Nghiên cứu kỹ thuật truyền dẫn trong mạng di động

Đề tài này được trình bày qua 5 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng di động. Chương 2: Phương thức truyền dẫn trong mạng di động. Chương 3: Tình hình triển khai mạng truyền dẫn trong mạng di động tại Việt Nam. Chương 4: Xu hướng phát triển mạng truyền dẫn và khuyến nghị mới. Chương 5: Kết luận chung và ý nghĩ thực tiễn của đề tài.

Ngày nay với xu thế hội nhập và toàn cầu hoá, sự phát triển mạnh mẽ của kinh

tế thế giới đã đặt ra vấn đề về năng lực cạnh tranh cho các doanh nghiệp nói chung vàtrong lĩnh vực dịch vụ viễn thông, thông tin di động nói riêng Về cơ bản, vấn đề cạnhtranh trong ngành dịch vụ viễn thông cũng như các lĩnh vực khác, tuy nhiên do đặc thùmang tính vô hình hay phi vật chất, tính không lưu giữ được nên hoạt động cạnhtranh cũng có những điểm riêng biệt

- Trước tiên, đó là việc đề cao các yếu tố về chất lượng dịch vụ và các công cụ

hỗ trợ bán hàng hơn cả các yếu tố về chi phí đầu vào, thiết kế mẫu mã Bên cạnh đó,việc định giá các dịch vụ cạnh tranh, nhất là dịch vụ điện thoại di động cũng rất khókhăn

- Khi xem xét về năng lực cạnh tranh trong lĩnh vực dịch vụ viễn thông cầnnhấn mạnh đến các yếu tố do doanh nghiệp quyết định là chủ yếu Cạnh tranh tronglĩnh vực viễn thông mang những đặc điểm hết sức riêng biệt, có tính nhạy cảm cao.Mỗi công cụ, biện pháp nâng cao năng lực cạnh tranh thường có ảnh hưởng nhanh vàmạnh tới tâm lý người tiêu dùng Ngoài ra, công nghệ viễn thông luôn mang đặc tínhhiện đại và thu hút sự quan tâm phát triển của cả thế giới Khác với các ngành khác,chất lượng dịch vụ viễn thông được thể hiện rất rõ, dễ cảm nhận, dễ gây tâm lý khôngtốt khi không đáp ứng đòi hỏi của người tiêu dùng

Từ những vấn đề nêu trên có thể thấy rằng, khi xem xét năng lực cạnh tranh củamột doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực dịch vụ viễn thông cần chú ý đến các điểmmấu chốt sau:

- Chất lượng, dung lượng mạng lưới viễn thông, khả năng làm cho dịch vụ cótính riêng biệt

- Vấn đề nghiên cứu, phát triển, triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạngviễn thông

Vì vậy, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật truyền dẫn trong mạng di động”

để có thể tìm hiểu, nắm bắt các kỹ thuật truyền dẫn đang được sử dụng trong các hệthống mạng di động Việt Nam Đồng thời tìm giải pháp, áp dụng các kỹ thuật truyềndẫn mới được coi là điểm nóng của thế giới Đề tài này được trình bày qua 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng di động

Chương 2: Phương thức truyền dẫn trong mạng di động

Chương 3: Tình hình triển khai mạng truyền dẫn trong mạng di động tại ViệtNam

Chương 4: Xu hướng phát triển mạng truyền dẫn và khuyến nghị mới

Chương 5: Kết luận chung và ý nghĩ thực tiễn của đề tài

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều song do thời gian và trình độ có hạn, nội dung củaquyển đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ýkiến góp ý của thầy cô, bạn bè để tiếp tục hoàn thiện hơn đề tài này

DANH MỤC HÌNH VẼ

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ Trang

Hình 2.4.2.1: Mô hình mạng MAN-E 66

Hình 2.4.3.2: Mô hình tổng quát truyền dẫn quang từ Nút B đến RNC 68

Hình 2.4.3.7: Mô hình hệ thống DSCDMA 72

a) Sơ đồ khối và b) Máy thu tương quan nhất quán 72

Hình 3.1.1: Sơ đồ mạng lõi IP của Vinaphone 73

Hình 4.1.2.3: Adaptive trong WiMax 82

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

nghệ mạng thông tin di động

tế bào

ASE-CCM

Advanced Encryption Standard- inCounter with CBC-MAC Mode

Mã hóa lưu lượng lớp MAC

thái

hàng

mã

Telecommunications Administrations Hội nghị các cơ quan hànhchính Bưu chính Viễn thông

châu Âu

DSCDMA Direct-Sequence Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo

mã chuỗi trực tiếp

Evolution GPRS

RadiatedPower

Công suất phát xạ đẳnghướng

số

tần số

Ethernet

GSM/EDGE

Centers Các trung tâm chuyển mạchcác dịch vụ di động cổng

mạng

trên vệ tinh

lỗi

Engineer

Viện kỹ thuật điện và điện tử

IP

ISI Inter – symbol Interference Nhiễu giao thoa ký hiệu

trường

Ethernet

thoại di động

nhập mạng

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt

đất

chuyển mạch gói

công cộng

gian

thời gian

VLSI Very Large Scale Integrated Kỹ thuật tổ hợp siêu cao

tuyến

Microwave Access Công nghệ không dây cungcấp các kết nối băng thông

cao

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG1.1 Cấu trúc tổng quan về mạng di động.

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động.

Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 90 năm Mặc dù các khái niệm tổ ong,các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã được biếtđến hơn 60 năm trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng củacác hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dunglượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay Cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ongđiều chế song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) đãxuất hiện vào những năm 1980 Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệthống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ saunếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này:

(1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp

(2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môitrường pha đinh đa tia

(3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng

(4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạtầng

(5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi

(6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuậtthông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa truy nhập mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thờigian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu âu và có tên gọi là GSM Banđầu hệ thống này được gọi là “Nhóm đặc trách di động” (Group Special Mobile) theotên gọi của một nhóm được CEPT (Conference of European Postal andTelecommunications Administrations-Hội nghị các cơ quan quản lý viễn thông và bưuchính châu Âu) cử ra để nghiên cứu tiêu chuẩn Sau đó để tiện cho việc thương mạihóa GSM được gọi là “Hệ thống thông tin di động toàn cầu” GSM được phát triển từnăm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễnthông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Lúc đầu vào những năm 1982-1985 người

ta bàn luận về việc nên xây dựng một hệ thống số hay tương tự Năm 1985 hệ thống sốđược quyết định Bước kế tiếp là chọn lựa giữa giải pháp băng rộng hay băng hẹp.Năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã được tổ chức tại Paris, các hãng đãđua tài với các giải pháp của mình Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đãđược lựa chọn Đồng thời 13 nước đã ký vào biên bản ghi nhớ (MoU) thực hiện cácquy định, như vậy đã mở ra một thị trường di động số có tiềm năng lớn Tất cả cáchãng khai thác ký MoU hứa sẽ có một hệ thống GSM vận hành vào 1/7/1991 Một số

nước khác sẽ bắt đầu phục vụ ở bên trong và xung quanh thủ đô Ở Việt Nam hệ thốngthông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993.

Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triểnkhai vào giữa những năm 1980, các vấn đề về dung lượng đã phát sinh ở các thịtrường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến lượcnâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được TIA(Telecommunications Industry Association: Liên hiệp công nghệ viễn thông) ký hiệu

là IS-54 Cuối những năm 1980 mọi việc trở nên rõ ràng là IS-54 đã gây thất vọng.Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt hơn Rất nhiều hãng của

Mỹ đã lạnh nhạt với TDMA AT&T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này

đã phát triển ra một phiên bản mới: IS-136, còn gọi là AMPS số (D-AMPS) Nhưngkhông giống như IS-54, GSM đã đạt được các thành công ở Mỹ Có lẽ sự thành côngnày là ở chỗ các nhà phát triển ra hệ thống GSM đã dám thực hiện một hy sinh lớn là

để tìm kiếm các thị trường ở châu Âu và châu Á họ không thực hiện tương thích giaodiện vô tuyến giữa GSM và AMPS Nhờ vậy các hãng Ericsion và Nokia trở thành cáchãng dẫn đầu ở cơ sở hạ tầng vô tuyến số và bỏ lại sau các hãng Motorola và Lucent

Tình trạng trên đã tạo cơ hội cho các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra một phương

án thông tin di động số mới Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động số mới người tanghiên cứu công nghệ đa truy nhập theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹthuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Được thành lập vàonăm 1985, Qualcom sau đó gọi là “Thông tin Qualcom” (Qualcom Communications)

đã phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằngphát minh trong lĩnh vực này Lúc đầu công nghệ này được đón nhận một cách dè dặt

do quan niệm truyền thống về vô tuyến là mỗi cuộc gọi thoại đòi hỏi một kênh vôtuyến riêng Đến nay công nghệ này trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ Qualcom

đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS-95A

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc vàHồng Công CDMA cũng được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Acgentina, Brasil,Chile, Trung Quốc, Đức,… và mới đây ở Nhật Tổng công ty Bưu chính Viễn thôngViệt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA

Ở Nhật vào những năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầutiên của nước này: JPD (Japanish Personal Digital Cellular System: hệ thống tổ ong sốcủa Nhật)

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thông tin di động vệtinh:Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại hóa trong năm 1998

Như vậy sự kết hợp giữa các hệ thống thông tin di động nói trên sẽ tạo nên hệthống thông tin di động cá nhân (PSC: Personal Communication System) cho phép

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông vềcác dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ 3 vàthứ 4 Ở đó các hệ thống thông tin di động có xu thế hòa nhập thành một tiêu chuẩnduy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2Mbit/s hoặc 100Mbit/s hay còngọi là các hệ thống tin di động băng rộng.

Hình 1.1.1: Sự phát triển của thông tin di động

một số thiết bị khác (như: giao diện với máy tính cá nhân, FAX ) Hiện nayngười ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối vớitrạm di động Chức năng chính của các thiết bị đầu cuối bao gồm:

- Thiết bị đầu cuối (TE): thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng

bị đầu cuối lại có giao diện đầu cuối modem

▪ Trạm thu phát gốc, BTS:

Một BTS (Base Station Transceiver Station) bao gồm các thiết bị phát thu,anten, và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là cácMODEM vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phậnquan trọng của BTS là TRAU (Transcoder/Adapter Rate Unit: Khối chuyển đổi

mã và tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặcthù riêng cho hệ thống di động được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứngtốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhữngcũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó đượcđặt giữa BSC và MSC

▪ Bộ điều khiển trạm gốc, BSC:

BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyếnthông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS Các lệnh này chủ yếu làcác lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao Một phíaBSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC Trong thực tế BSC là mộttổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lýcác kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản

lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này BTS cũng có thểkết hợp chung với BSC vào một trạm gốc

▪ Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động, MSC:

Ở hệ thống thông tin di động chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởiMSC (Moblie Services Switching Center), nhiệm vụ chính của MSC là điềuphối việc thiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động Mộtmặt MSC giao diện với BSC, mặt khác nó giao diện với mạng ngoài MSC làmnhiệm vụ giao diện với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC: GateMSC) Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các người sửdụng mạng thông tin di động đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác,

mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việctruyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử mạng.

▪ MSC cổng, GMSC:

Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập mộtcuộc gọi đến người sữ dụng thông tin di động, trước hết cuộc gọi phải đượcđịnh tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đếnhiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về

vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ởthời điểm hiện thời (MSC tạm trú) Để vậy trước hết các tổng đài cổng phải dựatrên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này.Tổng đài cổng có một giao tiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao tiếpnày nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng thông tin diđộng Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 để có thể tương tácvới các phần tử khác của mạng thông tin di động Về phương diện kinh tếkhông phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà nó thường được kết hợpvới MSC

▪ Bộ ghi định vị tạm trú, VLR:

VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin

di động Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu trữ tạm thời

số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSCtương ứng và đồng thời lưu trữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức

độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thường được liên kết với các chứcnăng MSC

▪ Bô ghi định vị thường trú, HLR:

Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu Các thôngtin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trữ ở HLR(Home Location Register) không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao.HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao.Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và

có khả năng quản lý hàng triệu thuê bao Một chức năng con của HLR là nhậndạng trung tâm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý an toàn

số liệu của các thuê bao được phép

▪ Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực, AUC:

Quản lý thuê bao bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ

là nhập và xóa thuê bao ra khỏi mạng, nó còn nhiệm vụ quan trọng khác là tínhcước các cuộc gọi Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di động chỉ liên quan đếnHLR và một số thiết bị OS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giaotiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Việc quản lý thuê bao

bao AUC (Authetication Center) quản lý các thông tin nhận thực và mật mãliên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khóa bí mật này

▪ Quản lý thiết bị di động, EIR:

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR(Equipment Identity Register) EIR lưu dữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm

di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự đượcphép của thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

▪ Hệ thống báo hiệu số 7 nằm trong OMC:

Hệ thống này được liên kết trực tiếp với các thiết bị trong mạng thông tin diđộng như: MSC, GMSC, HLR,…Nó đảm bảo hoạt động tương tác giữa cácphần tử trong một hay nhiều mạng thông tin di động

▪ Các mạng ngoài:

Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộngPSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động công cộng mặt đấtPLMN, mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN

c) Giao diện của mạng GSM:

Các giao diện sau đây được định nghĩa giữa các phần tử khác nhau của hệthống:

▪ Giao diện Um (MS đến BTS):giao diện vô tuyến

▪ Giao diện Abit (BTS đến BSC): định nghĩa liên kết giữa BTS và BSC

▪ Giao diện A (BSC đến MSC): đảm bảo báo hiệu và lưu lượng (cả số liệu vàtiếng)

▪ Giao diện B (MSC và VLR): định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặcTIA IS-41

▪ Giao diện C (MSC và HLR): định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc 41

IS-▪ Giao diện D (HLR và VLR): giao diện báo hiệu giữa HLR và VLR được xâydựng trên cơ sở báo hiệu số 7

▪ Giao diện E (MSC với MSC): giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổngđài mạng di động

▪ Giao diện H (HLR và AUC): giao diện kết nối HLR và AUC

▪ Giao diện F (MSC và EIR): kết nối MSC và EIR

+ ISDN: Dl.

+ PLMN: Ml.

+ PSPDN: Pl.

+ Chế độ A, có thể xử lý đồng thời cả khai thác chuyển mạch kênh lẫn chuyểnmạch gói.

+ Chế độ B, cho phép MS hoặc ở chế độ PS hoặc ở chế độ CS nhưng khôngđồng thời ở cả hai chế độ Khi MS phát các gói, nếu kết nối CS được yêu cầu thìtruyền dẫn PS tự động được đặt vào chế độ treo

+ Chế độ C, cho phép MS thực hiện mỗi lần một dịch vụ Nếu MS chỉ hỗ trợlưu lượng PS (GPRS) thì nó hoạt động ở chế độ C

▪ PCU:

PCU có nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ gói về dạng chuẩn để chuyển đến SGSN

▪ Các thiết bị khác hoạt động giống mạng GSM

c) Giao diện mạng GRPS:

Các giao diện sau đây được định nghĩa giữa các phần tử khác nhau của hệthống:

▪ Giao diện Um (MS đến BSS):giao diện vô tuyến

▪ Giao diện Abit (BTS đến BSC): định nghĩa liên kết giữa BTS và BSC

▪ Giao diện A (BSC đến MSC): đảm bảo báo hiệu và lưu lượng (cả số liệu vàtiếng)

▪ Giao diện A-ter (BSC đến TRAU và BSC đến PCU): định nghĩa liên kết

1.1.3 Cấu trúc mạng di động 3G/WCDMA:

Mạng WCDMA có định nghĩa như sau:

+ Dịch vụ băng rộng

+ Công nghệ truyền gói

+ Truyền tải văn bản, thoại, video với tốc độ lên đến 2 Mbps

+ Cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng điện thoại, máy tính di động ở bất

cứ nơi nào chúng được đặt

Mạng 3G/WCDMA đã trải qua nhiều quá trình phát triển từ phiên bản R3 đếnnay

Hình 1.1.3: Quá trình phát triển mạng 3G/WCDMA

1.1.3.1 Kiến trúc mạng 3G/WCDMA:

a) Kiến trúc mạng WCDMA phiên bản R3:

Hình 1.1.3.1.3: Kiến trúc mạng WCDMA R5.

Phiên bản R5 thì lại nâng cấp GERAN và UTRAN nhằm thống nhất giaodiện truy nhập và mạng lõi và sự truyền tải bằng IP trong suốt toàn mạng bắtđầu từ BS và BTS

1.1.3.2 Thành phần, chức năng của các phần tử mạng WCDMA:

▪ Tương tự như BSC trong GSM, có chức năng là:

+ Quản lý tài nguyên vô tuyến

+ Cấp phát tài nguyên cell

+ Thực hiện chuyển giao

+ Hệ thống thông tin quảng bá

c) Máy chủ MSC/GMSC:

▪ Tương tự như MSC và GMSC trong GSM, có chức năng là:

+ Có các phần mềm điều khiển cuộc gọi và quản lý di động

+ Không chứa ma trận chuyển mạch

+ Quản lý báo hiệu giữa MSC và RNC

+ Một máy chủ MSC có thể quản lý nhiều MGW

d) Cổng đa phương tiện MGW:

▪ MGW được điều khiển bởi MSC và có thể đặt ở xa MSC, nó thực hiệnchức năng chuyển mạch kênh

e) Phân hệ đa phương tiện IP, IMS:

▪ IMS hoạt động dựa trên mạng IP

▪ IMS cung cấp các dịch vụ đa phương tiện: audio, video, thoại, văn bản và

dữ liệu

1.2 Tổng quan về kỹ thuật truyền dẫn trong mạng di động:

Truyền dẫn là chức nǎng truyền một tín hiệu từ một nơi này đến một nơikhác Hệ thống truyền dẫn gồm các thiết bị phát và nhận, và phương tiện truyềncùng bộ lặp lại giữa chúng như trong hình 1.2.1 Những phương tiện phát sẽtruyền và phát đi những tín hiệu đầu vào (tín hiệu gốc) để truyền chúng mộtcách hiệu quả qua phương tiện, thiết bị nhận tách ra những tín hiệu gốc trongnhững tín hiệu nhận được Đồng thời bộ lặp lại xử lý việc bù lại trong quá trìnhtruyền Các phương tiện truyền bao gồm dãy đồng, cáp đồng trục, radio, ốngdẫn sóng và cáp sợi quang.

Hình 1.2.1: Cấu hình hệ thống truyền dẫn

Truyền dẫn bao gồm phần truyền dẫn thuê bao nối liền máy thuê bao vớitổng đài và phần truyền dẫn tổng đài, nối tổng đài với tổng đài Truyền dẫn gồmtruyền bằng cáp, truyền radio, liên lạc vệ tinh, truyền TV, liên lạc sợi quang,ống dẫn sóng, liên lạc dưới đất cùng bộ chuyển tiếp phục hồi sử dụng cácphương tiện truyền dẫn, kết cấu kết hợp và mạng đồng bộ hoá của các thiết bịnày, việc bảo dưỡng và phần quản lý mạng của mạng truyền dẫn v.v Do đókhông phải là quá đáng khi nói rằng sự phát triển kỹ thuật truyền dẫn đã đưa tới

sự phát triển liên lạc thông tin mà trong phần này sẽ trình bày về truyền dẫntương tự và truyền dẫn số

b) Lịch sử phát triển của truyền dẫn:

Sự phát triển liên lạc viễn thông đã bắt đầu từ khi phát minh ra hệ thốngđiện tín hoạt động theo chế độ chữ số Nghĩa là khi Morse phát minh ra máyđiện tín nǎm 1835 và việc liên lạc viễn thông số bắt đầu bằng phát dòng chấm

và gạch ngang nǎm 1876, việc sử dụng chế độ tương tự bắt đầu với phát minhđiện thoại của A.G Bell Từ đó công nghệ liên quan đã được phát triển khámạnh mẽ Phương pháp truyền dẫn đa lộ cũng đã bắt đầu từ khi có dây dẫn bamạch thực hiện ở Mỹ nǎm 1925 và qua phát triển cáp đồng trục có 240 mạch,hiện nay đã sử dụng phương pháp liên lạc cơ bản với cáp đồng trục có 3.600 -10.800 mạch, FDM (Ghép kênh theo tần số) nhiều mạch 1.800 mạch bởi vi ba

Mặt khác từ nǎm 1930, phương pháp 24 mạch PAM (Điều chế biên độxung) và PWM (Điều chế độ rộng xung) đã phát triển nhưng chưa phổ biến.Ngay sau đó A.H Reeves phát huy PCM (Điều chế mã xung) Nhưng phươngpháp liên lạc viễn thông mới kết hợp những phương pháp PCM cũng không

nó cũng không được thực hiện vì lúc đó ống điện tử chỉ là một phần tử tích cực

và ống mã dùng cho mã hoá bị có nhiều vấn đề khi thực hành Sự phát minh kỹthuật bán dẫn tiếp theo phát minh chất bán dẫn đóng vai trò quyết định trongviệc áp dụng PCM Lúc đó việc ghép kênh cáp tiếng nói bởi phương pháp PCM

đã đánh dấu bước phát triển to lớn trong lịch sử liên lạc viễn thông Phươngpháp PCM có tính thời đại đã ra đời khi có nhu cầu mạch sóng mang gần tǎnglên và việc ghép không thể thực hiện được vì có khó khǎn trong việc thiết lậpmới hoặc thêm cáp trao đổi Dĩ nhiên cũng có sẵn phương pháp sóng mang gầnFDM nhưng nó không thể so sánh được với phương pháp PCM về mặt kinh tế

và chất lượng truyền dẫn Hơn nữa phương pháp FDM cũng không thể hoạtđộng được trong điều kiện yếu kém của cáp địa phương và đưòng dài, nhưngphương pháp PCM có ưu điểm lớn là có thể hoạt động được trong điều kiệnnhư vậy Do đó hệ thống T1 (bộ điện thoại 1) dùng trong liên lạc viễn thôngcông cộng sử dụng phương pháp PCM ở Chicago (Mỹ) trong nǎm 1962,phương pháp PCM-24 áp dụng ở Nhật nǎm 1965, phương pháp Châu Âu hiệnnay (CEPT) đã phát triển và sử dụng trong những nǎm 1970 Lúc đó ITU-T đãkiến nghị G.733 như là một phương pháp Bắc Mỹ (NAS) và G.732 như làphương pháp Châu Âu

Trong khi đó, liên lạc quang cũng đánh dấu bước phát triển về liên lạcviễn thông đã được tích cực nghiên cứu với việc phát minh laser nǎm 1960 Khi

đó, việc nghiên cứu sử dụng sóng không gian và ống dẫn chùm tia quang học làphương tiện truyền dẫn rất sôi động, khả nǎng truyền dẫn quang học sử dụngsợi quang làm phương tiện truyền dẫn được phát huy nǎm 1966, phần chính củanghiên cứu liên lạc quang học tập trung vào truyền dẫn sợi cáp quang sử dụngsợi quang học làm phương tiện truyền dẫn qua việc bổ sung tổn hao truyền dẫnsợi cáp quang 20 dB/km trong nǎm 1970 Hiện nay với việc phát triển phươngpháp khả nǎng siêu đại FT-1.7G, F-1.6G v.v

Trong tương lai ngoài việc phát triển liên tục về ghép kênh và kỹ thuậtliên lạc quang học như trên, chúng ta có thể phát triển kỹ thuật liên quan nhưtruyền dẫn thuê bao số và phát triển kỹ thuật đấu nối, kỹ thuật CCC (khả nǎngkênh xoá ) trên mạng đã có, kỹ thuật UNI (giao tiếp mạng - người sử dụng) vềtiếng nói, số liệu, thông tin hình ảnh và kỹ thuật NNI (giao tiếp nút - mạng), kỹthuật tổ hợp siêu cao VLSI (tổ hợp quy mô rất lớn) bao gồm các loại kỹ thuật

mã hoá, kỹ thuật truyền dẫn số đồng bộ, mạng nối chéo, và bảo dưỡng mạng,mạng CCR (cấu hình lại điều khiển khách hàng), IN (mạng thông minh) và v.v

để chuẩn bị cho dải hẹp ISDN trong giai đoạn đã thực hiện một phần

1.2.2 Các thông số cơ bản trên kênh truyền:

▪ Băng tần: là dải tần số được giới hạn bởi tần số FMIN và tần số FMAX Mỗi hệthống sẽ được cấp phát một băng tần phù hợp với ứng dụng của nó

- Băng thông tín hiệu: là dải tần của tín hiệu hình sin đơn lẻ có tần số thấpnhất, đến tín hiệu hình sin đơn lẻ có tần số cao nhất.

- Băng thông kênh truyền: là dải tần được gán cho một người sử dụng đểtruyền tải dữ liệu

▪ Tốc độ bit: Rb=1/Tb với Tb là thời gian tồn tại 1 bit của tín hiệu

1.2.3 Các kỹ thuật truyền dẫn trong mạng di động:

Mạng thông tin di động được chia làm 2 phần là mạng truy nhập vôtuyến và mạng lõi Mạng truy nhập vô tuyến bao gồm các trạm BTS và BSChoặc là trạm RNC và Node B Mạng lõi bao gồm các thành phần MSC, GMSC,SGGN, v v Việc thực hiện kết nối và sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn đangđược xem xét và tìm ra những giải pháp tối ưu cho toàn mạng

Thông thường mạng truy nhập vô tuyến sử dụng các hệ thống vô tuyếnbăng rộng

Hình 1.2.3.1: Cấu hình hệ thống vô tuyến

Hệ thống vô tuyến băng rộng có ưu điểm nổi trội mà không một hệthống nào có thể có được là đó là tính linh hoạt và tính di động Tính linhhoạt cho phép triển khai rất nhanh hệ thống truyền dẫn, ưu điểm này chophép các nhà khai thác phát triển mạng di động nhanh chóng ở các vùng cơ

sở hạ tầng viễn thông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp Thứ hai là tính diđộng cho phép đáp ứng được thông tin mọi nơi mọi lúc khi nhu cầu đi lạicủa con người ngày càng gia tăng

Đối với mạng lõi do có tính đặc thù là vị trí cố định nên việc triển khai

hệ thống không khó khăn mà người ta quan tâm là chất lượng truyền dẫn vàdung lượng truyền tải Vì vậy nên mạng lõi được sử dụng các hệ thốngthông tin quang để có thể đáp ứng những nhu cầu được đặt ra ở trên

Hình 1.2.3.2: Hệ thống thông tin quang.

Do được truyền trên sợi quang nên tín hiệu không chịu ảnh hưởng củamôi trường nên suy hao thấp, nhiễu thấp và tốc độ truyền dẫn ở mức rất caohàng chục Gbps Mạng lõi trong mạng thông tin di động thường sử dụng hệthống truyền dẫn quang là chủ yếu

1.2.4 Các mô hình quản lý trong mạng di động:

Trong mạng thông tin di động để đảm bảo quá trình kết nối và truyềndẫn, cũng như việc khắc phục sự cố một cách nhanh chóng cần phải có một hệthống quản lý trong mạng Việc quản lý này đảm bảo phải làm việc 24/24 giờ

và có đội ngũ giám sát một cách nghiêm ngặt Mô hình quản lý có thể là quản

lý tập trung, quản lý phân tán,.v v

Hình 1.2.4.1: Mô hình tổng quát hệ thống quản lý mạng

Sự ra đời của hệ thống quản lý mạng là yêu cầu cấp thiết để ngăn ngừa,chuẩn đoán, định cấu hình và giải quyết các vấn đề phát sinh do sự lớn mạnh,phức tạp và không đồng nhất của môi trường, đa nhà cung cấp, đa giao thức, đacông nghệ của hệ thống mạng và các máy tính

Ví dụ phân cấp mô hình quản lý trong mạng di động của công tyVinaphone được thể hiện ở hình dưới

Hình 1.2.4.2: Phân cấp mô hình quản lý mạng Vinaphone.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 2.1 Nguyên lý truyền dẫn trong mạng di động.

Trong mạng thông tin di động, việc truyền dẫn các tín hiệu dữ liệu phải thôngqua một hệ thống xử lý chung, hệ thống này thực hiện các phương pháp xử lý tín hiệusao cho dữ liệu tín hiệu truyền đi được đảm bảo chính xác và tránh nhiễu trên đườngtruyền Ta có một hệ thống xử lý tín hiệu có các khối cơ bản sau:

Hình 2.1: Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống thông tin số

Các khối trên sơ đồ thực hiện từng chức năng cơ bản sau:

▪ Tạo khuôn dạng tín hiệu: thực hiện biến đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạngtín hiệu liên tục hay hay số thành chuỗi các bit nhị phân

▪ Mã hóa nguồn và giải mã: thực hiện mã và giải mã chuỗi bit theo một khóaxác định nhằm bảo mật tin tức

▪ Mã và giải mã kênh: nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của đườngtruyền dẫn

▪ Ghép kênh-phân kênh: nhằm thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khácnhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một hệ thống truyền dẫn

▪ Điều chế và giải điều chế: gọi tắt là MODEM

▪ Trải và giải trải phổ: nhằm chống nhiễu và bảo mật tin tức

▪ Đa truy nhập: cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập thông tin để sử dụng

hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu

▪ Đồng bộ: bao gồm đồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệthống thông tin liên kết

▪ Lọc: bao gồm lọc cố định nhằm hạn chế phổ tần, chống tạp nhiễu, và lọc thíchnghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đường truyền

Trong số các khối chức năng nói trên thì chức năng tạo khuôn tín hiệu số, điềuchế và giải điều chế số là không thể thiếu được đối với mọi loại hệ thống thông tin số

2.1.1 Tín hiệu:

Trong mạng thông tin di động việc truyền tải các dữ liệu, tiếng thoại, âm nhạc,video là việc diễn ra thường xuyên trên các hệ thống, chúng ta gọi chung đó tínhiệu Để cho tín hiệu có thể truyền đi xa mà vẫn đảm bảo chất lượng thì ta cần xemxét đặc tính của tín hiệu Từ những đặc tính của tín hiệu, ta có thể lựa chọn phươngthức điều chế, truyền tải như truyền trên sợi quang hay truyền cáp đồng hoặc sóng

- Tín hiệu thoại, giọng nói.

▪ Âm thanh, giọng nói: dao động sóng theo thời gian (t)

▪ Hình ảnh: cường độ ánh sang theo không gian (x, y, z)

Biểu diễn toán học của tín hiệu là hàm theo biến độc lập

Hình 2.1.1: Dạng sóng của tín hiệu ghi nhận được từ âm thanh của người

a) Phân loại tín hiệu:

▪ Tín hiệu đa kênh: gồm nhiều tín hiệu thành phần, cùng chung mô tả mộtđối tượng nào đó, thường được biểu diễn dưới dạng vectơ (như tín hiệu điệntim)

▪ Tín hiệu đa chiều: biến thiên theo nhiều hơn một biến độc lập (như tín hiệuhình ảnh, tín hiệu tivi đen trắng)

▪ Tín hiệu liên tục theo thời gian: là tín hiệu được định nghĩa tại mọi điểmtrong đoạn thời gian [a,b], ký hiệu x(t)

▪ Tín hiệu rời rạc thời gian: là tín hiệu được định nghĩa tại những thời điểmrời rạc khác nhau, ký hiệu x(n)

▪ Tín hiệu liên tục giá trị: là tín hiệu có thể nhận bất kỳ trong đoạn giá trị[YMIN, YMAX], ví dụ như tín hiệu tương tự

▪ Tín hiệu rời rạc giá trị: là tín hiệu chỉ nhận giá trị trong một tập giá trị rờirạc định trước (tín hiệu số)

▪ Tín hiệu analog: là tín hiệu liên tục về thời gian, liên tục về giá trị

▪ Tín hiệu số: là tín hiệu rời rạc về thời gian, rời rạc về giá trị

▪ Tín hiệu ngẫu nhiên: có giá trị của tín hiệu trong tương lai không thể biếttrước được thường là các tín hiệu trong tự nhiên

▪ Tín hiệu tất định: có giá trị ở quá khứ, hiện tại và tương lai được xác định

rõ, có công thức rõ ràng

b) Hệ thống xử lý tín hiệu:

Thông thường các tín hiệu trong tự nhiên không thể biểu diễn được bởimột hàm sơ cấp, cho nên trong tính toán, người ta dung hàm xấp xỉ để tínhtoán.

Hệ thống là thiết bị vật lý, thiết bị sinh học, hoặc chương trình thực hiệncác phép toán trên tín hiệu nhằm biến đổi tín hiệu, rút trích thông tin….Việcthực hiện các phép toán gọi là xử lý tín hiệu

Trong hệ thống truyền thoại, tín hiệu thoại được truyền lưu trữ và xử lýtheo nhiều cách thức khác nhau Tuy nhiên đối với mọi hệ thống âm thanhthì có hai điều quan tâm chung là:

(1) Việc duy trì thông điệp nội dung của tín hiệu thoại

(2) Việc biểu diễn tín hiệu thoại phải được mục tiêu tiện lợi cho việc truyềntin hoặc lưu trữ, hoặc ở dạng linh động cho việc điều chỉnh tín hiệu saocho không làm giảm nghiêm trọng nội dung của thông điệp

Nói chung trong thông tin di động việc xác lập các đặc tính của từng tín hiệu để

có những phương pháp tính toán, xử lý được thực hiện một cách đồng bộ và chính xác,đảm bảo thông tin và dễ dàng truyền dẫn

2.1.1.1 Tần số, bước sóng và tốc độ.

Trong truyền dẫn tín hiệu khi đặt thông tin lên một sóng mang để thực hiện việctruyền dẫn đi xa như sóng vô tuyến, trên cáp đồng, ta quan tâm chính là tần số sóngmang, bước sóng và vận tốc của nó để đảm bảo suy hao trên đường truyền là ít nhất vàcông suất tiêu thụ năng lượng của máy phát phải mức độ cho phép an toàn với môitrường

Hình 2.1.1.1.1: Băng tần sử dụng cho hệ thống di động

Tần số, bước sóng, tốc độ đều được biểu diễn ở tín hiệu analog hay tín hiệu số

Hình 2.1.1.1.2: Biểu diễn tần số tín hiệu.

Đối với tín hiệu không tuần hoàn để xác định rõ tần số là hết sức khó khăn vìvậy ta có đại lượng phổ tín hiệu dung để biểu diễn tần số chứa trong tín hiệu

Hình 2.1.1.1.3: Biểu diễn phổ của tín hiệu thoại

Tốc độ kênh truyền (khả năng kênh) có đặc điểm:

▪ Có thể truyền hơn một bít ứng với mỗi thay đổi của tín hiệu trên đườngtruyền

▪ Tốc độ truyền thông cực đại bị giới hạn bởi băng thông của kênh truyền

Hình 2.1.1.1.4: Ảnh hưởng băng thông lên tốc độ kênh truyền.

Bước sóng là khoảng cách chiếm bởi một chu kỳ hay là khoảng cách giữa haiđiểm pha tương ứng trong hai chu kỳ liên tiếp

2.1.1.2 Tần số sóng mang và băng thông:

Như ta đã tìm hiểu ở trên, trong kỹ thuật truyền dẫn, điều chế là quá trình đưathông tin lên sóng mang để truyền được đi xa vì thế đối với mỗi một hệ thống thôngtin nhất định đều phải có một tần số sóng mang thích hợp để thực hiện việc truyền dẫnđơn giản, phù hợp với từng hệ thống với chi phí thấp nhất Nên đối với từng hệ thốngthông tin người ta đã phân ra từng mức tần số khác nhau để tránh việc tranh chấp, gâynhiễu cho các hệ thống

Hình vẽ dưới thể hiện băng tần cơ sở để thực hiện cho việc truyền dẫn trên các

hệ thống khác nhau

Hình 2.1.1.2.1: Phân bổ tần số

Nhắc đến tần số sóng mang chúng ta không thể không quan tâm đến băng thôngcủa sóng mang Băng thông quyết định đến khả năng truyền dẫn của mọi hệ thốngthông tin Băng thông càng lớn thì tốc độ truyền càng cao.

Có hai loại băng thông là băng thông tuyệt đối và băng thông hiệu dụng

Hình 2.1.1.2.2: Phân biệt hai loại băng thông

+ Băng thông tuyệt đối là độ rộng phổ của tín hiệu được đo bằng sự chênh lệchgiữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất mà kênh hỗ trợ Ví dụ như hình 36 làbăng thông của tín hiệu là 2000 Hz

+ Băng thông hiệu dụng là dải tần số hẹp chứa hẫu hết năng lượng của tín hiệu.Như trên hình là băng thông hiệu dụng là trong khoảng hai phổ tần được kýhiệu màu vàng

Trong thực tế, thông tin chứa trong các sóng mang thường nằm ở dải băngthông hiệu dụng vì ở đây tập trung năng lượng cao nên khi truyền dẫn tín hiệu ít bị suyhao

2.1.2 Điều chế:

Điều chế là việc dùng dao động cao tần để truyền tải tin tức bằng cách thay đổimột trong các thông số của dao động cao tần tỷ lệ tuyến tính với tín hiệu tin tức Cácthông số thay đổi có thể là pha, biên độ, tần số

Có 3 lý do chính để thực hiện điều chế là:

- Để tín hiệu tần số thấp được dịch chuyển lên tần số cao để có khả năngtruyền đi xa Ví dụ trong truyền dẫn vô tuyến, tần số tín hiệu tỷ lệ thuận vớinăng lượng bức xạ điện từ vào môi trường không gian thông qua anten cóEIRP=Pt.Gt EIRP càng tăng thì tần số càng tăng có khả năng truyền đi xa

- Để thu phát đảm bảo trong môi trường truyền dẫn do tín hiệu băng gốc làtổng hợp của nhiều tín hiệu đơn lẻ có tần số khác nhau Ví dụ như âm thoại

là tổng hợp của nhiều tín hiệu có tần số trong dải 0,3 kHz đến 3,4 kHz Nênnếu truyền tải tín hiệu băng gốc ra không gian thì do suy hao và thời gian trễ

mà tại đầu thu của máy thu sẽ không thể khôi phục được tín hiệu ban đầu

- Để sử dụng dải tần một cách hiệu quả Nếu chỉ sử dụng điều chế thì hệthống nào cũng phát tín hiệu băng gốc sẽ gây nhiễu cho nhau, chính vì vậycần phải phân bổ dải tần cho các hệ thống Tín hiệu băng gốc có thể giốngnhau nhưng sau điều chế chúng lại có thể truyền chung một môi trường.Trong hệ thống truyền thông để điều chế/giải điều chế các tín hiệu thì việc đầutiên là phải ghép/tách các tín hiệu cần truyền để xử lý Có 3 kỹ thuật ghép kênh cơ bản

là ghép kênh theo tần số (FDM), ghép kênh theo thời gian (TDM) và ghép kênh theobước sóng (WDM) thực chất là một loại kênh theo tần số nhưng trong truyền dẫnquang bước sóng ở đây là một tập hợp các bước sóng con trong một khoảng bước sóngtrung tâm hay gọi là cửa sổ bước sóng

a) Ghép kênh theo tần số (FDM): trong đó băng tần của hệ thống được chiathành nhiều băng con hình thành nhiều kênh liên lạc phân biệt với nhau vềtần số

Việc ghép nhiều dòng số liệu được gửi tại tần số khác nhau trên cùng đườngtruyền và dải thông đường truyền phải lớn hơn tổng dải thông các dòng bít thành phần.FDM được sử dụng rộng rãi trong hệ thống tương tự

Hình 2.1.2.1: Ghép kênh theo tần số

Ta có sơ đồ nguyên lý của ghép kênh theo tần số:

Hình 2.1.2.2: Nguyên lý ghép kênh theo tần số.

Các bộ điều chế có tần số sóng mang khác nhau: F1≠F2≠F3 Đầu ra của các bộđiều chế được hai băng sóng như hình:

Hình 2.1.2.3: Phổ tần của đường dây

Sau đó qua các bộ lọc, lọc lấy một băng đưa lên đường truyền

Phương pháp này sử dụng các sóng mang cao tần để đưa thông tin lên thànhphần tần số cần thiết và truyền các thành phần tần số này Phía thu sẽ lọc lấy tần số củamình, sau đó lại đổi tần để thu được thông tin ban đầu

b) Ghép kênh theo thời gian (TDM): là ghép tất cả các tín hiệu cùng tần sốnhưng chiếm khoảng thời gian khác nhau trong giải thời gian

Để thực hiện việc này, mỗi tín hiệu được lấy mẫu tại các thời điểm khác nhau

và xung lấy mẫu mang thông tin về biên độ của mỗi tín hiệu riêng và phát trên đườngtruyền Kết quả là một dãy xung PAM được ghép lại, trong đó mỗi xung điều biên tuầnhoàn bắt nguồn từ một tín hiệu khác nhau Điều này có thể thực hiện được, vì bề rộngxung lấy mẫu của tín hiệu 1 ngắn hơn nhiều so với thời gian trôi qua cho đến khi tínhiệu 1 được lấy mẫu lần nữa

Trong TDM, nhiều dòng số liệu được gửi tại các khoảng thời gian khác nhautrên một tuyến truyền dẫn, tốc độ đường truyền phải lớn hơn tốc độ các dòng bit thànhphần, dữ liệu được truyền lần lượt trong thời gian ngắn, được sử dụng trong mạng diđộng

Hình 2.1.2.4: Ghép kênh theo thời gian.

Ta có sơ đồ nguyên lý của ghép 4 kênh theo thời gian

vào và tách ra nhờ một bộ chuyển mạch kiểu quay tròn gọi là bộ phân phối

Bộ chuyển mạch ở máy phát và thu được đồng bộ một cách chặt chẽ TrongTDM, có hai dạng đồng bộ là đồng bộ khung và đồng bộ theo bit Đồng bộ khung đểxác định một cách chính xác thời điểm bắt đầu của một nhóm bit (xung mẫu) Đồng bộbit cần thiết để phân biệt một cách chính xác từng bit (xung mẫu) trong mỗi khung.Quá trình đồng bộ cũng cho phép đồng bộ thiết bị phía phát và thu khi các tín hiệu thờigian trong hai thiết bị có cùng tốc độ trung bình Đồng hồ tạo ra các xung thời gian đểđiều khiển các chức năng khác nhau và điều khiển tốc độ bit cho mục đính truyền dẫn.Trong nhiều trường hợp đồng hồ ở cả phía thu và phát không hoạt động cùng tốc độ,

để nhận được chính xác, thiết bị thu thường nhận sự định thời từ luồng bit số thu được.Việc này đảm bảo cho hai thiết bị thu và phát hoạt động ở cùng tốc độ trung bình và cóthể xem như đã đồng bộ Khi mang cùng một luồng bit, đồng hồ phát trong cùng mộtthiết bị phụ thuộc vào đồng hồ mạch thu để tạo ra sự đồng bộ giữa phần phát và thutrên đường truyền dẫn Thiết bị thu tách thông tin thời gian từ luồng bit số đưa đến nhờcác mạch khôi phục đồng bộ

Trong luồng tín hiệu số: các từ mã được gộp lại với các bit báo hiệu và các bitđồng bộ khung Các bit hoặc từ mã đồng bộ khung được sắp xếp sao cho chúng tạothành một cấu trúc lặp, nó cho phép thiết bị thiết bị đầu cuối nhận dạng chính xác mỗibit hoặc khe thời gian và phân chia luồng tín hiệu số đến thành các tín hiệu thành

bit mang thông tin của một kênh (8 bit) tạo nên một khe thời gian Nếu thiết bị thuphát hiện được từ mã đồng bộ khung tại vị trí đã biết trước tức là có đồng bộ và nó tiếptục làm việc ở chế độ đóng Nếu sau vị trí đó qua nhiều khe thời gian không phát hiệnđược từ mã đồng bộ thì thiết bị đầu cuối cho rằng đồng bộ khung bị mất Quá trình tìmkiếm từ mã đồng bộ của phía thu bằng cách trượt từng khe thời gian cho đến khi pháthiện được từ mã đó Sau đó nó chuyển sang phương thức kiểm tra để khẳng định từ mãđồng bộ xuất hiện vài lần ở đúng vị trí mong muốn trước khi chuyển sang phương thứcđóng Để khẳng định rằng việc tìm được từ mã đồng bộ thực sự thì cấu trúc của từ mãđược lựa chọn phải có xác suất ngẫu nhiên xuất hiện trong dãy thông tin là bé nhất.

c) Ghép kênh theo bước sóng (WDM): là ghép kênh theo tần số trong miềnquang, cho phép truyền tải nhiều kênh thông tin quang trên cùng một sợiquang

Hình 2.1.2.7: Ghép kênh theo bước sóng

Khi ghép kênh theo bước sóng thì dải bước sóng có thể sử dụng cho WDM phụthuộc chủ yếu vào phổ suy hao sơi quang

Ta có sơ đồ tổng quát như sau:

Hình 2.1.2.8: Sơ đồ nguyên lý WDM

Trên sơ đồ ta có các thành phần chính như:

▪ Bộ phát quang: nguồn laser đòi hỏi phổ hẹp, bước sóng ổn định và chính xác

▪ Bộ thu quang: tương tự như hệ thống đơn kênh là các bộ APD có độ nhạy thucao

▪ Sợi quang: thường dùng sợi NZDSF

▪ Bộ khuyếch đại quang: thường dùng bộ khuyếch đại EDFA hoặc Raman

▪ Bộ tách/ghép bước sóng: coupler, fitter

Phân loại hệ thống WDM có 2 loại là hệ thống WDM đơn hướng hoặc songhướng

Hình 2.1.2.9: Phân loại hệ thống WDM.

2.1.2.1 Điều chế số:

Các hệ thống truyền dẫn ngày nay được sử dụng trong mạng viễn thông nóichung và mạng thông tin di dộng nói riêng đều là các hệ thống số Gọi là các hệ thống

số vì chúng thực hiện xử lý là các tín hiệu số Vì vậy mà điều chế không còn đơn thuần

là điều chế tín hiệu tương tự mà còn xử lý các tín hiệu số Các phương pháp điều chế

số đều được thực hiện trong miền điện, chủ yếu là các kỹ thuật điều chế cơ bản nhưPCM, DPCM, DM trên đường truyền hữu tuyến hay các điều chế vô tuyến số nhưASK, PSK, FSK, QAM hay kỹ thuật điều chế tiên tiến OFDM Tất cả các phươngpháp điều chế đó đều có ý nghĩa trong kỹ thuật truyền dẫn mang lại lợi ích tối đa vềtốc độ truyền dẫn, giảm thiểu lỗi tín hiệu, giảm công suất phát, tăng tối đa khả năngchống nhiễu mà vẫn giảm độ phức tạp của mạch và tận dụng được tối đa tài nguyên

Để có được tín hiệu số thì trước hết ta phải quan tâm đến việc chuyển đổi tínhiệu analog thành tín hiệu số Có 3 phương pháp cơ bản để chuyển đổi tín hiệu tương

tự thành tín hiệu số là: điều chế xung mã (PCM), điều chế xung mã vi sai (DPCM),điều chế delta (DM)

▪ PCM: được đặc trưng bởi 3 quá trình: lấy mẫu, lượng tử hóa và mã hóa Baquá trình này gọi là biến đổi A/D Quá trình ngược lại gọi là D/A

Hình 2.1.2.1.1: Quá trình chuyển đổi A/D và D/A trong PCM

▪ DPCM: trong phương pháp mã hóa-nén số của PCM mỗi từ mã có 8 bit, và do

đó tốc độ bit mỗi kênh thoại là 64 kbps Còn DPCM mã hóa-nén số mỗi từ mãchỉ có 4 bit nên giảm tốc độ bit của mỗi kênh thoại xuống một nửa

Hình 2.1.2.1.2: Sơ đồ máy phát và thu DPCM.

▪ DM: khác với PCM và DPCM, trong điều chế Delta mỗi từ mã chỉ có 1 bit (-1hoặc +1) Vì thế để tránh méo tín hiệu analog tại phía thu thì tần số lấy mẫu tạiphía phát lớn hơn nhiều so với tần số lẫy mẫu của PCM và DPCM

Hình 2.1.2.1.3: Chuyển đổi A/D trong DM

Khi tín hiệu số đưa lên điều chế là một luồng nhị phân hay dạng được mã hóavào M-mức của luồng nhị phân này Trong trường hợp điều chế số tín hiệu điều chếcũng làm thay đổi biên độ, tần số, hay pha của sóng mang với các tên gọi tương ứnglà: điều chế khóa chuyển biên (ASK), điều chế khóa chuyển tần (FSK), điều chế khóachuyển pha (PSK) Để tăng dung lượng đường truyền dẫn số khi băng tần của kênh cóhạn ta sử dụng điều chế khóa chuyển pha và khóa chuyển biên kết hợp được mộtphương pháp điều chế mới là điều chế cầu phương hay biên độ vuông góc (QAM)

Loại điều chế biên độ có nhược điểm: nhiễu lớn, có quá nhiều mức điện áp nếu dùng

đa mức gây khó khăn cho việc xử lý tín hiệu ở bên thu Nên phương pháp điều chế này

ít được áp dụng

b) Điều chế PSK:

Điều chế PSK là điều chế bằng cách thay đổi pha của sóng mang biến thiêntheo mức logic của tín hiệu số

Điều chế PSK có hai loại là điều chế đơn mức và điều chế đơn mức:

▪ Điều chế đơn mức: truyền tải từng bit đi, có 2 bit logic 0 và 1 nên cần haitrạng thái pha khác nhau là đủ nên còn gọi là điều chế khóa dịch pha hai trạng thái(BPSK)

Hình 2.1.2.1.5: Sơ đồ điều chế/giải điều chế BPSK

Để tạo ra sóng điều chế PSK nhị phân (2-PSK) cần phải thể hiện chuỗi nhị phân

cùng với sóng mang hàm sin Φ(t) chu kỳ Tc có quan hệ với Tb = nc × Tc được đặt đến

bộ điều chế nhân Ở đầu ra của bộ điều chế ta nhận được sóng BPSK mong muốn

Để lấy ra chuỗi nhị phân ban đầu bao gồm các số “1” và “0” đưa sóng PSK bịtạp âm y(t) đến bộ tương quan, đồng thời đến bộ này cũng được đưa tín hiệu nhất quánđược tạo ra tại chỗ Φ1(t) (hình 31.b) Tín hiệu y1 ở đầu ra của bộ tương quan được sosánh với một ngưỡng điện áp 0 Vôn Nếu y1>0 thì máy thu quyết định thiên về 0 cònngược lại nó quyết định thiên về 1

▪ Điều chế đa mức: Nếu truyền đi mỗi tổ hợp N bit cần có M=2×N trạng tháipha khác nhau, các trạng thái pha này được chọn để cách nhau một góc là 360/M Nêu

ta có điều chế M-PSK

Một trong những điều chế M-PSK thường gặp là điều chế QPSK hay còn gọi làđiều chế 4 trạng thái pha

Hình 2.1.2.1.6: Sơ đồ điều chế và giải điều chế QPSK.

Quá trình điều chế: Luồng nhị phân đầu vào b(t) được bộ phân luồng DEMUXchia thành hai luồng độc lập b1(t) và b2(t) chứa các bit chẵn và lẻ Bộ chuyển đổi mức

Thấy rõ, ở mọi khoảng thời gian của tín hiệu điều chế, đưa lên bộ nhân là si1 và si2 Hailuồng này được sử dụng để điều chế cặp sóng mang vuông góc hay các hàm cơ sở trựcgiao Φ1(t) từ bộ dao động nội phát TLO sau khi quay pha π/2 và hàm Φ2(t) từ bộ daođộng nội phát TLO Kết quả nhận được cặp sóng mang điều chế 2-PSK, nhờ tính trựcgiao của Φ1(t) và Φ2(t) ta có thể tách sóng độc lập cho hai sóng này Sau đó hai sóng 2-PSK được cộng với nhau để tạo ra sóng QPSK

Hình 2.1.2.1.7: Dạng sóng tín hiệu sử dụng điều chế QPSK

Quá trình giải điều chế: Bộ giải điều chế QPSK bao gồm một cặp các bộ tương

quan (y1 và y2) được so sánh với một ngưỡng 0V Nếu y1>0 thì quyết định được thựchiện thiên về ký hiệu 0 đối với đầu ra của kênh đồng pha I phía trên, nhưng nếu y1<0thì quyết định được thực hiện thiên về ký hiệu 1 Tương tự nếu y2>0 thì quyết địnhthiên về ký hiệu 0 đối với đầu ra của kênh vuông góc phía dưới, nhưng nếu y2<0 thìquyết định thiên về 1 Cuối cùng hai chuỗi nhị phân nói trên ở các đầu ra của các kênhđồng pha I và vuông góc Q được kết hợp ở bộ ghép luồng MUX để tại lại chuỗi nhịphân đầu vào bộ điều chế với xác suất lỗi ký hiệu cực tiểu.

c) Điều chế QAM:

Trong hệ thống điều chế M-PSK các thành phần đồng pha và pha vuông gócđược kết hợp với nhau sao cho được tín hiệu tổng hợp có đường bao không đổi Tuynhiên nếu loại bỏ điều này và để cho các thành phần đồng pha và pha vuông góc có thểđộc lập với nhau thì ta được một sơ đồ điều chế mới được gọi là điều chế biên độvuông góc M trạng thái

Một trong những điều chế dạng M-QAM là điều chế 16-QAM

Hình 2.1.2.1.8: Bộ điều chế và giải điều chế 16-QAM

Bộ phân luồng chuyển đổi luồng nhị phân b(t) tốc độ bit Rb=1/Tb đầu vào thànhbốn luồng độc lập, trong đó có hai bit lẻ được vào đến bộ chuyển đổi mức ở nhánh trêncòn hai bit chẵn được đưa đến bộ chuyển đổi mức ở nhánh dưới Tốc độ ký hiệu trong

và pha vuông góc Sau khi nhân hai tín hiệu 4 mức với hai sóng mang có pha vuônggóc rồi cộng với nhau ta được tín hiệu 16-QAM

Việc giải mã các kênh cơ sở được thực hiện ở đầu ra mạch quyết định, mạch

2.1.2.2 Điều chế xung mã.

a) Điều chế xung mã (PCM):

PCM đặc trưng bởi 3 quá trình Đó là lấy mẫu, mã hóa và lượng tử hóa Quátrình này gọi và biến đổi A/D Muốn khôi phục lại tín hiệu tương tự từ tín hiệu số phảitrải qua hai quá trình: giải mã và lọc Quá trình này gọi là biến đổi D/A Sơ đồ khốicủa các quá trình chuyển đổi A/D và D/A như hình 2.1.4.1

▪ Quá trình chuyển đổi A/D:

- Lấy mẫu:

Đây là quá trình chuyển đổi tín hiệu analog thành dãy xung điều biên (VPAM) Chu ky xung lẫy mẫu (Tm) được xác định theo định lý lấy mẫu củaNyquist

-Trong đó fMAX là tần số lớn nhất của tín hiệu tương tự

Hình 2.1.2.2.1: Lấy mẫu tín hiệu tương tự

- Lượng tử hóa:

Lượng tử hóa là làm tròn biên độ xung lấy mẫu tới mức lượng tử gầnnhất Có nghĩa là gán cho mỗi xung lấy mẫu một số nguyên phù hợp Mụcđịch của lượng tử hóa để mã hóa giá trị mỗi xung lấy mẫu thành một từ mã

có số lượng bit ít nhất Có hai phương pháp lượng tử hóa là đều và khôngđều

(1) Lượng tử hóa đều:

Lượng tử hóa đều là chia biên độ các xung lấy mẫu thành các khoảngđều nhau, mỗi khoảng là một bước lượng tử đều, ký hiệu là ∆ Các đườngsong song với trục thời gian là các mức lượng tử Sau đó làm tròn biên độxung lấy mẫu tới mức lượng tử gần nhất sẽ nhận được xung lượng tử

Nếu biên độ của tín hiệu tương tự biến thiên trong khoảng từ -a đến a thì

số mức lượng Q và ∆ có mối quan hệ sau:

Hình 2.1.2.2.2: Lượng tử hóa đều.

(2) Lượng tử hóa không đều:

Trái với lượng tử hóa đều, lượng tử hóa không đều chia biên độ xung lấymẫu thành các khoảng không đều theo nguyên tắc khi biên độ xung lấy mẫucàng lớn thì độ dài bước lượng tử càng lớn Lượng tử hóa không đều đượcthực hiên bằng cách sử dụng bộ nén

Hình 2.1.2.2.3: Lượng tử hóa không đều

- Mã hóa-nén số:

Đặc tính của bộ mã hóa-nén số là chuyển đổi biên độ xung lượng tửthành một từ mã gồm một số bit nhất định Trong PCM sử dụng bộ mã hóa-nén số và bộ giải mã-dãn số để loại trừ méo phi tuyến Tóm lại, sử dụng bộ

mã hóa-nén số vừa đạt được mục tiêu của lượng tử hóa không đều, vừa đạtđược mục tiêu mỗi từ mã chỉ có 8 bit

Dựa vào đặc tính biên độ bộ nén tương tự luật A để xây dựng đặc tínhbiên độ bộ mã hoá-nén số bằng cách gần đúng hoá đường cong logarit thành

13 đoạn thẳng Vì vậy đặc tính biên độ của bộ mã hoá-nén số có tên là bộ

mã hoá- nén số A=87,6/13