Các phương pháp truyền dẫn song công

4.2 Các phương pháp truyền dẫn song công:- Phương pháp TDD ( Time Division Duplex )- Phương pháp FDD ( Frequency Division Duplex ) 4.2 Các phương pháp truyền dẫn song công 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các phương thức truyền tin Các hệ thống truyền tin có thể được thiết kế để truyền thông tin theo một hướng, theo hai hướng nhưng không đồng thời gian và theo hai hướng cùng thời gian. Có bốn phương thức truyền tin đó là : Đơn công ( SX – Simplex ) : Thông tin chỉ truyền theo một hướng, hệ thống chỉ phát hoặc thu. Trạm tin có thể là máy phát hoặc máy thu nhưng không phải cả hai.VD : Hệ thống phát thanh truyền hình CATV ( Community Antenna TV ), VCTV, DTH ( Direct To Home ), VOV ( Voice Of Việt Nam ). Bán song công ( HDX – Half Duplex ) : Thông tin có thể được truyền theo hai hướng nhưng không đồng thời. Các hệ thống bán song công còn được gọi là hệ thống truyền tin theo hai hướng thay đổi luân phiên nhau. Ở trạm truyền tin có cả máy phát lẫn máy thu nhưng hai thiết bị đó không làm việc cùng thời gian ( tức là chỉ phát hoặc chỉ thu ). VD : Hệ thống truyền tin bằng bộ đàm dùng phương thức bóp nhả để phát thu. Song công ( FDX – Full Duplex ) : Thông tin được truyền theo hai hướng cùng thời gian. Việc phát và thu có thể được thực hiên đồng thời, có nghĩa là tại trạm phát có thể thực hiện đồng thời phát và thu thông tin. VD : Hệ thống điện thoại chuẩn của một quốc gia. Kênh truyền dẫn a) Liên lạc đơn công Gửi Nhận Nhận Gửi Hoặc b) Liên lạc bán song công Gửi Nhận Nhận Gửi Và Gửi Nhận c ) Liên lạc song công Liên lạc bán song công Song/Song Công ( F/FDX – Full/Full Duplex ) : Thông tin có thể được truyền theo hai hướng ( phát và thu ) nhưng không cùng giữa hai trạm với nhau, có nghĩa là phát đến trạm thứ hai nhưng thu từ trạm thứ ba. Truyền song/song công được sử dụng phổ biến trong các mạng truyền dữ liệu. 4.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công Các phương pháp truy cập vào kênh được sử dụng trong các mạng Point To Point để truyền và khôi phục kênh thông tin trên lớp vật lý trung bình được biết đến như là các phương pháp song công. Có hai phương pháp truyền dẫn song công cơ bản đó là : TDD ( Time Division Duplex ) FDD ( Frequency Division Duplex ) 4.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.2.1 Phương pháp TDD 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.2.1 Phương pháp TDD ( Time Division Duplex ) TDD là một ứng dụng của Đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA – Time Division Multiple Access ) để phân tách tín hiệu đi ( Outward) và trở về ( Return ). TDD có một tiện ích lớn trong trường hợp sự không đối xứng giữa tốc độ uplink và downlink dữ liệu là thay đổi. Khi mà số dữ liệu uplink tăng lên, một dải thông rộng hơn có thể phân phối cho nó như khi nó được co lại để có thể truyền đi được. Time division duplex (TDD) is the application of TDMA to separate outward and return signals. Time division duplex has a strong advantage in the case where the asymmetry of the uplink and downlink data speed is variable. As the amount of uplink data increases, more bandwidth can be allocated to that and as it shrinks it can be taken away. Một tiện ích khác đó là đường tín hiệu radio uplink và downlink là rất giống trong hệ thống di chuyển chậm. Điều đó có nghĩa là công nghệ như là beamforming làm việc rất tốt với hệ thống TDD. Another advantage is that the uplink and downlink radio paths are likely to be very similar in the case of a slow moving system. This means that techniques such as beamforming work well with TDD systems. Dể hiệu quả, TDD chia dòng dữ liệu ra thành nhiều khung, và với mỗi khung này lại chia thành các khe thời gian để truyền đi và nhận về. Từ đó một vài điểm suy luận sau : Sự sắp xếp có hệ thống của TDD có thể cấp phát một cách lịnh hoạt số lượng khe thời gian cho hai chiều truyền và nhận dữ liệu. Điều này là đặc biệt quan trọng trong các đường truyền Internet ( tỉ lệ UL/RL không bị bắt buộc phải là 50/50 ) In effect, TDD divides the data stream into frames and, within each frame, assigns different time slots to the forward and reverse transmissions. Several inferences can be drawn from this description: Since the TDD scheme can allocate dynamically the amount of time slots assigned to each direction -- transmit and receive-- This is especially important for Internet-type traffic (the ratio for UL/DL is no longer constrained to a fixed 50/50). Một băng bảo vệ là không cần để chia tách hai kênh UL và DL, bởi vì chúng sử dụng cùng một tần số, do đó se không có mất mát trong phổ của tín hiệu. Một chu kì bảo vệ là thích hợp cho mục đích đông bộ và chứa đựng khoảng thời gian quay trở lại và trễ vòng trong khi chuyển mạch từ DL sang UL và ngược lại. Bởi sự cấp phát băng tần cho DL và UL là rất linh hoạt , sẽ có rất ít sự lãng phí về phổ của tín hiệu cho việc truyền không đối xứng.Một số lượng nhỏ dải phổ của tàn số bị mât đi do chu kì bảo vệ nhung hoàn toàn không đáng kể so với độ dài của dữ liệu trong một khe thời gian. A guard band is not required to separate the UL and DL channels, because they both use the same frequency – hence, there is no loss in spectrum. A guard period, though, is necessary for synchronization purposes and to accommodate the turnaround time and the round trip delay whenever switching transmission from DL to UL, and vice versa. Because the UL/DL allocation is dynamic, there is very little waste of spectrum for asymmetric operations, i.e., last-mile applications. Some spectrum is still lost for the guard periods, but this is negligible compared to the total length of data in a time slot. Dòng dữ liệu dược chia thành nhiều khung Một khung chia thành nhiều khe thời gian. Mỗi người sử dung được cấp phát một khe Mỗi khe thời gian chứa dữ liệu với một khỏang thời gian bảo vệ nếu như cần đồng bộ Để cho phép sự linh hoạt trong sự triển khai của công nghệ IMT 2000, một số nước mong muốn bao gồm TDD trong khoảng 2.6 GHz băng thông. Một sự triển khai đồng thời FDD và TDD sẽ có một ảnh hưởng lớn đến giá thành và độ phức tạp của đầu cuối cung cấp FDD downlink. Bản phác thảo ECC Decision ( ECC – Electronic Communication Committee ) quyết định băng 2570 – 2620 MHz cho cả hai IMT-2000/UMTS TDD hoặc FDD downlink. 4.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.2.2 Phương pháp FDD 4.2.2.1 Phương pháp TDD 4.2.2.2 Phương pháp FDD ( Frequency Division Duplex ) FDD là một ứng dụng của Đa truy nhập phân chia theo tần số ( FDMA ) để phân tách tín hiệu đến và đi.Những băng tần số uplink và downlink được chia ra bởi việc phân chia tần số. FDD có hiệu quả hơn trong trường hợp truyền đối xứng. Frequency division duplex (FDD) is the application of FDMA ( Frequency Division Multiple Accsess ) to separate outward and return signals. The uplink and downlink sub-bands are said to be separated by the "frequency offset". Frequency division duplex is much more efficient in the case of symmetric traffic. Uplink và downlink Truyền đối xứng và không đối xứng. Những trạm cơ sỏ có thể đồng thời nhận uplink và downlink . Để tránh thiết kế giá thành caomà FDD đánh trên thuê bao, những thuê bao của WiMAX sử dụng một phương pháp song công lai gọi là HFDD. HFDD thì rất giống với TDD. Một thiết bị HFDD truyền và nhận ở những khoảng thời gian khác nhau như TDD. Điểm khác nhau ở chỗ nó cũng sử dụng những khoảng tần số khac nhau cho truyền và nhận để có thể hoạt động trên một mang cơ sở là FDD. Còn FDD thì đặc biệt được sử dụng trong những ứng dụng cần tỷ lệ up và downlink là bằng nhau. The Base Station Unit (BSU) may receive uplink traffic while it simultaneously transmits on the downlink. To avoid the high design costs that FDD imposes on Subscriber Units (SU), WiMAX SUs use a hybrid duplex method called HFDD (half-duplex FDD). HFDD is very similar to TDD. An HFDD device transmits and receives at different times like a TDD device. The difference is that it also uses different frequencies for transmit and receive to communicate with an FDD Base Station. FDD is typically used in applications that require an equal up- and downlink bandwidth. Do sự đối xứng tự nhiên trong các kênh truyền của FDD, thì trong một số ứng dụng như truy cập Internet, là truy cập mất tính đối xứng tự nhiên , một lượng lớn của băng thông uplink sẵn có là không được sử dụng, vì vậy rất lãng phí. Một băng bảo vệ bằng khoảng hai lần kích thước của kênh uplink hoặc downlink được cần để chia tach hai kênh uplink và downlink này. Điều này thêm vào 50% sự mất mát trong việc sử dụng phổ tín hiệu. Due to the symmetric nature of FDD transmission channels, in applications such as Internet access, which can be very asymmetric in nature, a large percentage of the available UL bandwidth remains unused and is, therefore, wasted. A guard band about two times the size of the UL or DL channel is required to separate the UL and DL channels.  This amounts to an additional 50% loss in spectrum. Data transmission is symmetric if the data in the downlink and the data in the uplink is transmitted at the same data rate. This will probably be the case for voice transmission - the same amount of data is sent both ways. However, for internet connections or broadcast data (e.g., streaming video), it is likely that more data will be sent from the server to the mobile device (the downlink).  Truyền dữ liệu là đối xứng nếu dữ liệu trong đường truyền và nhận được truyền đi ở cùng một tỉ lệ. Đây là trường hợp trong truyền tín hiệu thoại – Một lượng dữ liệu như nhau được truyền theo cà hai đường. Tuy nhiên cho kết nối Internet hay cho phát thanh truyền hình quảng bá ( VD : đường truyền video ), có vẻ như nhiều dữ liệu hơn sẽ được gửi từ nhà cung cấp tới người sử dụng. 4.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.2.1 Phương pháp TDD 4.2.2.2 Phương pháp FDD 4.2.2.3 Phạm vi của TDD và FDD Macro Cells, Micro Cells, and Pico Cells Macro Cell : Khu vực bao trùm toàn thành phố. Micro Cell : Khu vực trung tâm thành phố. Pico Cell : Những khu vực điểm nóng như nhà hàng, khách sạn, hay nhà băng.. 4.2.2.3 Phạm vi của TDD và FDD Tại sao lại phải chia nhỏ ra như vậy. Đó là bởi vì những khu vực nhỏ hơn ( trong khoảng ngắn ) có thê cho phép nhiều user hơn và tôc độ nhanh hơn. Đây là điều tại sao người ta gọi đây là các điểm nóng. TDD thì không cho phép truyền trong phạm vi lớn ( trễ xảy ra có thể nhiễu ở giữa uplink và downlink ). Vì nguyên nhân này, TDD chỉ được sư dụng trong những môi trường mà ở đó có trễ truyền dẫn là nhỏ ( PICOCELL như đã giới thiệu ở trên ) . TDD thực sự hiệu quả trong việc truyền dữ liệu trên Internet trong những điểm nóng phạm vi hẹp( PICOCELL ) Why is there this sub-division of regions? It is because smaller regions (shorter ranges) allow higher user density and faster transmission rates. This is why they are called "hot spots". TDD mode does not allow long range transmission (the delays incurred would cause interference between the uplink and the downlink). For this reason, TDD mode can only be used in environments where the propagation delay is small (pico cells). TDD mode is highly efficient for transmission of internet data in pico cells.  4.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.3 Một số so sánh giữa TDD và FDD 4.2.3 Một số so sánh giữa TDD và FDD Những tiện ích chính của TDD : -Tăng độ linh động. -Tăng năng lực của hệ thống. Những điều bất lợi trong TDD : -Tăng độ phức tạp của các thiết bị và hệ thống sử dụng . - Khó sử dụng những khối thiết bị của các user. - Việc xử lý nhiếu trong và ngoài hệ thống càng trở nên thách thức hơn. Phương pháp nào tốt hơn, FDD hay TDD FDD có thể là lự chọn tốt nhất nếu : Nếu tỉ lệ uplink và downlink là không đổi. VD khi truyền về cơ bản là phát thanh truyền hình quảng bá. Giá thành thiết bị là quan trọng hơn hiệu suất sử sụng phổ. Triển khai những mẫu truyền có thể dự đoán trước TDD là lựa chọn tốt nhất nếu : Tỉ lệ uplink và downlink là thay đổi. Hiệu suất sử dụng phổ quan trọng hơn giá thành các thiết bị. Cấp phát dải tần số cho TDD và FDD (của UMTS _ Universal Mobile Telecommunication Service) FDD downlink : 1920 -1980 MHz FDD uplink : 2110 – 2170 MHz TDD1 : 1900 -1920 MHz TDD2 : 2010 – 2025 MHz 4.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.1 Giới thiệu sơ lược về các hệ thống truyền tin. 4.2.2 Các phương thức truyền dẫn song công. 4.2.3 Một số so sánh giữa TDD và FDD 4.2.4 TDD và FDD trong WiMAX 4.2.4 TDD và FDD trong WiMAX 4.2.4.1 Giới thiệu sơ lược về WiMAX : WiMAX là viết tắt của World wide Interoperability for Microwave Access, là một chứng nhận cho những sản phẩm mà có thể vượt qua những kiểm tra cho tiêu chuẩn IEEE 802.16. Nó có vẻ khá giống với Wi-Fi theo tiêu chuẩn IEEE 802.11của tiêu chuẩn LAN không dây. Tuy nhiên WiMAX về cách làm việc thì khac so với Wi-Fi. WiMAX, an acronym for Worldwide Interoperability for Microwave Access, is a certification mark for products that pass conformity and interoperability tests for IEEE 802.16 standards. It is in a rather similar way to Wi-Fi being interoperable implementations of the IEEE 802.11 Wireless LAN standard. However, WiMAX is very different from Wi-Fi in the way it works. Tiêu chuẩn WiMAX đầu tiên ( IEEE 802.16 ) xác định cho WiMAX khoảng tần số từ 10 – 66 GHz. 802.16a updated năm 2004 tới 802.16-2004 ( cũng được biết như là 802.16d ), đã cung cấp thêm một dải thông nữa từ 2 – 11 GHz. 802.16d được updated thành 802.16e năm 2005. 802.16e sử dụng điều chế đa sóng mang trực giao nhau ( OFDM ). Điều này mang đến hiệu quả lợi ích cao trong việc phủ sóng, tiêu thụ năng lượng, sử dụng lại tần sô và băng thông hiệu quả hơn. 802.16e cũng thêm vào khả năng nâng cao tính linh động. The original WiMAX standard (IEEE 802.16) specified WiMAX in the 10 to 66 GHz range. 802.16a, updated in 2004 to 802.16-2004 (also known as 802.16d), added support for the 2 to 11 GHz range. 802.16d was updated to 802.16e in 2005. Revision 802.16e uses scalable orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) This brings potential benefits in terms of coverage, self installation, power consumption, frequency re-use and bandwidth efficiency. Revision .16e also adds a capability for full mobility support. Một điều còn chưa đề cập đến đó là WiMAX sẽ cung cáp một tốc độ khoảng 70 Mbits/s qua 70 miles ( 112.6 kilomet ). WiMAX sẽ cung cấp những ứng dụng cao sau : Kết nối với những điểm nóng của Wi-Fi hoặc tới những thành phần khác của Internet. Cung cấp một đường truyền tốc độ cao cho thông tin di động và cho những dịch vụ trong mạng 4G. A commonly held misconception is that WiMAX will deliver 70 Mbit/s, over 70 miles (112.6 Kilometer). WiMAX make it suitable for the following potential applications: Connecting Wi-Fi hotspots with each other and to other parts of the Internet Providing high-speed mobile data and telecommunications services (4G) 4.2.4 TDD và FDD trong WiMAX 4.2.4.2 TDD và FDD sử dụng trong WiMAX Hiện nay các sản phẩm của WiMAX đang trở nên rộng rãi trên thị trường. WiMAX sử dụng cả 2 loại truyền dẫn song công để phân tách tín hiệu uplink và downlink : TDD và FDD. Cà hai phương pháp này đều có những thuận lợi rõ ràng phụ thuộc vào từng ứng dụng riêng . Today WiMAX products are becoming widely available in global markets.  WiMAX uses either of two types of duplex methods to separate uplink (UL) and downlink (DL) communication signals: Time Division Duplex (TDD) and Frequency Division Duplex (FDD). Both methods have clear advantages depending on the application.  WiMAX sử dụng một khoảng tần số thấp từ 2 GHz đến 11 GHz ( tương tự như Wi-Fi ). Nó cho phép những két nối không trong tầm nhìn thẳng, bởi vì truyền sóng ngắn là không dễ bị phá hoại bởi sự ngăn trở của lớp vật lý. Nó có thể dễ dàng bị nhiễu xạ hoặc bẻ cong xung quanh vật ngăn cản. TDD là tốt hơn ở đây bởi vì sự truyền của TDD là không đối xứng ( như đã nói trên 4.2.2.2 ). Cho ứng dụng hệ thống T1, một kết nối trong tầm nhìn thẳng là mạnh hơn và vững chắc hơn, do đó nó có thể truyền nhiều dữ liệu hơn với ít lỗĩ hơn. Truyền trong tầm nhìn thẳng sử dụng tần số cao hơn, với một dải thông rộng có thể tới 66 GHz. Ở tần số cao hơn, sẽ có ít nhiễu hơn và băng thông rộng hơn. FDD là phương pháp tôt hơn trong trường hợp này bởi sự truyền ở đây là đối xứng. WiMAX uses a lower frequency range – 2 GHz to 11 GHz (similar to Wi-Fi). This allows Non Line of Sight (NLOS) connections, because lower-wavelength transmissions are not as easily disrupted by physical obstructions. They are better able to diffract, or bend, around obstacles. TDD is better here because of the asymmetry of traffic.  For cellular/T1 backhaul applications, a line-of-sight (LOS) connection is stronger and more stable, so it is able to send much more data with fewer errors. LOS transmissions use higher frequencies, with ranges reaching a possible 66 GHz. At higher frequencies, there is less interference and much more bandwidth. FDD is better in this application because of the symmetry of traffic. Tốc độ và tính di động của WiMAX so với các mạng khác : HSPA : High Speed Packet Access UMTS : Universal Mobile Telecommunication Service WLAN : Wireless Local Area Network GSM : Global System for Mobile Telecommunication