Hệ thống Viễn thông Tốc độ Siêu caoCông nghệ SFCM (Single Frequency Code Modulation)

Tác giả: Dr Trần Phúc Ánh

• Hệ thống Viễn thông hiện tại đang dựa trên Công nghệ Băng thông Hệ thống Viễn thông hiện tại đang dựa trên Công nghệ Băng thông rộngrộng

• Công nghệ băng Thông rộng có những nhược điểm và hạn chế như:Công nghệ băng Thông rộng có những nhược điểm và hạn chế như:Chiếm Phổ tần rộng nên sẽ giảm số lượng Kênh tần và giảm Tổng Dung Chiếm Phổ tần rộng nên sẽ giảm số lượng Kênh tần và giảm Tổng Dung lượng Truyền trên toàn miền Tần số lượng Truyền trên toàn miền Tần số (Băng thông càng rộng thì Cách tần giữa (Băng thông càng rộng thì Cách tần giữa hai kênh tần lân cận sẽ càng lớn và sẽ càng giảm số lượng Kênh tần)hai kênh tần lân cận sẽ càng lớn và sẽ càng giảm số lượng Kênh tần)

Băng thông càng rộng thì Hệ số Phẩm chất của các Hệ thống Cộng hưởng Băng thông càng rộng thì Hệ số Phẩm chất của các Hệ thống Cộng hưởng càng giảm nên Độ nhạy của các Máy thu càng bị hạn chế càng giảm nên Độ nhạy của các Máy thu càng bị hạn chế (chỉ đạt độ nhạy (chỉ đạt độ nhạy 80-120dB)80-120dB)

Vì độ nhạy thấp nên phải tăng Công suất phát và vì thế Không gian truyền Vì độ nhạy thấp nên phải tăng Công suất phát và vì thế Không gian truyền bị hạn chế - Cự ly thu/phát sẽ giảm…bị hạn chế - Cự ly thu/phát sẽ giảm…

Công nghệ Băng thông rộngCông nghệ Băng thông rộng

Công nghệ SFCMCông nghệ SFCM(Single Frequency Code Modulaion)(Single Frequency Code Modulaion)

• Công nghệ SFCM là Công nghệ mới nhất chưa từng có trên Thế giới Công nghệ SFCM là Công nghệ mới nhất chưa từng có trên Thế giới với khả năng truyền tải Thông tin có tốc độ siêu lớn vượt trội hơn với khả năng truyền tải Thông tin có tốc độ siêu lớn vượt trội hơn Công nghệ Băng thông rộng hiện nay…Công nghệ Băng thông rộng hiện nay…

• Công nghệ SFCM Có những ưu điểm vượt trội so với Công nghệ Công nghệ SFCM Có những ưu điểm vượt trội so với Công nghệ Băng thông rộng như dưới đây:Băng thông rộng như dưới đây:

Tần số Sóng mang Điều chế SFCM là một Đơn tần f0 duy nhất không bị Tần số Sóng mang Điều chế SFCM là một Đơn tần f0 duy nhất không bị biến thiên và có Độ rộng Băng tần BW = 0 biến thiên và có Độ rộng Băng tần BW = 0

Vì BW = 0 nên Cách tần giữa hai Kênh tần lân cận nhau rất hẹp cho phép Vì BW = 0 nên Cách tần giữa hai Kênh tần lân cận nhau rất hẹp cho phép tăng số Kênh tần lân cận lên rất nhiều lần so với Băng thông rộngtăng số Kênh tần lân cận lên rất nhiều lần so với Băng thông rộng

Vì BW = 0 nên nó cho phép sử dụng các Khung Cộng hưởng có Hệ số Vì BW = 0 nên nó cho phép sử dụng các Khung Cộng hưởng có Hệ số Phẩm chất cao gần 100% nên độ nhạy Máy thu rất cao Phẩm chất cao gần 100% nên độ nhạy Máy thu rất cao (có thể lên tới -240-(có thể lên tới -240-320dB)320dB)

Vì độ nhạy cao nên cho phép tăng Cự ly liên lạc lên gấp nhiều lần và tiết Vì độ nhạy cao nên cho phép tăng Cự ly liên lạc lên gấp nhiều lần và tiết kiệm được Năng lượng rất nhiều so với Công nghệ Băng thông rộng…kiệm được Năng lượng rất nhiều so với Công nghệ Băng thông rộng…

Điều chế SFCMĐiều chế SFCM• Điều chế SFCM phải dựa trên các Nguyên tắc Đáp ứng Thích nghi Điều chế SFCM phải dựa trên các Nguyên tắc Đáp ứng Thích nghi

với các Hệ thống Cộng hưởng và Điều chế cũng như Giải điều chế…với các Hệ thống Cộng hưởng và Điều chế cũng như Giải điều chế…

• Để thích nghi được với các điều kiện cần và đủ của các Khung Cộng Để thích nghi được với các điều kiện cần và đủ của các Khung Cộng hưởng, Điều chế SFCM phải tuân thủ như dưới đây:hưởng, Điều chế SFCM phải tuân thủ như dưới đây:

Tương tự giải pháp sử dụng Mã HDBn của Băng thông rộng để loại trừ n Tương tự giải pháp sử dụng Mã HDBn của Băng thông rộng để loại trừ n Bit 0 liên tục Bit 0 liên tục (khi truyền n Bit 0 liên tục và bắt đầu chuyển sang Bit 1 thì thường (khi truyền n Bit 0 liên tục và bắt đầu chuyển sang Bit 1 thì thường bị mất 1 đến vài Bit 1 đầu tiên vì Hệ thống bị trì hoãn) bị mất 1 đến vài Bit 1 đầu tiên vì Hệ thống bị trì hoãn) thì SFCM phải điều chế thì SFCM phải điều chế sao cho n Xung Sóng mang phải tải được 1 Bit Thông tin sao cho n Xung Sóng mang phải tải được 1 Bit Thông tin

Giải pháp tối ưu của Băng thông rộng cũng như Điều chế SFCM là sử dụng Giải pháp tối ưu của Băng thông rộng cũng như Điều chế SFCM là sử dụng Mã HDB3 tức là để hạn chế 3 Bit 0 liên tục Mã HDB3 tức là để hạn chế 3 Bit 0 liên tục (thay vì Mã HDB3 của Công nghệ (thay vì Mã HDB3 của Công nghệ Băng thông rộng, SFCM được điều chế 3 Xung cho 1 Bit và hai Bit liền kê nhau Băng thông rộng, SFCM được điều chế 3 Xung cho 1 Bit và hai Bit liền kê nhau thì nhanh chậm hơn nhau 1 Chu kỳ Xung)thì nhanh chậm hơn nhau 1 Chu kỳ Xung)

Vì hai Bit liền kề nhau thì nhanh chậm hơn nhau 1 Chu kỳ Xung và mỗi Bit Vì hai Bit liền kề nhau thì nhanh chậm hơn nhau 1 Chu kỳ Xung và mỗi Bit được điều chế tối thiểu 3 Chu kỳ Xung nên tương ứng 1 Xung Sóng mang được điều chế tối thiểu 3 Chu kỳ Xung nên tương ứng 1 Xung Sóng mang có thể truyền được 1 Bit Thông tin trong lúc Công nghệ Băng thông rộng có thể truyền được 1 Bit Thông tin trong lúc Công nghệ Băng thông rộng hiện nay phải mất 8-10 Xung sóng mang mới tải được 1 Bit Thông tin…hiện nay phải mất 8-10 Xung sóng mang mới tải được 1 Bit Thông tin…

Điều chế SFCM tăng và giảm dần Biên độ từng 3dB khi chuyển từ Bit 0 lên Điều chế SFCM tăng và giảm dần Biên độ từng 3dB khi chuyển từ Bit 0 lên Bit 1 hoặc từ Bit 1 xuống Bit 0Bit 1 hoặc từ Bit 1 xuống Bit 0

Hệ số Điều chế SFCMHệ số Điều chế SFCM

• Để thích nghi được với Hệ thống Điều chế, Cộng hưởng - Truyền tải Để thích nghi được với Hệ thống Điều chế, Cộng hưởng - Truyền tải và Giải điều chế thì SFCM phải tuân thủ những nguyên tắc đã được và Giải điều chế thì SFCM phải tuân thủ những nguyên tắc đã được trình bày và như dưới đây…trình bày và như dưới đây…

• Điều chế SFCM có thể giúp Hệ thống Viễn thông truyền tải được Điều chế SFCM có thể giúp Hệ thống Viễn thông truyền tải được một Dung lượng thông tin khổng lồ theo Hệ thức Toán học cơ bản một Dung lượng thông tin khổng lồ theo Hệ thức Toán học cơ bản dưới đây:dưới đây:

K = C/f ≥ 1K = C/f ≥ 1

Trong đó, k là Hệ số Điều chế Trong đó, k là Hệ số Điều chế (tối thiểu là bằng 1 và tối đa bằng 108),(tối thiểu là bằng 1 và tối đa bằng 108), C C là Dung lượng là Dung lượng (cũng chính là Tốc độ truyền)(cũng chính là Tốc độ truyền) và f là Tần số Sóng mang và f là Tần số Sóng mang

Hệ số Điều chế K hay cũng còn gọi là Hệ số truyền tải Dung lượng Thông Hệ số Điều chế K hay cũng còn gọi là Hệ số truyền tải Dung lượng Thông tin/Tần số Sóng mang càng lớn thì có nghĩa rằng Tốc độ truyền tải Thông tin/Tần số Sóng mang càng lớn thì có nghĩa rằng Tốc độ truyền tải Thông tin càng lớn tin càng lớn

Để có Hệ số Truyền tải K càng lớn thì Độ dài của Chuỗi Thông tin phải Để có Hệ số Truyền tải K càng lớn thì Độ dài của Chuỗi Thông tin phải càng lớncàng lớn

Các Hệ thức SFCM tương Các Hệ thức SFCM tương quanquan Hệ số Điều chế hay còn gọi là Hệ số Truyền tải của SFCM Hệ số Điều chế hay còn gọi là Hệ số Truyền tải của SFCM

phụ thuộc các Định thức Toán học đơn giản như dưới đây:phụ thuộc các Định thức Toán học đơn giản như dưới đây:

Trong đó: Ss là Số Bit Thông tin điều chế SFCM trong mỗi Sub-Step. P là số Xung Sóng mang để mang được 1 Bit Thông tin. S là Số Bit trong một Step được điều chế. C là Tốc độ truyền Thông tin SFCM và f0 là Tần số của Sóng mang Điều chế SFCM

nếu k = 1nếu k = 2nếu k = 3 nếu k = 108

Định dạng Điều chế SFCMĐịnh dạng Điều chế SFCM

Chuỗi Điều chế SFCMChuỗi Điều chế SFCM

Các phương án Điều chế Các phương án Điều chế SFCMSFCM• SFCM SFCM

C = n . f0 C = n . f0 (n = 1 (n = 1 ÷ 108)÷ 108)• SFCM – QAMSFCM – QAM

C = 2n . f0 C = 2n . f0 (n = 1 (n = 1 ÷ 108)÷ 108)

• SFCM 3 PhaseSFCM 3 PhaseC = 3n . f0 C = 3n . f0 (n = 1 (n = 1 ÷ 108)÷ 108)

• SFCM – OFDMSFCM – OFDMC = m . n . f0 C = m . n . f0 (n = 1 (n = 1 ÷ 108)÷ 108)

• Matrix – SFCMMatrix – SFCMC1 = n . f0 . BW C1 = n . f0 . BW (n = 1 (n = 1 ÷ 108) ÷ 108) C2 = 2n . f0 . BW C2 = 2n . f0 . BW (n = 1 (n = 1 ÷ 108)÷ 108)C3 = 3n . f0 . BW C3 = 3n . f0 . BW (n = 1 (n = 1 ÷ 108)÷ 108)

C là Dung lượng hay Tốc độ truyền tải Thông tin. f0 là Tần số Sóng mang. C là Dung lượng hay Tốc độ truyền tải Thông tin. f0 là Tần số Sóng mang. BW là Độ rộng Băng thông. m là số lượng Sóng mang hoặc số cặp Sóng BW là Độ rộng Băng thông. m là số lượng Sóng mang hoặc số cặp Sóng mang hoặc số chập 3 Sóng mang…mang hoặc số chập 3 Sóng mang…

Nhờ vào những khả năng này mà Công nghệ SFCM cho phép có thể truyền Nhờ vào những khả năng này mà Công nghệ SFCM cho phép có thể truyền tải được một Dung lượng Thông tin C siêu lớn lên tới hàng trăm triệu Gbpstải được một Dung lượng Thông tin C siêu lớn lên tới hàng trăm triệu Gbps

Ứng dụng của Công nghệ Ứng dụng của Công nghệ SFCMSFCM• Sử dụng được cho tất cả các Dải tần Sóng Vô tuyến từ Sử dụng được cho tất cả các Dải tần Sóng Vô tuyến từ

Sóng dài đến Sóng ngắn, Sóng cực ngắn và Vi-ba…;Sóng dài đến Sóng ngắn, Sóng cực ngắn và Vi-ba…;• Sử dụng được cho Mạng Thông tin trên đường Điện Sử dụng được cho Mạng Thông tin trên đường Điện

lưới lưới (Power Line Communication – PLC) (Power Line Communication – PLC) với tốc độ với tốc độ siêu cao từ 5 đến 10 Gbps trong dải tần từ 500KHz siêu cao từ 5 đến 10 Gbps trong dải tần từ 500KHz đến 40MHz;đến 40MHz;

• Truyền tải trên Cable đồng cho Hệ thống Thông tin Truyền tải trên Cable đồng cho Hệ thống Thông tin tương tự như Hệ thống Thông tin trên Mạng Điện lưới tương tự như Hệ thống Thông tin trên Mạng Điện lưới với Tốc độ Siêu cao;với Tốc độ Siêu cao;

• Sử dụng được cho Truyền tải Cable Quang với Tốc độ Sử dụng được cho Truyền tải Cable Quang với Tốc độ Siêu cao;Siêu cao;

• Sử dụng được cho Liên lạc Thủy âm – Sonar;Sử dụng được cho Liên lạc Thủy âm – Sonar;

Mẫu demo test thử SFCMMẫu demo test thử SFCM• Năm 2007 đã nghiên cứu chế tạo thử thành công với Tần số Sóng Năm 2007 đã nghiên cứu chế tạo thử thành công với Tần số Sóng

mang 1,25MHz để có thể truyền tải được 1,250,000 bit/s. Tiếp mang 1,25MHz để có thể truyền tải được 1,250,000 bit/s. Tiếp theo sau đó, năm 2011 đã nghiên cứu chế tạo thành công mẫu theo sau đó, năm 2011 đã nghiên cứu chế tạo thành công mẫu Analog – SFCM có thể truyền được Tín hiệu Truyền hình Analog Hệ Analog – SFCM có thể truyền được Tín hiệu Truyền hình Analog Hệ PAL với Tần số Sóng mang 13MHz PAL với Tần số Sóng mang 13MHz (trong lúc đó với Công nghệ (trong lúc đó với Công nghệ Truyền thống thì Tần số tối thiểu là 54MHz)Truyền thống thì Tần số tối thiểu là 54MHz)

Mainboard và Khối tạo Chuỗi Bit test Mainboard và Khối tạo Chuỗi Bit test thửthử

Mục đích:Mục đích: Tạo ra Chuỗi Nhị phân Tự nhiên 16 Bit để điều chếTạo ra Chuỗi Nhị phân Tự nhiên 16 Bit để điều chế

Thiết bị mẫu thử nghiệm Thiết bị mẫu thử nghiệm SFCMSFCM