nữa , hiện nay tồn tại một cơ sở hạ tầng to lớn củamạng có dây : hệ thống điện thoại , Internet, và cáp quang , cần được sử dụng để kết nối không dây hệ thống lại với nhau thành một mạng lưới toàn cầu . Tuy nhiên , các hệ thống không dây với người dùng di động sẽ không bao giờ có thể cạnh tranhvới các hệ thống có dây về tốc độ dữ liệu và độ tin cậy . Interfacing giữa các mạng không dây và có dây với khả năng hoạt động rất khác nhau là một vấn đề khó khăn.Có lẽ là thách thức kỹ thuật quan trọng nhất trong thiết kế mạng không dây là một sửa chữa lớn các thiết kếtự xử lý. Mạng có dây chủ yếu được thiết kế theo một cách tiếp cận lớp , theo đó các giao thức liên quan với các lớp khác nhau của hệ thống hoạt động được thiết kế một cách độc lập , với cơ chế cơ bản để giao tiếp giữa các lớp . Các lớp trong một hệ thống không dây bao gồm các liên kết hoặc lớp vật lý, mà xử lý truyền bit trên các phương tiện truyền thông , các lớp truy cập, trong đó xử lý truy cập chia sẻ cho các phương tiện truyền thông,mạng lưới giao thông vận tải và các lớp, định tuyến dữ liệu trên mạng và đảm bảo kết nối đầu cuối và dữ liệu giao hàng, và lớp ứng dụng, mà sẽ áp đặt tốc độ dữ liệu end-to -end và hạn chế sự chậm trễ liên quanứng dụng. Trong khi một phương pháp không giới hạn làm giảm độ phức tạp và tạo điều kiện cho mô đun và tiêu chuẩn hóa , nó cũng dẫn đến không hiệu quả và làm giảm hiệu suất do thiếu một thiết kế tối ưu toàn cầu. lớn năng lực và độ tin cậy tốt của mạng có dây làm cho các thiếu hiệu quả tương đối lành tính đối với nhiều mạng có dây các ứng dụng , mặc dù nó không ngăn cản thực hiện tốt các ứng dụng chậm trễ , hạn chế như thoại và video. Tình hình là rất khác nhau trong một mạng không dây. Kết nối không dây có thể biểu hiệu suất rất kém , và hiệu suất này cùng với kết nối người sử dụng và thay đổi cấu trúc liên kết mạng theo thời gian. Trong thực tế, khái niệm về một liên kết không dây là một số mờ do tính chất của công tác tuyên truyền phát thanh, truyền . năng động bản chất và hiệu suất kém của các kênh truyền thông không dây cơ bản chỉ ra rằng hiệu suất cao mạng phải được tối ưu hóa cho kênh này và phải được mạnh mẽ và thích ứng với biến thể của nó , cũng như mạng di dộng . Do đó , các mạng này đòi hỏi các giao thức tích hợp và thích ứng với tất cả các lớp , từ lớp liên kết đến lớp ứng dụng. Thiết kế giao thức lớp này qua đòi hỏi chuyên môn interdiciplinary trong thông tin liên lạc , tín hiệuchế biến và lý thuyết mạng và thiết kế.Trong phần tiếp theo , chúng tôi đưa ra một tổng quan về các hệ thống không dây đang vận hành. Nó sẽ được rõ từ tổng quan này mà tầm nhìn không dây vẫn là mục tiêu xa xôi , với nhiều thách thức kỹ thuật để vượt qua. Các thách thức này sẽ được xem xét chi tiết trong suốt cuốn sách .

1.4 Hệ thống không dây

Phần này cung cấp một tổng quan về các hệ thống không dây hiện nay trong hoạt động ngày hôm nay. Các chi tiết thiết kế của các hệ thống liên tục phát triển, với các hệ thống mới đang nổi lên và những cái cũ đi không mấy thành công. Do đó, chúng tôi sẽ tập trung chủ yếu vào các khía cạnh thiết kế cao cấp của hệ thống phổ biến nhất. Thêm chi tiết về hệ thống không dâytiêu chuẩn có thể được tìm thấy trong [1, 2, 3]

Một bản tóm tắt các tiêu chuẩn hệ thống không dây chính được đưa ra trong Phụ lục D.

1.4.1 Hệ thống di động Điện thoạiHệ thống điện thoại di động là rất phổ biến và hấp dẫn trên toàn thế giới : đó là những hệ thống khởi động cho cuộc cách mạng không dây . Hệ thống di động cung cấp hai cách truyền thông thoại và dữ liệu với khu vực, quốc gia, hoặc bảo mật quốc tế. Hệ thống di động được thiết kế ban đầu cho thiết bị đầu cuối di động bên trong xe với ăng-ten gắn trên nóc xe. Hôm nay các hệ thống này đã phát triển để hỗ trợ thiết bị đầu cuối di động cầm tay nhẹ hoạt động bên trong và bên ngoài các tòa nhà ở cả người đi bộ và tốc độ xe.Những tiền đề cơ bản của thiết kế hệ thống di động là tái sử dụng tần số, trong đó khai thác thực tế là tín hiệu điện rơi xuống với khoảng cách tái sử dụng phổ tần số tương tự tại các địa điểm không gian cách nhau . Cụ thể,vùng phủ sóng của một hệ thống di động được chia thành các lớp không chồng lấn , nơi một số bộ các kênh được gán. Thiết lập cùng một kênh này được sử dụng trong tế bào khác cách đó không xa , như thể hiện trong hình 1.1, nơi Ci là tập kênh được sử dụng trong một tế bào đặc biệt . Hoạt động trong một tế bào được điều khiển bởi một cơ sở tập trung nhà ga, như được mô tả chi tiết dưới đây . Các can thiệp gây ra bởi người sử dụng trong các tế bào khác nhau hoạt động trên cùng một kênh bộ được gọi là sự can thiệp intercell . Sự tách biệt không gian của các tế bào sử dụng lại các thiết lập cùng một kênh , tái sử dụngkhoảng cách , nên càng nhỏ càng tốt để được tái sử dụng tần số càng nhiều càng tốt , do đó tối đa hóa hiệu quả quang phổ . Tuy nhiên , khi khoảng cách tái sử dụng giảm , intercell can thiệp tăng lên, do khoảng cách truyền giữa các tế bào can thiệp nhỏ . Kể từ khi can thiệp intercell phải còn dưới một ngưỡng nhất định cho hiệu năng hệ thống chấp nhận được, khoảng cách tái sử dụng không có thể được giảm xuống dưới một số giá trị tối thiểu . Trong thực tế nólà khá khó khăn để xác định giá trị tối thiểu này vì cả hai truyền và tín hiệu gây nhiễu từng xảy ra biến điện ngẫu nhiên do đặc điểm của tuyên truyền tín hiệu không dây . Để xác định tốt nhấtkhoảng cách tái sử dụng và vị trí trạm gốc , một đặc tính chính xác của tuyên truyền tín hiệu trong các tế bào là cần thiết.

Thiết kế hệ thống di động đầu tiên đã được chủ yếu là do chi phí cao của các trạm cơ sở , khoảng một triệu đô la mỗi người. Vì lý do này hệ thống di động đầu sử dụng một số lượng tương đối nhỏ các tế bào để trang trải toàn bộ một thành phố hoặc khu vực . Các trạm gốc di động được đặt trên tòa nhà cao tầng hay núi và truyền đi với năng lượng rất cao với vùng phủ sóng di động của một vài dặm vuông . Những tế bào này lớn được gọi là macrocells . Điện tín hiệu được phát rathống nhất trong tất cả các hướng , do đó, một chuyển động điện thoại di động trong một vòng tròn xung quanh các trạm cơ sở sẽ có khoảng liên tục nhận được điện nếu tín hiệu không bị chặn bởi một đối tượng làm suy giảm . Đường viền tròn này liên tục năng lượng mang lại một hình dạng tế bào lục giác cho hệ thống, từ một hình lục giác có hình dạng gần nhất với một vòng tròn có thể bao gồm cho một khu vực có nhiều tế bào không chồng lấn .Hệ thống di động trong khu vực đô thị hiện nay chủ yếu sử dụng các tế bào nhỏ hơn với các trạm gốc gần mặt đường truyền điện thấp hơn nhiều . Những tế bào nhỏ hơn được gọi là Microcells

hoặc picocells , tùy thuộc vào kích thước của chúng . sự phát triển các tế bào nhỏ hơn đã xảy ra vì hai lý do : - sự cần thiết cho công suất cao hơn ở những vùng có mật độ người sử dụng cao vàkích thước giảm và chi phí thiết bị điện tử trạm cơ sở.Một tế bào kích thước bất kỳ có thể hỗ trợ khoảng cùng một số người sử dụng nếu hệ thống được thu nhỏ cho phù hợp. Vì vậy , đối với một vùng phủ sóng cho một hệ thống với nhiều Microcells có số cao hơn của người sử dụng trên một đơn vị diện tích so với một hệ thống chỉ với một vài macrocells . Ngoài ra, ít năng lượng là cần thiết tại thiết bị đầu cuối di động trong các hệ thống siêu vi , kể từ khi thiết bị đầu cuối là gần gũi hơn với các trạm gốc . Tuy nhiên,sự phát triển các tế bào nhỏ đã phức tạp thiết kế mạng. Điện thoại di động đi qua một tế bào nhỏ một cách nhanh chóng hơn một lớn di động, và do đó việc Bàn giao phải được xử lý một cách nhanh chóng hơn . Ngoài ra, quản lý vị trí ngày càng trở nênphức tạp , vì có nhiều tế bào hơn trong một khu vực nhất định mà một điện thoại di động có thể được đặt.

Figure 1.1: Cellular Systems

Nó cũng khó khăn hơn để phát triển mô hình tuyên truyền chung của các tế bào nhỏ , vì tuyên truyền tín hiệu trong các tế bào phụ thuộc cao trên vị trí trạm cơ sở và hình học của các gương phản xạ xung quanh . Đặc biệt, một hình dạng tế bào hình lục giác nói chung không phải là một bề mặt phản xạ tốt để báo hiệu tuyên truyền trong Microcells . Hệ thống siêu vi thường được thiết kế sử dụng hình dạng tế bào hình vuông hoặc hình tam giác, nhưng những hình dạng này có một biên độ lớn của lỗi trong xấp xỉ của họ để microcell tín hiệu tuyên truyền [9] .Tất cả các trạm cơ sở trong một khu vực địa lý nhất định được kết nối thông qua một liên kết truyền thông tốc độ cao cho điện thoại di động văn phòng chuyển mạch điện thoại ( MTSO ) ,

như thể hiện trong hình 1.2.

Các MTSO hoạt động như một bộ điều khiển trung tâm cho hệ thống mạng, phân bổ kênh trong mỗi tế bào , phối hợp Bàn giao giữa các tế bào khi điện thoại di động đi qua một ranh giới di động,và định tuyến cuộc gọi đến và từ những người dùng điện thoại di động . Các MTSO tuyến đường các cuộc gọi thoại qua điện thoại chuyển mạch công cộngmạng (PSTN) hoặc có truy cập Internet .

Một người sử dụng mới nằm trong một tế bào được yêu cầu một kênh bằng cách gửi một cuộc gọiyêu cầu trạm gốc của tế bào trên một kênh điều khiển riêng biệt . Yêu cầu được chuyển tiếp đến các MTSO , mà chấp nhận yêu cầu cuộc gọi nếu một kênh có sẵn trong tế bào đó . Nếu không có các kênh truyền hình có sẵn sau đó yêu cầu cuộc gọi bị từ chối. Một cuộc bàn giao cuộc gọi được bắt đầu khi các trạm cơ sở hoặc điện thoại di động trong một tế bào được phát hiện sức mạnh tín hiệu nhận được chocuộc gọi đang đến gần ngưỡng tối thiểu nhất định. Trong trường hợp này các trạm cơ sở thông báo cho MTSO rằng điện thoại di động yêu cầu bàn giao , và MTSO sau đó truy vấn các trạm cơ sở xung quanh để xác định xem một trong những trạm có thể phát hiện tín hiệu của điện thoại di động đó. Nếu như vậy thì các MTSO tọa độ bàn giao giữa các trạm cơ sở ban đầu và mới trạm cơ sở. Nếu không có các kênh truyền hình có sẵn trong các tế bào với các trạm cơ sở mới sau đó bàn giao thất bại vàcuộc gọi được kết thúc. Một cuộc gọi cũng sẽ được giảm xuống nếu cường độ tín hiệu giữa một điện thoại di động và trạm gốc của nó giảm dưới ngưỡng tối thiểu cần thiết cho giao tiếp do biến đổi tín hiệu ngẫu nhiên .Thế hệ đầu tiên của hệ thống di động sử dụng thông tin liên lạc tương tự, vì chúng đã được thiết kế chủ yếu trong những năm 1960 , trước khi truyền thông kỹ thuật số đã trở thành phổ biến. Hệ thống thế hệ thứ hai di chuyển từ analog sang kỹ thuật số do nhiều ưu điểm của nó . Các thành phần rẻ hơn, nhanh hơn, nhỏ hơn, và đòi hỏi ít điện năng hơn . giọng nói chất lượng được cải thiện do sửa lỗi mã hóa .

Hệ thống kỹ thuật số cũng có khả năng cao hơn so với các hệ thống tương tựvì chúng có thể sử dụng nhiều điều chế kỹ thuật số quang phổ hiệu quả và kỹ thuật hiệu quả hơn để chia sẻ di động quang phổ. Họ cũng có thể tận dụng lợi thế của kỹ thuật nén tiên tiến và các yếu tố hoạt động bằng giọng nói. Ngoài ra,

kỹ thuật mã hóa có thể được sử dụng để đảm bảo tín hiệu kỹ thuật số chống lại nghe trộm. Hệ thống kỹ thuật số cũng có thể cung cấp dịch vụ dữ liệu ngoài thoại, bao gồm cả tin nhắn ngắn, email , truy cập Internet , và khả năng chụp ảnh ( điện thoại chụp ảnh ) . Do chi phí thấp hơn và hiệu quả cao hơn, các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng chiến thuật giá tích cực để

khuyến khích di cư sử dụng từ analog sang hệ thống kỹ thuật số, và các hệ thống tương tự hiện nay được sử dụng chủ yếu trong các khu vực có không có dịch vụ kỹ thuật số. Tuy nhiên , các hệ thống kỹ thuật số không luôn luôn làm việc cũng tương tự như những người. Người dùng có thể trải nghiệmkém chất lượng giọng nói, cuộc gọi thường xuyên giảm , và bảo hiểm đốm trong khu vực nhất định . Hiệu năng hệ thống có chắc chắn cải thiện như công nghệ và mạng lưới trưởng thành.

Trong một số lĩnh vực điện thoại di động cung cấp gần như cùng chất lượng như dịch vụ điện thoại cố định . Thật vậy , một số người đã thay thế dịch vụ điện thoại hữu tuyến của họ bên trong nhà di động dịch vụ.Chia sẻ quang phổ trong các hệ thống thông tin liên lạc , còn được gọi là đa truy cập , được thực hiện bằng cách chia tín hiệu kích thước cùng thời gian, và / hoặc trục không gian mã tần số.

Trong tần số truy cập phân chia nhiều ( FDMA ) tổng số băng thông hệ thống được chia thành các kênh tần số trực giao . Trong thời gian truy cập phân chia nhiều (TDMA)thời gian được chia trực giao và mỗi kênh chiếm toàn bộ băng tần trên khe thời gian được giao.

TDMA khó để thực hiện hơn FDMA kể từ khi người sử dụng phải có thời gian đồng bộ. Tuy nhiên , nó dễ dàng hơn để thích ứng nhiều tốc độ dữ liệu với TDMA từ nhiều khe thời gian có thể được gán cho một người dùng . Mã phân chia đa truy nhập (CDMA) thường được thực hiện bằng cách sử dụng trực tiếp hoặc chuỗi trải phổ nhảy tần với một trong hai trực giao hoặc mã không trực giao. Trong trực tiếp trình tự mỗi người dùng điều biến chuỗi dữ liệu của mình bằng một trình tự chip khác nhau đó là nhanh hơn nhiều so với chuỗi dữ liệu .

Trong lĩnh vực tần số, hẹp tín hiệu dữ liệu được vận chuyển với tín hiệu con chip băng rộng , kết quả là một tín hiệu với một băng thông rộng hơn nhiều so với các tín hiệu dữ liệu ban đầu . Trong tần số nhảy tần số sóng mang được sử dụng để điều chỉnh các tín hiệu dữ liệu băng hẹp được thay đổi bằng một chuỗi chip mà có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn so với các chuỗi dữ liệu . Điều này dẫn đến một điều chếtín hiệu mà nhảy qua tần số sóng mang khác nhau. Tín hiệu quang phổ thường lây lan được chồng lên nhau khác trong băng thông tín hiệu tương tự. Một máy thu lây lan phổ tách ra từng tín hiệu riêng biệt củagiải mã riêng mỗi dãy lan rộng. Tuy nhiên , các mã không trực giao sử dụng trong một tế bào can thiệpvới nhau ( intracell nội bào can thiệp ) và mã số được sử dụng lại trong các tế bào khác gây nhiễu intercell ( sự chuyển phân vùng ). cả hai các intracell và intercell điện can thiệp giảm do tăng lây lan của mã này. Hơn nữa, can thiệp trong quang phổ rộng hệ thống có thể được giảm hơn nữa thông qua phát hiện đa người dùng và xóa nhiễu . hơn chi tiết về các kỹ thuật khác nhau để chia sẻ phổ và phân tích hiệu suất của họ sẽ được đưa ra trong chương 13-14 .

Các cân bằng thiết kế liên quan đến chia sẻ phổ là rất phức tạp, và quyết định trong đókỹ thuật là tốt nhất cho một hệ thống và môi trường hoạt động không bao giờ là đơn giản.

Thiết kế hệ thống di động hiệu quả là can thiệp hạn chế , tức là can thiệp chi phối các sàn tiếng ồn từnếu không nhiều người sử dụng có thể được bổ sung vào hệ thống. Kết quả là, kỹ thuật nào để giảm nhiễu trong di động hệ thống dẫn trực tiếp đến sự gia tăng dung lượng hệ thống và hiệu suất. Một số phương pháp để giảm nhiễu sử dụng ngày nay hoặc đề xuất cho các hệ thống trong tương lai bao gồm sectorization di động, định hướng và anten thông minh , đa người dùng

phát hiện và phân bổ nguồn lực năng động .Chi tiết các kỹ thuật này được đưa ra trong Chương 15 .Thế hệ đầu tiên (1G) hệ thống di động ở Mỹ , được gọi là dịch vụ điện thoại di động cao cấp ( AMPS ) , (Advanced Mobile Phone Service) sử dụng FDMA với kênh thoại FM điều chế 30 KHz . FCC

(Federal Communications Commis ) cấp ban đầu 40 MHz phổ tần đểHệ thống này, được tăng lên đến 50 MHz ngay sau khi giới thiệu dịch vụ để hỗ trợ nhiều người dùng hơn . tổng số này băng thông được chia thành hai ban nhạc 25 MHz , một cho kênh trạm di động đến cơ sở và một cho cơ sở trạm –đến- điện thoại di động các kênh truyền hình . FCC chia các kênh thành hai bộ đã được giao cho hai dịch vụ khác nhaucác nhà cung cấp trong mỗi thành phố để khuyến khích cạnh tranh . Một hệ thống tương tự, truyền thông châu Âu Tổng số truy cậpHệ thống ( ETACS ) , nổi lên ở châu Âu. AMPS đã được triển khai trên toàn thế giới trong những năm 1980 và vẫn là chỉ di động dịch vụ trong một số các lĩnh vực, bao gồm cả một số vùng nông thôn của MỹNhiều người trong thế hệ đầu tiên hệ thống di động ở châu Âu là không phù hợp, và người châu Âu nhanh chóng hội tụ trên một tiêu chuẩn thống nhất cho thế hệ thứ hai (2G) hệ thống kỹ thuật số gọi là GSM 1. Việc sử dụng chuẩn GSM một sự kết hợp của TDMA và tần số chậm nhảy với tần số thay đổi keying( liên kết nêm ) cho điều chế tiếng nói . Ngược lại, các hoạt động tiêu chuẩn ở Mỹ xung quanh thế hệ thứ hai của kỹ thuật số di động gây ra một cuộc tranh luận về kỹ thuật quang phổ chia sẻ , kết quả là một số tiêu chuẩn không tương thích [ 10 , 11, 12 ] .

Đặc biệt,có hai tiêu chuẩn ở 900 MHz băng tần di động : IS- 54 , trong đó sử dụng một sự kết hợp của TDMA và FDMA và dịch pha keyed( đánh tín hiệu ) điều chế, và IS- 95, trong đó sử dụng trực tiếp chuỗi CDMA với điều chế nhị phân và mã hóa [ 13, 14 ] .

Phổ tần cho các kỹ thuật số di động ở băng tần 2 GHz PCS được bán đấu giá , vì vậy cung cấp dịch vụ có thể sử dụng một tiêu chuẩn hiện hành hoặc phát triển hệ thống độc quyền cho phổ của người mua . Kết quả cuối cùng đã được ba tiêu chuẩn kỹ thuật số di động khác nhau cho băng tần này :

IS-136 (cơ bảngiống như IS- 54 ở một tần số cao hơn) , IS-95 , và các tiêu chuẩn GSM châu Âu. Các tiêu chuẩn kỹ thuật số di động ở Nhật Bản là tương tự như IS- 54 và IS-136 nhưng trong một băng tần số khác nhau, và các hệ thống GSM ở châu Âu là một tần số khác nhau hơn so với các hệ thống GSM ở Mỹ phổ biến vũ khí này của tiêu chuẩn không tương thích ở Mỹ vàquốc tế làm cho nó không thể đi lệch hướng giữa các hệ thống trên toàn quốc hoặc trên toàn cầu mà không có một điện thoại đa phương thức và / hoặc nhiều điện thoại ( và số điện thoại ) .Tất cả các tiêu chuẩn kỹ thuật số di động thế hệ thứ hai đã được tăng cường để hỗ trợ dữ liệu gói tốc độ cao dịch vụ [15] . Hệ thống GSM cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 100 Kbps bằng cách tập hợp tất cả các khe thời gian cùng nhau cho một người sử dụng . Tăng cường này được gọi là GPRS.

Một cải tiến cơ bản hơn , nâng cao dịch vụ dữ liệu cho mạng GSMEvolution ( EDGE ) , tăng thêm tốc độ dữ liệu sử dụng phương thức điều chế cấp cao kết hợp với mã hóa FEC. (forward error correction) sữa lỗi tiến về phía trước.Điều chế này nhạy cảm hơn với hiệu ứng mờ dần , và EDGE sử dụng kỹ thuật thích ứng để giảm thiểu vấn đề này.Cụ thể , EDGE xác định sáu điều chế khác nhau và kết hợp mã hóa, tối ưu hóa để mỗi một giá trị khác

của nhận SNR . SNR nhận được xác nhận và phản hồi lại cho máy phát, và tốt nhấtđiều chế và mã hóa kết hợp với giá trị SNR này được sử dụng .

Các hệ thống IS- 54 và IS- 136 hiện đang cung cấp tốc độ dữ liệu của 40-60 Kbps bằng cách tập hợp các khe thời gian và sử dụng điều chế cấp cao .

Sự tiến hóa này của IS- 136 tiêu chuẩn được gọi là IS- 136HS ( tốc độ cao ) . IS- 95 hỗ trợ hệ thống dữ liệu cao hơn bằng cách sử dụng một kỹ thuật phân chia thời gian được gọi là tốc độ dữ liệu cao (HDR) [16].Các (3G) hệ thống di động thế hệ thứ ba được dựa trên một tiêu chuẩn CDMA băng rộng phát triển trongbảo trợ của Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) [15] . Các tiêu chuẩn , ban đầu được gọi là quốc tếĐiện thoại di động Viễn thông 2000 (IMT-2000) , cung cấp tốc độ dữ liệu khác nhau tùy thuộc vào tính di động và vị trí , từ 384 Kbps cho người đi bộ sử dụng đến 144 Kbps sử dụng xe cộ đến 2 Mbps cho sử dụng văn phòng trong nhà. Tiêu chuẩn 3G không tương thích với các hệ thống 2G , vì vậy các nhà cung cấp dịch vụ phải đầu tư vào cơ sở hạ tầng mới trước khi họ có thể cung cấp Dịch vụ 3G .

Các hệ thống 3G đầu tiên được triển khai tại Nhật Bản . Một lý do khiến dịch vụ 3G ra đầu tiên ở Nhật Bản là quá trình phân bổ 3G phổ , mà ở Nhật Bản đã được trao mà không cần nhiều chi phí lên phía trước. 3G phổ ở cả Châu Âu và Mỹ được phân bổ dựa trên đấu giá , do đó cần phải đầu tư ban đầu rất lớncho công ty nào có nhu cầu cung cấp dịch vụ 3G. Công ty châu Âu trả chung trên 100 tỷ đô la

Chương 1 vấn đề1. Như khả năng lưu trữ tăng lên, chúng ta có thể lưu trữ một lượng lớn hơn và lớn hơn các dữ liệu về lưu trữ nhỏ hơn và nhỏ hơn trên thiết bị . Thật vậy, chúng ta có thể hình dung con chip máy tính vi lưu trữ hàng tetra đĩa mềm dữ liệu.

Giả sử dữ liệu này sẽ được chuyển qua một khoảng cách . Thảo luận về ưu và nhược điểm của việc đưa một số lượng lớn các lưu trữ các thiết bị trong một chiếc xe tải và lái xe họ đến đích của họ thay vì gửi dữ liệu điện tử.2 . Mô tả hai lợi thế kỹ thuật và nhược điểm của các hệ thống không dây sử dụng truyền dữ liệu tức thờichứ không phải là truyền dữ liệu liên tục.3 . Cáp sợi quang thường có xác suất lỗi bit Pb = 10-12 .

Một hình thức điều chế không dây , DPSK , có Pb = 12γ trong một số kênh không dây , trong đó γ là SNR trung bình . Tìm SNR trung bình cần thiết để đạt được cùng Pb trong các kênh không dây như trong các sợi cáp quang . Do đó sóng có tần số cao cần thiết SNR, kênh không dây thường có Pb lớn hơn nhiều so với 10-12 .4 . Tìm sự chậm trễ chuyến đi vòng quanh các dữ liệu được gửi giữa một vệ tinh và trái đất cho LEO , MEO , và các vệ tinh GEO giả định tốc độ của ánh sáng là 3 × 10 8 m / s. Nếu chậm trễ tối đa chấp nhận cho một hệ thống âm thanh là 30 mili giây , trong đó các hệ thống truyền hình vệ tinh sẽ được chấp nhận cho thông tin liên lạc bằng giọng nói hai chiều ?5 . Hình 1.1 cho thấy một tốc độ tăng trưởng tương đối bằng phẳng cho dữ liệu không dây giữa các năm 1995 và 2000. những ứng dụng có thể làm tăng đáng kể tốc độ tăng trưởng người sử dụng không dây dữ liệu.6 . Vấn đề cho thấy một số vấn đề kinh tế phải đối mặt với các nhà cung cấp dịch vụ khi họ di chuyển ra khỏi giọng nói chỉ hệ thống để hệ thống hỗn hợp phương tiện truyền thông . Giả sử bạn là một nhà cung

cấp dịch vụ với băng thông 120KHz mà bạn phải phân bổ giữa người sử dụng thoại và dữ liệu . Người sử dụng tiếng nói yêu cầu 20Khz băng thông, và người sử dụng dữ liệu đòi hỏi 60KHz băng thông. Vì vậy , ví dụ, bạn có thể phân bổ tất cả các băng thông của bạn để người sử dụng bằng giọng nói, kết quả là 6 kênh thoại , hoặc bạn có thể phân chia băng thông để có một kênh dữ liệu và ba kênh thoại , vv Giả sử thêm rằng đây là một hệ thống phân chia thời gian , với khe thời gian của thời gianT. Tất cả các yêu cầu bằng giọng nói và cuộc gọi dữ liệu đi vào lúc khởi đầu của một khe thời gian và cả hai loại cuộc gọi cuối cùng T giây. Có sáu người sử dụng tiếng nói độc lập trong hệ thống: mỗi người dùng yêu cầu một kênh thoạivới xác suất 0,8 và trả $ 0,20 nếu cuộc gọi của mình được xử lý. Có hai người sử dụng dữ liệu độc lập trong hệ thống: mỗi người dùng yêu cầu một kênh dữ liệu với xác suất 0,5 và trả $ 1 nếu gọi của mình được xử lý. Sao bạn nên phân bổ băng thông của bạn để tối đa hóa doanh thu dự kiến của bạn?7 . Mô tả ba nhược điểm của việc sử dụng mạng LAN không dây thay vì một mạng LAN có dây . Đối với những ứng dụng sẽ có những bất lợi hơn bởi những lợi ích của di động không dây . Đối với những ứng dụng sẽ là nhược điểm ghi đè lên các lợi thế.8 . Hệ thống di động đang chuyển đến các hệ chia ô nhỏ hơn để tăng cường năng lực hệ thống . Tên ít nhất ba vấn đề thiết kế được phức tạp theo xu hướng này .9 . Tại sao phải giảm thiểu khoảng cách tái sử dụng tối đa hóa hiệu quả quang phổ của một hệ thống di động?10 . Vấn đề này cho thấy sự gia tăng khả năng như giảm kích thước tế bào . Xem xét một thành phố vuông đó là 100km vuông . Giả sử bạn thiết kế một hệ thống di động cho thành phố này với các ngăn vuông , nơi mà mỗi ngăn (không phân biệt kích thước ngăn) có 100 kênh để có thể hỗ trợ 100 người dùng hoạt động ( trong thực tế số lượng người dùngcó thể được hỗ trợ cho mỗi ngăn chủ yếu là độc lập với kích thước ngăn miễn là mô hình tuyên truyền, sức mạnh quy mô thích hợp).(a) tổng số người dùng hoạt động hệ thống của bạn có thể hỗ trợ cho một kích thước ngăn của 1 cây số vuông là gì?22(b) Điều gì kích thước tế bào bạn sẽ sử dụng nếu bạn yêu cầu hệ thống hỗ trợ 250.000 người dùng hoạt động của bạn?Bây giờ chúng ta xem xét một số khía cạnh tài chính dựa trên thực tế là người dùng không nói chuyện liên tục . giả định thứ sáu 5-6 giờ chiều là giờ bận rộn nhất cho người sử dụng điện thoại di động . Trong thời gian này , những nơi người dùng trung bình một cuộc gọi duy nhất , và cuộc gọi này kéo dài hai phút. Hệ thống của bạn phải được thiết kế sao cho các thuê bao sẽ chịu đựng không lớn hơn một hai phần trăm chặn xác suất trong giờ cao điểm này ( Chặn xác suất được tính bằng cách sử dụng mô hình Erlang B : Pb = ( ! AC / C ) / ( ? Ck = 0 Ak / k ! ) , trong đó C là số lượng kênh và A = UμH U số lượng người dùng , μ số lượng trung bình các yêu cầu cuộc gọi mỗi đơn vị thời gian , và H các thời gian trung bình của một cuộc gọi . Xem Phần 3.6 của Rappaport , ghi chú EE276 , hoặc bất kỳ cuốn sách mạng cơ bản để biết thêm chi tiết).(c ) Có bao nhiêu thuê bao tổng thể được hỗ trợ trong hệ thống macrocell (1 vuông ngăn Km ) và tronghệ thống microcell( Pin tiểu) ( với kích thước ngăn từ một phần (b)) ?(d) Nếu một trạm cơ sở chi phí $ 500,000, chi phí trạm gốc cho mỗi hệ thống là gì?(e) Nếu người dùng trả 50 đô la một tháng trong cả hai hệ thống , những gì sẽ được thu hàng tháng trong mỗi trường hợp . Trong bao lâu để bù đắp các cơ sở hạ tầng (trạm gốc) chi phí cho mỗi hệ thống ?

11. Bao nhiêu dòng dữ liệu CDPD là cần thiết để đạt được tốc độ dữ liệu tương tự như tỷ lệ trung bìnhcủa Wi- Max ?

Chương 2 Suy hao đường truyền và Hiện tượng Bóng Mờ

Kênh vô tuyến không dây đặt ra một thách thức nghiêm trọng như một phương tiện đáng tin cậy cho truyền thông tốc độ cao . Nó không phải là chỉ nhạy cảm với tiếng ồn , nhiễu, và những trở ngại kênh khác , nhưng những trở ngại này thay đổi theo thời gian theo những cách không thể đoán trước do sự chuyển động của người dùng. Trong chương này chúng tôi sẽ mô tả sự thay đổi trong tín hiệu nhận đượcđiện trên khoảng cách do mất đường dẫn và đổ bóng . Suy hao đường truyền là do tản của năng lượng bức xạ của máy phát cũng như ảnh hưởng của các kênh tuyên truyền . Mô hình suy hao đường truyền thường cho rằng suy hao là cùng một lúc một khoảng cách cho truyền- nhận được. Shadowing là do những trở ngại giữa máy phát và máy thu mà làm giảm bớt sức mạnh tín hiệu thông qua sự hấp thụ , phản xạ, tán xạ , và nhiễu xạ. Khi sự suy giảm lớn , tín hiệu bị chặn . Biến do mất con đường xảy ra trên một khoảng cách rất lớn (100-1000 mét ), trong khi biến đổi do shadowing xảy ra khoảng cách hơn tỷ lệ thuận với chiều dài của đối tượng Cản trở ( 10-100 mét trong môi trường ngoài trời và ít hơn ở môi trường trong nhà ) .

Kể từ biến thể do suy hao đường truyền và shadowing xảy ra trên một khoảng cách tương đối lớn, sự thay đổi này đôi khi được quy vào như tác tuyên truyền quy mô lớn.

Chương 3sẽ đối phó với sự thay đổi do việc bổ sung xây dựng và phá hoại của các thành phần tín hiệu đa đường . Biến thể do đang xảy ra trên một khoảng cách rất ngắn, vào thứ tự của các bước sóng tín hiệu, do đó, những biến thể là đôi khi quy vào như tác tuyên truyền quy mô nhỏ.

Hình 2.1 minh họa tỷ lệ truyền tải được đến quyền lực ở dB so với đăng nhập từ xa cho các ảnh hưởng kết hợp của sự mất mát suy hao , bóng ,….Sau khi giới thiệu ngắn gọn và mô tả các mô hình tín hiệu của chúng tôi , chúng tôi trình bày các mô hình đơn giản nhất cho tín hiệu truyền : miễn phí không gian mất suy hao. Một đường truyền tín hiệu giữa hai điểm không có suy giảm theo pháp luật đường truyền không gian miễn phí. Sau đó chúng tôi mô tả tuyến đường đi mô hình đường truyền truyền .

Các mô hình được sử dụng để gần đúng truyền sóng theo phương trình Maxwell, và các mô hình chính xác khi số của các thành phần nhỏ và môi trường vật lý được biết đến . Ray mô hình truy tìm phụ thuộc rất nhiều về hình học và tính chất điện môi của khu vực thông qua đó các tín hiệu truyền . Chúng tôi cũng được mô tả mô hình thực nghiệm với các thông số dựa trên các phép đo cho cả hai kênh trong nhà và ngoài trời.

Chúng tôi cũng có mặt một mô hình chung đơn giản với một vài thông số để chụp các tác động chính của sự mất mát con đường trong hệ thống phân tích . Một đăng nhập bình thường mô hình đổ bóng dựa trên một số lượng lớn các đối tượng shadowing cũng được đưa ra. Khi số lượngcủa các thành phần đa là lớn, hoặc các hình học và tính chất điện môi của môi trường truyền là không rõ, mô hình thống kê phải được sử dụng . Các mô hình thống kê đa sẽ được mô tả trong Chương 3.Trong khi chương này đưa ra một tổng quan về các mô hình kênh cho mất đường dẫn và shadowing , toàn

diện vùng phủ sóng của kênh tuyên truyền mô hình ở tần số khác nhau của giá trị quan tâm một cuốn sách theo đúng nghĩa của nó, và trong thực tế có một số văn bản xuất sắc về chủ đề này [ 3, 5 ] . Mô hình kênh cho các hệ thống chuyên ngành, ví dụ nhiều ăng-ten và băng thông siêu rộng hệ thống , có thể được tìm thấy trong [ 65, 66 ] .