HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - Lê Văn Ngọc NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ALE 3G TRONG THÔNG TIN SÓNG NGẮN Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2014 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đức Nhân Phản biện 1: TS Đặng Hoài Bắc Phản biện 2: PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 50 ngày tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông LỜI MỞ ĐẦU ALE có nghĩa "Thiết lập kênh truyền tự động" dùng để hệ thống thông tin có khả tự động chọn kênh (tần số công tác) tập hợp kênh chuẩn bị nhằm nâng cao độ tin cậy thông tin liên lạc điều kiện kênh truyền bị tác động mạnh nhiễu Một vấn đề nảy sinh sản phẩm nhà sản xuất HF riêng rẽ tính tương tác lẫn Trong chế độ tự động hóa cao máy thu phát HF mới, đảm bảo tự động kết nối mạng sử dụng thiết bị nhà sản xuất khác nên cần phải có tiêu chuẩn thống cho ALE Hai tiêu chuẩn ALE đời năm 1990 MIL-STD-188-141A dành cho thông tin quân FED-STD-1045 dành cho thông tin dân Các tiêu chuẩn (năm 1998) MIL-STD-188-141B STANAG 4538 chấp nhận Hiện khoa học kỹ thuật ngày phát triển, với kỹ thuật mã hóa tín hiệu, hệ thống thông tin sóng ngắn cũng có bước phát triển vượt bậc công nghệ Vì đặt yêu cầu khả thiết lập đường truyền nhanh hơn, khả thiết lập đường truyền tốt hơn, khả hỗ trợ tốt cho giao thức ứng dụng Internet nên chuẩn ALE 3G đưa nhằm đáp ứng yêu cầu Vì chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng ALE 3G thông tin sóng ngắn” Nội dung luận văn gồm chương; Chương trình bày phương thức truyền sóng ngắn qua tầng điện ly gồm ảnh hưởng tầng điện ly truyền sóng ngắn, nhiễu vô tuyến, tổn hao truyền sóng qua tầng điện ly, độ tin cậy đường truyền tin; Chương trình bày ALE hệ thống thông tin sóng ngắn bao gồm giao thức ALE 2G ALE 3G; Chương trình bày ứng dụng ALE 3G thông tin vô tuyến điện sóng ngắn Chương1 - PHƯƠNG THỨC TRUYỀN SÓNG NGẮN QUA TẦNG ĐIỆN LY 1.1 Đặc điểm, cấu trúc tham số tầng điện ly 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc tầng điện ly Tầng điện ly tầng nằm khí với độ cao từ (60  500) Km có vai quan trọng hệ thống thông tin vô tuyến điện Bằng nhiều phương pháp thực nghiệm, dùng tín hiệu vô tuyến phát thẳng đứng lên tầng điện ly thu tín hiệu phản xạ để phân tích, người ta phân chia tầng điện ly thành bốn lớp là: D, E, F1 F2 Lớp D: Là lớp ion hóa thấp tầng điện ly, nằm độ cao từ (50100)km Lớp D có tác động phản xạ sóng vô tuyến mà có tác động hấp thụ chủ yếu Lớp E: Lớp E lớp tầng điện ly, nằm độ cao từ (100140) km Lớp phản xạ sóng vô tuyến điện có tần số 10 MHz Các sóng có tần số cao hơn, lớp hấp thụ lượng Chiều cao lớp E phụ thuộc vào ngày đêm Lớp F: Là lớp nằm độ cao từ (140500) km so với mặt đất Lớp F có vai trò đặc biệt quan trọng thông tin vô tuyến điện sóng ngắn Đối với ngày bình thường ban ngày lớp tách thành hai lớp, lớp F1 có độ cao khoảng (140200) km lớp F2 có độ cao (200300) km Lớp F có tác dụng phản xạ tín hiệu vô tuyến điện sóng ngắn [1] 1.1.2 Các tham số tầng điện ly Tầng điện ly đặc trưng hai tham số bản: Độ điện thẩm tương đối tầng điện ly độ điện dẫn tầng điện ly 1.2 Bản đồ dự báo tần số phản xạ cực đại tầng điện ly Khi liên lạc sóng ngắn tận dụng phản xạ sóng từ tầng điện ly để thực liên lạc cự ly xa tới hàng ngàn kilômét Chiều dài khoảng cách bước nhảy sóng phản xạ từ lớp F2 đạt tối đa 4000km Có nhiều loại đồ dự báo tần số phản xạ cực đại tầng điện ly, thông dụng đồ MUF-0 MUF-4000 MUF-4000 tần số phản xạ cực đại ứng với bước nhảy cực đại 4000km, tương ứng với góc tiếp tuyến với đất 1.3 Tổn hao truyền sóng phản xạ từ tầng điện ly Một ảnh hưởng tầng điện ly tới trình truyền sóng hấp thụ sóng điện từ làm suy giảm tín hiệu tới máy thu 1.4 Độ tin cậy đường truyền tin Đối với kênh thông tin độ tin cậy tham số quan trọng Trong hệ thống thông tin sóng ngắn, độ tin cậy đường thông tin đánh giá xác suất đảm bảo liên lạc thông suốt khoảng thời gian Độ tin cậy đường thông tin phụ thuộc vào tỷ lệ tín/ tạp ( ký hiệu SNR) đầu vào máy thu 1.5 Truyền tin sóng ngắn qua tầng điện ly 1.5.1 Đặc điểm Sóng ngắn truyền lan theo phương thức truyền lan sóng đất phản xạ từ tầng điện ly Khi truyền phương thức sóng đất, bị hấp thụ lớn mặt đất bán dẫn điện, nên cự ly bị hạn chế Khi truyền lan cách phản xạ từ tầng điện ly, hấp thụ tầng điện ly với sóng ngắn không đáng kể phản xạ lớp F1 F2 1.5.2 Điều kiện để đảm bảo liên lạc thông tin sóng ngắn Tần số (MHz) Điều kiện đảm bảo để thực thông tin sóng ngắn phản xạ từ tầng điện ly là: 1/ Tần số liên lạc f phải nhỏ tần số cực đại fMUF 2/ Tần số liên lạc phải đảm bảo đủ lớn f > fLUF với công suất phát cần thiết để bù trừ cho tổn hao sóng lớp D E Để tính toán xác tần số công tác ngày cần phải tra đồ tầng điện ly dùng phần mềm máy tính Thời gian ngày (giờ địa phương) Hình 1.10 Phân bố tần số ngày 1.5.3 Hiện tượng pha đinh cách khắc phục Trong truyền sóng ngắn tượng pha đinh giao thoa sóng tia sóng đến đường khác phân tích xuất pha đinh phân cực 1.5.4 Ảnh hưởng chu kỳ xạ mặt trời đến truyền lan sóng ngắn Các quan sát thiên văn học kết luận rằng, hoạt tính xạ mặt trời thay đổi có tính chu kỳ Sự biến thiên hoạt tính mặt trời mang tính chu kỳ phù hợp với biến đổi số lượng diện tích vệt đen (Sunspot) đốm sáng mặt trời Khi hoạt tính xạ mặt trời tăng mật độ điện tử tất lớp ion hóa tầng khí tăng 1.5.5 Ảnh hưởng nhiễu loạn điện từ đến truyền lan sóng ngắn Có bốn dạng nhiễu loạn điện từ ảnh hưởng đến truyền lan sóng ngắn, là: nhiễu loạn điện ly bão từ toàn cầu, hấp thụ vùng quang cực, hấp thụ vùng chỏm cực hấp thụ đột ngột 1.6 Kết luận chương Như chương giới thiệu phương thức truyền lan sóng vô tuyến, yếu tố nhiễu ảnh hưởng đến máy thu, giới thiệu chi tiết cấu trúc tầng điện ly, đặc điểm phản xạ lớp từ lớp D đến lớp F2, giới thiệu đồ phương pháp tính tần số cực đại, tần số cực tiểu, suy hao truyền tin qua tầng điện ly, đặc biệt chương trình bày chi tiết phương thức truyền sóng ngắn qua tầng điện ly sở quan trọng việc tính toán dải tần làm việc tối ưu cho thông tin sóng ngắn Chương ALE TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SÓNG NGẮN 2.1 Tổng quan ALE 2.1.1 Lịch sử hình thành ALE Hệ thống ALE phát triển vào cuối thập niên 1970 đầu năm 1980 số nhà sản xuất vô tuyến Các dòng ALE thường không tương thích nhà cung cấp Sau đó, nỗ lực hợp tác nhà sản xuất phủ Mỹ dẫn đến hệ thứ hai ALE bao gồm tính hệ thống hệ Hệ thống tiêu chuẩn hệ thứ hai ALE 2G vào năm 1986, MIL-STD- 188 - 141A, thông qua cho bang Mỹ Trong cuối năm 1990, hệ thứ ba ALE 3G với cải thiện đáng kể khả hiệu suất giới thiệu MIL-STD- 188 - 141B, NATO STANAG 4538 2.1.2 Hoạt động ALE ALE chuẩn thông tin giới thực để khởi tạo tiến hành thông tin vô tuyến HF dạng số ALE đặc trưng hệ thống thu phát vô tuyến điện HF, cho phép trạm vô tuyến thực kết nối, khởi tạo mạng thông tin thân trạm thu phát HF với trạm thu phát HF khác, với mạng vô tuyến HF Mục đích để cung cấp phương pháp gọi kết nối nhanh, tin cậy điều kiện biến đổi liên tục tầng điện ly, nhiễu vô tuyến, việc dùng chung phổ tần kênh HF Một máy vô tuyến ALE độc lập kết hợp máy thu phát HF đơn biên với điều khiển bên modem MFSK Nó lập trình với địa ALE nhất, giống số điện thoại (trong hệ tên người dùng) Để kết nối với trạm xác định, máy gọi nhập vào địa ALE Trên nhiều máy ALE, thao tác giống ấn số điện thoại Bộ điều khiển ALE chọn kênh truyền rỗi có chất lượng tốt cho kết nối Sau xác nhận kênh truyền rỗi thực sự, gửi tín hiệu lựa chọn gọi để xác định đến máy nhận Trong đó, trạm thu thu quét bảng danh sách kênh ALE, dừng quét kênh xác nhận có gọi cho Bộ điều khiển ALE hai trạm tự động bắt tay để xác nhận kết nối với chất lượng kênh đảm bảo thiết lập Sau kết nối thành công, trạm thu thường phát âm báo động hiển thị thông báo trực quan để nhà điều hành nhận biết được, xác định gọi đến Nó tên hiệu thông tin nhận dạng khác trạm kết nối, tương tự ID gọi Các nhà điều hành sau thương lượng liên kết liệu cách sử dụng giọng nói định dạng tin nhắn văn ngắn 2.1.3 Các tham số ALE Bộ nhớ kênh: Thiết bị có khả lưu trữ 100 kênh khác bao gồm tần số thu phát với chế độ thông tin liên quan xem thông tin kênh chế độ bình thường gồm: + Công suất phát + Sử dụng lưu lượng kênh ( tiếng nói, liệu) + Dò liệu + Dạng điều chế ( kết hợp với tần số ) + Chế độ thu/phát + Độ rộng lọc + Cài đặt điều khiển khuếch đại tự động ( AGC ) 2.2 ALE 2G 2.2.1 Giới thiệu ALE 2G Hiện thiết bị vô tuyến thường thiết kế dựa chuẩn chủ yếu MIL-STD 188-141A quân đội Mỹ FED1045 Nato Tầng kết nối liệu ALE chia làm tầng hình 2.1, tầng thấp sửa lỗi đường truyền sử dụng mã Golay để mã hóa 24 bít từ ALE thành 48 bít, tầng tầng bảo vệ đường truyền, cuối tầng giao thức Nhìn chung với nhiều thiết bị vô tuyến người ta thiết kế theo nguyên tắc có nhiều thiết bị thiết kế lược bớt số phần nhỏ bên 2.2.2 Dạng sóng dùng ALE 2G Dạng sóng tín hiệu 2G thiết kế để phù hợp với chuẩn tín hiệu thoại băng hẹp SSB kHz, phương pháp điều chế FSK gọi MFSK với tone trực giao từ 750 Hz đến 2500 Hz Mỗi tone có độ dài ms, kết truyền qua không khí với tốc độ biểu tượng 125 biểu tượng/giây, tương ứng với tốc độ liệu thô 375 bit/s Dữ liệu ALE định dạng vào khung 24 bít có bít mào đầu ký tự ASCII, ký tự có bít Đầu thu giải mã tín hiệu kỹ thuật xử lý số tín hiệu giải mã tín hiệu FSK tỷ lệ tín hiệu cực âm với nhiễu, có nghĩa tách tín hiệu nhiễu mức thấp 2.2.3 Mã sửa lỗi đường truyền FEC ALE 2G sử dụng mã sửa lỗi đường truyền Golay (24, 12, 3), mã FEC tạo từ đa thức g(x) = x11 + x9 + x7 + x6 + x5 + x + (2.1) 2.2.4 Xáo trộn giải xáo trộn Các bít từ W1 ( bít có trọng số cao nhất) đên W24 ( bít trọng số thấp nhất) tổng hợp bít FEC Golay G1 đến G24 ( với G13 đến G24 đảo vị trí ) xáo trộn tạo thành 48 bít trước truyền sau cộng thêm bít chèn thành 49 bít, ( giá trị =0 ) cấu thành nên từ truyền chúng truyền A1,B1,A2,B2,…, A24, B24, S49 2.2.5 Cấu trúc từ mã ALE Từ ALE chứa 24 bít thông tin, rõ W1 ( MSB ) đến W24 ( LSB ) Các bít thiết kế hình 2.7 Hình 2.7 Cấu trúc từ ALE [3] 10 Chia trạm thành nhiều nhóm, nhóm quét tần số khác để giảm xung đột tần số Sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo thời gian có cảm nhận sóng mang để tránh xung đột kênh truyền 2.3.2 Kiến trúc ALE 3G Hệ thống ALE 3G hoạt động chế độ đồng qua GPS, đồng qua đồng hồ nội bên máy bên cạnh hoạt động chế độ bất đồng để kết nối với hệ thống ALE 2G khác Đánh địa ALE 3G: Hệ thống 3G sử dụng 11 bít địa nhị phân Những địa chuyển đổi từ địa ALE 2G sang ( địa lên tới 15 ký tự ASCII bảng 38 ký tự trình bày phần ALE 2G ) để sử dụng Phương pháp điều chế băng sở: ALE 3G sử dụng phương pháp điều chế băng sở thống cho giai đoạn dò tìm, thiết lập đường truyền giai đoạn truyền liệu đường truyền thiết lập xong Dữ liệu số sau thêm mã sửa sai lặp với tỷ lệ khác điều chế khóa dịch pha mức (8PSK) với tần số sóng mang 1800 Hz tốc độ ký hiệu 2400 biểu tượng/giây tạo tín hiệu băng sở Các dịch vụ yêu cầu độ xác cao có tốc độ liệu thấp có tỷ lệ mã sửa sai tỷ lệ lặp cao ngược lại ALE 3G cung cấp loại sóng BW0 ÷ BW4 cho loại dịch vụ khác Các loại mã sửa lỗi ứng dụng ALE 3G: ALE 3G sử dụng mã sửa lỗi mã xoắn với tỷ lệ khác cho phép cân tỷ lệ bit lỗi sửa tỷ lệ liệu Quá trình phát tín hiệu ALE 3G: Trong ALE 3G, tín hiệu phát theo loạt với cấu trúc cho trước độ dài khác Mỗi loạt thường gồm giai đoạn: 11 Khởi động Mào đầu Dữ liệu Tkđ Tmđ Tdl Hình 2.13 Lược đồ thời gian tín hiệu ALE 3G Đầu tiên giai đoạn khởi động Giai đoạn nhằm đảm bảo cho bên phát ổn định khuyếch đại công suất (ALC) bên thu ổn định khuyếch đại đầu vào (AGC) Giai đoạn thứ hai giai đoạn mào đầu Giai đoạn truyền liệu mào đầu để bên thu nhận dạng loạt tín hiệu thông tin phụ trợ máy phát, máy thu, kiểu liệu Giai đoạn thứ ba giai đoạn truyền liệu Thông thường liệu bao gồm thành phần: liệu thực liệu định trước Thành phần liệu thực liệu cần truyền sau mã hóa sửa sai lặp lại Thành phần liệu định trước liệu cố định cho trước, thường phục vụ cho mục đích đánh giá tỷ lệ lỗi bit Đa truy cập phân chia theo thời gian có cảm nhận sóng mang: Khi cần thiết lập gọi, quãng thời gian s ứng với kênh chia thành khe thời gian, khe có độ dài 800 ms 4s 800 ms 800 ms 800 ms 800 ms 800 ms Khe Nghe Khe Hỏi Khe Đáp Khe Hỏi Khe Đáp Khe Hình 2.14 Phân chia khe thời gian Quá trình liên lạc ALE 3G: Trong ALE 3G, máy thu máy phát liên lạc chặt chẽ với suốt trình trao đổi liệu Tín hiệu phát theo loạt với cấu trúc thời gian định trước Giữa máy thu máy phát nắm rõ tình hình phiên liên lạc thông qua chế hỏi đáp 12 Hỏi ALE Hỏi truyền DL Đáp ALE Bắt đầu trao Đáp truyền DL đổi liệu Quá trình truyền liệu: Truyền khung Truyền khung Xác nhận Xác nhận Quá trình tiếp tục Kết thúc trình liên lạc: Kết thúc Kết thúc Kết thúc Kết thúc trình liên lạc Truyền liệu lỗi, bên thu không xác nhận: Truyền khung Kết thúc Truyền lại Không xác nhận Không xác nhận Kết thúc Kết thúc Thiết lập kênh khác để truyền tiếp Truyền liệu lỗi, bên phát truyền lỗi: Truyền lỗi Truyền lỗi Yêu cầu truyền lại Kết thúc Quay chế độ quét Hình 2.15 Quá trình liên lạc ALE 3G 2.3.3 Các dạng sóng sử dụng ALE 3G 2.3.3.1 Các dịch vụ Gồm dịch vụ sóng là: BW0_Send, BW0_Receive, BW0_Pre_Detect, BW1_Send, BW1_Receive, 13 BW1_Pre_Detect, BW2_Send, BW2_Receive, BW3_Send, BW3_Receive, BW4_Send, BW4_Receive 2.3.3.2 Điều chế dạng sóng cụm Từ bit giao thức ánh xạ thành giá trị ba bít, phần miêu tả cách giá trị ba bít sử dụng để tạo tín hiệu truyền Tín hiệu truyền bao gồm sóng mang đơn âm 1800 Hz điều chế PSK tốc độ không đổi 2400 biểu tượng/giây Sự dịch pha tín hiệu liên quan đến sóng mang không điều chế hàm giá trị ba bít, đưa ánh xạ giá trị ba bít Hình 2.14 Điều chế sóng mang 2.3.4 Sóng BW0 BW0 sử dụng để truyền tải tất PDU 3G-ALE ( quản lý kết nối CM) Hình 2.15 trình bày cấu trúc đặc tính thời gian dạng sóng BW0 TBW0_tx TLC Mào đầu Dữ liệu Ttl Tpre Tdata Ttlc = 106,667 ms: 256 biểu tượng tốc độ 2400 biểu tượng / giây Tpre = 160,0 ms: 384 biểu tượng tốc độ 2400 biểu tượng / giây Tdata = 346,667 ms: 832 biểu tượng tốc độ 2400 biểu tượng / giây TBW0_tx = Tổng thời gian = 613,334 ms Hình 2.15 Lược đồ thời gian BW0 [3] 14 2.3.4.1 Chuỗi bảo vệ TLC/AGC Thành phần chuỗi bảo vệ TLC/AGC dạng sóng BW0 tạo trình TLC cho máy phát AGC cho máy thu để đạt tới trạng thái ổn định trước mào đầu BW0 xuất đầu vào tương ứng chúng 2.3.4.2 Mào đầu thăm dò Mào đầu thăm dò BW0 giúp máy thu phát diện dạng sóng ước lượng thông số khác sử dụng cho giải điều chế liệu Thành phần mào đầu BW0 chuỗi 384 biểu tượng ba bít 2.3.4.3 Sửa lỗi kênh truyền ( FEC) Sóng BW0 mang tải có 26 bit giao thức 26 bit giao thức mã hóa theo mã xoắn tạo 52 bit sau mã hóa, theo cách mã hóa gọi “tail-biting” (cắn đuôi): Đa thức sử dụng : B0=x6+x4+x3+x+1 (2.5) B1=x6+x5+x4+x3+1 (2.6) Hình 2.16 Mã xoắn độ dài 7, tốc độ 1/2 2.3.4.4 Cấu tạo biểu tượng trực giao Quá trình xáo trộn (fetch) loại bỏ bit lúc từ ma trận xáo trộn Từ bít ánh xạ lặp lại để tạo 832 giá trị ba bít thô 15 2.3.4.5 Tạo ứng dụng chuỗi trải tạp giả ngẫu nhiên Phần miêu tả phương pháp tạo chuỗi 832 giá trị ba bít giả ngẫu nhiên 2.3.5 Dạng sóng cụm BW1 BW1 dùng để truyền tất TM PDU PDU HDL_ACK giao thức HDL Cấu trúc BW1 chia làm phần: Chuỗi bảo vệ TLC/AGC chuỗi gồm 256 biểu tượng giả ngẫu nhiên, Mào đầu BW1 để máy thu phát có dạng sóng BW1 ước lượng thông số khác sử dụng cho giải điều chế liệu Thành phần mào đầu BW1 chuỗi gồm 576 biểu tượng ba bít Từ 48 bít liệu sau mã hóa, xáo trộn, lặp lại thành 2304 biểu trượng ba bít trực giao 2.3.6 Dạng sóng cụm BW2 BW2 dùng để truyền chuỗi gói liệu từ trạm phát tới trạm thu, gói liệu có độ dài cố định 1913 bít liệu 2.3.7 Dạng sóng cụm BW3 BW3 dùng để truyền liệu lưu lượng giao thức LDL Nó dùng truyền gói liệu đơn từ trạm phát tới trạm thu, với gói liệu chuỗi có độ dài cố định 537, 1049, 2073, 4121 bít 2.3.8 Dạng sóng cụm BW4 BW4 dùng để mang LDL_ACK PDU giao thức LDL Một giá trình người dùng (giao thức LDL) tạo BW4 cách phát BW4_Send có thông số tải có bít Chuỗi biểu tượng kênh bao gồm: 256 biểu tượng ba bít chuỗi bảo vệ (không có trải PN), sau 1280 biểu tượng kênh BW4 có 16 trải PN, điều chế tần số sóng mang 1800 Hz tốc độ 2400 biểu tượng kênh/giây 2.4 Phân tích đánh giá so sánh ALE 2G ALE 3G [11] Theo kết nghiên cứu đánh giá tập đoàn Harris nước Mỹ ALE 3G có số ưu điểm vượt trội so với ALE 2G sau: Đặc trưng ALE 2G ALE 3G Thời gian kết nối 15,3 s 8,4 s Khả kết nối dB ( Độ rộng băng -8 dB ( Độ rộng băng thông 3kHz) thông 3kHz) FSK - 125 biểu PSK – 2400 biểu tượng / giây tượng/ giây Chế độ bất đồng Chế độ đồng Dạng sóng Các chế độ hoạt động chế độ bất đồng 2.5 Kết luận chương Trong chương trình bày chi tiết lịch sử phát triển hệ ALE, từ hệ ALE hệ ALE thứ Trong chương chủ yếu trình bày nội dung hệ ALE ALE 2G ALE 3G 17 Trong ALE 2G giới thiệu chi tiết kỹ thuật sử dụng ALE 2G mã sữa lỗi đường truyền, cấu trúc từ ALE, kỹ thuật xáo trộn phương pháp đánh địa ALE 2G… Trong phần ALE 3G giới thiệu tổng quan ALE 3G, phương pháp đánh địa ALE 3G, cách thiết lập kết nối, chế độ quét ALE 3G giới thiệu dạng sóng sử dụng ALE 3G ( BW0 ÷ BW4 ) giới thiệu chi tiết dạng sóng BW0 Chương 3: ỨNG DỤNG ALE 3G TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐIỆN SÓNG NGẮN 3.1 Tổng quan Ngày với tiến sở hạ tầng thông tin liên lạc, phát triển mạnh mẽ mạng Internet, cần thiết phải tương tác nhiều thiết bị hệ thống với Những thiết bị vô tuyến điện HF muốn tận dụng nguồn tài nguyên để mở rộng sở hạ tầng thông tin cho cộng đồng người dùng mới, cần phải đảm bảo công nghệ HF tương thích với kiến trúc Internet Bắt đầu với đặc tính hệ thống HF, khía cạnh quan trọng môi trường HF phân biệt với phương tiện truyền thông Internet phổ biến truyền khác ảnh hưởng: hiệu ứng đa đường, fading, thay đổi theo thời gian, nhiễu loạn tầng điện ly hoạt động vết đen mặt trời theo ngày Sự độc đáo công nghệ HF chủ yếu kết giải vấn đề Đối với thiết bị vô tuyến điện tốc độ liệu đạt đường truyền thấp đáng kể so với tốc độ truyền Internet điều phải đặt số giới hạn chức để HF liên kết với Internet thực hiệu Các máy HF tốc độ liệu đạt 1200 bps, modem lên đến 9600 bps điều nảy sinh vấn đề ùn tắc hiệu suất 18 kênh truyền, gây cho người sử dụng ứng dụng đa phương tiện thất vọng với tốc độ HF kết nối với Internet Để cải thiện tốc độ HF kết nối với Internet có số phương pháp sau: • Tăng phân bổ phổ HF liên kết • Nâng cao hiệu liệu modem ( bít / Hz) • Tăng nội dung thông tin ( giảm dư thừa ) luồng bít modem Hình 3.1 Giao diện HF tới Internet [7] 3.2 Các ứng dụng hỗ trợ Internet 3.2.1 Hỗ trợ cho ứng dụng Internet Khi mạng HF liên kết với mạng khác sử dụng giao thức IP, ứng dụng Internet sử dụng mô tả hình 3.2 Đối với ứng dụng Internet, ALE 3G (chỉ hình 3.2) cung cấp hiệu suất cao so với ALE 2G 3.2.2 Những yêu cầu cụ thể chuyển thư điện tử qua HF Phần trình bày số giao thức chuyển thư điện tử HMTP, SMTP 3.3 Hệ thống HF Cenluler 3.3.1 Mạng thông tin vô tuyến điện sóng ngắn theo mô hình mạng tổ ong Mạng vô tuyến điện sóng ngắn theo mô hình tổ ong giống mạng điện thoại di động (còn gọi mạng điện thoại 19 tổ ong), bao gồm đối tượng thông tin di động (các điện đài vô tuyến điện HF) trạm cố định (trạm vô tuyến điện HF với công suất lớn) Các điện đài di động trạm cố định kết nối với thành mạng lưới rộng lớn, đối tượng định danh (tương tự số thuê bao di động) Khi người sử dụng cần thực gọi, thay đặt tần số cách thủ công truyền thống, người sử dụng việc gọi định danh điện đài cần gọi trình lại từ việc chọn tần số, tổ chức trì liên lạc tiến hành cách tự động thông qua trung tâm điều hành tập trung (tương tự tổng đài mạng điện thoại di động) Quá trình liên lạc điện đài với trạm cố định thực thông qua kênh vô tuyến sóng ngắn, trạm cố định với thường thông qua đường thông tin hữu tuyến cáp quang, mạng WAN, mạng Internet, v.v theo giao thức truyền thông IP 3.3.2 Các kỹ thuật công nghệ Hệ thống sử dụng công nghệ tiên tiến ALE 3G, vô tuyến điện IP kỹ thuật điều hành tập trung Công nghệ ALE 3G công nghệ cho phép thiết lập trì đường truyền cách tự động với hiệu độ tin cậy cao Trong mạng thông tin sóng ngắn theo mô hình tổ ong, công nghệ ALE 3G phát triển thêm bậc Các thiết bị không liên lạc trực tiếp với trước mà liên lạc thông qua trạm cố định Khi chế độ chờ, điện đài di động thu thông tin phát từ trạm cố định đánh giá chất lượng đường truyền từ trạm cố định Tương tự, trạm cố định tiến hành thu thập đánh giá chất lượng đường truyền từ điện đài di động Thông tin liên tục cập nhật vào sở liệu gửi trung tâm điều hành tập trung Khi hai điện đài cần liên lạc với nhau, trạm cố 20 định tần số cho chất lượng đường truyền tốt chọn để liên lạc Nếu không liên lạc được, hệ thống xét tiếp trạm cố định tần số cho chất lượng đường truyền tốt thứ hai, thiết lập phiên liên lạc Các thao tác thiết lập đường truyền, trì phiên liên lạc thực thông qua trung tâm điều hành tập trung sử dụng kỹ thuật điều hành tập trung Trung tâm điều hành nhận thông tin chất lượng đường truyền từ điện đài di động trạm cố định, quản lý tình trạng điện đài, trạm cố định tần số Hình 3.5 Quá trình liên lạc Trong hệ thống thông tin theo mô hình tổ ong, liệu truyền trạm cố định tổ chức theo giao thức IP nhằm tận dụng ưu chuẩn giao thức đơn giản hóa việc thiết kế hệ thống Đồng thời, tận dụng phần cứng có mạng WAN, mạng Internet đa dạng hóa loại kênh truyền trạm cố định, từ nâng cao khả liên lạc 3.3.3 Các tính tiêu Hệ thống thông tin sóng ngắn theo mô hình mạng tổ ong có nhiều tính trội như: Tự động thiết lập chất lượng đường truyền tốt nhất, bao gồm việc chọn trạm cố định, tần số trì liên lạc Mở rộng phạm vi liên lạc, tầm phủ sóng kết hợp nhiều nhóm, nhiều mạng liên lạc khác 21 Cho phép báo bận báo gọi nhỡ Tận dụng tối đa hiệu băng tần Nâng cao chất lượng liên lạc, cho phép trao đổi thông tin với tốc độ cao hơn, ổn định tin cậy Cho phép thực nhiều chế độ liên lạc: thoại số, thoại mật, truyền số liệu, v.v Trang bị sẵn chuẩn vô tuyến điện IP Cho phép lưu lại lịch sử gọi Dễ dàng khai thác, sử dụng cho người kinh nghiệm Cho phép kết hợp với nhiều mạng liên lạc khác mạng điện thoại, mạng Internet, VOIP Cho phép điều hành hệ thống tập trung, thống 3.4 Một số kết đánh giá chế độ truyền đa hướng Đối với kết nối liệu đa hướng phải tính toán thời gian yêu cầu cho cài đặt kết nối nhận báo nhận tầng ứng dụng Dưới sử dụng số liệu thống kê để tính toán cho lưu lượng truyền đa hướng 3.4.1 Các tham số đánh giá Thời gian để gửi tin nhắn đa hướng ( Tcycle): Thời gian tính từ lức bắt đầu thiết lập kết nối đến tất người nhận gửi tin báo nhận Thời gian báo nhận cho người nhận: Tack = Tack-success + ( Psuccess  )* Tfail ( 3.1 ) Trong Tack-success thời gian báo nhận thành công; Psuccess xác suất báo nhận thành công; Tfail thời gian báo nhận lỗi Thời gian báo nhận cho N người nhận: N TN-ack= N*Tack-success + (P j 1 success ( j)  1)T fail (3.2) 22 Lưu lượng chu kỳ: Số lượng bít trung bình liệu nhận không lỗi suốt chu kỳ chia cho Tcycle X= ( frames/ transmission)(bits / frame)(1  FER) TCycle (3.3) Trong đó: FER tỉ lệ lỗi khung, ý khung lỗi kênh truyền chu kỳ sau 3.4.2 Kết phân tích Hình 3.6 hình 3.7 kết tổng lưu lượng bốn chế độ lưu lượng gửi đa hướng với thông báo ngắn (5000 byte) Số lượng người nhận hình 3.6 hình 3.7, cân lưu lượng SNR Ở hình 3.8 hình 3.9 lưu lượng tải trọng lớn 100.000 byte, dạng sóng sử dụng tốt trường hợp BW2x2 ( SNR 10 dB hơn) Hình 3.7 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 4, kích thước file 5000 byte [6] Hình 3.8 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 8, kích thước file 5000 byte [6] 23 Hình 3.9 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 4, kích thước file 100.000 byte [6] Hình 3.10 Thông lượng gửi tin nhắn đa hướng với N= 8, kích thước file 100.000 byte [6] 3.5 Kết luận Phương pháp tổ chức mạng thông tin kiểu tổ ong mở rộng phạm vi liên lạc, cải thiện chất lượng liên lạc cách đáng kể Hơn nữa, việc khai thác sử dụng đơn giản nhanh chóng nhiều, người sử dụng việc gọi định danh giống gọi điện thoại, tất phần việc lại tiến hành tự động Quá trình truyền thông tin chia làm nhiều khâu, chất lượng đường truyền xấu đi, hệ thống khắc phục cách tối ưu khâu yếu Việc điều hành mạng thông tin thống nhất, tập trung, thuận tiện cho công tác quản lý, tổ chức Tuy nhiên, mô hình đòi hỏi chi phí để xây dựng mạng lưới trạm Việc vận hành trung tâm điều hành tương đối phức tạp Các trạm xây dựng cố định nên điều kiện tác chiến thực, bị đối phương công hay áp chế Do đó, thích hợp cho mục đích dân quân cho nước có hệ thống phòng thủ vững 24 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật ngày cao hệ thống thông tin vô tuyến điện không bó hẹp phạm vi liên lạc máy sóng ngắn với nhau, mà hệ thống gồm nhiều thiết bị truyền dẫn, điện thoại IP, máy vô tuyến điện, mạng Internet… gắn kết với Chuẩn ALE 3G cho thiết bị vô tuyến điện sóng ngắn đáp ứng yêu cầu Qua việc nghiên cứu luận văn tác giả đưa cấu trúc tầng điện ly ảnh hưởng tầng điện ly đến liên lạc thông tin sóng ngắn Luận văn tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn thiết lập đường truyền tự động ( ALE ) ALE 2G ALE 3G nêu bước xử lý tín hiệu ALE 2G giới thiệu từ ALE, cấu trúc địa dùng ALE 2G Đối với ALE 3G tác giả nghiên cứu khái quát chung ALE 3G dạng sóng từ BW0 ÷ BW4 sử dụng giao thức, nghiên cứu sâu dạng sóng BW0 Bên cạnh tác giả đưa mô hình ứng dụng hệ thống thông tin vô tuyến điện sóng ngắn sử dụng giao thức ALE 3G Hạn chế luận văn, giao thức ALE 3G chưa áp dụng rộng rãi mạng thông tin vô tuyến điện sóng ngắn giới, Việt Nam chưa có thiết bị liên lạc vô tuyến trang bị giao thức việc nghiên cứu mô hình thực tế hạn chế Tác giả chưa đưa mô dạng sóng chuẩn ALE