đồ án kỹ thuật viễn thông CÔNG NGHỆ & CÁC CHỈ TIÊU, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Cuối những năm 1980 ngời ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tơng tự không loại bỏ đợc nhu càu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu nh không loại bỏ đợc các hạn chế cố hữu của các hệ thốn

MỤC LỤC

Chơng i 2

Tổng quan về thông tin di động 2

1.1 tổng quan về các hệ thống thông tin di động 2

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động 2

1.1.3 Giới thiệu chung xu thế phát triển của mạng thông tin di động 6

1.2 cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động 8

1.2.1 Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động 8

1.2.2 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động 15

a Phân chia theo vùng mạng 15

b Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR 16

c Phân chia theo vùng định vị 16

d Phân chia theo ô 16

1.3 Phân lớp mặt phẳng chức năng cho cấu trúc 17

2.1.Mang GSM 22

2.2.Hệ Thống CDMA 26

2.2.2 Các đặc điểm của hệ thống CDMA 26

2.2.3.1.Các kỹ thuật dùng trong trải phổ 29

d Khái niệm của hệ thống trải phổ: Theo lý thuyết dung lợng của bất kỳ kênh thông tin đợc định nghĩa bởi C Theo công thức Shannon 31

2.2.4 Hệ thống DSSS 32

2.2.5 Các hệ thống DSSS-QPSK 34

Chuỗi giả ngẫu nhiên 35

2.2.6 Mã hoá thoại và mã hoá kênh 36

1.4.2.6.1 Mã hoá thoại 36

2.2.6.2 Mã hoá kênh 38

2.2.7.Dung lợng của hệ thống CDMA 39

Tham số 40

CHƯƠNG IV 53

quy hoạch mạng thông tin di động 53

Tự do 65

Bằng phẳng 65

Okomura 65

GD = 3 dB ⇒ PBT = 33 + 3 + 3 +(-102) - (-104) = 41 dBm = 12,6 W 69

4.3.Phơng án tối u hóa truyền dẫn 76

Phading 90

4.4.3.Sử dụng mặt cắt địa hình 92

Lời nói đầu

Sự phát triển hạ tầng cơ sở là yếu tố quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển

và góp phần nâng cao đời sống xã hội của con ngời, thừa kế những thành tựu của các nghành công nghiệp điện tử , bán dẫn , quang học, tin học và công nghệ thông tin nền công nghiệp viễn thông trong đó có thông tin di động đã có những bớc tiến nhẩy vọt kỳ diệu đa xã hội loài ngời bớc sang một kỷ nguyên mới : Kỷ nguyên thông tin

Tất cả chúng ta đều biết rằng, chúng ta đang sống trong một xã hội thông tin

mà trong đó chúng ta phải tiếp nhận sử dụng thông tin với giá trị cao về mặt thời gian và chất lợng Sức cạnh tranh của tất cả các ngành công nghiệp bắt nguồn từ việc tạo ra các giá trị lớn hơn bằng cách tận dụng các u thế điều kiện và thời hạn Vì vậy thông tin liên lạc sẽ đóng vai trò cốt lõi cho việc phát triển tơng lai của xã hội thông tin này, nó cũng nh lực lợng lao động trong nông nghiệp và nguồn vốn trong công nghiệp

Ngành công nghiệp thông tin liên lạc đợc coi là ngành công nghiệp trí tuệ hoặc

là ngành công nghiệp của tơng lai, là nền tảng để tăng cờng sức mạnh của một quốc gia cũng nh cạnh tranh trong công nghiệp Ngành công nghiệp này phải đợc phát triển trớc một bớc so với những ngành công nghiệp khác, bởi vì sự phát triển của các ngành khác dựa trên cơ sở thông tin liên lạc, ngành mà sẽ chỉ không đơn giản phục vụ nh một phơng tiện liên lạc mà sẽ đóng vai trò nh một nguồn vốn cho xã hội tiến bộ

Dới sự hớng dẫn, quan tâm nhiệt tình của thầy giáo Đỗ Huy Giác, em đã hiểu thêm đợc nhiều điều về lĩnh vực thông tin liên lạc cũng nh hớng phát triển của hệ thống viễn thông tại Việt Nam Do khuôn khổ của bài viết cũng nh còn hạn chế về kiến thức cho nên không tránh khỏi thiếu sót cũng nh lầm lẫn, em mong muốn nhận đợc những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành đợt tốt nghiệp này

Hà Nội, 20/02/2013.

Giáo viên hớng dẫn: Pgs.ts Đỗ Huy Giác.

Sinh viên thực hiện đồ án: Cao Xuân Dơng.

Chơng i Tổng quan về thông tin di động

1.1 tổng quan về các hệ thống thông tin di động

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động

Điện thoại di động ra đời từ những năm 1920, khi đó điện thoại di động

đ-ợc sử dụng nh là các phơng tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ 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 đợc biết đến hơn 50 năm trớc đây, dịch vụ điện thoại di

động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng đợc và khi

đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lợng rất thấp so với các hệ thống hiện nay Cuối cùng, các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công đợc sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980 Cuối những năm 1980 ngời ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tơng tự không loại bỏ đợc nhu càu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu nh không loại bỏ đợc các hạn chế cố hữu của các hệ thống này (1) phân bổ tần số rất hạn chế, dung lợng thấp; (2) tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di

động chuyển dịch trong môi trờng pha đinh đa tia; (3) 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 tơng thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng đợc máy di động của mình

ở nớc 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 truy nhập mới

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

là GSM Ban đầu hệ thống này đợc gọi là “Nhóm đặc trách di động” (Group Special Mobile) the tên gọi của một nhóm đợc CEPT (Conference of European Postal and Telecommunications Administrations – Hội nghị các cơ quan quản

lý viễn thông và bu chính châu Âu) cử ra để nghiên cứu tiêu chuẩn Sau đó để tiện cho việc thơng mại hoá GSM đợc gọi là “Hệ thống thông tin di động toàn cầu” (GSM: Global System for Mobile communications) GSM đợc phát triển từ năm 1982 khi các nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ

1985 ngời ta bàn luận về việc nên xây dựng một hệ thống số hay tơng tự Năm

1985 hệ thống số đợc quyết định Bớc tiếp theo là chọn lựa giải pháp băng rộng hay băng hẹp, năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trờng đã đợc tổ chức tại Paris, các hãng đã đua tài với các giải pháp của mình Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã đợc lựa chọn Đồng thời 13 nớc (ở Anh hai hãng khai thác) đã ký vào biên bản ghi nhớ (MoU: Memorandum of Understanding) thực hiện các quy định, nh vậy đã mở ra môt thị trờng di động số có tiềm năng lớn Tất cả các hãng khai thác ký MoU hứa sẽ có một hệ thống GSM vận hành vào 01/7/1991 Một số nớc đã công bố kết quả phủ sóng các vùng rộng lớn ngay từ

đầu, trong khi đó một số nớc 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 đợc đa vào từ năm 1993, hiện nay đang đợc công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả

ở Mỹ khi hệ thống APMS tơng tự sử dụng phơng thức FDMA đợc triển khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề về dung lợng đã phát sinh ở các thị tr-ờng di động chính thức nh: New York, Los Angeles và Chicago, Mỹ đã có chiến lợc nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA đợc Liên hiệp công nghiệp viễn thông – TIA (TIA: Telecommunications Industry Association) ký hiệu là IS-54 Cuối những năm 1980 mọi việc trở nên rõ ràng là IS-54 tốt hơn Tất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA AT&T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS-136, còn đợc gọi là AMPS số (d-AMPS) Nhng không giống nh IS-54, GSM đã đạt đ-

ợc các thành công 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 để tìm kiếm các thị trờng ở Châu

Âu và châu á họ không thực hiện tơng thích giao diện vô tuyến giữa GSM và AMPS Nhờ vậy các hãng Ericssion 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

ph-ơng án thông tin di động số mới Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động số mới ngời ta nghiên cứu công nghệ đa truy nhập theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ trớc đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự đợc thành lập vào năm 1985 Qualcom, sau đó đợc gọi là “thông tin Qualcom” (Qualcom Communication) đã phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di

động và đã nhận đợc nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này Lúc đầu công nghệ này đợc đón nhận một cách dè dặt do quan niệm truyền thông vô tuyến là mỗi cuộc thoại đòi một kênh vô tuyến riêng Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở bắc Mỹ, Qualcom đa ra phiên bản CDMA đầu tiên

đợc gọi là IS-95A.

Các mạng CDMA thơng mại đã đợc đa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng Kông, CDMA cũng đã đợc mua hoặc đa vào thử nghệm ở ác hentina, Braxin, Chile, Trung Quốc, Đức, Ixraen, Pêru, Philippin, Thái Lan và mới đây tại Nhật Bản, Tổng công ty Bu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA

ở Nhật Bản vào năm 1993, NTT đa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nớc này: JPS (Japaness Personal Digital Cellular System – Hệ thống tổ ong số của Nhật Bản)

Để tăng thêm dung lợng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của các hệ thống này đang đợc chuyển từ vùng 800 – 900 MHz vào vùng 1,8 – 1,9 GHz Một số nớc đã đa vào sử dụng cả hai tần số (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 mang nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số (Digital Cordless Phone) cũng đợc nghiên cứu pht Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là DECI (Digital Enhanced Cordless Telecommunication – Viễn thông không dây số tăng cờng) của châu Âu và PHS (Personal Handyphone System – Hệ thống máy điện thoại cầm tay cá nhân) của Nhật Bản cũng đã đợc đa vào thơng mại

Ngoài các hệ thống trồng trọt di động mặt đất, các hệ thống thông tin di

động vệ tinh: Global Star và Iridum cũng đợc đa vào thơng mại trong năm 1998

Nh 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: Personal Communication System) cho phép mỗi cá nhân có thể thông tin ở mọi thời điểm và ở bất cứ nơi nào 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 ba (thế hệ một: thông tin di động tơng tự; thế hệ thứ hai: thông tin di động

có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc

độ bit lên đến 2Mpbs Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ ba đợc gọ là cá hệ thống thông tin

di động băng rộng

Nh 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: Personal Communication System)

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 ba (thế hệ một: thông tin di động tơng tự; thế hệ thứ hai: thông tin di động

có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc

độ bit lên đến 2Mpbs Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ ba đợc gọ là cá hệ thống thông tin

di động băng rộng

ở Việt Nam, GPC và VMS hiện đang khai thác hai mạng thông tin di

động số Vinaphone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM Công ty SPT liên doanh với công ty SLD dự kiến sẽ đa vào khai thác hệ thống thông tin di động theo tiêu chuẩn IS-2000 1x (pha 1 của CDMA 2000) vào cuối năm 2001 Hiện nay số thuê bao di động ở Việt Nam đã chiếm hơn 20% tổng số thuê bao toàn quốc Sự gia tăng nhanh chóng số lợng thuê bao di động đã dẫn đến nảy sinh vấn đề về dung lợng hệ thống Để giải quyết vấn đề này cần có các giải pháp sau:

− Quy hoạch tối u cho mạng hiện có: quy hoạch hợp lý vùng phủ sóng, thu nhỏ ô, sử dụng biện pháp nhảy tần (cho GSM), tăng dung lợng tổng đài

− Chuyển sang sử dụng băng tần cao hơn (1800 MHz)

Ngoài ra đê đáp ứng các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ truyền số liệu, các hãng khai thác dịch vụ thông tin di động ở Việt Nam đang nghiên cứu chuyển dần sang thông tin di động thế hệ ba Trứơc mắt các công nghệ thông tin

di động thế hệ 2,5 đợc đa vào sử dụng Hai nhà khai thác mạng Vinaphone và MobileFone đã đa vào mạng của họ công nghệ WAP và GPRS, còn SPT sử dụng ngay từ đầu tiêu chuẩn IS-20001x Các công nghệ này cho phép tăng dung lợng truy nhập lên đến 144 kbps và truy nhập trực tiếp vào mạng Internet

1.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động

Ngoài nhiệm vụ phải cung cấp các dịch vụ nh mạng điện thoại cố định thông thờng, các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng thông tin đợc để đảm bảo thông tin mọi nơi mọi lúc

Để đảm bảo đợc các chức năng nói trên các mạng thông tin di động phải đảm bảo một số đặc tính cơ bản chung sau đây:

Sử dụng hiệu quả băng tần đợc cấp phát để đạt đợc dung lợng cao do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động.Đảm bảo chất lợng truyền dẫn yêu cầu Do truyền dẫn đợc thực hiện bằng vô tuyến là môi trờng truyền dẫn

hở, nên tín hiệu dễ bị ảnh hởng của nhiễu và phadinh Các hệ thống thông tin di

động phải có khả năng hạn chế tối đa các ảnh hởng này Ngoài ra để tiết kiệm

băng tần ở mạng thông tin di động số chỉ có thể sử dụng các Codec tốc độ thấp Nên phải thiết kế các Codec này theo công nghệ đặc biệt để đợc chất lợng truyền dẫn cao.

Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất Môi trờng truyền dẫn vô tuyến là môi ờng rất dễ bị nghe trộm và sử dụng trộm đờng truyền nên cần phải có biện pháp

tr-đặc biệt để đảm bảo an toàn thông tin Để đảm bảo quyền lợi của ngời thuê bao cần giữ bí mật số nhân dạng thuê bao và kiểm tra tính hợp lệ của mỗi ngời sử dụng khi họ truy nhập mạng Để chống nghe trộm cần mật mã hoá thông tin của ngời sử dụng ở các hệ thống thông tin di động mỗi ngời sử dụng có một khoá nhận dạng bí mật riêng đợc lu giữ ở bộ nhớ an toàn ở hệ thống GSM SIM-CARD

đợc sử dụng SIM-CARD có kích thớc nh một thể tín dụng Ngời thuê bao có thể cắm thể này vào máy di động của mình và chỉ có ngời này có thể sử dụng nó Các thông tin lu giữ ở SIM-CARD cho phép thực hiện các thủ tục an toàn thông tin

Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ sóng này sang vùng phủ sóng khác

Cho phép phát triển các dịch vụ mới, nhất là dịch vụ phi thoại

Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International Roaming)

Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu thụ ít năng lợng

1.1.3 Giới thiệu chung xu thế phát triển của mạng thông tin di động

Tổng kết quá trình và xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới đợc cho ở hình 1.1 Hình vẽ cho thấy sự phát triển của hệ thống điện thoại

di động tổ ong (CMTS: Cellular Mobile Telephone System) và nhắn tin (PS: Paging System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu tơng lai Để đại diện cho các

hệ thống thông tin di động hình vẽ 1.1 chỉ đa ra các hệ thống điển hình nhất

Các hệ thống thông tin di động tổ ong tơng tự thế hệ một đợc đa ra trên hình vẽ bao gồm:

Amps Advanced Mobile Phone Service – dịch vụ điện thoại di

động tiên tiến

Tacs Total Access Communication

System

- Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ

Nmt 450 Nordic Mobile Telephone 450 - Hệ thống điện thoại đông Bắc

Âu băng tần 450MHzNmt 900 - Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900MHz

Ntt Nippon Telegraph and

Telephone

- Hệ thống do NTT phát triển

Jtacs Japanese TACS

Các hệ thống thông tin di động tổ ong số thế hệ hai đợc đa ra trên hình vẽ bao gồm

Communications toàn cầuPcn Personal Communication

Network

- Mạng thông tin cá nhân

Ct – 2 Cordless Phone - 2 - Điện thoạ không dây 2

Dect Digital Enhaced Cordless

Telecommunication

- Viễn thông không dây số tăng cờng

Pdc Personal Digital Cellular - Hệ thống tổ ong cá nhân

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ hai cộng và chuyển dần lên 3G Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di động ngay từ các năm đầu của những năm 1990 ngời ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000 (trớc đây là FPLMTS) ở châu Âu, ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System –

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu) Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz Nó sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại và

số liệu thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu cao, video và truyền thanh Tốc

độ cực đại của ngời sử dụng sẽ đến 2Mpbs Tốc độ cực đại này sẽ chỉ có ở các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ mới tốc độ 14,4 Kbps sẽ đợc đảm bảo cho di động thông thờng ở các ô mảcco Ngời ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ bốn có tốc độ cho ngời sử dụng lớn hơn 2Mbps ở hệ thống di

động băng rộng MBS (Mobile Broadband System) dự kiến nâng tốc độ của ngời sử dụng đến STM-1 Đối với MBS các sóng mang đợc sử dụng ở các bớc sóng mm và

độ rộng băng tần 64GHz

1.2 cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động.

1.2.1 Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động

Một hệ thống di động bao gồm nhiều phần tử vật lý, chúng có thể là các bộ phận riêng rẽ hay đặt cùng với các phần tử logic khác Tuy nhiên các phần tử này phải tơng tác với nhau để kết hợp hoạt động Để tơng tác, các bản tin phải đợc phát đi trên các giao diện giữa hai phần tử Nếu hai bộ phận chức năng tách biệt và nếu giao diện đợc chuẩn hoá thì nhà cung cấp dịch vụ có thể đảm bảo hoạt động tốt

vì tiêu chuẩn liên kết này có thể không bao hàm đợc tất cả các khía cạnh khai thác Phần này sẽ trình bày các bộ phận chức năng và các giao diện đã đợc chuẩn hoá giữa các bộ phận này.

Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động đợc cho ở hiình 1.2

Hình.1.2 Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động

Các phần tử của mô hình tham khảo nh sau:

* Trạm di động, MS

MS (Mobile Station) là thiết bị duy nhất mà ngời sử dụng có thể thờng xuyên nhìn thấy hệ thống MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất Ngoài việc chứa các chức năng về tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với ngời sử dụng (nh: micro, loa, màn hiển thị, bàn phím quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (nh: giao diện với máy tính cá nhân, FAX ) Hiện nay ng… ời ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động Việc lựa chọn các thiết

bị đầu cuối hiện để mở cho các nhà sản xuất Chức năng chính của các thiết bị đầu cuối gồm:

− Thiết bị đầu cuối (TE) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động: FAX, máy tính

− Kết cuối trạm di động (MT) thực hiện các chức năng liên quan đến

MTO MTO TEL S_

O OS

MSC

DMH I

AUC AUC

VLF

BSC BTS BTS A

R PSTN

TE2 DCE TE2

R PLMN

S ISDN PSPDN

TA

R TE2DCE

Các mạng ngoài

Các VLR khác G Các bộ quản lý di động

truyền dẫn ở giao diện vô tuyến.

− Bộ thích ứng đầu cuối (TAF) làm việc nh một cửa nói thông thiết bị

đầu cuối với kết cuối di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối còn thiết bị đầu cuối lại có giao diện đầu cuối – modem

* Trạm thu phát gốc, BTS

Một BTS (Base Transceiver Station) bao gồm các thiết bị phát thu và anten và

xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder/Adapter Rate Unit – Khối chuyển đổi mã và tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động đợc tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trờng hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhng cũng có thể đặt nó cách

xa BTS và thậm chí trong nhiều trờng hợp nó đợc đặt giữa BSC và MSC

*Bộ điều khiển trạm gốc, BSC

BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSC đợc nối với BTS còn phái kia nối với MSC Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lu lợng của các BTS này BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào một trạm gốc

* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động, MSC

ở hệ thống thông tin di động chức năng chuyển mạch chính đợc thực hiện bởi MSC (Mobile Services Switching Center), nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các ngời sử dụng mạng thông tin di động Một mặt MSC giao diện với BSC, mặt khác nó giao diện với mạng ngoài MSC làm nhiệm

vụ giao diện với mạng ngoài đợc gọi là MSC cổng (GMSC: Gate MSC) Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các ngời sử dụng mạng thông tin di

động đòi hỏi cổng thích ứng IWF (IWF – InterWorking Function – Các chức năng tong tác) Mạng thông tin di động cũng cần giao diện với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của ng-

ời sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng Chẳng hạn mạng thông tin

di động có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No7), mạng này

di động MSC thờng là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại

ô có dân c vào khoảng một triệu ngời (với mật độ thuê bao trung bình)

Để kết nối MSC với một số trạm khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạng này Các thích ứng này đợc gọi là các chức năng tơng tác (IWF: IterWorking Function) IWF bao gồm một thiết bị

để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network – Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network – Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thầun là PSTN (Public Switched Telephone Network – mạng điện thoại chuyển mạch công cộng) hay ISDN (Intergrated Serivces Digital Network – Mạng số liên kết

đa dịch vụ) IWF có thể đợc thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng ở trờng hơp hai giao tiếp giữa MSC và IWF đợc để mở

* Bộ ghi định vị thờng trú, HLR.

Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dung lợng Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đợc lu giữ ở HLR (Home Location Register) không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao Thờng HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê bao đợc phép

* Bộ ghi định vị trạm trú, VLR.

VLR (Visitor Loaction Register) là cơ sở dung lợng thứ hai trong mạng thông tin di động Nó đợc nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tơng ứng và đồng thời lu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thờng đợc liên kết với các chức năng MSC

điểm hiện thời (MSC tạm trú) Để vậy trớc hết các tổng đài cổng phải dựa trên số

thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao tiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao tiếp này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên goài với mạng thông tin di động Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 (CCS No7) để có thể tơng tác với các phần tử khác của mạng thông tin di động Về phơng diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà nó thờng đợc kết hợp với MSC.

bị tăng lu lợng trong tơng lai, tăng vùng phủ Việc thay đổi mạng có thể thực hiện

“mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số chuyển giao để thay đổi biên giới tơng đối giữa hai ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trờng (chẳng hạn bổ sung thêm dung lợng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới) ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác đợc thực hiện bằng máy tính và đợc tập trung

ở một trạm

Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố, hỏng hóc Nó

có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiều trờng hợp ngời ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng Sự thay thế này có thể đợc thực hiện tự động Ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể đợc thực hiện bởi ngời khai thác bằng điều khiển từ xa Bảo dỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trờng nhằm thay thế thiết bị sự cố

Hệ thống khai thác và bảo dỡng có thể đợc xây dựng trên nguyên lý TMS (Telecommunication Management Network – Mạng quản lý viễn thông) Khi này một hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì truy nhập đến BTS đợc thực hiện qua BSC) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dỡng lại đợc nối

đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp ngời máy Hệ thống này thờng đợc gọi là OMC (Operation and Maintenance Center – Trung tâm khai thác và bảo d-ỡng)

* AUX: Thiết bị bổ trợ.

* Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực, AUC

Quản lý thuê bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác phải truy nhập đợc tất cả các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cớc các cuộc goi Cớc phí phải đợc tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di động chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp ngời máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Việc quản lý thuê bao đợc thiết bị thông qua một khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao AUC (Authentication Center) quản

lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên kháo bí mật này AUC có thể đợc đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai Khoá này cũng đợc lu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS, ở GSM bộ nhớ này có dạng SIM – Card có thể rút ra và cắm lại đợc

* Quản lý thiết bị di động, EIR.

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

động MS, EIR đợc nối đến MSC qua đờng báo hiệu để kiểm tra sự đợc phép của thiết bị Một thiết bị không đợc phép sẽ bị cấm (Lu ý khác với thiết bị sự đợc phép của thuê bao đợc xác nhận bởi AUC)

Các giao diện sau đây đợc định nghĩa giữa các phần tử khác nhau của hệ thống

* BS đến MSC (giao diện A)

Giao diện giữa trạm gốc và MSC để bảo đảm báo hiệu và lu lợng (cả số liệu lẫn tiếng)

* Giao diện BTS đến BSC (A-bis)

Nếu trạm gốc đợc chia thành BTS và BSC thì giao diện này đợc định nghĩa

* Giao diện MSC với PSTN (A)

Giao diện này đợc định nghĩa nh giao diện tơng tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông (DTMF) hay báo hiệu đa tần (MF).

* MSC với VLR (giao diện B)

Giao diện này đợc định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS-41

* MSC với HLR (giao diện C)

Giao diện này đợc định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc IS-41

* HLR với VLR (giao diện D)

Đây là giao diện báo hiệu giữa HLR và VLR đợc xây dựng trên cơ sở sinh hoạt

số 7

Hiện nay nó đợc định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS – 41

* MSC với ISDN (giao diện D)

Đây là giao diện số với ISDN

* MSC với MSC (giao diện E)

Đây là giao diện lu lợng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động

* Giữa MSC và EIR (giao diện F)

Vì EIR cha đợc định nghĩa nên giao diện này cũng cha đợc định nghĩa

* Giữa VLR với VLR (giao diện G)

Giao diện này đợc sử dụng khi cần thông tin giữa các VLR

* HLR với AUC (giao diện H)

Đây là giao diện giữa bộ xử lý bản tin đợc với MSC

* DMH với MSC (giao diện I)

Đây là giao diện giữa bộ xử lý bản tin ới MSC

* MSC với IWF (giao diện F)

Giao diện này đợc định nghĩa bởi chức năng tơng tác

* MSC với PLMN (giao diện M i )

Đây là giao diện thông tin di động khác

* MSC với OS (giao diện O)

Đây là giao diện với hệ thống khai thác hiện đang đợc định nghĩa

* MSC với PSPDN (giao diện P i )

Đây là giao diện giữa MSC với mạng chuyển mạch gói

* Bộ thích ứng đầu cuối TA (Terminal Adapter) với thiết bị đầu cuối TE (Terminal Equipment) (giao diện R)

Đây là giao diện đặc thù cho từng loại đầu cuối đợc kết nối với MS

* ISDN với TE (giao diện S)

Đây là giao diện đợc định nghĩa ở hệ thống ISDN

* BS với MS (giao diện U )

Đây là giao diện vô tuyến

* PSTN với DCE (giao diện W)

Giao diện này đợc định nghĩa ở hệ thống PSTN

* MSC với AUX (giao diện X)

Giao diện này phụ thuộc vào thiết bị bổ sung kết nối với MSC

Tổng quát hệ thống thông tin di động thờng đợc chia thành các hệ thống con sau đây

Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng: MSC, VLR, HLR, AUC, EIR, GMSC

Hệ thống con khai thác OSS thực hiện chức năng: khai thác, bảo dỡng và

quản lý cho toàn bộ hệ thống

Trạm di động MS thực hiện chức năng sau:

Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đờng vô tuyến

Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một bố nhớ

để lu giữ số nhận dạng bí mật (ở GSM bộ nhớ này là sim – card)

1.2.2 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động

Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng thông tin di động phải

đ-ợc tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định sao cho có thể theo dõi đđ-ợc vị trí của thuê bao

a Phân chia theo vùng mạng

Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó hải đợc thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng di

động đợc đại diện bằng tổng đài cổng GMSC Tất cả các cuộc gọi đến một mạng

di động từ một mạng khác đều đợc định tuyến đến GMSC Tổng đài này làm việc

nh một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động GMSC cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm đi động bị gọi

Hình 1.3: Phân chia theo vùng mạng.

b Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR

Một mạng thông tin di động đợc phân chia thành nhiều vùng nhỏ, hơn nữa, mỗi vùng nhỏ này đợc phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.3) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đ-ờng truyền qua mạng sẽ đợc nối đến MSC dang phục vụ thuê bao di động cần gọi

ở mỗi vùng phục vụ MSC.VLR thông tin về thuê bao đợc ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại:

Thông tin về đăng ký các dịch vụ của thuê bao

Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị nào)

c Phân chia theo vùng định vị

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng định vị LA (Location Area) (hình 1.4) Vùng định vị là một phần củ vùng phục vụ MSC/VLR

mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí MSC/VLR quản lý vị trí này Có thể nói vùng định vị là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần biết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó

ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng

định vị (LAI: Location Area Identify) Vùng định vị có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều BSC, nhng chỉ thuộc một MSC

Base Station Identify Code) Vùng phủ của các ô thờng đợc mô phỏng bàng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế.

ở lĩnh vực viễn thông phơng pháp tốt nhất để phân nhóm các chức năng là

sử dụng mô hình kết nối hệ thống mở (OSI: Open System Interconnection) Các chức năng đợc nhóm thành các mặt phẳng chức năng xếp thành các tầng Mặt phẳng thấp nhất để truyền dẫn thông tin giữa các phần tử cách xa nhau dựa trên môi trờng vật lý cứng,trong khi đó mạt phẳng cao nhất thể hiện cảnh nhìn từ ng-

ời sử dụng bên ngoài Mỗi mặt phẳng (hay lớp) cung cấp dịch vụ cho lớp cao hơn tiếp theo, các dịch vụ này bản thân lại là sự tăng cờng của các dịch vụ cung cấp bởi lớp ngay dới thấp hơn Các thiết bị hay các phần tử hệ thống đợc tình bày theo phơng thẳng đứng còn mặt cắt giữa thiết bị và mặt phẳng lớp tơng ứng với các chức năng mà thiết bị này phải thực hiện theo các mục tiêu của lớp Ngoài tổ chức phân lớp nói trên (dựa trên khái niệm cung cấp dịch vụ của lớp này cho lớp khác) còn có tổ chức theo gt Nói chung các lớp thấp hơn tơng ứng với phạm vi thời gian ngắn hơn, trong khi đó các lớp cao hơn sẽ nhóm các chức năng có phạm vi thời gian lâu hơn ở mỗi lớp các phần tử cộng tác với nhau để cung cấp dịch vụ cần thiết qua việc trao đổi thông tin Các quy tắc của các trao đổi nói trên đợc xác định bởi các điểm chuẩn nơi mà dòng thông tin cắt ngang một giao diện giữa hai phần tử khác nhau Các quy tắc này đợc gọi là các giao thức báo hiệu Không nên nhầm giữa giao diện và giao thức Giao diện là nơi tiếp xúc giữa hai phần tử lân cận và vì thế nó có thể mang các dòng thông tin thuộc nhiều cặp phần tử khác nhau: nhiều giao thức khác nhau Chẳng hạn giao diện vô tuyến

ở thông tin di động là điểm quá giang cho các bản tin thuộc nhiều giao tiếp: giữa

MS và BTS (truyền dẫn), giữa MS và MSC (để quản lý truyền dẫn ở giao diện vô tuyến), giữa MS và MSC (để quản lý di động của ngời sử dụng và quản lý thông tin) hoặc thậm chí cả giữa MS và HLR để thiết lập các dịch vụ bổ sung (hình 1.7)

H ỡnh 1.7

Ký hiệu:

SS: Supplêmonitorary Services - Dịch vụ bổ sung

CM: Connect Managêmonitor - Quản lý nối thông

MM: Mobility Management - Quản lý di động

RR: Radio Resource Management - Quản lý tài nguyên vô tuyến

Hình 1.7 Cho thấy việc phân tích một giao diện thành một ngăn xếp các giao thức,trong đó mỗi phần tử của ngăn xếp (giao thức) liên quan đến mặt cắt giữa mặt phẳng chức năng và giao diện Ngoài ra ta có thể theo đờng truyền của chúng, nếu các phần tử đồng cấp với nhau không nằm cách nhau Tuy nhiên sự khác nhau về hai khái niệm nói trên thờng không đợc phân biệt ở các tiêu chuẩn Vì vậy tiêu chuẩn ‘giao diện” thực chất là tiêu chuẩn “giao thức”

Để lập tiêu chuẩn cho các giao thức, các chức năng ở các mặt phẳng lại

đ-ợc cắt mảnh thành mảng hở để đảm bảo tính ổn định của các mảnh và tránh đđ-ợc

sự quá phức tạp của các giao thức Hình 1.8 cho thấy cấu trúc tổng quát các mặt phẳng chức năng của hệ thống thông tin di động Mặt phẳng dới cùng là cơ sở của hệ thống viễn thông: mặt phẳng truyền dẫn, nó cung cấp các phơng tiện truyền dẫn cho các nhu cầu thông tin của các ngời sử dụng cũng nh trao đổi thông tin giữa các phần tử cộng tác Truyền dẫn là lĩnh vực của các sự kiện có phạm vi thời gian rất ngắn, từ vài micro giây (điều chế bit) đến vài giây (truyền dẫn bản tin)

Mặt cao hơn tiếp theo là mặt quản lý tài nguyên truyền dẫn ở các mạng

viễn thông mặt này thờng đợc nhóm chung với các chức năng quản lý thông tin vì quản lý cố định thể hiện một bộ phận nhỏ của vấn đề này Tuy nhiên ở một hệ thống tổ ong nh thông tin di động việc quản lý các tài nguyên truyền dẫn là một vấn đề phức tạp và vì thế cần một mặt phẳng chức năng riêng Mặt phẳng này đ-

ợc gọi là lớp quản lý tài nguyên vô tuyến hay lớp RR (Radio Resuore Management) Lớp RR đảm bảo các kết nối ổn định giữa các trạm di động MS

và các MSC để đảm bảo sự di động của ngời sử dụng trong quá trình gọi (chuyển giao) Về quan điểm thời gian mặt phẳng này và hai mặt phẳng tiếp theo xử lý các sự kiện ở phạm vi cuộc gọi từ vài giây đến vài phút Tiếp theo là một mặt phẳng nhỏ, mặt phẳng này không đợc nhóm chung với mặt quản lý thông tin vì

nó mang đặc thù của mạng thông tin di động Lớp quản lý di động hay lớp MM (Mobility Management) có nhiệm vụ quản lý các cơ sở dung lợng về thuê bao và

đặc biệt là dữ liệu về vị trí của thuê bao Một nhiệm vụ bổ sung nữa của lớp này

là quản lý tính bảo mật của thuê bao: nhận thực, sim – card, HLR và AUC là thí

dụ về các phần tử tham gia vào các hoạt động MM Lớp MM bổ sung vào các chức năng truyền dẫn do các lớp dới cung cấp phơng tiện để theo dõi thuê bao khi nó không bận thông tin và các chức năng liên quan đến an toàn Mặt phẳng tiếp theo ít đặc trng hơn cho thông tin di động Nó sử dụng cơ sở ổn định docác lớp RR và MM cung cấp để đảm bảo các dịch vụ viễn thông cho ngời sử dụng

Ta gọi nó là lớp quản lý thông tin hay lớp CM (Connection Management)

Nó bao gồm một số các phần tử độc lập với nhau phụ thuộc vào kiểu dịch

vụ, HLR, VLR, nhất là MSC tham gia rất lớn vào lớp này Các lớp RR, MM, CM

đảm bảo chất lợng phục vụ cao cho ngời sử dụng Tuy nhiên để có một bức tranh hoàn thiện cần phải bổ sung thêm một mặt phẳng khác: mặt phẳng khai thác, quản lý và bảo dỡng (OAM: Operation Adminstration and Maintenance), mặt phẳng này cung cấp phơng tiện cho các hoạt động của nhà khai thác Về mặt dịch vụ lớp này thực ra không cao hơn các lớp khác, vì nó không trực tiếp tăng c-ờng các dịch vụ mà các lớp khác cung cấp cho ngời sử dụng Lớp này đợc đặc tr-

ng bởi phạm vi thời gian lâu hơn các lớp khác, thờng từ vài giờ hay vài ngày đến vài năm Tất nhiên nó quan hệ với OS

BTS BSC MSC/VLR HLR GMSCMS

Di Động

2.1.Mang GSM

2 1.1 C á c đ ặ c t í n h c ủ a m ạ n g t h ô n g t i n d i đ ộ n g G S M

Từ các khuyến nghị của GSM ta có các đặc điểm sau đây:

- Có nhiều loại hình dịch vụ chất lợng cao và tiện ích cả trong thông tin thoại và truyền số liệu

- Sự tơng thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn (PSTN, ISDN) bởi các giao diện tiêu chuẩn chung

- Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động

- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy đầu cuối thông tin di động khác nhau nh: cầm tay, trên ô tô

- Nhận thực thuê bao và bảo mật số liệu của ngời sử dụng ( mật mã hoá)

sẽ tăng cờng bảo vệ chống lại việc sử dụng thuê bao trái phép và nghe trộm ở

đờng truyền vô tuyến

- Sử dụng băng tần ở 900MHz với hiệu qủa cao bởi sự kết hợp giữa hai

ph-ơng pháp TDMA và FDMA

- Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng này sang vùng phủ sóng khác

- Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại

- Cho phép chuyển mạng quốc tế ( International Roaming)

- Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu thụ ít năng lợng

2.1.2 Cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của mạng GSM

Hệ thống thụng tin di động GSM cho phộp chuyển vựng tự do của cỏc thuờ bao trong chõu Âu, cú nghĩa là một thuờ bao cú thể thõm nhập sang mạng của nước khỏc khi di chuyển qua biờn giới Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải cú khả năng trao đổi thụng tin tại bất cứ nơi nào trong vựng phủ súng quốc tế

 Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật:

- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vân hành thực tế

- Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng này

 Về sử dụng tần số:

- Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục vụ

ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển

- Dải tần số hoạt động là 890-915 và 935-960 Mhz

- Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900Mhz trước đây

 Về mạng:

- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT

- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng trong các mạng khác nhau

- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế

- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp trong hệ thống

2.1.3 Cấu trúc hệ thống GSM

Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:

- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem)

- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)

- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)

- Trạm di động (MS: Mobile Station)

Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại

Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hay không có SIM card trong máy di động

 Dịch vụ số liệu

GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng các mạng điện thoại PSTN, ISDN,…), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, fax, videotex, teletex…), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch, đồng bộ hay không đồng bộ…) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối

Tốc độ truyền số liệu trên mạng GSM là 9,6kbps

đó Sau đó bản tin sẽ được phát đến thuê bao Nếu thuê bao ở ngoài vùng phủ của hệ thống hay tắt nguồn, bản tin sẽ được lưu giữ và gửi đI khi thuê bao lại sẵn sàng Có thể thu hay gửi đi các thông báo ngắn ở trạng tháI rỗi hay trong quá trình cuộc gọi.

 Dịch vụ Wap

Dịch vụ Wap được bắt đầu xây dựng và triển khai lần đầu tiên cách đây ba năm ( vào giữa năm 1997) Dịch vụ giao thức ứng dụng không đây (Wap) ngày nay đã trở nên phổ biến Tiêu chí của dịch vụ rất đơn giản: cho phép thuê bao dùng điện thoại di động, máy nhắn tin hoặc những thiết bị viễn thông khác có hỗ trợ Wap có thể truy cập một cách có giới hạn vào các trang wed để xem thông tin về thị trường chứng khoán, xem tin tức, gửi và nhận email v.v…

Mặc dù Wap sử dụng các công nghệ và khái niệm từ thế giới wed và Internet nhưng các thiết bị Wap không thể truy cập trực tiếp vào các nguồn tài nguyên wed trên Internet mà phải nhờ qua Wap gateway

 Các dịch vụ mới của GSM 2,5G

Cuối năm 2003 các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động ở Việt Nam

đã đưa ra hai dịch vụ mới trên nền GSM 2,5G là dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) và nhắn tin đa phương tiện (MMS)

Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet Radio Service):

GPRS là dịch vụ truyền dữ liệu chuyển mạch gói được phát triển trên nền tảng công nghệ GSM, cho phép người dùng có thể chuyển các gói dữ liệu tốc độ cao qua máy di động Do vậy GPRS sẽ là nền tảng cho việc phát triển các ứng dụng thương mại di động và dịch vụ MMS, truy cập WAP-Internet tốc độ cao GPRS cho phép truyền dữ liệu có thể đạt tới 171,2kbps

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS: Multimedia Messaging Service):

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MMS cho phép những người dùng điện thoại di động có thể trao đổi những bức ảnh tĩnh (JPG) hoặc các hình động (GIF), âm thanh hoặc giọng nói, những đoạn video (Streaming video) và văn bản lên đến 1000 kí tự Với dịch vụ MMS, các tin nhắn không chỉ được gửi giữa các máy điện thoại di động mà còn từ máy điện thoại di động gửi đến email và ngược lại

2.2.Hệ Thống CDMA.

2.2.1 Thủ tục thu phát tín hiệu trong hệ thống CDMA

Công nghệ CDMA dựa trên kỹ thuật thông tin trải phổ Trong thông tin trải phổ CDMA, nhiều ngời sử dụng chung thời gian và tần số, sử dụng mã PN (Mã giải ngẫu nhiên tạp âm) với sự tơng quan chéo thấp đợc ấn định cho mỗi ng-

ời sử dụng Điều đó có nghĩa là thông tin truyền đi có thể đợc tất cả ngời sử dụng thu đợc nhng chỉ có một ngời có thể giải mã đợc nhờ có khoá giải mã riêng của ngời đó Trớc đó phía phát sẽ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN nhất

định còn phía thu sẽ tạo ra dãy mã ngẫu nhiên nh ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngợc các tín hiệu thu đợc

Trong hệ thống CDMA, thủ tục thu phát đợc thực hiện nh sau:

- Tín hiệu dữ liệu thoại (9,6 kbps) phía phát đợc mã hoá, lặp, chèn và nhân với sóng mang fc và mã PN ở tốc độ 1,2888 Mbps (128 x 9,6 kbps)

- Tín hiệu đã đợc điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng thông là 1,25 MHz, sau đó đợc phát đi qua anten

- Tại phía thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu đợc từ anten đợc đa

đến bộ tơng quan qua bộ lọc băng thông là 1,25MHz và dữ liệu thoại mong muốn đợc tách ra để tái tạo lại dữ liệu thoại nhờ bộ tách chèn và giải mã

Hình 2.2: Sơ đồ phát và thu CDMA

2.2.2 Các đặc điểm của hệ thống CDMA

a Tính đa dạng phân tập

Phân tập là hình thức để giảm fading, có 3 loại phân tập

♦ Phân tập theo thời gian: chèm mã, tách lỗi và mã sửa sai

♦ Phân tập theo tần số: tín hiệu băng rộng 1,25 MHz

♦ Phân tập theo khoảng cách: hai cặp anten thu của trạm gốc, bộ thu đa

đờng và kết nối với nhiều trạm gốc (chuyển vùng mềm)

1,2288Mb/s Nguồn PN

Sóng mang

Bộ điều khiển đa đờng tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tơng quan song song Máy di động sử dụng 3 bộ tơng quan, trạm gốc sử dụng 4 bộ tơng quan Máy thu có bộ tơng quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đờng và tổ hợp, giải điều chế tất cả tín hiệu thu đợc Fading có thể xác

định trong mỗi tín hiệu thu nhng không có sự liên quan giữa các đờng thu Vì vậy tổng các tín hiệu thu đợc có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu đợc

b Điều khiển công suất trong CDMA

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều từ trạm gốc đến máy di động và ngợc lại để đảm bảo lu lợng lớn, chất lợng thoại cao và các lợi ích khác Điều khiển công suất sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy trong vùng phục vụ có thể thu đợc với độ nhạy trung bình tại bộ thu của trạm gốc Trạm gốc điều khiển công suất phát tới máy di động nhờ việc quy định công suất này tơng ứng với công suất đo đợc tại máy di động Do đó làm giảm công suất phát của máy di động rỗi hoặc ở gần trạm gốc, giảm fading và đa đ-ờng, giảm hiệu ứng bóng dâm, giảm giao thoa giữa các trạm gốc khác và công suất phát sẽ đợc cung cấp thêm cho những vùng thu tín hiệu bị gián đoạn và các máy di động ở xa có tỷ lệ lỗi cao Dung lợng của hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền thu đợc tỷ số tín hiệu/giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất

c Giá trị Eb/N0 thấp và chống lỗi

Gb/N0 là tỷ số của năng lợng trên mõi bit đối với mật độ phổ công suất của tạp âm để so sánh hiệu suất của phơng pháp điều chế và mã hoá số Eb/N0 cũng t-

ơng tự nh tỷ số sóng mang/tạp âm (C/I) của phơng pháp FM analog Do độ rộng băng tần rộng nên hệ thống CDMA có hiệu suất và độ d mã sửa sai cao Mã sửa sai sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao Có thể tăng dung lợng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/N0

d Công suất phát thấp

Việc giảm tỷ số Eb/N0 Làm tăng dung lợng hệ thống và giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa Giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng phạm vi phục vụ, dẫn tới giảm số trạm gốc so với các hệ thống khác

e Mã hoá/ giải mã

Bộ vocoder (mã hoá/ giải mã) có các tốc độ 8 kbps và 13 kbps Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã hoá/ giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa trạm gốc và máy di động Vocoder phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại tạo ra các gói tín hiệu

thoại đợc mã hoá để truyền tới vocoder phía thu để đợc giải mã thành tín hiệu thoại Thuật toán mã hoá/ giải mã là CELP (mã dự đoán tuyến tính), thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP Bộ vocoder 8 kbps có 4 nấc tốc độ 9,6; 4,8; 2,4; 1,2 Kpbs.

f Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng

Tất cả các trạm gốc đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA Giao thoa tổng ở tín hiệu của máy di động thu đợc từ trạm gốc là tổng giao thoa tạo ra trong các máy di động khác trong cùng một vùng phục vụ của trạm gốc bên cạnh Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động trong trạm gốc bằng 1/2 giao thoa tổng từ các máy di động trong trạm gốc Hiệu suất tái sử dụng tần

số của các trạm gốc không định hớng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động trong cùng trạm gốc với giao thoa từ tất cả các trạm gốc Trong tr-ờng hợp anten của trạm gốc là định hớng (búp sóng anten 1200) thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát số lợng nhỏ hơn 1/3 số máy di

động trong trạm gốc Do đó dung lợng cung cấp của hệ thống tăng lên gần 1/3 lần

g Dung l ợng

Khái niệm sử dụng tần số cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để

mở rộng dung lợng hệ thống một cách có điều khiển Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn FDMA và TDMA Hiệu quả sử dụng tần số rong CDMA đợc xác định bằng tỷ số tín hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ trạm gốc mà từ tất cả ngời sử dụng trong vùng phục vụ Các tham số xác định dung lợng của hệ thống CDMA bao gồm tăng ích xử lý, tỷ số Eb/N0 (bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lợng búp sóng của anten trạm gốc Nếu càng nhiều kênh thoại đợc cung cấp trong hệ thống CDMA có cùng tỷ

lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng thì càng nhiều máy di động

đ-ợc cung cấp trên cùng một kênh

h Bảo mật cuộc gọi

Công nghệ CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và tạo ra xuyên âm nên khó có thể tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF trong CDMA vì tín hiệu đã đợc scrambling

i Chuyển giao mềm

Chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: trạm gốc ban đầu, cả hai trạm gốc, trạm gốc mới Do đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho ng-

ời sử dụng không nhận ra trạng thái chuyển giao (hình thức chuyển mạch nối

tr-ớc khi cắt của CDMA, trong hệ thống FDMA và TDMA sử dụng chuyển mạch cắt trớc khi nối dẫn tới gián đoạn cuộc gọi đột ngột)

2.2.3.Trải phổ và mã trải phổ

2.2.3.1.Các kỹ thuật dùng trong trải phổ

Kể từ cuối những năm 1940, kỹ thuật trải phổ đợc dùng cho ứng dụng quân sự trong hệ thống bí mật Kỹ thuật trải phổ không bị ảnh hởng bởi nhiễu ở máy thu và cho phép truyền dẫn đợc giữ kín trong tạp âm nền Gần đây, hệ thống trải phổ đợc công nhận để áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện thoại vô tuyến

Có 3 kiểu hệ thống trải phổ cơ bản

a Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS): Một sóng mang đợc điều chế bởi một mã trong đó tốc độ bit mã đó là lớn hơn nhiều tốc độ bit tín hiệu thông tin (hình

vẽ 1-2) Hệ thống đó cũng đợc gọi là hệ thống giải mã (PN)

Hình 2.3: Gần đúng tín hiệu trải phổ trực tiếp

b Trải phổ nhảy tần (FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum): Tần số sóng mang đợc thay đổi trong những gia số rời rạc trong một mẫu đợc tạo ra bởi

Chu kỳ tín hiệu = T0

t

T0 = 2 n-1 T0

một chuỗi mã (hình 1-3).

Hình 2.4: Gần đúng tín hiệu trải phổ nhảy tần

Thỉnh thoảng mã đợc chon để tránh nhiễu đến hoặc từ hệ thống không phải là trải phổ Trong hệ thống FHSS, tần số tín hiệu vẫn còn là hằng số cho một khoảng thời gian tồn tại theo lý thuyết đợc xem là thời gian chip Tc Hệ thống FSHH hoặc có thể là hệ thống bớc nhảy nhanh hoặc có thể là hệ thống bớc nhảy chậm Trong một hệ thống bớc nhảy nhanh, nhẩy tần số xảy ra ở tốc độ lớn hơn tốc độ bản tin Trong một hệ thống bớc nhảy chậm, tốc độ nhảy chậm hơn tốc độ bản tin Hệ thống vô tuyến FHSS thỉnh thoảng gặp phải chùm lỗi mạnh, trong khi hệ thống vô tuyến DSSS liên tục gặp phải những lỗi ngẫu nhiên ở mức thấp hơn Với hệ thống vô tuyến DSSS,những lỗi đơn phân tán ngẫu nhiên theo thời gian, trong khi đó với hệ thống FHSS, lỗi tập trung trong một nhóm Chùm lỗi có thể quy cho fading hoặc nhiễu tần số đơn tuỳ thuộc vào thời gian và tần số DSSS trải thông tin trong cả miền thời gian và tần số, do vậy cung cấp phân tập thời gian và tần số và làm nhỏ nhất ảnh hởng của fading và nhiễu

c Hệ thống nhảy thời gian (TH: Time Hopping): thời gian truyền đợc chia theo các khoảng thời gian ngắn gọi là những khung (hình 1.3) Mỗi khung đợc chia theo các khe thời gian Trong suốt một khung, có một và chỉ một khe thời gian đợc điều chế với một bản tin Tất cả những bit tin tức tích luỹ trong những khung trớc đợc truyền

t 0

Khung thời gian

Khe thời gianTruyền (kbits) M=Số khe thời gian

Trong 1 khung: t Tl/M

Hình 2.5: Gần đúng tín hiệu trải phổ nhảy thời gian

d Khái niệm của hệ thống trải phổ: Theo lý thuyết dung lợng của bất kỳ kênh thông tin đợc định nghĩa bởi C Theo công thức Shannon

b 0 0

INP

S: Công suất tín hiệuN: Công suất tạp âmPhơng trình (1.1) đa ra mối quan hệ giữa khả năng theo lý thuyết của kênh

để truyền thông tin không có lõi đối với SNR đã cho và băng tần đã cho của kênh Dung lợng kênh đợc ătng độ rộng băng tần kênh, công suất truyền hoặc cả hai

Một hệ thống tổ ong tơng tự thờng có SNR 17dB hoặc lớn hơn Hệ thống CDMA đợc thiết kế hoạt động SNR nhỏ hơn bởi vì độ rộng băng tần của kênh

Viết lại phơng trình 1.1

e W

Sinh viên: Cao Xuân Dơng – Lớp DT14 – Khóa 14 – Khoa: ĐTVT.Cộng Bộ lọc băng 31

Cos(2πfct)Chuỗi PN, ci(t)

Xi(t)

G p = Độ rộng băng tần của tín hiệu SS/độ rộng băng tần của bản tin.

Đơn vị Gp là dB Tăng ích xử lý cho thấy tín hiệu bản tin phát đợc trải phổ bao nhiêu lần bởi hệ thống trải phổ Đây là một thông số chất lợng quan trọng của một hệ thống SS, vì Gp cao thờng có nghĩa là khả năng chống nhiễu tốt hơn Thờng Gp = 20 – 60 dB

2.2.4 Hệ thống DSSS

Hệ thống DSSS là một hệ thống băng rộng trong đó toàn bộ băng tần của

hệ thống có thể dùng cho mỗi ngời dùng Một hệ thống đợc định nghĩa là một hệ thống DSSS nếu nó thoả mãn những yêu cầu sau:

- Tín hiệu đợc phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

- Trải phổ đợc thiết bị bằng một mã độc lập với số liệu

- ở máy thu, nén phổ hoàn thành bởi sự tơng quan chéo của tín hiệu trải phổ thu đợc với một bản sao đã đồng bộ nh của phía phát

Các hệ thống DSSS – BPSK

Sơ đồ khối máy phát và thu BPSK

(a) Máy phát

S(t) = Ab(t) c(t) cos(2πfct + θ) (1.4)Trong đó A là biên độ, fc là tần số sóng mang, θ là pha của sóng mangMáy thu: Mục đích của máy thu là lấy ra bản tin b(t) (số hiệu {bi}) từ tín hiệu thu đợc bao gồm tín hiệu đợc phát cộng với tạp âm Do tồn tại trễ truyền làn

Trong đó n(t) là tạp âm của kênh và đầu máy thu Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng không có tạp âm Trớc hết tín hiệu thu đợc trải phổ để giảm băng tần rộng và băng tần hẹp Sau đó giải điều chế để nhận đợc tín hiệu băng gốc Để trải phổ tín hiệu thu đợc nhân với tín hiệu đồng bộ PN c(t-

τ) đợc tạo ra ở máy thu, ta đợc:

điều chế BPSK bao gồm một bộ tơng quan đi sau là một thiết bị giá ngỡng Để tách ra bit số liệu thứ i, bộ tơng quan tính toán:

A

b t 1 cos 4 f t 22

+

∫Công thức 1.7

Trong đó ti = iT + τ là thời điểm của bít thứ i Vì b(t - τ) là ± 1 trong thời gian một bit Thành phần thứ nhất của tích phân sẽ cho ta T hoặc – T Thành phần thứ hai là thành phần nhân đôi của tần số nên sau tích phân gần bằng 0 Vậy kết quả cho zi = AT/2 hay –AT/2 Cho kết quả này qua bộ đánh giá ngỡng (hay bộ so sánh) với ngỡng 0, ta đợc đầu ra cơ số hai 1 (logic “1”) hay –1 (logic

“0”) Ngoài thành phần tín hiệu ±AT/2, đầu ra của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm gây ra lỗi

2.2.5 Các hệ thống DSSS-QPSK

Sơ đồ máy thu và máy phát DSSS – BPSK nh sau:

Máy phát:

Hình 2.9 : Máy phát

Máy thu

Hình 2.10 : Máy thu

 Chuỗi giả ngẫu nhiên

Trong hệ thống cmda, chuỗi giả ngẫu nhiên (PN) đợc sử dụng để:

 Trải rrộng băng thông của tín hiệu điều chế sang băng thông truyền dẫn rộng hơn

 Phân biệt các tín hiệu sử dụng khác nhau cùng chung một băng thông truyền dẫn trong hệ thống đa truy nhập

Chuỗi PN không phải là chuỗi ngẫu nhiên mà là chuỗi xác định và tuần hoàn Có 3 chỉ tiêu cơ bản áp dụng cho chuỗi PN: tính cân đối, tính chạy và tính tơng quan

 Tính cân đối: trong một chu kỳ của chuỗi, bit 1 và bit 0 khác nhau nhiều nhất 1 đơn vị

 Tính chạy: mỗi bớc chạy là một dãy các bit cùng loại (cùng 0 hoặc

Bộ tạo PN1

Bộ tạo PN2 Acos(2π f c t+ θ )

Bộ điều chế (BPSK)

Bộ điều chế (BPSK)

Dịch π /2

+

S 1 (t)

S 2 (t) b(t)

-sin(2 π f c + θ ) )

i b

i

t t t

dt

+

∫

cùng 1) Sự xuất hiện các bit khác loại là một bớc chạy mới Trong một chu kỳ,

số các bớc chạy có độ dài 1 bằng 1/2 tổng số bứơc chạy trong một chu kỳ, số bớc chạy có độ dài bằng 1/2, số bớc chạy có đô dài là 3 bằng 1/8 tổng số bớc chạy…

 Tính tơng quan: nếu một chu kỳ của dãy đợc so sánh theo kiểu số hạng với số hàng bất cứ dãy nào mà là hcính dãy đó nhng bị dịch đi, dãy có tính tơng quan tốt nếu các số hạng phù hợp chênh lệch với các số hạng không phù hợp không quá một chỉ số đếm

Chuỗi PN đợc lấy từ các đầu ra của bộ ghi dịch có hồi tiếp Một bộ ghi dịch

có hồi tiếp bao gồm các phần tử nhớ – dịch và bộ hồi tiếp logic Chuỗi nhị phân

đi qua bộ ghi dịch nhờ xung nhịp Nội dung của từng phần tử nhớ đợc kết hợp logic để tạo ra tín hiệu vào cho phần tử nhớ đầu tiên Nội dung ban đầu của các phần tử nhớ và bộ hồi tiếp logic xác định nội dung kế tiếp của các phần tử nhớ Một bộ ghi dịch có hồi tiếp đợc gọi là tuyến tính khi bộ hồi tiếp logic cộng module 2

2.2.6 Mã hoá thoại và mã hoá kênh

1.4.2.6.1 Mã hoá thoại

a Thuật toán dự đoán tuyến tính kích hợp theo mã (CELP)

Các kỹ thuật mã hoá PCM và ADPCM trớc đây hoạt động trong miền thời gian Không có một cái gì đợc tạo ra để hiểu hoặc phân tích thông tin gửi đi Để

đạt đợc tốc độ mã hoá thấp hơn, sử dụng kỹ thuật loại bỏ phần d trong miền tần

số Thuật toán mã hoá tín hiệu trong miền tần số phân tích tín hiệu thoại thành những thành phần có tần số và biên độ khác nhau Bộ mã hoá theo miền tần số là

hệ thống tơng đối phức tạp và hoạt động tốt ở tốc độ bit trung bình (16 Kbps) Khi thiết kế để hoạt động ở phạm vi từ 4,8 tới 9,6 Kbps thì độ phức tạp tăng lên

đáng kể

Một cấp độ khác của kỹ thuật mã hoá thoại bao gồm những thuật toán gọi

là Vocoder, trong đó mô tả cấu trúc của tín hiệu thoại với một vài thông số độc lập Những thông số này có đợc qua phân tích tín hiệu nói trong dải âm tần, nhờ

đó có thể mã hoá thoại thành những bản tin để gửi đi phía thu Phía thu phân tích qua những bản tin nhận đợc để tái tạo lại tín hiệu thoại

Quá trình mã hoá hoạt động nh sau: vocoder sẽ xe, tín hiệu thoại đợc tạo

ra từ các bộ phát – lọc có sắp đặt Tín hiệu thọai có đợc nhờ kích hoạt thoại các

bộ phát – lọc với mỗi một xung tuần hoàn (mô phỏng khoảng thời gian bắt đầu

và kết thúc thoại) Vocoder xử lý tín hiệu vào thông qua bộ xử lý tiếng nói và một tập các bộ phát – lọc để mã hoá và phát tín hiệu Tại phía thu, tín hiệu đợc giải mã và qua bộ tổng hợp tiếng nói phù hợp với tiếng nói ban đầu

Vocoder là hệ thống có độ phức tạp trung bình và hoạt động với tốc độ bit thấp, tiêu chuẩn là 2,4 kbps Chất lợng thoại thấp do hai nguyên nhân: sự đơn giản hoá xử lý tiếng nói đến quá mức và giả thiết các nguồn phát – lọc là độc lập tuyến tính.

Với tốc độ 5kbps đến 16kbps, bộ mã hoá lại kết hợp kỹ thuật mã hoá tần

số và kỹ thuật vocoder tạo ra chất lợng tốt Mã hoá dự đoán tuyến tính kích hoạt phần d (RELP) là hệ thống lai đơn giản cho mã hoá chất lợng thoại tiêu chuẩn

với một số bộ xử lý số tích hợp RELP tuỳ thuộc vào một cấp độ mã hoá đợc biết

là mã hoá phân tích – tổng hợp dựa trên mã dự đoán tuyến tính (LPC)

Hình 2-8: Mã hoá CELP cho LSP

CDMA sử dụng một kiểu RELP gọi là dự đoán tuyến tính kích hoạt mã

dự đoán tuyến tính (CELP)

b Thuật toán mã hoá nâng cao tốc độ biến đổi (EVRC)

Kỹ thuật mã hoá thoại sử dụng thuật toán mã hoá nâng cao tốc độ biến đổi (EVRC) làm giảm số lợng bit yêu cầu cho các hệ số nhân dự đoán tuyến tính và

sự tổng hợp âm thanh cung cấp cho bộ mã phát tín hiệu Vì vậy mà EVRC có chất lợng tốt hơn CELP

Chuyển đổi hệ số LPC-LSP

Không giống nh mã hoá CELP truyền thống, EVRC không cố gắng đạt tới tín hiệu thoại ban đầu một cách chính xác mà chú ý vào thời gian của phổ tiếng nói d phù hợp với âm thanh đã đơn giản hoá Đờng âm thanh này đạt đợc nhờ việc tính toán độ trễ âm sắc tại mỗi khung thời gian và việc đa thêm vào các âm sắc từ khung này sang khung kia Kết quả là chất lợng âm thanh cho mỗi bit truyền đi sẽ cao hơn Sự thể hiện các âm sắc đã đơn giản hoá cũng để lại nhiều bit trong mỗi gói phục vụ cho việc kích hoạt và bvj kênh Kết quả là các lỗi tham gia vào quá trình xử lý không ảnh hởng đến chất lợng thoại và giảm xuống mức thấp nhất Ngoài ra EVRC còn nâng cao chất lợng bằng việc loại bỏ tạp âm nền.

Thuật toán EVRC đợc dựa trên thuật toán CELP Nó sử dụng thuật toán dự

đoán tuyến tính kích hoạt theo mã giảm nhẹ (RCELP) và vì thế chú ý tín hiệu d

mà hớng vào thời gian của phổ tiêng nói d phù hợp với đờng âm thanh đã đơn giản hoá Điều này làm giảm số lợng bit trên khung thời gian sử dụng cho việc thể hiện các âm sắc cho phép các bit còn lại sử dụng cho việc kích hoạt bảo vệ kênh Thuật toán EVRC phân loại thoại là nhiều tốc độ: tốc độ đầy đủ (8,55 kbps), tốc độ 1/2(4 kbps) và tốc độ 1/8 (0,8kbps) Một khung thời gian là 20ms.2.2.6.2 Mã hoá kênh

Mã hoá kênh đợc sử dụng để làm giảm tỷ số Eb/N0 (dB) sao cho đạt đợc

đến một xác suất lỗi xác định của hệ thống mà hoá so với hệ thống không mã hoá với cùng kiểu điều chế và có cùng đặc điểm kênh truyền Quá trình mã hoá kênh đợc chia làm hai giai đoạn: mã hoá khối và mã hoá xoắn

Mã hoá khối có nhiều loại bao gồm mã hoá khối tuyến tính, mã hoá vòng nhị phân và mã hoá Bose – Chadhushi – Hocquenghem (BHC) Mã vòng nhị phân còn gọi là mã kiểm tra phần d (CRC) Mã BCH là một dạng mã CRC đặc biệt, mã BCH đợc thể hiện bởi các giá trị (n, k, q) trong đó k bit đợc miêu tả trên

n bit đầu ra (n > k) và q là năng lực sửa lỗi Ví dụ mã BHC (15, 7, 2) phát 7 bit thông tin sử dụng từ mã 15 bit có thể sửa 2 lỗi trong mỗi từ mã

Mã hoá xoắn đợc tạo ra khi đa tín hiệu vào qua bộ ghi dịch Bộ ghi dịch bao gồm k trạng thái và m hàm đại số tuyến tính Số lợng bit ra cho mỗi k bit số liệu đầu vào là n Tốc độ mã r = k/n Thông số k đợc gọi là độ dài bắt buộc và thông số này chỉ định số lợng bit đầu vào

Năng lực sửa lỗi của bộ mã hoá xoắn tăng lên khi tỷ số giảm r giảm Tuy nhiên, độ rộng băng tần của kênh và độ phức tạp của giải mã sẽ tăng lên với giá trị k Tác dụng của tỷ số mã hoá thấp khi sử dụng mã hoá xoắn với kết cấu khoá dịch pha (PSK) là tỷ số Eb/N0 giảm, cho phép phát dữ liệu tốc độ cao với một công suất cho trớc hoặc giảm công suất phát với tốc độ dữ liệu cho trớc Những

nghiên cứu mô phỏng chỉ ra rằng với một chuỗi bắt buộc cố định thì việc giảm tỷ

số mã hoá 1/2 xuóng 1/3 sẽ làm giảm tỷ số Eb/N0 xuống khoảng 0,4dB Tuy nhiên độ phức tạp chỉ khi giải mã sẽ tơng ứng tăng lên 17% Với một giá trị tỷ số mã hoá nhỏ hơn thì độ phức tạp sẽ còn tăng lên nhiều hơn nữa

Trong chuẩn IS-95, khung dữ liệu hớng đi và hớng vè đợc đa vào bộ mã hoá xoắn Viterbi Cả hai bộ mã hớng đi về đều sử dụng ghi dịch 8 bit với độ dài bắt buộc là 9 Tỷ số mã hoá hơnứg đi là 1/3 tức là đa ra 3 bit đầu ra ứng với mỗi bit đầu vào Tại tốc độ 9,6kpbs, tốc độ bit đầu ra đợc lặp lại để đa số lợng bit trong một khung thời gian 20ms là 575biy, với tốc độ tổng là 28,8kbps Tỷ số 9,6kbps, tốc độ bit đầu ra đợc lặp lại để đa số lợng bit trong một khung thời gian 20ms là 384 bit, với tốc độ tổng là 19,2 kbps

2.2.7.Dung l ợng của hệ thống CDMA

Xét một hệ thống CDMA đơn ô, số máy di động đang phát đồng thời ở cùng một tần số ở đây mỗi máy di động đợc cấp một chuỗi PN duy nhất, cho:

INP

lệ lỗi bit cho trớc thì Eb/N0 không thay đổi Do đó, tăng ích xử lý lớn thì nhiễu cho phép lớn