Vô tuyến truyền thông (Wireless Communications)

Nhân tiện bác khongquen nói về CDMA và an ninh, tớ viết đôi dòng về vấn đề an ninh và kỹ thuật ''trải phổ''. Tớ đếk phải là nhà kinh doanh nên chỉ viết về mặt kỹ thuật thôi. Bác khongquen bán được nhiều hàng sau này nhớ dẫn anh em lên Nhật Tân nhá?
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.
--------------- Nguyễn Văn Tèo ---------------
Được nguyenvanteo sửa chữa vào 11/06/2002 16:54

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 ?ogiới 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.
 
-------------- ----
 
Tôi cũng đang muốn tìm hiểu về Multiuser Detection trong CDMA, Đợi các bài viết tiếp theo cua bạn.
 

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 ??ogiới 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.
 
-------------- ----
 
Tôi cũng đang muốn tìm hiểu về Multiuser Detection trong CDMA, Đợi các bài viết tiếp theo cua bạn.
 

Bác Tèo à nói về kỹ thuật thì tớ nghiêm túc vì thực sự là tớ cần học thêm rất nhiều về điều này. Con chiện kinh doanh là nói chơi thôi chứ bác quá hiểu về tính độc quyền ở Vn rùi. Tớ thuộc VNPT vẫn bị coi là độc quyền khai thác nhưng SPT bên vợ tớ thì nào có kém gì. Đưa CDMA vào VN nhưng lại là nhà cung cấp thiết bị đầu cuối duy nhất có thể sử dụng được tất cả các thiết bị khác đều không hợp chuẩn điều này về mặt kỹ thuật chắc bác đã quá hiểu. Không ghét vợ nhưng cãi nhau về 3 cái vụ đọc quyền này thì cũng phải bỏ.
Còn về vụ Nhật Tân thì OK thôi tớ cũng là đứa chơi được!
Rất vui vì có thêm tài liệu từ các bác
Ăn xong liếm mép quèn quẹt!

Bác Tèo à nói về kỹ thuật thì tớ nghiêm túc vì thực sự là tớ cần học thêm rất nhiều về điều này. Con chiện kinh doanh là nói chơi thôi chứ bác quá hiểu về tính độc quyền ở Vn rùi. Tớ thuộc VNPT vẫn bị coi là độc quyền khai thác nhưng SPT bên vợ tớ thì nào có kém gì. Đưa CDMA vào VN nhưng lại là nhà cung cấp thiết bị đầu cuối duy nhất có thể sử dụng được tất cả các thiết bị khác đều không hợp chuẩn điều này về mặt kỹ thuật chắc bác đã quá hiểu. Không ghét vợ nhưng cãi nhau về 3 cái vụ đọc quyền này thì cũng phải bỏ.
Còn về vụ Nhật Tân thì OK thôi tớ cũng là đứa chơi được!
Rất vui vì có thêm tài liệu từ các bác
Ăn xong liếm mép quèn quẹt!

Một Cái Nhìn Sơ Lược Về Single-User Detection (SUD)
Để hiểu vấn để dễ dàng, ta giả sử trong một cell có 2 user đồng bộ với nhau. Tín hiệu thu được ở máy thu như sau:Để khôi phục bit thông tin của user 1, máy thu thực hiện matched filtering như sau:trong công thưc trên đây thìlà nhiễu do user 2 gây ra đối với user 1, n1 là nhiễu trên kênh sau macthed filtering. Bit thông tin của user 1  được khôi phục như sau:Bit thông tin của user 2 cũng được khôi phục theo cách tương tự. Nếu như các mã của 2 user hoàn toàn trực giao với nhau thìvà do đó nhiễu do user 2 gây ra là không còn. Tuy nhiên trên thực tế các mã của các user sẽ không trực giao hoàn toàn và do đó nhiễu nhiều người sử dụng vẫn còn, thậm trí khá lớn. Đây là nhược điểm của của SUD. Từ các công thức trên ta thấy rằng càng có nhiều người sử dụng trong cell thì nhiễu do nhiều người sử dụng càng lớn dẫn đến chất lượng tín hiệu thu càng tồi. Do đó các hệ thống nhiều người sử dụng mà dùng kỹ thuật SUD sẽ không cho dung lượng (số lượng người sử dụng trong cell) cao.
Một Cái Nhìn Sơ Lược Về Multi-User Detection (MUD)
Thực tế, máy thu ở BS biết tất cả các mã của mọi người sử dụng trong cell mà BS đó đang phục vụ, người ta sử dụng thông tin của tất cả mọi người sử dụng trong một cell khi khôi phục tín hiệu. Kỹ thuật này gọi là Multi-User Detection (MUD). Về cơ bản, nó là: tín hiệu của mọi người sử dụng được đồng thời khôi phục một lúc và được thực hiện tương hỗ lẫn nhau (jointly). Các kỹ thuật MUD gồm có: (a) Máy thu tôi ưu (optimum receiver), (b) máy thu tuyến tính (linear receiver), loại này chỉ là gần tối ưu thôi (sub-optimum) và (c) máy thu dựa trên khử nhiễu (interference cancellation receiver). Trong loại (c) có hai loại nhỏ (c1) khử nhiễu song song (PIC - Parallel Interference Cancellation) và (c2) khử nhiễu lần lượt (SIC - Successive Interference Cancellation).
Trong các bài viết tiếp theo, tôi sẽ lần lượt trình bày từng loại máy thu có sử dụng kỹ thuật MUD. Bạn nào có hiểu biết về lĩnh vực này, xin mời cùng tôi cung cấp cho những bạn quan tâm về CDMA biết. Có gì ta sẽ cùng nhau bổ xung. Thời gian của tôi cũng rất có hạn, nhưng tôi sẽ cố gắng.
--------------- Nguyễn Văn Tèo ---------------
Được nguyenvanteo sửa chữa / chuyển vào 01/07/2002 ngày 10:13

Một Cái Nhìn Sơ Lược Về Single-User Detection (SUD)
Để hiểu vấn để dễ dàng, ta giả sử trong một cell có 2 user đồng bộ với nhau. Tín hiệu thu được ở máy thu như sau:Để khôi phục bit thông tin của user 1, máy thu thực hiện matched filtering như sau:trong công thưc trên đây thìlà nhiễu do user 2 gây ra đối với user 1, n1 là nhiễu trên kênh sau macthed filtering. Bit thông tin của user 1  được khôi phục như sau:Bit thông tin của user 2 cũng được khôi phục theo cách tương tự. Nếu như các mã của 2 user hoàn toàn trực giao với nhau thìvà do đó nhiễu do user 2 gây ra là không còn. Tuy nhiên trên thực tế các mã của các user sẽ không trực giao hoàn toàn và do đó nhiễu nhiều người sử dụng vẫn còn, thậm trí khá lớn. Đây là nhược điểm của của SUD. Từ các công thức trên ta thấy rằng càng có nhiều người sử dụng trong cell thì nhiễu do nhiều người sử dụng càng lớn dẫn đến chất lượng tín hiệu thu càng tồi. Do đó các hệ thống nhiều người sử dụng mà dùng kỹ thuật SUD sẽ không cho dung lượng (số lượng người sử dụng trong cell) cao.
Một Cái Nhìn Sơ Lược Về Multi-User Detection (MUD)
Thực tế, máy thu ở BS biết tất cả các mã của mọi người sử dụng trong cell mà BS đó đang phục vụ, người ta sử dụng thông tin của tất cả mọi người sử dụng trong một cell khi khôi phục tín hiệu. Kỹ thuật này gọi là Multi-User Detection (MUD). Về cơ bản, nó là: tín hiệu của mọi người sử dụng được đồng thời khôi phục một lúc và được thực hiện tương hỗ lẫn nhau (jointly). Các kỹ thuật MUD gồm có: (a) Máy thu tôi ưu (optimum receiver), (b) máy thu tuyến tính (linear receiver), loại này chỉ là gần tối ưu thôi (sub-optimum) và (c) máy thu dựa trên khử nhiễu (interference cancellation receiver). Trong loại (c) có hai loại nhỏ (c1) khử nhiễu song song (PIC - Parallel Interference Cancellation) và (c2) khử nhiễu lần lượt (SIC - Successive Interference Cancellation).
Trong các bài viết tiếp theo, tôi sẽ lần lượt trình bày từng loại máy thu có sử dụng kỹ thuật MUD. Bạn nào có hiểu biết về lĩnh vực này, xin mời cùng tôi cung cấp cho những bạn quan tâm về CDMA biết. Có gì ta sẽ cùng nhau bổ xung. Thời gian của tôi cũng rất có hạn, nhưng tôi sẽ cố gắng.
--------------- Nguyễn Văn Tèo ---------------
Được nguyenvanteo sửa chữa / chuyển vào 01/07/2002 ngày 10:13

Thưa Bác Nguyễn Văn Tèo, Cháu đã đọc các bài viết của bác Và cháu cảm thấy kiến thức của bác rất lớn.Cháu thì chỉ mới tập tành thu phát sóng vô tuyến bác có thể chỉ  cho cháu một sơ đồ máy thu phát sóng có tần số cao (UHF) như các lọai micro không dây chuyên nghiệp dùng cho sân khấu có đươc không bác.Cháu chờ tin bác.cháu rất mong bác giúp cháu.
Chào bác
Bao

Thưa Bác Nguyễn Văn Tèo, Cháu đã đọc các bài viết của bác Và cháu cảm thấy kiến thức của bác rất lớn.Cháu thì chỉ mới tập tành thu phát sóng vô tuyến bác có thể chỉ  cho cháu một sơ đồ máy thu phát sóng có tần số cao (UHF) như các lọai micro không dây chuyên nghiệp dùng cho sân khấu có đươc không bác.Cháu chờ tin bác.cháu rất mong bác giúp cháu.
Chào bác
Bao

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.
--------------- Nguyễn Văn Tèo ---------------
Được nguyenvanteo sửa chữa vào 08/06/2002 02:21