Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng dụng trong mạng thông tin di động MobiFone

Giao tiếp giữa MSC và BSC APN Access Point Name Tên điểm truy nhập ARFCN Absolute Radio Frequency Chanel Number Số kênh tần vô tuyến tuyệt đối ATM Asynchronous Transfer Mode Phương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động 11

1.2 Công nghệ của tương lai – 3G 14

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM 22

2.1 Công nghệ GSM 2G và CDMA 1x 22

2.1.1 Công nghệ GSM 2G 22

2.1.2 Công nghệ CDMA 27

2.2 Công nghệ GSM 2.5G-GPRS 45

2.2.1 Giới thiệu chung 45

2.2.2 Cấu trúc hệ thống 48

2.2.3 Ngăn xếp giao thức 49

2.3 Các ưu nhược điểm của công nghệ GPRS 55

2.3.1 Ưu điểm 55

2.3.2 Nhược điểm 56

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ EDGE 58

3.1 Tổng quan về công nghệ 58

3.1.1 Lớp vật lý 58

3.1.2 Các phần tử lưu lượng 69

3.1.3 Các phần tử giao diện và đường truyền 72

3.1.3.4 Một số ví dụ thiết lập cuộc gọi cho dịch vụ 76

3.2 Thông lượng số liệu qua EDGE 82

3.2.1 Khái niện thông lượng 82

3.2.2 Vùng phủ và thông lượng 84

3.2.3 Xây dựng một mạng GPRS/EDGE 92

3.2.4 Một số kết quả ví dụ cho các Macrocell 97

3.3 So sánh EDGE và GPRS 99

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MOBIFONE TẠI VIỆT NAM 100

4.1 Đo kiểm tại Hà Nội 100

4.1.1 Truy nhập EDGE trên các loại TRX khác nhau ( TRX mang BCCH và TCH) 100

4.1.2 Hiệu năng EDGE, Extra TS=0 với số MAX_PDCH khác nhau 102

4.1.3 Hiệu năng GPRS và EDGE (PING, WEB, FTP) 105

4.2 Đo kiểm tại các khu vực khác 114

4.3 Chất lượng mạng GPRS/EDGE 124

4.3.1 Thiết lập TBF 124

4.3.2 Giải phóng TBF 125

4.3.3 Data Packet Traffic 125

4.3.4 Data Transfer throughput 127

4.4 So sánh với các mạng khác 129

4.5 Các đề xuất và phương hướng nghiên cứu trong tương lai 134

KẾT LUẬN 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 138

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

A Interface between an MSC - BSC Giao tiếp giữa MSC và BSC

APN Access Point Name Tên điểm truy nhập

ARFCN Absolute Radio Frequency Chanel

Number Số kênh tần vô tuyến tuyệt đối

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh thoại

CSPDN Circuit Switched Packet Data Network Mạng số liệu gói chuyển mạch

kênh

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dùng riêng

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị kết cuối số liệu

FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

Gb Interface between an SGSN- BSC Giao diện giữa SGSN và BSC

Gc Interface between an GGSN- HLR Giao diện giữa SGSN và HLR

Gd

Interface between an SMS-GMSC and

an SGSN, and between a SMS-IWMSC and an SGSN

Giao diÖn gi÷a SMS-GMSC, SMS-IWMSC vµ SGSN

Gf Interface between an SGSN and an EIR Giao diện giữa SGSN và EIR

GGSN Gateway GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS cổng

Gi Reference point between GPRS and an

external packet data network

§iÓm tham kh¶o gi÷a m¹ng GPRS vµ m¹ng sè liÖu ngoµi

GMM/SM GPRS Mobility Management and

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tin chung

Gs Interface between an SGSN and an

MSC/VLR

Giao diện giữa SGSN và MSC/VLR

GSM Group Special Mobile/Global System for

Mobile Communication Hệ thông thông tin di động toàn cầu

GSN GPRS Support Node Nốt hỗ trợ GPRS

GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức GPRS

HDLC High Level Data Link Control Điều khiển kết nối số liệu lớp cao

HLR Home Location Register Bộ ghi nhớ

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển

Internet

IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế

IMSI International Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Servises Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LAC Location Area Code Mã vùng dịch vụ

LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng dịch vụ

LAPD Link Access Procedures on D Channel Các thủ tục truy nhập trên kênh D

LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết

LLC Logical Link Control Giao thức liên kết logic

Lm Half Rate TCH Kênh TCH bán tốc

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung bình

MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch

vụ di động

MSIN Mobile Station Identity Number Số nhận dạng trạm di động

MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN trạm di động

MT Mobile Termination Kết cuối cho di động

MTP2 Message Transfer Part layer 2 Phần truyền bản tin lớp 2

MTP3 Message Transfer Part layer 3 Phần truyền bản tin lớp 2

MUP Mobile User Part Phần người sử dụng di động

NCP Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng

NMG Network Management Gateway Cổng quản lý mạng

NMN Network Management Node Nốt quản lý mạng

NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch và mạng

OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

OMC-R Operation and Maintenance Center –

Radio

Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

vô tuyến

PCU Packet Control Unit Khối điều khiển gói

PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói

PDP Packet Data Protocol, e.g., IP or X.25 Giao thức số liệu gói tin

PDU Protocol Data Unit Khối số liệu gói tin

PIN Personal Identity Number Số nhận dạng cá nhân

PLMN Public Land Mobile Network MMạng di động mắt đất công cộng

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm – điểm

PSPDN Packet Switched Public Data Network Mạng số liệu chuyển mạch gói

công cộng

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAC Routing Area Code Mã vùng định tuyến

RAI Routeing Area Identity Nhận dạng vùng định tuyến

RCF Radio Control Function Chức năng điều khiển vô tuyến

RCP Radio Control Part Phần điều khiển vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

SACCH Slow Associated Cotrol Channel Kênh điều khiển liên kết chậm

SAP Service access point Diểm trunh nhập dịch vụ

SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

SGSN Serving GPRS Support Node Nốt hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thwoif

gian

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

TLLI Temporate Logical Link Identity Nhận dạng liên kết logic tạm thời

TMSI Temporary Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động tạm thời

UDP User Datagram Protocol Giao thức số liệu người dùng

Um The interface between the MS and the

GPRS fixed network part Giao diện giữa MS và mạng GPRS

VLR Visiting Locaton Register Bộ ghi dịch tạm trú

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Bảng 1.2 Các đề xuất IMT-2000

Bảng 2.1 Các thông số điều chế kênh truy nhập và kênh lưu lượng truy nhập

và kênh lưu lượng đường lên

Bảng 2.1 Các thông số điều chế kênh truy nhập và kênh lưu lượng truy nhập

và kênh lưu lượng đường lên

Bảng 2.3 Các thông số của kênh MAC

Bảng 2.4 Sơ đồ mã háo và tốc độ

Bảng 3.1 Phương thức mã hóa EDGE và GPRS

Bảng 3.2 Thông lượng của các phương thức mã hóa

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cấu trúc đường xuống

Hình 2.2 Cấu trúc đường lên

Hình 2.3 Phân bố kênh RRI và hoa tiêu ở ghép kênh thời gian đối với kênh lưu lượng đường lên

Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống GPRS

Hình 3.1 Mô tả thông lượng số liệu vùng Dense Urban

Hình 3.2 Mô tả thông lượng số liệu vùng Rural

Hình 3.3 Mô tả khả năng là một hàm của SINR

Hình 3.4 thông lượng số liệu của GPRS và EDGE phụ thuộc vào C/I

Hình 4.1 MeanBEP và CV BEP trên BCCH

Hình 4.2 MeanBEP và CV BEP trên TCH

Hình 4.3 Ping 32 byte GPRS và EDGE

Hình 4.4 Ping 512 byte GPRS và EDGE

Hình 4.16 UL GPRS & EDGE Traffic

Hình 4.17 UL GPRS & EDGE Traffic

và sử dụng các phương pháp xử lý cuộc gọi là số hóa Một trong những hệ thống này là sự kết hợp của hai kỹ thuật TDMA và FDMA để tăng số lượng kênh Các hệ thống này cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn các hệ thống của thế hệ thứ nhất và việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn Các hệ thống thuộc thế hệ thứ hai hỗ trợ cả truyền tín hiệu thoại, truyền số liệu, text… và

có cơ chế mã hóa để bảo vệ dữ liệu và thoại Tuy nhiên, trước yêu cầu tăng nhanh của việc truyền dữ liệu tốc độ cao, mạng GSM đã bộc lộ rõ những nhược điểm của mình Đó là việc truyền dữ liệu với tốc độ và chất lượng dịch vụ dữ liệu chưa đáp ứng được nhu cầu Trong tình hình hạ tầng cơ sở của hệ thống GSM hiện tại đang chiếm đa số và việc phát triển ngay lên mạng thông tin di động thế hệ 3 đòi hỏi hạ tầng thiết bị phải thay đổi rất lớn

và điều này khó có thể thực hiện được Trong tiến trình phát triển của thông tin di động thì việc thông qua một số bước trung gian là điều tất yếu

Dịch vụ vô tuyến gói vô tuyến chung GPRS đã được sử dụng để cung cấp băng thông cho các dịch vụ Internet di động trong mạng GSM Tuy nhiên, các ứng dụng số liệu thời gian thực đòi hỏi băng thông rộng hơn với chất lượng dịch vụ cao hơn mà GPRS hiện nay không đáp ứng được

Việc chuyển từ GPRS sang EGPRS hay EDGE có thể xóa đi sự khác

biệt về mặt dung lượng này EDGE - Enhanced Data rates for GSM

Evolution là tiêu chuẩn giao diện vô tuyến mới với sự kết hợp của phương

thức điều chế 8PSK EDGE tạo điều kiện cho các nhà khai thác mạng GSM

có thể chuyển sang cung cấp các dịch vụ số liệu di động và các dịch vụ đa phương tiện bằng việc tăng tốc độ dung lượng lên gấp 3 lần với cùng phổ

GSM hiện tại mà không có bất kỳ ảnh hưởng lớn nào đối với việc quy hoạch tần số EDGE là giải pháp bổ sung cho hệ thống UMTS, nó cho phép các nhà khai thác mạng có thể sử dụng EDGE để cung cấp các dịch vụ tương đương 3G trên diện rộng và triển khai 3G ở các khu vực có mật độ thuê bao lớn

Ở Việt Nam, trong bối cảnh cạnh tranh của thị trường thông tin hiện nay, nhu cầu triển khai 3G là không thể phủ nhận nhằm mục đích tiếp cận các công nghệ mới và nâng cao uy tín, nâng cao khả năng cạnh tranh của nhà khai thác Việc gấp rút nghiên cứu thành công và đưa ra các bước cụ thể

để triển khai nâng cấp phát triển mạng di động lên 3G sẽ là một thắng lợi tuyệt đối của nhà khai thác trong việc tối ưu hiệu quả đầu tư và cạnh tranh trên thị trường sôi động hiện nay Mạng GSM của Tổng Công ty đã chính thức đưa công nghệ GPRS vào khai thác từ tháng 09/2003 Do vậy, một trong những yêu cầu thiết yếu trước mắt đối với GSM của Tổng Công ty là nghiên cứu thử nghiệm công nghệ EDGE/2,5G - lộ trình phát triển tiến tới mạng thông tin di động 3G

Luận văn “Nghiên cứu công nghệ EDGE và ứng dụng vào mạng thông tin di động MobiFone” nhằm đề triển khai mạng EDGE trên nền

mạng GSM sẵn có của VMS/MobiFone và từ kết quả thực tế trong quá trình triển khai để có hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện, năng cao chất

lượng của dịch vụ

Trong thời gian qua, để hoàn thiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tạo điều kiện của các cấp lãnh đạo, các đơn vị bạn, đặc biệt dưới sự hướng dẫn của Tiến Sỹ Trần Minh Tuấn Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cấp trên cũng như các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện hơn nữa Xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động

Vô tuyến di động đã được sử dụng hơn 80 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 biết đến hơn 50 năm trước, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở - các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng với các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi hơn và dung lượng rất thấp so với hệ thống hiện nay Cuối cùng các hệ thống điện thoại di động tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980 Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được các nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của 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 môi trường 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

hạ tầng

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

(6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu, làm cho thuê bao không sử dụng máy di động của mình ở các nước khác Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có

tên gọi là GSM Ban đầu hệ thống này được gọi là: “ Nhóm đặc trách di động” (Groupe Spescial Mobile) theo tên gọi của một nhóm được CEPT (Conference of European Postal and Telecommunication Administrations - Hội nghị các cơ quan quản lý viễn thông và Bưu chính Châu Âu) cử ra để nghiên cứu tiêu chuẩn Sau đó để tiện cho việc thương mại hoá GSM được gọi là: “Hệ thống thông tin di động toàn cầu” (Global System for Mobile communication) GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900MHz Lúc đầu vào những năm 1982-1985 người ta bàn luận về việc nên xây dựng một hệ thống tương tự hay số Năm 1985 hệ thống số được quyết định Bước tiếp theo là lựa chọn băng rộng hay băng hẹp Năm

1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã diễn ra tại Paris, các hãng đã đua tài với giải pháp của mình Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn Đồng thời 13 nước (ở Anh có 2 hãng khai thác) đã ký vào biên bản ghi nhớ (MoU) thực hiện các quy định, như vậy đã mở ra một thị trường di động số có tiềm năng lớn Tất cả các hãng khai thác MoU hứa

sẽ có một hệ thống GSM vận hành vào 1/7/1991 Một số nước đã công bố kết quả phủ sóng các vùng rộng lớn ngay từ đầu, trong khi một số nước khác

sẽ bắt đầu phục vụ ở bên trong và xung quanh thủ đô Ở Việt Nam hệ thống thông 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 triển khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề về dung lượng đã phát sinh ở các thị trường di động chính như : New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được TIA (Telecommunication Industry Association: Liên hiệp công nghiệp phiên bản mới: IS-136, còn gọi là AMPS số (D-AMPS) Nhưng không giống như IS-54, GSM đã đạt được thành công tại Mỹ Có lẽ sự thành công này 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 Châu Âu và Châu Á họ không thực hiện tương thích giao diện vô tuyến giữa GSM và ASMP Nhờ vậy các hãng Ericson và

Nokia trở thành các hãng 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 mới cho thông tin di động số Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động mới người ta nghiên cứu công nghệ đa thâm nhập theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Được thành lập vào năm 1985, Qualcom, sau đó được gọi

là “Thông tin Qualcom” (Qualcom Communication) đã phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát 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 thoại đòi hỏi một kênh vô tuyến riêng Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị tại Bắc

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

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc

và Hồng Kông CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Achentina, Brasil, ChiLe, Trung Quốc, Nhật Bản tại Việt Nam cũng đã có công ty cung cấp di động sử dụng mạng di động công nghệ CDMA

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

Để tăng thêm dung lượng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900MHz vào vùng 1,8-1,9GHz Một số nước đã đưa vào sử dụng cả hai băng tần (Dual Band) Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số (Digital Cordless Phone) cũng được nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho laọi thông tin này là DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications: Viễn thông không dây số tăng

cường) của Châu Âu và PHS ( Persanal Handy Phone System: Hệ thống máy thoại cầm tay cá nhân) của Nhật cũng đã được đưa vào thương mại Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thông tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998

Như vậy, sự kết hợp giữa các hệ thống thông tin di động nói trên sẽ tạo nên một hệ thống thông tin di động cá nhân (PCS: Persanal Communication System) cho phép các cá nhân có thể thông tin ở mọi thời điểm và ở bất cứ nơi đâu mà họ cần thông tin Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về các dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba (thế hệ thứ nhất: thông tin di động tương tự, thế hệ thứ hai là thông tin di động hiện tại) Ở thế thệ thông tin di động thứ ba này các hệ thống thông tin di động có xu hướng hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ cao lên đến

2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động hiện tại hệ thống thông tin di động thứ ba gọi là thông tin di động băng rộng

1.2 Công nghệ của tương lai – 3G

Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trước nhất là IP đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghệ viễn thông di động Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp

và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các yêu cầu của dịch vụ này Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-

2000 IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các phương tiện thông tin Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động 2G vào những năm 2000 Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 sẽ được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn

thông bao gồm : tiếng, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở các phương tiện công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…)

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 như sau:

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các hình loại thông tin vô tuyến:

- Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau:

trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

 Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbps

Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp như ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Dịch vụ di động

Dịch vụ di động Đi động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ

Dịch vụ thông tin di động Theo dõi di động/theo dõi di động

(32 Dịch vụ truyền thanh FM (64(32 384 kbps)

Dịch vụ số liệu

- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbps – 2Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( > 2Mbps)

Dịch vụ đa phương tiện

- Dịch vụ video (384kbps)

- Dịch vụ hình chuyển động (384kbps – 2Mbps)

- Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực ( ≥ 2Mbps)

Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet đơn giản

Dịch vụ truy nhập Web (384kbps – 2Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian Dịch vụ Internet (384kbps – 2Mbps)

thực Dịch vụ Internet đa phương tiện Dịch vụ Web đa phương tiện thời gian thực ( ≥ 2Mbps)

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai gồm: GSM, IS-136, IS-95 CDMA và PDC Trong quá trình thiết kế các hệ thống thông tin di động thế

hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đã được các cơ quan tiêu chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương thích

Các công nghệ được nghiên cứu để đưa ra các đề suất cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba gồm:

- W-CDMA (Wideband CDMA: CDMA băng rộng)

- W-TDMA (Wideband TDMA: TDMA băng rộng)

Công nghệ W-CDMA có các tính năng cơ sở sau:

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5 MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả các tốc độ trên một sóng mang

- Tái sử dụng bằng 1

Ngoài ra công nghệ này còn được tăng cường các tính năng sau:

- Phân tập phát

- Angten thích ứng

- Hỗ trợ các cấu trúc thu tiên tiến

W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch

vụ tốc độ bit thấp và trung bình Nhược điểm của W-CDMA lào ở hệ thống không cấp phép trong băng TDD với phát thu liên tục, công nghệ W-CDMA không cho điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các phương tiện làm việc như máy thoại không dây

W-TDMA

Công nghệ W-TDMA có các tính năng cơ sở sau:

- Cân bằng thích ứng bằng các chuỗi hướng dẫn trong các cụm TDMA

- Trung bình hóa nhiễu giao thoa bằng nhảy tần

- Thích ứng đường truyền

- Có hai kiểu cụm với các độ bài 1/16 và 1/64 cho tốc độ số liệu cao và thấp

- Kích thước tái sử dụng thấp

Các tính năng tăng cường:

- Triệt nhiễu giao thoa giữa các ô

- Hỗ trợ Angten thích ứng

- Khai thác TDD

- Các bộ cân bằng ít phức tạp cho các phương tiện phân tán trễ lớn Nhược điểm của hệ thống này là ở các vùng dịch vụ tốc độ thấp (như dịch vụ tiếng), vì thời gian tối thiểu cho các khe chỉ là 1/64 khung Điều này dẫn đến hoặc các giá trị đỉnh công suất rất cao hoặc mức công suất phát trung bình rất thấp Chính vì thế đối với các dịch vụ tiếng phải cần thêm một tùy chọn băng hẹp đi kèm

TDMA/CDMA băng rộng

Các tính năng cơ sở của công nghệ này bao gồm:

- Phân cách tần số 1,6MHz

- Cấu trúc cụm chứa đoạn giữa để đánh giá kênh

- Khái niệm CDMA được áp dụng trên nền cấu trúc TDMA để tăng tính linh hoạt

- Giảm nhiễu giao thoa nội bộ ô bằng cách sử dụng tách tín hiệu đa người sử dụng trong một khe trên cùng một song mang

- Giảm kích cỡ tái sử dụng xuống 3

- Nhảy tần

- Triệt nhiễu giao thoa giữa các ô

- Hỗ trợ Angten thích ứng

- Hoạt động ở chế độ TDD

- Phân bổ kênh động (DCA: Dynamic Channel Allocation)

Nhược điểm của công nghệ này là máy thu phức tạp

OFDMA

Các tính năng cơ sở của công nghệ này gồm:

- Hoạt động với nhảy tần chậm kết hợp với ghép kênh TDMA và OFDMA

- Mỗi tín hiệu OFDMA (khối cơ bản) có khe băng tần 100 kHz

- Tốc độ cao đạt được bằng cách ấn định một số khe băng để tạo nên băng rộng

- Phân tập được thực hiện bằng cách chia thông tin cho các khe băng ở các song mang khác nhau

Các tính năng tăng cường:

- Phân tập phát

- Tách tín hiệu đa người dùng để loại bỏ nhiễu

- Hỗ trợ Angten thích ứng

Nhược điểm của hệ thống này là đường lên, đường bao của tổng tín hiệu bị thay đổi dẫn đến khó khăn trong việc thiết kế bộ khuyếch đại công suất

ODMA

Đây thực chất là một giao thức chuyển tiếp chứ không thuần túy là một phương thức đa truy nhập Ở ODMA một máy di động nằm ngoài vùng phủ của ô có thể phát các gói đến BS bằng cách chuyển tiếp qua một máy di động khác

ODMA được xem xét sử dụng chế độ TDD với phát thu trên cùng một tần số Hiện nay ODMA đã được kết hợp vào WCDMA

Các hoạt động tiêu chuẩn hóa cho IMT-200/UMTS chủ yếu tập trung cho các vùng:

- ETSI SMG (European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn Châu Âu) ở Châu Âu

- RITT (Reseach Institute of Telecommunications Transmission) ở Trung Quốc

- ARIB (Association of Radio Industry and Business: Liên đoàn kinh doanh và công nghệ vô tuyến) và TTC (Telecommunications Technology Committee: Ủy ban công nghệ viễn thông) ở Nhật

- TTA (Telecommunications Technology Association: Liên đoàn công nghệ viễn thông) ở Hàn Quốc

- TIA (Telecommunications Industry Association: Liên đoàn công ngiệp viễn thông) và TIPI ở Mỹ

ETSI SMG đề xuất khái niệm UTRA đối với IMT-2000 cho ITU-R Trung Quốc đã trình bày đề xuất cho ITU-R TD-SCDMA trên cơ sở sơ

đồ TD-CDMA đồng bộ cho các ứng dụng TDD và WLL (Wireless Local Loop: Mạch vòng thuê bao vô tuyến)

Cơ quan tiêu chuẩn ARIB đề xuất WCDMA Đề xuất WCDMA cho FDD của Châu Âu và Nhật hầu như giống nhau Khái niệm WCDMA của Nhật đã được đệ trình cho ITU-R Nhật đã dự định bắt đầu dịch vụ vào năm 2001 TTA ở Hàn Quốc đã đưa ra hai đề xuất cho ITU-R: một rất gần với sơ đồ WCDMA của Nhật và đề xuất kia giống như quan điểm của TIA cdma200

Ở Mỹ TIA đã đưa ra một số đề xuất như: đề xuất TDMA/136 phát triển

từ hệ thống thứ hai IS-136, cdma2000 phát triển từ IS-95 và hệ thống CDMA băng rộng được gọi là WIMS W-CDMA TIPI ủng hộ W-CDMA-

NA (NA: North America), hệ thống này tương đương với UTRA FDD, CDMA-NA và WIMS W-CDMA đã hội nhập thành WP-CDMA (WideBand Packet CDMA) rất giống UTRA FDD Tất nhiêu là tất cả các khái niệm này

W-đã được đệ trình lên ITU-R

Bảng 1.2 tổng kết các đề xuất về giao diện không gian cho ITU và các giao diện mạng của đề xuất này:

(W-CDMA)

CDMA/TD-136+/136-HS/136+HS

3G

ANSI-41 nâng cấp

MAP GSM nâng cấp

MAP GSM nâng cấp

ANSI-41 nâng cấp Các cơ quan

hỗ trợ)

(được UWCC hỗ trợ)

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG CÁC MẠNG DI ĐỘNG TẠI

Các kênh vật lý được coi là các cặp tần số và khe thời gian dùng để truyền tải thông tin giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS

Phân bố tần số ở GSM được quy định nằm trong dải 890-960 MHz với

bố trí các kênh tần số như sau:

bao gồm 125 kênh đánh số từ 0 đến 124, kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ

đường xuống (từ BTS đến trạm lưu động)

Hệ thống GSM mở rộng (E-GSM) có băng tần rộng thêm 10 MHZ ở cả hai phía nhờ vậy số kênh sẽ tăng thêm 50 kênh Phân bố tần số trong trường hợp này như sau:

và

các kênh bổ xung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 được

để dành làm kênh bảo vệ nên không sử dụng

Đối với hệ thống DCS-1800 băng tần công tác 1710-1880 MHz , phân

bố cho các kênh như sau:

số giống nhau hoặc gần nhau cũng phải xa nhau

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàng trăm bit đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian có độ rộng là 15/26 ms (577µs) ở trong một kênh tần số có độ rộng 200 KHz nói trên

Mỗi kênh tần số cho phép tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian,

Các kênh vật lý là một khe thời gian ở trong một tần số vô tuyến để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến ở GSM Như đã nói ở trên GSM sử dụng băng tần sau:

890-915 MHz cho đường lên (MS phát)

9350960 MHz cho đường xuống (BTS phát)

Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 KHz

Trong khi đó băng tần của hệ thống DCS1800 sẽ là:

1710-1785 MHz đường lên

1805-1880 MHz cho đường xuống

Để đảm bảo các quy định về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng bảo vệ giữa các biên của băng (200KHz) Vì thế ở GSM900 ta có 124 kênh tấn số vô tuyến bắt đầu từ 890,2 và ở DCS1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 1710,2 Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành

các khung TDMA có 8 khe thời gian Một khe thời gian có độ dài 15/26 =

577 µs 8 khe thời gian của một khung TDMA có độ dài gần bằng 4.62ms

Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số trên đường xuống được đồng bộ Đồng bộ cũng được áp dụng như vậy với đường lên Tuy nhiên khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố định 3 khe Lý do trễ là để cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian ở cả đường lên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời

Cấu trúc các cụm

Khe thời gian 577 µs tương ứng với độ dài của 156,25 bit là nội dung vật

lý của một cụm Tồn tại bốn dạng cụm khác nhau trong hệ thống Các cụm bao gồm:

Cụm bình thường: (NB: Normal Burst): cụm này được sử dụng để mang các thông tin về kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra Đối với kênh lưu lượng TCH cụm này chứa 114 bit được mật mã, ba bit đuôi (0,0,0) đầu và cuối, 2 bit cờ lấy cắp (chỉ cho TCH), 26 bit hướng dẫn và khoảng thời gian bảo vệ có độ rộng bằng 8,25bit NB được sử dụng cho TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH

Cụm hiệu chỉnh tần số (FB: Frequency Correction Burst): cụm này được

sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động Cụm chứa 142 bit cố định bằng

0 để tạo ra dịch tần số +67,7 kHz trên tần số danh định, ba bit đuôi (0,0,0) đấu và cuôi và khoảng bảo vệ 8,25 bit FB được sử dụng cho FCCH

Cụm đồng bộ (SB: Synchronization Burst): cụm này được sử dụng để đồng bộ thời gian cho trạm di động Cụm chứa 78 bit được mật mã hóa để mang thông tin vầ FN của TDMA và BSIC (Base Station Identify Code: Mã nhận dạng trạm gốc), ba bit đuôi đầu và cuối, chuỗi hướng dẫn kéo dài 64 bit

và khoảng bảo vệ 8,25 bit SB được sử dụng cho SCH

Cụm thâm nhập (AB: Access Burst): cụm này được dùng để thâm nhập nhẫn nhiêu và thâm nhập chuyển giao (Handover) Cụm chứa 36 bit thông tin được mật mã hóa, 41 bit đồng bộ (bit hướng dẫn, 8 bit đươi đầu, 3 bit

đuôi cuối và khoảng bảo vệ 68,25bit (252 µs) Sở dĩ cần khoảng bảo vệ dài

vì khi MS thâm nhập lần đầu (hay sau chuyển giao) nó không biết định trước thời gian, khoảng này dành cho khoảng cách 35km AB được sử dụng cho RACH và TCH

Cụm giả (DB: Dummy Burst) Cụm giả được phát đi từ BTS trong một số trường hợp Cụm không mang thông tin Cụm có cấu trúc giống như NB nhưng các bit mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp

Các kênh Logic

Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS Các kênh logic này được đặt vào các kênh vật lý được xét ở trên Có thể chia các kênh vật lý thành hai loại tổng quát: kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) và các kênh báo hiệu điều khiển

Các kênh lưu lượng TCH

Các kênh lưu lượng gồm hai loại được định nghĩa như sau:

tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ 13 kbit/s, Lm hay TCH bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin ở tốc độ khoảng 6,5kbit/s

độ luồng cơ sở 4800 bit/s); 3,6 kbit/s (cho luồng tốc độ cơ sở ≤ 2400 bit/s)

Các kênh điều khiển

Các kênh báo hiệu điều khiển được chia thành ba loại: các kênh điều khiển quảng bá, chung và riêng Đặc tính của các kênh điều khiển được mô

tả ở dưới đây:

Các kênh điều khiển quảng bá

 Các kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH : Frequency Correction Channel): kênh này mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các MS FCCH chỉ được sử dụng ở đường xuống là đường phát từ BTS đến MS

thông tin để đồng bộ khung cho trạm di động MS và nhận dạng BTS SCH chỉ sử dụng cho đường xuống

kênh này phát quảng bá các thông tin chung về ô Các bản tin này gọi

là thông tin hệ thống BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống

Các kênh điều khiển chung (CCCH: Common Control Channel)

gọi di động MS và sử dụng cho đường xuống

này được MS sử dụng để yêu cầu được dành một kênh SDCCH (Stand Alone Dedicatet Control Channel)

chỉ được sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho

MS

Các kênh điều khiển riêng (DCCH: Dedicated Control Channel)

dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS SDCCH được sử dụng cho các thủ tục cập nhật và trong quá trình thiết lập cuộc gọi trước khi ấn định kênh TCH SDCCH được sử dụng cho cả đường xuống lẫn đường lên

Channel): kênh này liên kết với một TCH hay một SDCCH Đây là một kênh số liệu liên tục để mang các thông tin liên tục như: các bản

báo cáo đo lường, định trước thời gian và điều khiển công suất SACCH được sử dụng cho cả đường lên lẫn đường xuống

Channel): kênh này liên kết với 1 TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiêu

Kênh quảng bá ô (CBCH: Cell Broadcasting Channel)

Kênh CBCH chỉ được sử dụng ở đường xuống để phát quảng bá ô cho các bản tin ngắn (SMSCB: Short Massage Service Cell Broadcast) CBCH

sử dụng cùng kênh vật lý như SDCCH

2.1.2 Công nghệ CDMA

Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thúc FDMA được triển khai vào giữa ngững năm 1980, các vấn đề về dung lượng đã phát sing ở các thị trường di động chính như : New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được TIA (Telecommunication Industry Association: Liên hiệp công nghiệp phiên bản mới: IS-136, còn gọi là AMPS số (D-AMPS) Nhưng không giống như IS-54, GSM đã đạt được thành công tại Mỹ Có lẽ sự thành công này là ở chỗ các nhà phát triển ra hệ thống GSM đã dám thực hiện một hy sinh lớn là để tím kiếm các thị trường Châu Âu và Châu Á họ không thực hiện tương thích giao diện vô tuyến giữa GSM và AMPS Nhờ vậy các hãng Ericson và Nokia trở thành các hãng 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 mới cho thông tin di động số Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động mới người ta nghiên cứu công nghệ đa thâm nhập theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Được thành lập vào năm 1985, Qualcom, sau đó được gọi

là “Thông tin Qualcom” (Qualcom Communication) đã phát triển công nghệ

CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát 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 thoại đòi hỏi một kênh vô tuyến riêng Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị tại Bắc

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

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc

và Hồng Kông CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Achentina, Brasil, ChiLe, Trung Quốc, Nhật Bản tại Việt Nam cũng đã có công ty cung cấp di động sử dụng mạng di động công nghệ CDMA

Các kênh vật lý

Các kênh vật lý tương ứng với tần số và mã kênh Thông thường trong hệ thống CDMA IS-95 có thể làm việc ở một cặp tần số với một tần số cho đường xuống (từ trạm BTS đến trạm di động MS) và một tần số cho đường lên (từ trạm di động đến trạm BTS) với độ rộng băng tần cho mỗi kênh vào khoảng 1,23 MHz Băng tần dành cho CDMA nằm trong dải tần từ 824,115 MHz đến 893,970 MHz Tần số đường xuống bao giờ cũng lớn hơn đường lên 45 MHz thí dụ kênh thứ nhất của CDMA có thể chiếm băng tần từ 869,415 MHZ đến 870,645 MHz cho đường xuống và 824,415 MHz đến 825,645 MHz Các tần số trung tâm tương ứng là 870,030 MHz và 825,03 MHZ Phân bổ kênh CDMA thứ hai cũng có thể từ 870,625 MHZ đến 871,875 MHz cho đường xuống và 825,645 MHz đến 826,875 MHZ cho đường lên Các tần số trung tâm tương ứng là: 870,030 + 1,23 = 871,26 Mhz và 825,030 + 1,23 = 826,26 MHz Để tăng cường dung lượng mạng của mạng IS-95 có thể sử dụng kết hợp CDMA với FDMA Khi đó một hệ thống CDMA có thể có nhiều tần số

Các kênh Logic

Các kênh logic là các kênh vật lý mang thông tin cụ thể nào đó: có thể là thông tin người dùng (kênh lưu lượng) hay thông tin báo hiệu, điều khiển

Các kênh này được phân chia theo đường xuống (từ BTS đến MS, còn gọi là các kênh đi) và các kênh theo đường lên (từ MS đến BTS, còn được gọi là các kênh về)

Kênh lưu lượng KLL (Traffic Channel)

Kênh lưu lượng có cả ở đường xuống lẫn đường lên Kênh lưu lượng để truyền:

số liệu/FAX (kênh lưu lượng sơ cấp: Primary Traffic)

trong băng)

Các kênh này bao gồm các khung 20ms Các khung có thể được phát đi ở các tốc độ khác nhau: 9600, 4800, 2400 và 1200 kbit/s Kỹ thuật này cho phép ghép kênh thích ứng động với tiếng của người nói chuyện Khi người nói dừng tốc độ bít giảm còn khi người nói nói chuyện tốc độ bit tăng và hệ thống tức thời dịch đến mức sử dụng bit cao hơn Nhờ vậy cho phép giảm thiểu nhiễu đối với các tín hiệu CDMA khác và tăng dung lượng hệ thống Khi KLL được ấn định cho một trạm di đông, báo hiệu được truyền trực tiếp ở kênh này ( báo hiệu trong băng) Báo hiệu có thể được truyền ở cụm dành riêng (Blank anh Burst) hoặc ghép xen ( Dim anh Burst)

Báo hiệu ở cụm dành riêng được phát ở tốc độ 9600bps và thay thế cho một hay nhiều khung của số liệu lưu lượng chính (thường là tiếng đã được

số hóa) với số liệu báo hiệu giống như ở hệ thống FM tương tự

Báo hiệu ở cụm ghép xen được phát đi chung với lưu lượng chính trong một khung với tốc độ truyền dẫn là 9600 bps Khi bộ mã hóa tiếng

(Voicoder) muốn truyền tốc độ cực đại (tương đương 8000bps) nó được phép truyền ở nửa tốc độ này (tương đương 4000 bps), tốc độ bit còn lại được dành cho báo hiệu và phần bổ xung

Có bốn loại bản tin được phát ở KLL: các bản tin điều khiển bản thân cuộc gọi, các bản tin điều khiển chuyển giao (Handover), các bản tin điều khiển công suất đường xuống, các bản tin bảo mật và nhận thực và các bản tin cung cấp các thông tin đặc biệt từ/tới tạm di động

Kênh hoa tiêu KHT (Pilot Channel)

Kênh hoa tiêu được sử dụng như một nguồn chuẩn song mang nhất quán cho việc giải điều chế ở các máy thu Kênh này được phát ở tất cả các ô với các đặc điểm như sau:

* Được phát ở mức công suất khá cao so với các tín hiệu khác để đảm bảo có độ chính xác cao

* Không bị điều biến bởi thông tin và sử dụng hàm Walsh không (ồm 64

số 0) Vì vậy chỉ bao gồm một cặp mà PN hoa tiêu vuông góc

* Được sử dụng làm chuẩn sóng mang nhất quán để giải điều chế cho các tín hiệu phát đi từ trạm gốc của ô

Kênh đồng bộ KDH (Synch Channel)

Kênh đồng bộ được trạm di động sử dụng trong giai đoạn chiếm hệ thống (thâm nhập mạng lần đầu) Sau khi chiếm hệ thống rồi, thông thường trạm di động không sử dụng lại kênh này cho đến khi nó tắt bật lại nguồn Mỗi khung của kênh đồng bộ có độ dài là một chuỗi PN hoa tiêu Vì mỗi trạm có một chuỗi hoa tiêu PN dịch so với nhau nên đồng bộ khung của kênh đồng

bộ ở các trạm gốc khác nhau Đồng chỉnh khung với chuỗi PN của trạm gốc cho phép một trạm di động lần đầu chiếm mạng dễ dàng thu được kênh đồng

bộ

Chỉ có một bản tin được gửi đi ở kênh đồng bộ, bản tin này được gọi là bản tin của kênh đồng bộ Bản tin này cung cấp cho trạm di động một số thông số của hệ thông như:

Kênh đồng bộ luôn có tốc độ bit là 1200

Kênh tìm gọi KTG (Paging Channel)

Khi đã nhận được thông tin từ kênh đồng bộ, trạm di động điều chỉnh đồng bộ của mình đến hệ thống đồng bộ thông thường của hệ thống Sau đó trạm di động bắt đầu theo dõi kênh tìm gọi Kênh tìm gọi có tốc độ bit là

48000 hoặc 9600 bps Ở mỗi tần số cấp phát cho CDMA có thể có tới 7 kênh tìm gọi Phân tích cho thấy một kênh tìm gọi tốc độ 9600 bps có thể đảm bảo

180 cuộc tìm gọi trong một giây Mỗi trạm di động chỉ được quyền theo dõi một kênh tìm gọi Kênh tìm gọi này có thể được quy định một cách ngẫu nhiên trong số tất cả các kênh tìm gọi có thể có Trạm gốc cũng có thể ấn định kênh tìm gọi cho trạm di động

Kênh tìm gọi mang thông tin từ trạm gốc đến trạm di động Tồn tại bốn kiểu bản tin chính: bổ xung, tìm gọi, lệnh và ấn định kênh Nội dung của các bản tin này như sau:

thông số hệ thông, bản tin thông số thâm nhập, bản tin danh sách trạm lân cận và bản tin danh sách kênh CDMA

Các bản tin này thường phát đi khi trạm gốc nhận được cuộc gọi cho một trạm di động và chúng thường được phát đi từ nhiều trạm gốc khác nhau

lượng cho các trạm di động, hay thay đổi ấn định kênh tìm gọi cho

trạm di động này, hay chuyển trạm di động này sang sử dụng hệ thống tương tự điều tần

Kênh tìm gọi có một chế độ đặc biệt gọi là chế độ được định khe Ở chế

độ này các bản tin cho một trạm di động chỉ phát đi ở các khoảng thời gian cho trước Khả năng này cho phép một trạm di động có thể giảm công suất ở các khe thời gian không dành cho nó, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng của nguồn accu cho các máy cầm tay

Kênh thâm nhập KTN (Access Channel)

Kênh thâm nhập đảm bảo thông tin từ trạm di động đến các trạm gốc khi trạm di động không sử dụng kênh lưu lượng Kênh này luôn làm việc ở tốc

độ 4800 bps Các kênh thâm nhập cung cấp các thông tin về: khởi xướng cuộc gọi, trả lời tìm gọi, các lệnh và đăng ký

Mỗi kênh thâm nhập đều đi cặp với kênh tìm gọi Các kênh thâm nhập được phân biệt với nhau bởi một mã PN dài ( PN: Pseudo Noise – giả tạp âm) Trạm gốc trả lời kênh truyền dẫn ở kênh thâm nhập bằng cách phát đi một bản tin ở kênh tìm gọi liên kết Tương tự trạm di động trả lời kênh tìm gọi bằng cách phát đi bản tin ở kênh thâm nhập liên kết

Kênh tìm gọi sử dụng thủ tục ngẫu nhiên (ALOHA) Nhiều trạm di động liên kết với một kênh tìm gọi có thể đồng thời yêu cầu sử dụng kênh này Mỗi trạm di động phải chọn ngẫu nhiên cả kênh thâm nhập lẫn đồng bộ thời gian PN từ tập đồng bộ thời gian PN Nếu hai hay nhiều trạm di động không chọn kênh thâm nhập và đồng bộ thời gian PN giống nhau, thì trạm gốc có thể tiếp nhận truyền dẫn động thời của chúng Ngược lại các trạm di động phải thâm nhập lại

Tiến hóa của IS-95 đến 2,5G: CDMA20001x (IS-20001x)

Có thể coi cdma pha 1 trên cơ sở IS-2000 1x là nền tảng công nghệ TTDD thế hệ 2,5 vì nó chỉ cung cấp được một số trong số các yêu cầu của IMTS-2000 Thực ra có thể coi tiêu chuẩn IS-95B đã được công bố rộng rãi

là công nghệ 2,5 G, còn cdma200 là nền tảng công nghệ 3 G Tuy nhiên 95B chỉ nhận được ứng dụng hạn chế và công nghiệp viễn thông đã chuyển sang triển khai IS-2000 1x (được coi là pha 1 của cdma2000) Cdma2000 được xây dựng trên nền tảng khác với công nghệ nền tảng ở Châu Âu và đây

IS-là nền tảng mà các hệ thống IS-95 A/B đang chuyển từ hệ thống truyền tiếng thoại sang hệ thống truyền số liệu gói tốc độ cao trên cơ sở sử dụng trạm gốc

Từ quan điểm của nhà khai thác, không phụ thuộc vào nền tảng công nghệ truy nhập, để chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 2,5 G cần xem xét các vấn

Giao diện vô tuyến số liệu gói tốc độ cao cdma2000 1xEV-DO

Ta xét đến 1xEV-DO được sử dụng để truyền gói tốc độ cao cho cdma2000 1x Ta chỉ xét đến kiến thức chung của giao thức và giao diện vô tuyến

Mô hình tham khảo kiến trúc

Mô hình tham khảo gồm các khối chức năng sau: đầu cuối truy nhập, mạng thâm nhập và đoạn ô Mô hình tham khảo cũng chứa giao diện vô tuyến giữa đầu cuối truy nhập và mạng truy nhập

Lớp ứng dụng Lớp luồng Lớp phiên Lớp kết nối Lớp bảo an Lớp MAC Lớp vật lý

1 Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng cung cấp các ứng dụng khác nhau Nó

cung cấp ứng dụng báo hiệu mặc định để truyền tải các bản tin giao

thức vô tuyến Nó cũng cung cấp ứng dụng gói mặc định để truyền tải

số liệu người sử dụng

2 Lớp luồng: Lớp luồng đảm bảo việc ghép chung các luồng ứng dụng

khác nhau Luồng 0 được dành riêng cho báo hiệu và mặc định cho ứng dụng báo hiệu mặc định Luồng 1, luồng 2 và luồng 3 không sử dụng cho mặc định Luồng 4 sẽ được xem xét ở phần tiếp theo

3 Lớp phiên: đảm bảo quản lý địa chỉ, đàm phán giao thức, lập cấu hình

giao thức và các dịch vụ bảo dưỡng trạng thái

4 Lớp kết nối: Lớp kết nối đảm bảo thiết lập kết nối đường truyền vô

tuyến và các dịch vụ bảo dưỡng

5 Lớp bảo an: đảm bảo các dịch vụ trao quyền và mật mã

6 Lớp MAC: Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) định nghĩa

các thủ tục để thu và phát ở lớp vật lý

7 Lớp vật lý: Lớp vật lý cung cấp các quy định về cấu trúc kênh, tần số,

công suất phát, điều chế và mã hoá cho các kênh đường lên và đường xuống

Mỗi lớp có thể chứa một hoặc nhiều giao thức Các giao thức sử dụng các bản tin báo hiệu để mang thông tin đến thực thể đồng cấp ở đầu kia của đường truyền vô tuyến Khi các giao thức phát bản tin, chúng sử dụng giao thức mang báo hiệu (SNP) để phát các bản tin này

Phiên và kết nối

Phiên là thuật ngữ đề cập đến một trạng thái được chia sẻ giữa đầu cuối truy nhập và mạng truy nhập Trạng thái chia sẻ này lưu giữ các giao thức và cấu hình giao thức đã được đàm phán và được sử dụng để liên lạc giữa mạng truy nhập và đầu cuối truy nhập Nếu không mở phiên thì một đầu cuối truy nhập không thể thông tin với mạng truy nhập

Kết nối là một trạng thái đặc thù của đoạn nối vô tuyến trong đó đầu cuối truy nhập được ấn định một kênh lưu lượng đường xuống, một kênh lưu

lượng đường lên và các kênh MAC đi kèm Trong thời gian của một phiên đầu cuối truy nhập và mạng truy nhập có thể mở hoặc đóng nhiều lần một kết nối

Giao thức quản lý phiên mặc định

Giao thức quản lý phiên mặc định cung cấp các phương tiện để điều khiển việc tích cực giao thức quản lý địa chỉ và sau đó là giao thức lập cấu hình phiên trước khi phiên được thiết lập Giao thức này cũng định kỳ đảm bảo rằng phiên vẫn hợp lệ và quản lý quá trình đóng phiên

Tính cách thực tại và việc trao đổi bản tin ở mỗi trạng thái của giao thức chủ yếu được quản lý bởi các giao thức do giao thức quản lý phiên mặc định tích cực Giao thức này có thể ở một trong bốn trạng thái sau:

 Trạng thái không tích cực: trạng thái này chỉ áp dụng cho đầu cuối

truy nhập Ở trạng thái này không có liên lạc giữa đầu cuối truy nhập

và mạng truy nhập

 Trạng thái thiết lập AMP (giao thức quản lý địa chỉ): ở trạng thái này

đầu cuối truy nhập và mạng truy nhập thực hiện các trao đổi theo sự điều khiển của giao thức quản lý địa chỉ Ở trạng thái này mạng truy nhập ấn định địa chỉ đơn phương (UATI) cho đầu cuối truy nhập

 Trạng thái mở: ở trạng thái này phiên được mở

 Trạng thái đóng: trạng thái này chỉ áp dụng cho mạng truy nhập Ở

trạng thái này mạng truy nhập đợi thủ tục đóng để hoàn thành

Giao thức sử dụng các lệnh và các chỉ thị sau:

* Các chỉ thị: BootCompleted (khởi động đã hoàn thành), SessionOpended (phiên đã mở), SessionClosed (phiên đã đóng)

Các kênh lớp vật lý

Lớp vật lý quy định các kênh và các phân cấp các kênh đường xuống và đường lên như ở các hình dưới đây:

Cấu trúc kênh đường xuống:

Hình 2.1 Cấu trúc kênh đường xuống

Cấu trúc kênh đường lên:

Hình 2.2 Cấu trúc kênh đường lên

Cấu trúc kênh đường lên

Kênh truy nhập đường lên sẽ gồm một kênh hoa tiêu và một kênh số liệu

Kênh lưu lượng đường lên gồm một kênh hoa tiêu, một kênh chỉ thị tốc độ

Tích cực đường lên

Điều khiển công

suất đường lên

Hoa tiêu Điều khiển truy Điều khiển

nhập môi trường

Lưu lượng

Hoa tiêu

Đường lên

Số liệu Hoa tiêu Điều khiển truy Công nhận Số liệu

nhập môi trường

Chỉ thị tốc độ đường xuống

Điều khiển tốc độ

số liệu

Đường xuống

đường lên (RRI: Reverse Rate Indicator), một kênh điều khiển tốc độ số liệu (DRC: Data Rate Control), một kênh công nhận và một kênh số liệu Kênh RRI được sử dụng để chỉ thị tốc độ số liệu của kênh số liệu đang được phát trên kênh lưu lượng đường lên Kênh DRC được sử dụng để chỉ thị tốc độ số liệu kênh lưu lượng đường xuống theo yêu cầu và đoạn ô phục vụ được chọn

ở kênh đường xuống Kênh ACK được đầu cuối truy cập sử dụng để thông báo cho mạng truy cập rằng gói kênh vật lý có được phát thành công hay không

Đối với kênh lưu lượng đường lên, các kí hiệu kênh RRI sau mã hoá được ghép kênh theo thời gian với kênh hoa tiêu Kênh được ghép theo thời gian này vẫn được gọi chung là kênh hoa tiêu Đối với kênh truy nhập các kí hiệu RRI không được phát và các kênh hoa tiêu không bị ghép theo thời gian Kênh hoa tiêu, kênh DRC, kênh ACK và kênh số liệu được trải phổ trực tiếp bằng các hàm Wash có độ dài là 4, 8 và 16 Mỗi kênh lưu lượng đường lên được nhận dạng bằng một mã dài của người sử dụng Kênh truy nhập cho từng đoạn được nhận dạng bằng mã dài kênh truy nhập

Khung của kênh truy nhập và kênh lưu lượng đường lên có độ dài 22,66

ms và được đồng bộ thời gian với mã ngắn Mỗi khung gồm 16 khe độ dài 1,66 ms Mỗi khe chứa 2048 chip

Khi đầu cuối truy cập phát một kênh lưu lượng đường lên, nó sẽ phát liên tục kênh hoa tiêu và RRI Các kênh này được ghép theo thời gian và được

16

Khi kênh DRC tích cực nó sẽ được phát ở toàn bộ khe

khe thời gian của kênh lưu lượng đường xuống liên kết đến một tiền tố phát đến đầu cuối truy nhập được phát hiện Ngược lại, kênh ACK sẽ bị đóng Khi bit ACK được phát đi, nó sẽ được phát ở nửa đầu của khe trên kênh

8

Đối với kênh lưu lượng đường lên, các kí hiệu RRI sau mã hóa được ghép thời gian với kênh hoa tiêu và các kí hiệu RRI sau mã hóa được dành

256 chip đầu của mỗi khe

Hình 2.3 Phân bố kênh RRI và hoa tiêu ở ghép kênh thời gian đối với

kênh lưu lượng đường lên

Các gói lớp vật lý kênh lưu lượng đường lên 153,6 kbps sử dụng 4 khe và các khe này được phát cách nhau ba khe

Trong trường hợp kết cuối gói lớp vật lý bình thường thì các đầu cuối truy nhập phát trả lời NAK (phủ nhận) ở kênh ACK sau khi nhận được ba khe của gói lớp vật lý để chỉ thị rằng đã không thể thu đúng gói lớp vật lý kênh lưu lượng đường lên sau một, hai hoặc ba trong số bốn khe danh định ACK hoặc NAK cũng được phát sau khi thu được ở khe cuối cùng

Ở trong trường hợp khi truyền dẫn gói lớp vật lý kênh lưu lượng đường lên kết thúc sớm Ở thí dụ này đầu cuối truy nhập phát một ACK để trả lời trên kênh ACK sau khi thu gói thứ ba để chỉ thị rằng đã thu đúng gói lớp vật

lý Khi mạng truy nhập nhận được trả lời ACK như vậy nó không phát các khe còn lại của gói lớp vật lý Thay vào đó nó sẽ phát mọi gói lớp vật lý tiếp theo Khi đầu cuối truy nhập đã thu tất cả các khe của một gói lớp vật lý hay

đã phát một trả lời công nhận ACK, lớp vật lý sẽ phát trả lại chỉ thị ForwardTrafficCompleted (hoàn thành lưu lượng đường xuống)

1 khe

2048 chip

256 chip

1792 chip