đồ án công nghệ w-cdma

Tuy nhiên ở thế hệ thứ 2 này vẫn còn nhiều hạn chế như băng thông hẹp, các dịch vụ đa phương tiện chưa có…chính vì vậy mà hệ thống thông tin di động lại tiếp tụcđược nâng cấp để đáp ứng

vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để truyền dữ liệu thoại củangười dùng và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Hệthống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thốngkhông thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng, tốc độ vàchất lượng dịch vụ Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế

hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

II Hệ thống thông tin di động thế hệ 2

Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số và sử dụng 2 phương pháp đatruy cập :

 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên ra đời trên thế giới là GSM (GlobalSystem for Mobile - hệ thống thông tin di động toàn cầu) Trong hệ thống này phổ quyđịnh cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc nàydùng chung cho n kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳmột khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê baođược cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung Phương pháp này tín hiệucủa thuê bao được truyền dẫn số, giảm nhiễu, giảm chi phí

2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sửdụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợgây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùngmột mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Phương pháp CDMA cho dải tần tín hiệurộng hàng MHz, kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độtrường hiệu quả hơn FDMA, TDMA

Tuy nhiên ở thế hệ thứ 2 này vẫn còn nhiều hạn chế như băng thông hẹp, các dịch

vụ đa phương tiện chưa có…chính vì vậy mà hệ thống thông tin di động lại tiếp tụcđược nâng cấp để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng Đấy lànguyên nhân cho ra đời mạng thông tin di động thế hệ 3

III Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trunggian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA kết hợp với công nghệ CDMA, sản phẩm

là các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Nhiều

tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong

đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạtđộng

 W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các

hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, 136

IS- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụngcông nghệ CDMA: IS-95

UMTS : Universal Mobile Telecommunications System (Hệ thống viễn thông diđộng toàn cầu) là nói chung về công nghệ 3G, UMTS chỉ chung cho 2 công nghệWCDMA và CDMA2000 1X, vì cái đích chung hướng tới của 2 công nghệ WCDMA

và CDMA2000 1X đều là 3G chẳng qua 2 con đường tiến tới của 2 công nghệ là khácnhau

- GSM  GPRS  EDGE  WCDMA

- CDMA IS 95A  CDMA IS 95B  CDMAOne  CDMA2000  CDMA 2000 1x

CDMA2000 cũng là một mạng thế hệ 3 cùng tồn tại song song với UMTS TrongCDMA2000 thì sử dụng nhiều công nghệ truyền thông như : 1xRTT,CDMA2000_1xEVDO và 1xEV_DV, các công nghệ này cũng ngang hàng vớiWCDMA sử dụng trong UMTS

Nhưng yếu điểm lớn nhất của CDMA chính là nằm ở thiết bị đầu cuối Ngườidùng CDMA phải mua thiết bị cung cấp bởi chính nhà cung cấp dịch vụ Thậm chíđiện thoại di động của nhà cung cấp CDMA này lại không thể dùng khi nối kết với nhà

Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ 2G đến 3G

UMTS WCDMA

cung cấp CDMA khác Trên thị trường có nhiều điện thoại sử dụng công nghệ GSM,giá thành lại rẻ hơn nhiều so với điện thoại sử dụng công nghệ CDMA cùng kiểu dáng Người dùng không có nhiều lựa chọn về điện thoại di động sử dụng công nghệCDMA so với người dùng điện thoại sử dụng công nghệ GSM Trong khi ngày nàyđiện thoại di động được thay đổi kiểu dáng, công nghệ, một cách liên tục Khách hàngtrẻ có nhu cầu thay đổi điện thoại di động theo mốt nên việc gắn bó dài lâu với chiếcđiện thoại sử dụng công nghệ CDMA là khó chấp nhận được đối với nhiều kháchhàng.

Trong khi đó công nghệ W-CDMA lại có ưu điểm tốc độ truy nhập cao để đảmbảo các dịch vụ băng rộng như truy cập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phươngtiện.Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện thoại vệ tinh.Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các hệ thống thôngtin di động.Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự pháttriển liên tục của thông tin di động

W-CDMA hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05 Mbps cho người dùng tĩnh , 384Kbps cho người dùng di chuyển chậm và 128 Kbps cho người dùng trên moto Côngnghệ W-CDMA dùng sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz nhưcủa CDMA nên W-CDMA nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G Nhiềutiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ITM-2000 đã được đề xuất, trong

đó hệ thống WCDMA đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng trong nhữngnăm gần đây

Như vậy, W-CDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ bagiúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuậtCDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong 3G thì WCDMA nhậnđược sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợcác kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.Đó làlợi thế rất quan trọng của W-CDMA so với CDMA

CHƯƠNG II :

KIẾN TRÚC MẠNG W-CDMA

 Thiết bị người sử dụng (UE –User Equipment) thực hiện giao diện người sử dụngvới hệ thống

Cấu trúc UMTS Các giao diện vô tuyến của UMTS :

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênhlogic, kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sởđóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiềukênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý Kênh vật lý được xây dựngtrên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD Mỗi kênh vật lýđược đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ Ngoài ra kênh vật lý đườnglên còn được đặc trưng bởi góc pha

1 Giao diện C U: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM (UMTS Subscriber IdentifyModule) và ME (Mobile Equipment), nó tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho cácthẻ thông minh

2 Giao diện U U : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệthống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

3 Giao diện UTRAN-CS Iu :Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nốiUTRAN với CN Iu có hai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạchkênh và Iu PS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch gói

• Giao diện Iu-CS: Truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và MSC/VLR. (MobileServices Switching Center/Visitor Location Register) Việc định cỡ giao diện Iu-CSphụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh mà chủ yếu là lưu lượngtiếng.

• Giao diện Iu-PS: Là giao diện giữa RNC (Radio Network Controller) và SGSN

(Serving GPRS Support Node) Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào lưu lượng

dữ liệu chuyển mạch gói Có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhautruyền trên giao diện này

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

Giao diện RNC – Node B, I Ub

Các chức năng chính của IUb :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC – Radio Netword Controller) :Sở hữu và điềukhiển nguồn tài nguyên vô tuyến ở trong vùng của nó (gồm các nút B được kết nối vớinó) RNC là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

Mạng lõi (CN - Core Network)

- HLR (Home Location Register - Bộ đăng ký thường trú) :là một cơ sở dữ liệu trong

hệ thống thường trú của người sử dụng, lưu trữ bản gốc các thông tin về hiện trạngdịch vụ người sử dụng Nó được tạo ra khi thuê bao được đăng kí và được lưu khi thuêbao còn thời hạn

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) : Là tổngđài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UEtại vị trí của nó MSC sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR lưu giữ bản sao

về lý lịch người sử dụng và vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Bộ chuyển mạch tại vị trí mà mạng di động mặt đất kết nốivới mạng ngoài Tất cả các kết nối mạch kênh đến và đi đều phải qua GMSC

- SGSN (Serving GPRS – nút hổ trợ GPRS phục vụ) : Có chức năng như MSC/VLRnhưng sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node – Node cổng hỗ trợ GPRS) : Có chức năngnhư GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

Các mạng ngoài

- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, giống như dịch vụ điệnthoại đang tồn tại ISDN và PSTN

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói, như mạng internet

III Kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Mô hình :

Cấu trúc UTRAN

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS – Radio Network

Subsystem), một RNS là một mạng con trong UTRAN và một bộ điều khiển mạng vôtuyến (RNC) và một hay nhiều Nút B Các RNC được kết nối với nhau thông qua mộtgiao diện Iur Các RNC và nút B kết nối với nhau qua giao diện Iub

Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN :

• Tính hổ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: hổ trợ chuyển giao mềm(một thiết bị đầu cuối kết nối tới mạng thông qua hai hay nhiều cell đang hoạt

động) và các thuật toán quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến của WCDMA

• Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói vàchuyển mạch kênh

• Làm tăng tính tương đồng với GSM

• Sử dụng phương thức vận chuyển ATM như là phương thức vận chuyển chínhtrong UTRAN

1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) :

Là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến củaUTRAN Giao tiếp với mạng lõi và là phần tử cuối cùng của giao thức điều khiển tàinguyên vô tuyến xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di động và UTRAN

Vai trò của RNC :

RNC điều khiển một nút B được gọi là RNC đang điều khiển (CRNC) của nút BộCRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và điều khiển nghẽn cho cell của nó, điều khiểnthu nhận và phân bố mã cho liên kết vô tuyến được thiết lập trong các cell

Khi một máy di động sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC sẽ

có hai vai trò logic riêng bịêt:

• RNC phục vụ (SRNC – Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả đường lưu lượng

và báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part- Phần ứng dụng

mạng truy nhập vô tuyến) với mạng lõi SRNC cũng là kết cuối của báo hiệu

điều khiển tài nguyên vô tuyến giữa UE và UTRAN, thực hiện xử lý số liệutruyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC của Node B nàycũng có thể là CRNC của một Node B khác

• Bộ RNC trôi (DRNC – Drift RNC) : Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, đểđiều khiển các ô được MS sử dụng Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp vàphân chia ở phân tập vĩ mô DRNC thực hiện chỉ định tuyến số liệu giữa cácgiao diện IUb và IUr Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

I Mã hóa

1 Mã vòng

Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k bit.Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1,u2, ,uk), u đượcgọi là vector thông tin, có tổng cộng 2k vector thông tin khác nhau Bộ mã hóa sẽchuyển vector thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2, ,vn) được gọi là từ

mã Như vậy ứng với 2k vector thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau Tập hợp 2k từ mã cóchiều dài n được gọi là một mã khối (n,k) Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính

là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền

Mã vòng cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic Redundancy Check)-kiểm tralỗi và chất lượng các khung bản tin

Cyclic Redundancy Check

 Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence) sao cho frame gởi đi(k+j bit) chia hết cho 1 số xác định trước

 Bên thu chia frame nhận được cho cùng 1 số và nếu không có phần dư thì cókhả năng không có lỗi

 Từ mã được sinh ra có k+j bit

• Gọi G là số chia được xác định trước(i bit).g(x) là đa thức của G (đa thức sinh-từđây có thể sinh ra tất cả các đa thức mã khác) U là bản tin k bit.u(x) là đa thức của U

F-FCS(Frame Check Sequence)(j bit)

(1) Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k(InPut)

(2) Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư f(x)

Bước 2 : Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở (không chothông tin qua).

Bước 3 : Kết hợp với các bit kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đường truyền

Vậy đây là phương pháp mã hóa vừa cho phép kiểm tra độ dư vòng vừa kiểm tra chẵn

lẻ, đảm bảo độ tin cậy của hệ thống

2 Mã xoắn

(Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu ra, k đầu vào như mã khối (n,k) nhưng

n đầu ra của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vào tại thời gian đó mà còn phụthuộc vào m khối bản tin trước đó Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng bởi mạch dãy.Mạch này dùng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ đượccộng với nhau theo quy luật nhất định để tạo nên chuổi mã, sau đó các chuổi này đượcghép xen với nhau để tạo nên chuổi mã đầu ra

II Trải phổ và điều chế

1 Trải phổ

a Trải phổ và hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp

Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được

quan tâm hàng đầu Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băng tần càng nhỏcàng tốt Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập kếthợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy cập phânchia theo mã CDMA hoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trảiphổ Đối với các hệ thống thông tin trải phổ (SS : Spread Spectrum) độ rộng băng tầncủa tín hiệu được mở rộng trước khi được phát Tuy độ rộng băng tần tăng lên rấtnhiều nhưng lúc này nhiều người sử dụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do

đó mà hệ thống vẫn sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưuđiểm của trải phổ Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổngược với quá trình trải phổ bên máy phát

Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau :

 Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực hiệntrải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chipcao hơn rất nhiều so với tốc độ bit

 Trải phổ nhảy tần (FHSS : Frequency Hopping Spreading Spectrum) : Hệ thốngFHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số Mẫunhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên Tần số trong khoảng thời gian một chip TC được cốđịnh không đổi Tốc độ nhảy tần có thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ thốngnhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, còn trong hệthống nhảy tần thấp thì ngược lại

 Trải phổ nhảy thời gian (THSS : Time Hopping Spreading Spectrum) : Thực hiệntrải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quãng trong một hay nhiềukhe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng đểtruyền dẫn trong mỗi khung

Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần

và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác

để lấy ra tín hiệu bằng cách nén phổ Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổrộng, công suất thấp giống tạp âm Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sửdụng được ấn định một mã ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào dùng chungtần số hoặc khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh bị xung đột Nói cách khácDSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột

Hệ thống thông tin di động công nghệ CDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹthuật trải phổ DSSS

Trong hệ thống trải phổ trực tiếp chúng ta nghiên cứu các máy phát và các máythu cho các hệ thống DSSS sử dụng khóa chuyển pha cơ số hai (BPSK: Birnary PhaseShift Keying).Ta cũng xét ảnh hưởng của tạp âm và gây nghẽn lên hoạt động của một

hệ thống DSSS Cuối cùng ta nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng kênh chung củanhiều người sử dụng

Trong một hệ thống DSSS, một tín hiệu liên tục theo thời gian được gọi là tínhiệu PN được tạo ra từ chuỗi PN dùng để trải phổ Giả thiết chuỗi PN này là cơ số hainghĩa là Ci = ± 1, thì tín hiệu PN này là:

Trong đó PTc là xung chữ nhật cho bởi phương trình:

Ci được gọi là chip và khoảng thời gian TC được gọi là thời gian Chíp Tín hiệu PN cóchu kỳ là NTc Một thí dụ của chuỗi này được cho ở hình sau:

Đây là thí dụ về tín hiệu PN C(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15 Đối với N=15

và { Ci, i=0,1……,14}={1,1,1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1}.Tín hiệu (chuỗi) PN còn đượcgọi là tín hiệu chuỗi trải phổ,tín hiệu (Chuỗi) ngẫu nhiên

b Hệ thống trải phổ DSSS_BPSK

 Máy phát DSSS_BPSK :

Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ± 1 như sau:

Trong đó (i) = ± 1 là bít số liệu thứ i và là độ rộng của một bít số liệu ( tốc độ

số liệu là 1/ bít/s tín hiệu (t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân

2 tín hiệu này lại với nhau.Tín hiệu nhận được d(t)c(t) sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK kết quả cho tín hiệu DSSS_BPSK theo công thức:

Trong đó là năng lượng trên một bít của sóng mang, là độ rộng một bít, f(c) tần

số mang và là pha ban đầu của sóng mang Thí dụ về các tín hiệu này được vẽ trên cùng một hình Trong rất nhiều ứng dụng một bít bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu

PN , Nghĩa là =N .Ta sử dụng giả thiết này cho các hệ thống DSSS

Ta sử dụng N=7 Ta có thể thấy rằng tích của d(t)c(t) cũng là một tín hiệu cơ số hay cóbiên độ ± 1,có cùng tần số với tín hiệu PN

 Máy thu DSS-BPSK :

Mục đích của máy thu này là lấy ra bản tin (t) (số liệu {di}) từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phá cộng với tạp âm.Do tồn tại trễ truyền lan nên tín hiệu thu là:

Trong đó là năng lượng trung bình của sóng mạng trên một bít, n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu

Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng không có tạp âm Trước hết tín hiệu thu được trải phổ để giảm băng tần rộng và băng tân hẹp Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc Để giải trải phổ tín hiệu được nhân với tín hiệu(đồng bộ) PN C( t- ) được tạo ra ở máy thu ta được:

Vì C(t) bằng ± 1, trong đó Ө’= Ө -2πfcτ Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹpvới độ rộng băng tần theo Niquist 1/ Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha Ө’ và tần số fc cũng như điểm khởi đầu của từng bít Một bộ giải điều chế BPSK bảo gồm một bộ tương quan(Corelator) 2 bộ lọc phối hợp (Matched Filter) đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng Để tách ra bít số liệu thứ i, bộ tương quan tính toán:

Trong đó =i + là thời điểm đầu của bít thứ I vì d( t- ) là +1 hoặc -1 trong thời gian một bít,nên thành phần thứ nhất của tích phân sẽ cho ta hoặc - Thành phầnthứ hai là thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân gần bằng 0 Vậy kết quả cho = hay - Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay bộ so sánh) với ngưỡng 0, ta được đầu ra cơ số hai 1 hay -1.Ngoài thành phần tín hiệu , đầucủa bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm có thể gây ra lỗi

Tín hiệu PN đóng vai trò như một “mã” được biết trước cả ở máy phát lẫn máy thu chủ định Vì máy thu chủ định biết trước mã nên có thể giải trải phổ tín hiệu để nhận được bản tin.Mặt khác một máy thu không chủ định không biết được mã , vì thế

ở các điều kiện bình thường nó không thể “giải mã” bản tin Nên máy thu không chủ định chủ nhìn thấy một bản tin ngẫu nhiên ± 1

2 Điều chế

Điều chế tín hiệu là quá trình biến đổi một hay nhiều thông số của một tín hiệutuần hoàn theo sự thay đổi một tín hiệu mang thông tin cần truyền đi xa Tín hiệu tuầnhoàn gọi là sóng mang Tín hiệu mang thông tin gọi là tín hiệu được điều chế Ở đầuthu bộ giải điều chế sẽ dựa vào sự thay đổi thông số đó của sóng mang tái tạo lại tínhiệu mang thông tin ban đầu Các thông số của sóng mang được dùng trong quá trìnhđiều chế có thể là biên độ, pha, tần số

Có 2 loại điều chế sử dụng trong WCDMA là :

BPSK – Binary Phase Shift Keying : Khóa dịch pha nhị phân

QPSK – Quadrature Phase Shift Keying : Khóa dịch pha vuông góc

QPSK là mạch điều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 4 pha tùy theo trạng thái của một cặpbit (dibit) dữ liệu vào, độ lệch pha của các tín hiệu ra là 90 độ QPSK gồm có 2 BPSKmắc tổ hợp song song Còn BPSK (2-PSK) thì tín hiệu vào là các điện thế mức 0, 1 vớitín hiệu ra là các sóng mang hình sin lệch nhau 180 độ

Trong một hệ thống điều chế BIT/SK (BPSK – Binary Phase Shift Keying) Xét cặp

tín hiệu s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các giá trị nhị phân

Luồng số tốc độ bit Rb được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ (0→1, 1→-1), sau

đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BIT/SK

Chọn một tín hiệu cơ sở là trực chuẩn :

( f t)

T t

b

π

2cos

2)(

Ta có :

( ) ( )t u t d E t

S i( )= b 1

Khoảng cách giữa hai tín hiệu :

Xác suất lỗi trong BPSK :

1

N

E erfc

−+

=

T t t

T t i

t f T

E t

QPSK

;0,0

0,412

2cos

2)

Trong đó

E b : Năng lượng một bit.

T b : Thời gian một bit.

E = 2E b : Năng lượng tín hiệu phát đi trên một ký hiệu.

T = 2T b : Thời gian của một ký hiệu

f c : Tần số sóng mang, θ : góc pha ban đầu

T t t f i

T

E t

QPSK

; 0 , 0

0 , 2 cos 4 1 2 cos

Nếu ta chọn Q 1 và Q 2 là các hàm năng lượng cơ sở trực giao chuẩn :

T t Q

T t t f T

t Q

0 , 2 sin 2

2

1

π π

Ta có thể biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bằng bốn điểm trong không gian tín hiệuvới các toạ độ xác định như sau :

(2 1).4 , 1,2,3,4.cos

4 1 2 sin

i E Q

S QPSK

π π

Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK trongkhông gian tín hiệu thể hiện ở bảng sau :

Cặp bit vào

0 ≤ t ≤ T

Pha của tínhiệu QPSK

Điểmtín hiệu

2

N

E Q

CẤU TRÚC PHÂN KÊNH W-CDMA

Các kênh tạo thành giao diện vô tuyến trong W-CDMA và thiết lập kết nối đểtruyền lưu lượng giữa người sử dụng và nhà cung cấp Các kênh thông tin trongWCDMA được chia ra làm 3 loại :

• Kênh Logic : Kênh này được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền

• Kênh truyền tải : Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp truyền tải để truyền số liệu

• Kênh vật lý : Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý có một

mã trải phổ, mã định kênh suy nhất để phân biệt với các kênh khác Một người sửdụng tích cực có thể sử dụng các kênh vật lý riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng

là kênh dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẽ giữa các UE trongmột ô

I Kênh Logic

Được chia làm hai nhóm :

• Nhóm các kênh điều khiển (CCH - Control Channel ) để truyền thông tin điều khiển

• Nhóm các kênh lưu lượng ( TCH – Traffic Channel) để truyền thông tin của người

sử dụng

1 Nhóm kênh điều khiển

- BCCH (Broadcast Control Channel – kênh điều khiển quảng bá): Kênh đường xuống

để phát quảng bá thông tin hệ thống

- PCCH (Paging Control Channel – Kênh điều khiển tìm gọi): Kênh đường xuống đểphát quảng bá thông tin tìm gọi

- CCCH ( Common Control Channel- Kênh điều khiển chung): Kênh hai chiều để phátthông tin điều khiển giữa mạng và các UE

- DCCH (Dedicated Control Channel – Kênh điều khiển riêng): Kênh hai chiều điểmđến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng

2 Nhóm kênh lưu lượng

- DTCH (Dedicated Traffic Channel- Kênh lưu lượng riêng): Kênh hai chiều điểm đếnđiểm riêng cho một UE để truyền thông tin của người sử dụng

- CTCH (Common Traffic Channel – Kênh lưu lượng chung): Kênh một chiều điểm đađiểm để truyền thông tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhóm người sửdụng quy định hoặc chỉ có một người sử dụng

II Kênh truyền tải

Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung Kênh chung làtài nguyên được chia sẽ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênhriêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất Khi kênh truyền tải chungđược sử dụng để phát thông tin cho tất cả các ngừơi sử dụng thì kênh này không cần cóđịa chỉ Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng đặc thù, thì cần phátnhận dạng người sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ được phát)

• DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng) Kênh hai chiều được sử dụng để phát

số liệu của người sử dụng Được ấn định riêng cho người sử dụng Có khả năngthay đổi tốc độ và điều khiển công suất nhanh

• BCH (Broadcast Channel: Kênh quảng bá) Kênh chung đường xuống để

phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô)

• FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập đường xuống) Kênh

chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và số liệu của người sử dụng Kênhchia sẻ chung cho nhiều UE

• PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi) Kênh chung dường xuống để phát các

tín hiệu tìm gọi

• RACH (Random Access Channel- Kênh truy cập ngẫu nhiên) Kênh chung

đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu người sử dụng Áp dụng trong truynhập ngẫu nhiên và được sử dụng để truyền số liệu thấp của người sử dụng

• CPCH (Common Packet Channel : Kênh gói chung) Kênh chung đường lên

để phát số liệu người sử dụng Áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụngtrước hết để truyền số liệu cụm

• DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống) Kênh chung

đường xuống để phát số liệu gói Chia sẻ cho nhiều UE Sử dụng trước hết chotruyền dẫn số liệu tốc độ cao

III Kênh vật lý

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cảpha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênhvật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung(CPCH:Common Physical Channel) Các kênh vật lý được tổng kết ở hình sau :

• DPCH (Dedicated Physical Channel : Kênh vật lý riêng) : Kênh hai chiều đường xuống/đường lên được ấn định riêng cho UE Gồm DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng) và DPCCH (Dedicated Physical Control

Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng).Trên đường xuống DPDCH và DPCCH đượcghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức còn trên đường lên được ghép mã I/Qvới ngẫu nhiên hóa phức

• DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng) : Khi sử

dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất một DPDCH Kênh được sử dụng để phát

số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn

• DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng ) :

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH Kênh được sử dụng

để điều khiển lớp vật lý của DPCH DPCCH là kênh đi kèm với DPDCH chứa:các kýhiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất(TPC: Transmission Power Control),

chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp (FBI:Feeback Information) ở đường lên để đảm bảo vòng hồi tiếp cho phân tập phát vàphân tập chọn lựa.

• PRACH (Physical Random Access Channel: Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên) :

Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải RACH

• PCPCH (Physical Common Packet Channel: Kênh vật lý gói chung) : Kênh

chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải CPCH

• CPICH (Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung) : Kênh chung đường

xuống Có hai kiểu kênh CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp) P-CPICH đảm bảo tham chuẩn nhấtquán cho toàn bộ ô để UE thu được SCH,P-CCPCH, AICH và PICH Kênh S-CPICHđảm bảo tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp

S-sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp

• P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel : Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp): Kênh chung đường xuống Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

• S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel : Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp) : Kênh chung đường xuống Một ô có thể có một hay nhiều S-

CCPCH Được sử dụng để truyền PCH và FACH

• SCH (Synchrronization Channel: Kênh đồng bộ) : Kênh chung đường xuống Có

hai kiểu: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp và thứ cấp.Được sử dụng để tìm ô

• PDSCH (Physical Downlink Shared Channel : Kênh vật lý chia sẻ đường xuống) :

Kênh chung đường xuống, Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) sử dụng để mangkênh truyền tải DSCH

• AICH (Acquisition Indication Channel: Kênh chỉ thị bắt) : Kênh chung đường

xuống đi cặp với PRACH Sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH

• PICH (Page Indication Channel: Kênh chỉ thị tìm gọi) : Kênh chung đường xuống

đi cặp với S-CCPCH (khi kênh này mang PCH) để phát thông tin kết cuối cuộc gọicho từng nhóm cuộc gọi kết cuối Khi nhận được thông báo này, UE thuộc nhóm kếtcuối cuộc gọi thứ n sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH

• AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel: Kênh chỉ thị bắt tiền

tố truy nhập) : Kênh chung đường xuống đi cặp với PCPCH để điều khiển truy nhập

ngẫu nhiên cho PCPCH

• CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/Channel Assignment Indicator Channel: Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn định kênh) : Kênh chung đường xuống đi

cặp với PCPCH Được sử dụng để điều khiển va chạm PCPCH

• CSICH (CPCH Status Indicator Channel: Kênh chỉ thị trạng thái CPCH) : Kênh

chung đường xuống liên kết với AP-AICH để phát thông tin về trạng thái kết nối củaPCPCH

Trong quá trình truyền dẫn thông tin, các kênh truyền tải được đặt lên các kênhvật lý thể hiện ở sơ đồ sau :

IV Truy nhập gói trong W-CDMA

1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA

Truy nhập gói trong W-CDMA cho phép các vật mang không phải thời gian thực

sử dụng động các kênh chung, riêng và dùng chung Việc sử dụng các kênh khác nhauđược điều khiển bởi bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler) Bộ lập biểu gói thườngđược đặt ở RNC(Radio Network Controller) vì tại đây việc lập biểu gói có thể thựchiện hiệu quả cho nhiều ô, ngoài ra ở đây cũng xem xét các kết nối chuyển giao mềm

Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau :

- Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng

- Phân chia các kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu của từng người sửdụng

- Giám sát các phân bổ gói và tải hệ thống

Lưu lượng số liệu gói :

Truy nhập gói sử dụng cho các dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan điểmgiao diện vô tuyến nó có các thuộc tính điển hình sau :

- Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu có thể biến đổi rất nhanh

- Số liệu gói cho phép trễ lớn hơn các dịch vụ thời gian thực Vì thế số liệu gói là lưulượng có thể điều khiển được xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến

- Các gói có thể được phát lại bởi lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) Điều này chophép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến kém hơn và tỷ số lỗi khung cao hơn

so với các dịch vụ thời gian thực

Lưu lượng gói được đặc trưng bởi các thông số sau :

- Quá trình đến của phiên

- Số cuộc gọi đến phiên

- Thời gian đọc giữa các cuộc gọi

- Số gói trong một cuộc gọi gói

- Khoãng thời gian giữa hai gói trong một cuộc gọi gói

- Kích thước gói

2 Các phương pháp lập biểu gói

Chức năng lập biểu gói là phân chia dung lượng giao diện vô tuyến giữa cácngười sử dụng Bộ lập biểu gói có thể quyết định tốc độ bit phân bổ và thời gian phân

bổ Thuật toán lập biểu gói trong W-CDMA được thực hiện theo hai phương pháp :phân chia theo mã và phân chia theo tần số Trong phương pháp phân chia theo mã,khi có nhu cầu tăng dung lượng thì tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng sẽ giảm đi.Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng được dành cho một số ítngười theo từng thời điểm, như vậy người sử dụng có thể có tốc độ bit cao nhưng chỉ

có thể sử dụng trong thời gian ngắn Trong trường hợp số người sử dụng tăng thì phảiđợi truyền dẫn lâu hơn Thực tế quá trình lập biểu gói là sự kết hợp của hai phươngpháp trên

Lập biểu phân chia theo thời gian :

Khi bộ lập biểu phân chia thời gian phân bổ các tốc độ gói, cần xét đến hiệunăng vô tuyến Thông thường các dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi ít năng lượng bit hơn,

vì thế phân chia theo thời gian có ưu điểm là Eb/No thấp hơn Ngoài ra thời gian trễtrung bình ngắn hơn so với phương pháp phân chia theo mã

Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là :

- Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thờigian dài

- Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế côngsuất của MS ở đường lên

- Phương pháp này sử dụng các tốc độ bit cao và tạo ra lưu lượng dạng cụm, điều này

dẫn đến sự thay đổi cao ở các mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã.

Lập biểu phân chia theo mã :

Trong lập biểu phân chia theo mã tất cả người sử dụng được ấn định một kênhkhi họ cần chúng Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng thì tốc độ bit phảithấp hơn ở lập biểu theo thời gian

Các ưu điểm chính của phương pháp này là :

- Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập và giải phóng sẽ gây ra ít tổn thấtdung lượng hơn do tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn lâu hơn Do tốc độ bit thấpviệc phân bổ tài nguyên ở lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian hơn ởlập biểu gói phân chia theo thời gian Điều này cho phép dự báo được mức nhiễu

- Lập biểu phân chia theo mã có thể là tĩnh hoặc động Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bitđược phân bổ duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối Trong lập biểu động, tốc độbit có thể thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói

- Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn

CHƯƠNG V :

CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG

để dùng cho thông tin di động, MPEG-4 được chuẩn hoá dựa trên nền tảng của cácphương pháp đã có trước như H.261, MPEG-1, MPEG-2, H.263 …

a Công nghệ mã hoá phần tử ảnh

Các tín hiệu hình ảnh thông thường chứa khoảng 100Mb/s thông tin dựa trênnhững đặc tính của hình ảnh

Các phương thức xử lý phần tử ảnh :

 Phương pháp dự đoán bù chuyển động giữa các khung hình (IMCP- Image

Motion Compensated Prediction )

 Phương pháp biến đổi cosin rời rạc (DCT - Discrete Cosine Transform)

 Phương pháp mã hoá độ dài biến thiên (VLC- Variable Length Coding )

 Phương pháp dự đoán bù chuyển động giữa các khung hình (IMCP)

Ý tưởng cơ bản của phương pháp mã hoá dự đoán bù chuyển động (IMCP)

IMCP là kỹ thuật mã hoá độ lớn và hướng chuyển động của một phần tử ảnh

hiện tại (xác định bằng cách so sánh các hình ảnh trước và sau ảnh hiện tại ) thay vì mãhoá từng ảnh (khung hình) Hướng và độ lớn chuyển động (vectơ chuyển động) thayđổi theo các khối trong mỗi ảnh Vì vậy, một ảnh được chia thành các khối (block) cókích thước 16x16 điểm ảnh ( được gọi là khối ảnh lớn ) để xác định được vectơ chuyểnđộng của mỗi khối Sự khác nhau giữa các khối ảnh lớn trên hình ảnh hiện tại và trênhình ảnh trước đó được gọi là sai số dự đoán được

 Phương pháp biến đổi cosin rời rạc (DCT - Discrete Cosine Transform)

Mỗi hình ảnh trong video được biểu diễn bởi các thành phần ảnh từ đơn giản(thành phần tần số thấp) đến phức tạp (thành phần tần số cao), thông tin chủ yếu tậptrung ở các thành phần tần số thấp - đóng vai trò quan trọng đối với thị giác Phươngpháp DCT là tách lấy các thành phần tần số quan trọng ở đầu cuối để nén thông tin,phương pháp này được áp dụng rộng rãi vì việc chuyển đổi thông tin hình ảnh sangmiền tần số - không gian có thể được tiến hành một cách hiệu quả

Mỗi block của một khung hình (được chia 8x8 điểm ảnh)

“ ai ” là hệ số DCT, được lượng tử hoá và làm tròn đến một mức lượng tử

 Phương pháp mã hoá độ dài biến thiên (VLC- Variable Length Coding )

Phương pháp VLC được dùng để nén thông tin dựa vào tính chất bất thường củacác giá trị tín hiệu (phần tử ảnh) đầu vào Phương pháp này phân chia các mã ngắn chocác giá trị tín hiệu xuất hiện thường xuyên và mã dài cho các giá trị tín hiệu xuất hiện

ít thường xuyên hơn

b Các tiêu chuẩn mã hoá hình ảnh động theo chuẩn quốc tế

 Mã hoá Video H.261

Là chuẩn Quốc tế đầu tiên cho mã hoá hình ảnh video, chuẩn hoá bởi ITU-Tnăm 1990, được dùng trong dịch vụ thoại thấy hình ISDN, hội nghị truyền hình, …

H.261 có tất cả công nghệ mã hoá phần tử ảnh ở trên :

• Dự đoán vectơ chuyển động của một khối 16x16 điểm ảnh để thực hiện IMCP

• DTC được ứng dụng để mã hoá sự khác nhau (lỗi dự đoán được) giữa các khối củakhung hình hiện tại và kế tiếp (mỗi khối có kích thước 8x8 điểm ảnh) Đối với cácvùng hình ảnh có sự thay đổi lớn vượt quá ngưỡng chất lượng của lỗi dự đoán đượcthì phương pháp IMCP không được sử dụng, thay vào đó người ta sử dụng phươngpháp DTC với các khối 8x8 điểm ảnh để tăng hiệu quả mã hoá

• Thực hiện VLC riêng biệt cho vectơ chuyển động thu được từ IMCP và kết quảcủa DCT

H.261 được áp dụng cho camera truyền hình thông thường, màn giám sát và các dạngtín hiệu TV (khung và dòng quét) theo các tiêu chuẩn khu vực về hệ truyền hình trênthế giới Để phục vụ thông tin liên lạc mang tính quốc tế các dạng tín hiệu này phảiđược chuyển thành một định dạng trung gian (CIF- Common Intermediate Format) vớiđặc tính 352x288 điểm ảnh (pixel ) và số hình trên giây lớn nhất là 30 hình/giây

 Mã hoá video MPEG-1/MPEG-2 (The Moving Picture Experts Group)

MPEG-1 được tiêu chuẩn ISO/IEC vào năm 1993 dùng cho các phương tiện

lưu trữ dữ liệu hình ảnh với tốc độ khoảng 1,5Mbit/s Với tốc độ truyền tải đồng bộvideo và audio 150KB/s, nó tương đương với tốc độ của ổ CDROM1x, MPEG-1 chovideo có độ phân giải 353x240 pixel với tốc độ 30 khuôn hình một giây (fps), đáp ứngđược yêu cầu xử lý thời gian thực, vì thế có thể áp dụng được các công nghệ mới vớicác khả năng như tìm kiếm ngẫu nhiên Về cơ bản MPEG-1 giống như H.261 nhưng

có thêm các tính năng mới sau :

• Nếu H261 dự đoán các vectơ chuyển động từ những hình ảnh trước đó để thực hiệnIMCP (dự đoán xuôi ) thì MPEG-1 có thêm khả năng dự đoán từ các hình ảnh sau (dựđoán ngược ) nhờ các đặc tính của công cụ lưu trữ Dựa vào đó, MPEG-1 thực hiện so

sánh các lỗi dự đoán được từ các phương pháp dự đoán xuôi, ngược và giá trị trungbình của 2 phương pháp này sau đó lấy giá trị nhỏ nhất để tăng tỷ lệ nén.

• Trong khi H261 dự đoán các vector chuyển động trong các đơn vị 1 điểm ảnh,MPEG-1 dự đoán trong các đơn vị 0,5 điểm ảnh bằng các tạo ra một hình ảnh nội suythông qua giá trị trung bình của các điểm ảnh liền kề nhau Dự đoán chuyển động đakhung với hình ảnh nội suy cho phép nâng cao tỷ lệ nén.Với các khả năng mới nàyMPEG-1 được dùng rộng rãi như chuẩn dành cho đĩa VCD (Video CD) và chứa cả âmthanh thông thường ở lớp 3 (MP3) là dạng âm thanh nén

MPEG-2 được tiêu chuẩn ISO/IEC vào năm 1996 và được sử dụng cho viễn

thông, thông tin quảng bá và lưu trữ hình ảnh với tốc độ 3-20Mbit/s Trong thực tế,MPEG-2 được dùng rộng rãi cho truyền hình số, truyền hình độ phân giải cao(HDTV), DVD …

MPEG-2 thừa hưởng các đặc tính của MPEG-1 như :

• Khả năng mã hoá một cách hiệu quả hình ảnh xen kẽ dùng trong các tín hiệu

TV thông thường

• Điều chỉnh kích thước, chất lượng hình ảnh theo ý muốn bằng cách chỉ khôiphục lại một phần dữ liệu đã được mã hoá.Vì các đặc tính được thêm vào cho cácmục sử dụng khác nhau nên phải bảo đảm tính tương thích của các dữ liệu được mãhoá

 Mã hoá Video H.263

H.263 được chuẩn hoá bởi ITU-T năm 1996, là phương pháp mã hoá hình ảnhvới tốc độ bit cực thấp 28,8Kb/s, kế thừa các đặc tính mới của chuẩn MPEG-1 Cáctính năng cơ bản : Dự đoán bù chuyển động giữa các khung hình trong các đơn vị 0,5điểm ảnh, mã hoá VLC Ngoài ra, dự đoán bù chuyển động giữa các khung hình chocác khối 8x8 điểm ảnh, giảm nhiễu khối trong các hình ảnh v.v H263 hiện tại đượcdùng trong một số các thiết bị phục vụ hội nghị truyền hình, điện thoại thấy hình trongISDN

 Mã hoá video MPEG-4

MPEG-4 được ISO/IEC phát triển dựa trên những ưu điểm của H263 của ITU-Tvào năm 1999, MPEG-4 phát triển từ MPEG-1 với sự hỗ trợ về âm thanh, hình ảnh,

“vật thể”, và nội dung 3 chiều, mã hóa bitrate thấp và hỗ trợ quản lý quyền số hóa Cómột vài chức năng mới hơn (MPEG-2) với hiệu quả âm thanh và hình ảnh chuẩn (chứa

cả các định dạng MPEG-2 video thay thế),khả năng chống lỗi cao Ngoài các dịch vụ

xử lý hình ảnh trong các máy tính cá nhân, truyền hình số và thông tin tốc độ cao,MPEG-4 được chuẩn hoá với sự tập trung đặc biệt vào các ứng dụng viễn thông nóichung và thông tin di động nói riêng MPEG-4 được đánh giá là công nghệ then chốtcho các dịch vụ đa phương tiện thu ,truyền video cũng như điện thoại video theo chuẩnIMT-2000

c Các tiêu chuẩn IMT 2000 trong xử lý hình ảnh

1 Đồng bộ lại : Hạn chế lỗi truyền dẫn bằng cách chèn mã đồng bộ lại vào trong

dữ liệu VLC và xắp xếp mã này vào vị trí hợp lý ở trong khung dữ liệu Vì thông tin

tiêu đề nối tiếp ngay sau mã đồng bộ lại để xác định các tham số mã hoá nên cho phép

dữ liệu được khôi phục lại nhanh chóng từ trạng thái của các lỗi mã hoá

2 Phân chia dữ liệu: Ẩn lỗi bằng cách chèn mã đồng bộ SC(synchronizationcode) vào ranh giới giữa các loại dữ liệu Ví dụ : nhờ chèn SC vào giữa dữ liệu củavectơ chuyển động và hệ số DCT, vectơ chuyển động có thể được truyền đi một cáchchính xác ngay cả khi một lỗi bit bị lẫn vào phần hệ số DCT

3 VLC nghịch (RVLC) : Có thể giải mã các dữ liệu theo cả hai chiều, được ápdụng đối với hệ số DCT.Nhờ vậy, tất cả các khối điểm ảnh lớn (macropixel) đều có thểđược giải mã trừ các khối nằm giữa các lỗi bit sẽ bị bỏ qua

2 Xử lý âm thanh và thoại

Xử lý âm thanh và thoại có mã hoá thoại đa tốc độ thích ứng (AMR - AdaptiveMulti-Rate) công nghệ 3G-324M Mã hoá thoại AMR được thiết kế để sử dụng trongnhiều điều kiện khác nhau (khi ở trong nhà hay ngay cả khi di chuyển, …) với chất

lượng tuyệt vời và 3G324M được 3GPP (Third Generation Partnership Project

-Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào ) chọn là công nghệ

hệ thống thiết bị đầu cuối thực hiện các dịch vụ nghe nhìn

a Thuật toán CELP

CELP (Code Excited Linear Prediction) là dự báo tuyến tính thực hiện bằng mã

Có ba phương pháp mã hoá thoại thông dụng là mã hoá dạng sóng âm (waveform), mãhoá giọng nói (vocoder) và mã hoá kết hợp (Hybrid)

 Mã hoá dạng sóng âm : Giống như PCM ( Mã hóa điều chế xung mã ) vàAPDCM (Mã hóa điều chế xung mã sai lệch thích nghi), thực hiện mã hoá dạng sóngtín hiệu ở mức chính xác nhất có thể, không phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của tínhiệu nên khi tốc độ bit đủ lớn thì chất lượng là tốt nhất (16kbit/s), tuy nhiên khi tốc độbit giảm thì chất lượng sẽ giảm đi rất nhanh chóng

Giãi mã Không giãi mã loại bỏ

Lỗi

Giải mã 1 chiều với mã độ dài biến thiên thông thường

Không giãi mã loại bỏ

Giải mã hai chiều với RVLC

 Mã hoá giọng nói: Phương pháp này dựa vào một mô hình tạo tiếng nói vàphân tích, mã hoá các tham số của mô hình này Mặc dù phương pháp này cho phéptốc độ bit thấp (2kbit/s), nhưng rất khó để cải thiện chất lượng tiếng nói ngay cả khitốc độ bit được nâng cao vì chất lượng tiếng nói phụ thuộc rất lớn vào mô hình tạotiếng nói

 Mã hoá kết hợp là phương pháp kết hợp hai phương pháp trên Phân tích cáctham số của bộ tạo tiếng nói và mã hoá dạng sóng đối với phần thông tin còn lại Thuật toán CELP hay mã hóa CELP đặc trưng cho phương pháp này Bộ mã hoá

và giải mã CELP có cùng cấu trúc bên trong Bộ giải mã gồm có bộ lọc tổng hợp dựđoán tuyến tính và hai bộ tham chiếu (bảng mã) tạo tín hiệu điều khiển bộ lọc Bộ lọc

có tác dụng tái tạo lại phổ của tín hiệu tiếng nói, tín hiệu điều khiển và đóng vai trònhư âm thanh của thanh quản CELP tái tạo lại hệ thống phát âm của con người

Cách tạo ra giọng nói trong phương pháp mã hóa CELP

b Các kỹ thuật trong mã hóa CELP

Sơ đồ mã hóa CELP

Dựa vào tính tương quan tạm thời của tín hiệu thoại và dự đoán tín hiệu dựa vàocác tín hiệu trước đó Sự khác nhau giữa tín hiệu dự đoán được và tín hiệu gốc gọi làphần dư dự đoán Mã hoá CELP tính toán độ tương quan của các tín hiệu thoại và hệ

số dự đoán tuyến tính ai Bậc của hệ số dự đoán trong băng tần thoại thông thường chỉ

là 10 Vì vậy, khó xác định sự ổn định của bộ lọc, các hệ số của bộ lọc được chuyểnđổi thành các hệ số tương đương và hệ số ổn định Như các hệ số phản hồi, sau đóđược lượng tử hoá để truyền đi Bộ giải mã tạo thành một bộ lọc tổng hợp với hệ sốtruyền dẫn để điều khiển bộ lọc và phần dư dự đoán tái tạo tín hiệu thoại Đặc tính tần

số của bộ lọc tương đương với đường bao phổ tín hiệu thoại Bộ lọc tải theo độ nhạy(Perceptual Weighing Filter- PWF) CELP, mã hoá tín hiệu bằng cách tìm các mẫu và

độ lớn trong mỗi bảng mã (codebook) sao cho lỗi giữa tín hiệu thoại tổng hợp và tínhiệu thoại đầu vào là nhỏ nhất, kỹ thuật này được gọi là phân tích bằng tổng hợp (AbS)

Bảng mã tương thích lưu trữ các tín hiệu kích thích trước đó trong bộ nhớ vàthay đổi chúng một cách linh động Nếu tín hiệu kích thích là tuần hoàn, giống nhưtiếng nói, tín hiệu kích thích có thể được biểu diễn hiệu một cách hiệu quả khi sử dụngbảng mã vì tín hiệu này lặp lại tại đỉnh chu kỳ tương ứng với đỉnh của giọng nói

 Các công nghệ ngoại vi dùng trong xử lý thoại ở thông tin di động

• Công nghệ sửa lỗi

Mã sửa lỗi dùng để sửa các lỗi do quá trình truyền dẫn tạo ra trên các kênh vô tuyến.Phương pháp sửa lỗi đường truyền lựa chọn bit (BS-FEC) hay phương pháp chống lỗikhông đồng đều (UEP) sửa lỗi khá hiệu quả vì chúng sử dụng các mã sửa lỗi với cáckhả năng khác nhau phụ thuộc vào độ nhạy với lỗi của bit thông tin mã hoá thoại

• Công nghệ ẩn lỗi

Nếu một lỗi không thể sửa được bằng các phương pháp trên, hoặc thông tin bị mất thìkhông thể giải mã chính xác đối với tín hiệu thu Trong trường hợp này thì phần bị lỗicủa tín hiệu thoại được tái tạo bằng phép nội suy giá trị dựa vào các thông tin thoại đãbiết, để giảm thiểu sự suy giảm chất lượng thoại Đó chính là công nghệ ẩn lỗi, các giátrị được nội suy bao gồm : hệ số dự đoán tuyến tính, chu kỳ âm độ và hệ số khuếchđại Các giá trị này có mức độ tương quan về thời gian rất cao

• Truyền dẫn gián đoạn

Truyền dẫn gián đoạn (DTX) không gửi hoặc gửi rất ít thông tin trong khoảng thờigian không có tín hiệu thoại Điều này rất hiệu quả để tiết kiệm pin của các máy diđộng và giảm nhiễu Bộ tách tín hiệu thoại tích cực (VAD) sử dụng các thông số thoại

để xác định lúc nào có tín hiệu thoại, lúc nào không có tín hiệu thoại Trong khoảnglặng thì nhiễu nền được tạo ra (dựa trên thông tin cơ bản về nhiễu nền) gồm một lượngthông tin nhỏ hơn thông tin thoại nhằm làm giảm độ tín hiệu gốc của tín hiệu gây rabởi DTX

• Triệt tạp âm

Do thuật toán CELP sử dụng mô hình phát âm giọng nói của con người nên nó đòi hỏiquá trình triệt tạp âm ( không phải giọng nói của con người) để cải thiện chất lượngthoại

c Mã hóa thoại đa tốc độ thích ứng (AMR) theo IMT-2000

Mã hoá thoại AMR là một thuật toán mã hoá thoại theo chuẩn của 3GPP AMR làmột phương thức mã hóa thoại đa tốc độ dựa trên cơ sở ACELP (Algebraic Code

Excited Linear Predition - dự báo tuyến tính thực hiện bằng mã đại số) Phương pháp

này cung cấp 8 chế độ mã hóa (12,2 kbit/s ; 10,2 kbit/s ; 7,95 kbit/s; 7,4 kbit/s; 6,7kbit/s; 5,9 kbit/s; 5,15 kbit/s và 4,75 kbit/s) Trong đó 12,2kbit/s ; 7,4kbit/s và 6,7kbit/s

có cùng thuật toán với các kỹ thuật mã hóa thoại đã được tiêu chuẩn hóa giống các tiêuchuẩn khu vực khác Chiều dài khung được cố định ở 20ms ở mọi chế độ Khả năng đatốc độ đạt được bằng cách thay đổi số lượng khung phụ và số bit lượng tử Các hệ số

dự báo tuyến tính được phân tích 2 lần trên mỗi khung ở tốc độ 12,2kbit/s Ở chế độkhác, việc phân tích được thực hiện một lần trên mỗi khung và lượng tử hóa vectơđược thực hiện trên mỗi số được chia sau khi thực hiện dự báo

Chất lượng AMR :

Đánh giá về AMR

Hình trên là quá trình đo kiểm được thực hiện trong điều kiện BER (tì lệ lỗi bit )của W-CDMA đặt ở 0,1% Kết quả cho thấy 12,2 kbit/s là tốt hơn bất kỳ tốc độ mã hóanào và nó cho thấy ưu điểm hơn hẳn so với các phương pháp mã hóa khác có tốc độ bittương đương AMR được chọn làm thuật toán mã hóa thoại của 3G-324 M cho cácdịch vụ thoại đa phương tiện chuyển mạch kênh của 3GPP, do AMR có cấu trúc linhhoạt và chất lượng cao Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật Internet (IETF) cũng quy định ramột định dạng tải giao thức thời gian thực (RTP) để áp dụng AMR vào VoIP ( Voiceover Internet Protocol- Truyền giọng nói trên giao thức IP ) Do đó, AMR được sửdụng rất rộng rãi Tháng 3/2001, 3GPP cấp phép cho AMR băng rộng (AMR-WB) làmột phiên bản băng rộng hơn (lên tới 7kHz) của AMR Phiên bản này đã tương thíchvới phương pháp mã hóa thoại băng rộng của ITU-T

Mặt khác, khả năng ứng dụng VoIP hoặc mã hóa thoại vào các dịch vụ nghiêncứu để cung cấp các dịch vụ thoại chất lượng tương đương với các mạng chuyển mạchkênh trên nền mạng IP, căn cứ vào thực trạng các mạng thông tin được định hướngtheo IP Người ta đang tiến hành tiêu chuẩn hóa mạng VoIP theo các tổ chức như :Mạng phối hợp IP và viễn thông của ETSI, thoại IP của IETF (IPTEL) và truyền tải

âm thanh/hình ảnh (AVT) Trong lúc đó, 3GPP tiếp tục tiêu chuẩn hóa cùng với những

tổ chức này để phát triển IP qua các mạng di động

II Ghép kênh đa phương tiện

Tin nhắn, thoại, video, dữ liệu thuê bao được ghép vào một đường truyền của mộtchuỗi bit bởi một bộ ghép đa phương tiện (MUX) để truyền dẫn và phía thu cần phảitách thông tin khỏi trình tự bit nhận được sao cho phù hợp Vai trò của MUX hàm

chứa các dịch vụ truyền dẫn tùy theo kiểu thông tin (như chất lượng dịch vụ-QoS vàtạo khung) Kỹ thuật ghép kênh đa phương tiện thỏa mãn các yêu cầu ở trên nhờ sửdụng cấu trúc hai tầng gồm một tầng thích nghi và một tầng ghép Trong thông tin diđộng, cần có yêu cầu về giảm lỗi khi ghép kênh đa phương tiện ngoài những yêu cầu

kể trên

• Ba tầng thích nghi (AL) được xác định tương ứng với kiểu của các tầng cao hơn:

- AL1 : Dành cho thông tin dữ liệu người sử dụng và thông tin điều khiển

Kiểm soát lỗi được thực hiện ở tầng cao hơn

- AL 2: Dành cho thoại Có thể thêm vào: Phát hiện lỗi và các số trình tự

- AL 3: Dành cho video Có thể thêm vào: Phát hiện lỗi và các số trình tự

Ngoài ra còn có yêu cầu lặp tự động (ARQ)

• Tầng ghép kết hợp cả ghép theo thời gian và ghép theo gói để đảm bảo trễ thấp vàhiệu quả cao Ghép gói được dùng trong các phương tiện có tốc độ bit thay đổi nhưvideo Ghép theo thời gian được dùng khi yêu cầu phải có độ trễ thấp như thoại.Quyđịnh dùng 1 cờ điều khiển liên kết dữ liệu mức cao (HDLC) 8 bit để làm cờ đồng bộtrong khung ghép Các bit “0” được chèn vào dữ liệu thông tin để cờ này không nằmtrong dữ liệu thông tin Do độ nhất quán của các byte không được duy trì cho nên việc

dò tìm đồng bộ phải được thực hiện tại mỗi bit Để cải thiện đặc tính đồng bộ khungtrong tầng ghép, cờ đồng bộ của khung này được thay đổi từ cờ HDLC 8 bit sangchuỗi giả ngẫu nhiên 16 bit Việc chèn bit “0” được loại bỏ để đảm bảo độ thống nhấttrong khung, cho phép dò tìm đồng bộ theo mỗi nhóm byte Để cải thiện đặc tính đồng

bộ và khả năng khắc phục lỗi của thông tin tiêu đề bằng cách thêm vào trường chiềudài tải trọng và áp dụng mã sửa lỗi vào phần tiêu đề khung

Tính năng đa cuộc gọi (Multilink – Đa đường) cho phép nhiều cuộc gọi đượcthiết lập tại cùng một thời điểm Với chức năng này, thông tin nghe nhìn chất lượngcao có thể có được bằng cách sử dụng đồng thời nhiều kênh vật lý, để thực hiện đượcthì phải có truyền dẫn nhiều đường, một phương thức truyền dẫn làm tăng số kênh vật

lý và lấy chúng làm 1 kênh lôgic Tính năng này cũng được quy định như là một lựachọn trong 3G-324M để cho nó có thể được sử dụng làm tiêu chuẩn

III Ứng dụng kỹ thuật xử lý đa phương tiện

Tin nhắn đa phương tiện là một ứng dụng cụ thể trong kỹ thuật xử lý đa phươngtiện, đó là kỹ thuật truyền thông đa phương tiện sử dụng công nghệ truyền dẫn kiểu lưutrữ và chuyển tiếp, kỹ thuật này khác với kỹ thuật truyền thông theo thời gian thực nhưđiện thoại hình, hội nghị từ xa, các dạng thông tin trực tiếp, Thông tin đa phươngtiện tích hợp nhiều thông tin truyền thông bao gồm văn bản, hình ảnh, video và thoạitrong một đơn vị theo khuôn dạng cụ thể

Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (MMS - Multimedia Messaging Service) trên mạngthông tin di động được đưa ra theo tiêu chuẩn của 3GPP và Liên minh Di động Mở(Open Mobile Alliance - OMA)