bài giảng thông tin di động

Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba.. Các hệ thống này đều sử dụ

TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Từ khi ra đời cho đến nay thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động không ngừng được cải tiến Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Thế hệ thứ nhất là thế hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ hai và hiện nay thế hệ ba đã và đang được đưa vào hoạt động Thế hệ bốn đang được tích cực nghiên cứu Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kĩ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và

mã (CDMA) Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13kbit/s Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động Ở các thế hệ tiếp theo thế hệ hai các thông số này ngày càng được cải thiện Thông tin di động thế hệ ba có tốc độ bit lên tới 2Mbit/s Thế hệ bốn có tốc độ lên tới 50Mbit/s và cao hơn nữa

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai được xây dựng trên các tiêu chuẩn : GSM, IS-95, PDC, IS-136 phát triển rất nhanh ở những năm 1990 Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:

V Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này

V Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động

V Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba

WCDMA UMTS sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136 cdma-2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA như: IS-95

Thông tin di động thế hệ bốn sẽ là sự hội tụ của các hệ thông truy nhập vô tuyến băng rộng không dây như WLAN, WiMAX vào các hệ thống thông di động Các mạng thông tin di động thế hệ bốn sẽ là các mạng toàn IP Mạng truy nhập vô tuyến cho thế hệ bốn cũng sẽ hoàn toàn mới để đáp ứng được nhu cầu truy nhập băng rộng OFDMA là công nghệ đa truy nhập vô tuyến đầy triển vọng cho thế hệ bốn

Môn học "Thông tin di động" là môn học chính được giảng cho sinh viên viễn thông năm cuối của Đại học Công nghệ Bưu chính Viễn thông Bài giảng " Thông tin di động" sẽ cung cấp các kiến thức của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai và ba đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như: GSM/GPRS, W-CDMA và cdma2000 Môn học này được giảng

sau khi sinh viên đã học các giáo trình như: "Truyền dẫn vô tuyến số" và "Lý thuyết trải phổ

và đa truy nhập vô tuyến" Bài giảng có cấu trúc 11 chương Chương 1 khái quát chung về sự phát triển của các hệ thống thông tin di động, cấu trúc chung cũng như tổ chức phân lớp của

hệ thống thông tin di động Chương 2 đề cập đến vấn đề xử lý tín hiệu đa phương tiện trong thông tin di động Chương 3 đề cập đến các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động trong đó đặc biệt chú trọng đến phương pháp đa truy nhập CDMA Chương 4 đề cập đến các đặc điểm truyền dẫn vô tuyến trong thông tin di động Các chương 5, chương 6, chương 7 và chương 8 nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ hai và thế hệ 3 điển hình: GSM, CDMA IS-95, GPRS, 3G UMTS, cdma2000 đây là các hệ thống được xây dựng trên các công nghệ đa truy nhập: TDMA,CDMA, TDD Chương 9 đề cập đến lộ trình phát triển lên thông tin di động 4G Chương 10 và 11 đề cập đến hai vấn đề rất quan trọng đối với việc khai thác, thiết kế hệ thống vô tuyến: đo đạc và quy hoạch hệ thống thông tin di động

Phần thực hành của học phần được thực hiện trên thiết bị đo kiểm MS kết hợp với chương trình mô phỏng bằng Matlab sẽ giúp sinh viên hiểu sâu hơn các kiến thức đã học trên lớp

Hà Nội ngày 24 tháng 12 năm 2009

ii

Từ khi ra đời cho đến nay thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất Để đáp ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động không ngừng được cải tiến Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Thế hệ thứ nhất là thế hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ hai và hiện nay thế hệ ba đã và đang được đưa vào hoạt động Thế hệ bốn đang được tích cực nghiên cứu Thông tin di động thế hệ hai sử dụng kĩ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và

mã (CDMA) Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13 kbit/s Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người sử dụng và tính di động Ở các thế hệ tiếp theo thế hệ hai các thông số này ngày càng được cải thiện Thông tin di động thế hệ ba có tốc độ bit lên tới 2Mbit/s Thế hệ bốn có tốc độ lên tới 50 Mbit/s và cao hơn nữa

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai được xây dựng trên các tiêu chuẩn: GSM, IS-95, PDC, IS-136 phát triển rất nhanh ở những năm 1990 Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:

V Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này

V Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động

V Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba

WCDMA UMTS sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136 cdma-2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA như: IS-95

Thông tin di động thế hệ bốn sẽ là sự hội tụ của các hệ thông truy nhập vô tuyến băng rộng không dây như WLAN, WiMAX vào các hệ thống thông di động Các mạng thông tin di động thế hệ bốn sẽ là các mạng toàn IP Mạng truy nhập vô tuyến cho thế hệ bốn cũng sẽ hoàn toàn mới để đáp ứng được nhu cầu truy nhập băng rộng OFDMA là công nghệ đa truy nhập vô tuyến đầy triển vọng cho thế hệ bốn

Môn học “Thông tin di động” là môn học chính được giảng cho sinh viên viễn thông năm cuối của Đại học Công nghệ Bưu chính Viễn thông Bài giảng “Thông tin di động” sẽ cung cấp các kiến thức của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai và ba đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như: GSM/GPRS, W-CDMA và cdma2000 Môn học này được giảng

sau khi sinh viên đã học các giáo trình như: “Truyền dẫn vô tuyến số” và “Lý thuyết trải phổ

và đa truy nhập vô tuyến” Bài giảng có cấu trúc 11 chương Chương 1 khái quát chung về sự phát triển của các hệ thống thông tin di động, cấu trúc chung cũng như tổ chức phân lớp của

hệ thống thông tin di động Chương 2 đề cập đến vấn đề xử lý tín hiệu đa phương tiện trong thông tin di động Chương 3 đề cập đến các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động trong đó đặc biệt chú trọng đến phương pháp đa truy nhập CDMA Chương 4 đề cập đến các đặc điểm truyền dẫn vô tuyến trong thông tin di động Các chương 5, chương 6, chương 7 và chương 8 nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ hai và thế hệ 3 điển hình: GSM, CDMA IS-95, GPRS, 3G UMTS, cdma2000 đây là các hệ thống được xây dựng trên các công nghệ đa truy nhập: TDMA,CDMA, TDD Chương 9 đề cập đến lộ trình phát triển lên thông tin di động 4G Chương 10 và 11 đề cập đến hai vấn đề rất quan trọng đối với việc khai thác, thiết kế hệ thống vô tuyến: đo đạc và quy hoạch hệ thống thông tin di động

Phần thực hành của học phần được thực hiện trên thiết bị đo kiểm MS kết hợp với chương trình mô phỏng bằng Matlab sẽ giúp sinh viên hiểu sâu hơn các kiến thức đã học trên lớp

Hà Nội ngày 24 tháng 12 năm 2009

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động 1

1.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động 3

1.1.3 Giới thiệu chung xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di động 3

1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA M ộ t h ệ t h ố n g t h ô n g t in d i đ ộ n g 4

1.2.1 Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động 4

1.2.2 Mô hình tham khảo mạng cdma 2000 10

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

1.2.3.1 Phân chia theo vùng mạng 15

1.2.3.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR 15

1.2.2.3 Phân chia theo vùng định vị 16

1.2.3.4 Phân chia theo ô 16

1.3 PHÂN LỚP MẶT PHẲNG CHỨC NĂNG CHO CẤU TRÚC 17

1.4 TỔNG KẾT 20

1.5 CÂU H Ỏ I 20

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 21

2.1 MỞ ĐẦU 21

2.2 XỬ LÝ TIẾNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 21

2.2.1 Nguyên lý công nghệ mã hóa tiếng 21

2.2.1.1 Mô hình tạo tiếng nói 21

2.2.1.2 Phân tích dự đoán tuyến tín h 22

2.2.2 Thuật toán dự đoán dài hạn kích thích xung đều (RPE-LTP) 22

2.2.3 Thuật toán dự đoán tuyến tính kích thích theo mã (CELP) 24

2.2.3.1 Mô hình 24

2.2.3.2 Bộ lọc đánh trọng lượng theo độ thụ cảm 25

2.2.3.3 Bảng mã thích ứng 25

2.2.3.4 Bảng mã ngẫu nhiên 25

2.2.3.5 Bộ lọc sau 25

2.2.4 Các công nghệ ngoại vi cho mã hóa tiếng trong thông tin di động 26

2.3 CÁC CODEC TIẾ n G t r o n g t h ô n g T i N d i đ ộ n g 26

2.3.1 Quá trình mã hóa và giải mã tiếng trong thông tin di động 26

2.3.2 CODEC tiếng trong G s M 26

2.3.2.1 Bộ mã hóa toàn tốc (FRC) 26

2.3.2.2 CODEC toàn tốc tăng cường (EFRC) 27

2.3.3 CODEC tiếng của cdma 2000 ^ 28

2.3.31 CODEC tốc độ bit khả biến (VRC) 28

2.3.3.2 CODEC tốc độ khả biến chất lượng tuyệt hảo (EVRC) 30

2.3.4 CODEC tiếng của W-CDMA UMTS 30

2.4.3.1 CODEC đa tốc độ khả biến (AMR) 31

2.4.3.2 CODEC đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-BR) 33

2.4 XỬ LÝ ẢNH TRONG THÔNG T i N DI ĐỘ n G 33

2.4.1 Các công nghệ thành phần của mã hoá ảnh 33

2.4.2 Các lĩnh vực áp dụng cho các phương pháp mã hoá video khác nhau 35

2.4.3 Mã hoá video MPEG-4 37

2.4.4 Các tiêu chuẩn cho 3G 38

2.5 CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN 38

2.5.1 Quá trình tiêu chuẩn hoá 38

2.5.2 Cấu hình đầu cuối 3G-324M 39

2.5.3 Mã hoá các phương tiệ n 40

2.5.4 Ghép kênh đa phương tiện 40

2.5.5 Điều khiển đầu cuối 41

2.6 TỔNG KẾT 42

2.7 CÂU H Ỏ I 42

CHƯƠNG 3 :CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 43

3.1 MỞ ĐẦU 43

3.2 ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẨN SỐ FDMA 46

3.2.1 Nguyên lý FDMA 46

3.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân cận 49

3.3 ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN TDMA 49

3.3.1 Nguyên lý TDMA 49

3.3.2 Tạo cụm 51

3.3.3 Thu cụm 52

3.3.4 Đồng bộ 53

3.4 ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ CDMA 53

3.4.1 Các hệ thống thông tin trải p h ổ 53

3.4.2 Mô hình đơn giản của một hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS 57

3.4.3 Phổ của tín hiệu 59

3.4.4 CDMA/FDD 61

3.4.5 CDMA/TDD 61

3.4.6 Mã trải p h ổ 64

3.4.6.1 Các chuỗi PN 64

3.4.6.2 Tự tương quan và tương quan chéo 66

3.4.6.3 Một số thuộc tính quan trọng của chuỗi m 68

3.4.6.4 Các hàm trực giao 70

3.4.6.5 Quy họach mã 70

3.5 ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO KHÔNG GIAN SDMA 71

3.6 ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO OFDMA 73

3.6.1 Nguyên lý OFDM 74

3.6.2 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn OFDM 76

3.6.2.1 Xử lý tín hiệu s ố 76

3.6.2.2 Xử lý tín hiệu tương tự (phần điều chế vô tuyến cho tín hiệu OFDM) 80

3 6 3 Các tín hiệu của hệ thống OFDM 81

3.7 TỔNG KẾT 82

3.8 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 83

CHƯƠNG 4: ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 85

4.1 MỞ ĐẦU 85

4.2 SUY HAO ĐƯỜNG TRUYỀN 85

4.2.1 Mở đầu 85

4.2.2 Mô hình giải tíc h 85

4.2.3 Các mô hình thực nghiệm 86

4.2.3.1 Mô hình Hata Okumura 86

4.2.3.2 Mô hình Walfisch/Ikegami (hay COST 231) 88

4.2.4 Các mô hình cho môi trường trong nhà 91

4.2.5 Mô hình IMT-2000 94

4.2.5.1 Mô hình môi trường trong nhà 94

4.2.5.3 Môi trường xe c ộ 95

4.3 p h a đ i n h 95

4.4 CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG PHA ĐINH 98

4.4.1 Tổng quan các biện pháp chống phađinh 98

4.4.2 Truyền dẫn đơn và đa sóng mang 99

4.4.3 Phân tập thu 99

4.4.3.1 Phân tập vĩ m ô 99

4.4.3.2 Phân tập vi m ô 100

4.4.4 Phân tập phát 101

4.4.4.1 Phân tập phát đa sóng mang (Multicarrier Tramsmit Diversity) 101

4.4.4.2 Phân tập phát trải phổ trực tiếp 101

4.4.4.3 Phân tập phát không gian-thời gian (STTD) 102

4.4.4.4 Phân tập phát chuyển mạch thời gian (TSTD) 102

4.5 ĐỒNG CHỈNH t H ờ I G i A n v à g iả m N h i E u d o d o h iệ n t ư ợ n g “GẦN - XA” 103

4.5.1 Đồng chỉnh thời gian 103

4.5.2 Các phương pháp điều khiển suất ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA 103

4.6 QUỸ ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ VÙNG PHỦ 106

4.7 TỔNG KẾT 109

4.8 CÂU H Ỏ I 109

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỔ ONG GSM, GPRS/EDGE 111

5.1 MỞ ĐẦU 111

5.2 KIẾN TRÚC GSM 111

5.3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ TRUYỀN DẪN 112

5.3.1 Các kênh vật lý của GSM 112

5.3.1.1 Các kênh tần số được sử dụng ở GSM 112

5.3.1.2 Tổ chức đa truy nhập kết hợp FDMA và TDMA 113

M ục lục

ii

5.3.1.3 Tổ chức đa khung, siêu khung, siêu siêu khung 114

5.3.1.4 Cấu trúc cụm 114

5.3.1.5 Sơ đồ kênh vật lý của GSM 116

5.3.2 Các kênh logic của GSM 122

5.3.2.1 Tổng kết các kênh logic 122

5.3.2 2 Kênh lưu lượng (TCH) 122

5.3.2.3 Kênh điều khiển (CCH) 123

5.3.2.4 Các tổ hợp kênh 125

5.3.2.5 Sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý 125

5.3.3 Đo và nhảy tần 128

5.3.31 Đo 128

5.3.3.2 Nhảy tần 129

5.3.4 Chuyển giao 130

5.3.4.1 Nguyên nhân chuyển giao 130

5.3.4.2 Các tiêu chuẩn chuyển giao 130

5.3.5 Truyền dẫn trong GSM 131

5.3.5.1 Các dịch vụ kênh mang và các dịch vụ xa trong GSM 132

5.3.5.2 Cấu trúc các trạm di động 132

5.3.5.3 Truyền dẫn bên trong g S m 133

5.4 KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA GSM 137

5.5 XỬ LÝ CUỘC GỌI TRONG HỆ THỐNG GSM 140

5.5.1 Bật tắt máy ở trạm di động 140

5.5.2 Cập nhật vị trí 141

5.5.3 Định tuyến cuộc gọi đến M S 141

5.5.4 Chuyển mạng quốc t ế 142

5.5.5 Chuyển giao 143

5.6 HỆ t h ố n g GPRS/EDGE 144

5.6.1 Kiến trúc GPRS 144

5.6.2 Giao diện vô tuyến của GPRS 145

5.6.3 Kiến trúc giao thức của GPRS 148

5.6.3.1 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng 148

5.6.3.2 Kiến trúc giao thức mặt phẳng điều khiển 150

5.6.4 Xử lý cuộc gọi ở GPRS 150

5.6.4.1 Truyền gói khởi xướng từ M S 150

5.6.4.2 Truyền gói kết cuối di động GPRS 151

5.6.4.3 Các sơ đồ truyền số liệu qua GPRS 152

5.6.5 Các tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) 153

5.7 TỔNG KẾT 153

5.8 CÂU H Ỏ I 154

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỔ ONG IS-95 CDMA 155

6.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ TRUYỀN DẪN 155

6.2.1 Các kênh vật lý 155

6.2.2 Các kênh lôgic 157

6.2.2.1 Kênh lưu lượng (Traffic Channel) 158

6.2.2.2 Kênh hoa tiêu (PiCH: Pilot Channel) 160

6.2.2.3 Kênh đồng bộ (SCH: Synch Channel) 160

6.2.2.4 Kênh tìm gọi (PCH: Paging Channel) 160

6.2.2.5 Kênh truy nhập (RACH: Random Access Channel) 161

6.2.3 Chuyển giao ở CDMA IS - 95 161

6.3 XỬ LÝ CUỘC GỌI TRONG HỆ THỐNG IS-95 CDMA 167

6.3.1 Các dịch vụ cơ s ở 168

6.3.11 Đăng k ý 168

6.3.1.2 Khởi xướng cuộc gọi 169

6.3.1.4 Xóa cuộc gọi 172

6.3.1.5 Chuyển mạng 174

6.3.2 Các dịch vụ bổ sung 176

6.3.3 Chuyển giao 178

6.4 TỔNG KẾT 183

6.5 CÂU H Ỏ I 184

CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA W-CDMA UM TS 185

7.2 KIẾN TRÚC MẠNG WCDMA UMTS 185

7.2.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R 3 186

7.2.1.1 Thiết bị người sử dụng 186

7.2.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 187

7.2.1.3 Mạng lõi 188

7.2.1.4 Các mạng ngoài 191

7.2.1.5 Các giao diện 191

7.2.2 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R 4 191

7.2.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R 5 193

7.3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 195

7.3.1 Các kênh của WCDMA 196

7.3.1.1 Các kênh logic 196

7.3.1.2 Các kênh truyền tải 197

7.3.1.3 Các kênh vật lý 197

7.3.2 Sơ đồ kênh vật lý WCDMA/FDD 201

7.3.2.1 Các thông số kênh vật lý 201

7.3.2.2 Phân bố tần số 202

7.3.2.3 Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu 203

7.3.3 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế 203

7.3.3.1 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý đường xuống DPCH 203

7.3.3.2 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế kênh vật lý DPCH đường lên 204

7.3.3.3 Sơ đồ trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 206

7.3.3.4 Mã trải phổ định kênh 207

7.3.3.5 Mã ngẫu nhiên hóa nhận dạng nguồn phát 208

7.3.4 Sơ đồ xử lý tín hiệu số 209

7.3.4.1 Sơ đồ ghép kênh truyền tải và xử lý tín hiệu số 209

7.3.4.2 Mã hóa kênh 211

7.3.5 Cấu trúc kênh DPCH 212

7.3.5.1 Cấu trúc khung kênh DPCH đường lê n 212

7.3.5.2 Cấu trúc khung kênh DPCH đường xuống 213

7.3.6 Điều khiển tài nguyên vô tuyến và các thủ tục lớp vật lý 214

7.3.6.1 Điều khiển tài nguyên vô tuyến 214

7.3.6.2 Các thủ tục lớp vật lý 218

7.4 KIẾN TRÚC GIAO t H ứ C W-CDMA UMTS 223

7.4.1 Mặt phẳng người sử dụng 223

7.4.2 Mặt phẳng báo hiệu 224

7.5 XỬ LÝ C u ộ C GỌI TRONG W - CDMA 225

7.6 TỔNG KẾT ' 227

7.7 CÂU H Ỏ I 227

CHƯƠNG 8 cdma2000 229

8.1 MỞ ĐẦU 229

8.2 KIẾN TRÚC cdma2000 229

8.2.1 MS 229

8.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến R A N 230

8.2.3 Mạng nhà cung cấp dịch truy nhập khách 231

8.2.31 HLR/AuC 231

8.2.3.2 Các server AAA nhà, khách và môi giới 231

8.2.3.3 Nút phục vụ số liệu gói 232

8.2.3.4 Tác nhân nhà ; 233

8.3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA cdma2000 233

8.3.1 Cấu trúc phân lớp của cdma2000 233

8.3.1.1 Các lớp cao 233

8.3.1.2 Lớp đoạn nối 233

8.3.2 Các kênh của cdma2000 237

8.3.2.1 Các kênh logic 238

8.3.2.2 Các kênh vật lý 239

8.3.2.3 Ghép các kênh logic lên kênh vật lý 241

8.3.2.4 Các thông số kênh vật lý cdma 2000 và cấu hình vô tuyến cdma2000 242

8.3.2.5 Tổng kết kiến trúc kênh vật lý 243

8.3.3 Sơ đồ kênh vật lý 244

8.3.3.1 Sơ đồ kênh vật lý đường xuống 244

8.3.3.2 Sơ đồ kênh vật lý đường lên 245

8.3.4 Mã trải phổ định kênh 247

8.3.4.1 Mã định kênh đường xuống 247

M ục lục

iv

8.3.4.2 Mã định kênh đường lên 249

8.3.5 Điều khiển tài nguyên vô tuyến 249

8.4 KIẾN TRÚC GIAO THỨC cdma2000 250

8.5 XỬ LÝ CUỘC GỌI TRONG cdma2000 251

8.5.1 IP đơn giản 253

8.5.3 MIP (thế hệ ba) 254

8.6 TỔNG KẾT 256

8.7 CÂU H Ỏ I 256

CHƯƠNG 9: LTE VÀ LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN LÊN 4G 257

9.1 MỞ ĐẦU 257

9.2 QUÁ TRÌNH TIÊU CHUẨN HÓA WCDMA/HSPA TRONG 3GPP 257

9.2.1 3GPP 257

9.2.2 Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP 259

9.2.3 Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP 260

9.2.4 Phát triển tăng cường của HSUPA và HSDPA 262

9.3 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN L T E 263

9.4 DMT-ADVANCED v à l ộ t r ìn h t iế n T ớ i 4 G 265

9.5 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 267

9.5.1 Mở đầu 267

9.5.2 Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu người sử dụng 268

9.6 TỔNG QUANLTE 268

9.6.1 Các đặc điểm cơ bản của LTE 268

9.6.1.1 Tốc độ số liệu đỉnh 269

9.6.1.2 Trễ mặt phẳng C và mặt phẳng U 269

9.6.1.3 Thông lượng số liệu 270

9.6.1.4 Hiệu suất phổ tần 270

9.6.1.6 Vùng p hủ 270

9.6.1.7 MBMS tăng cường 271

9.6.1.8 Triển khai phổ tần 272

9.6.1.9 Đồng tồn tại và tương tác với các 3GPP RAT 272

9.6.1.10 Kiến trúc và quá trình chuyển đổi 272

9.6.1.11 Quản lý tài nguyên vô tuyến 273

9.6.1.12 Các vấn đề về mức độ phức tạp 273

9.6.2 Kiến trúc mô hình LTE 274

9.7 TỔNG KẾT 276

9.8 CÂU H Ỏ I _ 276

CHƯƠNG 10: ĐO ĐẠC VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 277

10.1 TỔNG QUAN 277

10.2 ĐO TRẠM DI ĐỘNG 277

10.2.1 Cấu trúc chung của môt trạm di động 277

10.2.2 Chuẩn bị kiểm tr a 278

10.2.3 Một số tính toán 278

10.2.4 Kiểm tra máy phát 279

10.2.4.1 Đo sai pha và sai tần s ố 279

10.2.4.2 Đo công suất 280

10.2.4.3 Đo công suất của kênh lân cận 281

10.2.5 Kiểm tra máy thu 281

10.2.5.1 Đo B E R 282

10.2.5.2 Độ nhạy 283

10.2.5.3 Đầu vào máy thu cho phép 283

10.2.5.4 Loại bỏ nhiễu đồng kênh 284

10.2.5.5 Loại bỏ nhiễu kênh lân cận 284

10.2.6 Kiểm tra báo hiệu ở trạm di động 285

10.2.6.1 Kiểm tra các chức năng báo hiệu liên quan đến lớp 1 285

10.2.6.2 Kiểm tra các báo hiệu liên quan đến giao thức lớp 2 286

10.2.6.3 Kiểm tra lớp 3 của trạm di động 287

10.3 ĐO TRẠM THU p H á T g ố c 288

10.3.1 Cấu trúc của một trạm thu phát gốc 288

10.3.2 Đo BTS 289

10.3.2.1 Chuẩn bị cấu hình đo BTS 289

10.3.2.2 Đo máy p hát 291

10.3.2.3 Đo máy th u 294

10.4 ĐO KIỂM KHI HỆ THỐNG ĐANG HOẠT ĐỘNG 297

10.4.1 Quản lý sự cố 297

10.4.2 Quản lý hiệu năng 299

10.4.2.1 Yêu cầu đối với các kiểu số liệu 300

10.4.2.2 Các yêu cầu quản lý đo 301

10.4.2.3 Yêu cầu về định nghĩa đ o 301

10.4.2.4 Yêu cầu công việc đo 302

10.4.2.5 Các lĩnh vực đo hiệu năng 302

10.5 TỔNG KẾT 305

CHƯƠNG 11: CƠ SỞ QUY HOẠCH MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG •_ 306

11.1 TỔNG QUAN QUY HOẠCH VÀ TRIỂN KHAI MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 306

11.1.1 Mở đầu 306

11.1.2 Dự báo lưu lượng 307

11.1.2.1 Dự báo thuê bao 307

11.1.2.2 Dự báo sự sử dụng lưu lượng tiếng 308

11.1.2.3 Dự báo sự sử dụng lưu lượng số liệu 308

11.1.2.4 Dự phòng tương lai 309

11.2 QUY HOẠCH Ô 310

11.2.1 Phân tích vùng phủ vô tuyến 310

11.2.1.1 Các thông số quan trọng cần xét 311

11.2.1.2 Quỹ đường lên 312

11.2.1.3 Quỹ đường đường xuống 317

11.2.2 Phân tích dung lượng ô 318

11.2.2.1 Tải ô đường lên 319

11.2.2.2 Tải ô đường xuống 321

11.2.2.3 Dung lượng mềm và chia sẻ t ả i 322

11.3 QUY HOẠ c H M ạ N g t r u y n h ậ p v ô t u y ế n 326

11.3.1 Định cỡ giao diện Iub 326

11.3.2 Định cỡ B s c ' 327

11.3.3 Định cỡ RNC 328

11.3.4 Quy hoạch mạng truyền dẫn UTRAN 329

11.4 QUY H o ạ C h m ẠN g L õ i ' 331

11.4.1 Định cỡ MSC 331

11.4.2 Định cỡ SGSN và GGSN 331

11.4.3 Định cỡ các phần tử khác của mạng lõi 332

11.5 TỔNG KẾT 332

11.6 CÂU H Ỏ I 332

TÀI LIỆU THAM KHẢO 334

M ục lục

vi

AAA

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Authentication Authorization and Accounting Nhận thực, trao quyền và thanh toán

AAL5 ATM Adaptation Layer type 5 Lớp thích ứng ATM kiểu 5

ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết

ACELP Algebraic Code Excited Linear Prediction Bộ mã hóa dự báo tuyến tính kích thích

theo mã đại số

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

AuC

B

BER

BPSK

C

CB

Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

CCPCH Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung

CCTrCH Coded Composite Transport Channel Kênh truyền tải đa hợp

CDMA Code-Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

Collision Detection/Channel Assignment Indicator chỉ thị ấn định kênh Channel

CHAP Challenge Handshake Authentication Protocol Giao thức nhận thực Hô lệnh bắt tay

CRC Cyclical Redundancy Check):

CSCF Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng thái cuộc

gọi CSICH CPCH Status Indication Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức lập cấu hình máy động DiffServ Differentiated Services Các dịch vụ được phân loại

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý số liệu riêng

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh vật lý điều khiển riêng

DS-CDMA Direct-Sequence Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi

trực tiếp

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

DTCH

E

EDGE

Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng

Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển

GPRS

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

EIRP Effective Equivalent Isotropically Radiated Power Công suất phát xạ đẳng hướng tương

ETSI Broadband Access Network Mạng truy nhập băng rộng ETSI

FDD Frequency-Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDM Frequency-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian FDMA Frequency-Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số

FTP

G

GRE

File Transfer Protocol Giao thức truyền File

Generic Routing Encapsulation Đóng bao định tuyến chung GSM Global System for Mobile communications Hệ thông thông tin di động toàn cầu

GTP-C GPRS Tunneling Protocol-Control plane Giao thức truyền tunnel-Mặt điều khiển GTP-U GPRS Tunneling Protocol-User plane Giao thức truyền tunnel-Mặt phẳng

H

người sử dụng

HSS

I

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers Học viện các kỹ sư điện và điện tử IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng thực hiện nhiệm vụ kỹ thuật

Internet

viii

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

IMSI International Mobile Subscriber Identifier Nhận dạng thuê bao toàn di động toàn

cầu Các dịch vụ liên kết InterServ Integrated Services

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU International Telecommunications Union Liên minh viễn thông quốc tế

ITU-T ITU-Telecommunication standardization sector ITU- bộ phận tiêu chuẩn viễn thông

IW-MSC

L

L2F

L2TP Layer Two Tunneling Protocol Giao thức truyền tunnel lớp 2

LNS

M

MAC

Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ truyền bản tin đa phương tiện

MOHO Mobile Originated Handover Chuyển giao khởi xướng từ MS

MTP3-B Message Transfer Part Level 3- Broadband Mức 3 của phần truyền bản tin- băng

rộng MVPN

N

NAI

Mobile Virtual Private Network Mạng riêng ảo di động

Network Access Identifier Nhận dạng truy nhập mạng

NSAPI (Network Services Access Point Identifier Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ

O

mạng

O&M Operation and Management Khai thác và bảo dưỡng

OA&M Operations Administration and Maintenance Khai thác, quản trị và bảo dưỡng OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực

giao OSI Open Systems Interconnection Kết nối các hệ thống mở

Thuật ngữ viết tắt

P

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PCCPCH Primary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PDCP Packed Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đất PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên

PPP

Q

QPSK

Point-to-Point Protocol Giao thức điểm đến điểm

Quadrature Phase Shift Keying Khoá chuyển pha vuông góc QoS

R

RACH Random Access Channel

RANAP Radio Access Network Application Part

RLC Radio Link Control

RNC Radio Network Controller

RNSAP Radio Network Subsystem Application Part

RNS Radio Network Subsystem

RRC Radio Resource Control

RRC Connection RRM Radio Resource Management

RTP Real Time Protocol

RTCP Real Time Control Protocol

RSVP Resource Resrvation Protocol

S

SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên

SIR Signal-to-Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi đầu phiên

SNDCP Subnetwork Dependent Convergence Protocol Giao thức hội tụ phụ thuộc mạng con

Kênh truy nhập nhẫu nhiên Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến

Điều khiển liên kết vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phần ứng dụng hệ thống con mạng vô tuyến

Hệ thống con mạng vô tuyến Điều khiển tài nguyên vô tuyến Kết nối RRC

Quản lý tài nguyên vô tuyến Giao thức thời gian thực Giao thức quản lý thời gian thực Giao thức dành trước tài nguyên

x

Space Time Transmit Diversity Phân tập phát thời gian không gian

Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TFC Transport Format Combination Tổ hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng truyển tải TFI Transport Format Identification Nhận dang khuôn dang truyền tải TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động tạm thời

TSTD Time Switched Transmit Diversity Phân tập phát chuyển mạch thời gian TTI

U

UDP

Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền dẫn

User Datagram Protocol Giao thức datagram của người sử dụng

UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM UMTS Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao UMTS UTRA Universal Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network ạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn

Vistor Location Register Bộ ghi định vị thường trú

Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập vô tuyến phân chia theo

thời gian băng rộng WAP Wirless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

CHƯƠNG 1: 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.

Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 90 năm Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã được biết đến hơn 60 năm trước đây, 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 của các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống

hiện nay Cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa

truy 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 nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này: (1) phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp, (2) tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy

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 thể sử dụng được máy di động của mình ở 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 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 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 Special Mobile) theo tên gọi của một nhóm được CEPT (Conference of European Postal and Telecommunications 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 hóa GSM được gọi là “Hệ thống thông tin di động toàn cầu” (Global System for Mobile communications) 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 900 MHz Lúc đầu vào những năm 1982-1985 người ta bàn luận về việc nên xây dựng một hệ thống số hay tương tự Năm 1985 hệ thống số được quyết định Bước tiếp theo là chọn lựa giữa giải pháp băng rộng hay băng hẹp Năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã được tổ chức tại Pari, các hãng đã đua tài với các giải pháp của mình Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn Đồng thời 13 nước (ở Anh hai 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 ký 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 đó 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:

1

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 (Telecommunications Industry Association: Liên hiệp công nghiệp viễn thông) ký hiệu là IS-54 Cuối những năm 1980 mọi việc trở nên

rõ ràng là IS-54 đã gây thất vọng Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt hơn Rất nhiều hãng của Mỹ 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 được gọi là AMPS số (D­AMPS) Nhưng không giống như IS-54, GSM đã đạt được các thành công ở 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 ở châu Âu và châu Á họ không thực hiện tương thích giao diện

vô tuyến giữa GSM và AMPS Nhờ vậy các hãng Ericsion 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 thông tin

di động số mới Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động số mới người ta nghiên cứu công nghệ đa truy 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 Communications) 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 thọai đòi hỏi một kênh vô tuyến riêng Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ Qualcom đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS-95A

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng-Công CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Đức, Israel, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA

Ở Nhật 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 800-900 MHz vào vùng 1,8 - 1,9 GHz Một số nước đã đưa 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 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 loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications: Viễn thông không dây số tăng cường) của châu Âu và PHS (Personal 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: 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 thứ ba (thế hệ thứ nhất:

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

thông tin di động tương tự, thế hệ thứ hai thông tin di động số hiện nay) Ở thế hệ thứ ba này các hệ thống 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 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

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

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

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

1 Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

2 Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu Do truyền dẫn được thực hiện bằng vô tuyến là môi trường truyền dẫn hở, nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của nhiễu và phađinh Các hệ thống thông tin di động phải có khả năng hạn chế tối đa các ảnh hưởng 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 các công nghệ đặc biệt để được chất lượng truyền dẫn cao

3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất Môi trường truyền dẫn vô tuyến là môi trường rất dễ

bị nghe trộm và sử dụng trộm đường truyền nên cần phải có biện pháp đặc biệt để đảm bảo an toàn thông tin Để đảm bảo quyền lợi của người thuê bao cần giữ bí mật số nhân dạng thuê bao và kiểm tra tính hợp lệ của mỗi người sử dụng khi họ truy nhập mạng Để chống nghe trộm cần mật mã hoá thông tin của người sử dụng Ở các hệ thống thông tin di động mỗi người sử dụng có một khóa nhận dạng bí mật riêng được lưu giữ ở bộ nhớ an toàn Ở hệ thống GSM SIM-CARD được sử dụng, SIM-CARD có kích thước như một thẻ tín dụng Người thuê bao có thể cắm thẻ này vào máy di động của mình và chỉ có người này có thể sử dụng nó Các thông tin lưu giữ ở SIM-CARD cho phép thưc hiện các thủ tục an toàn thông tin

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

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

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

7 Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng

1.1.3 Giới thiệu chung xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di động

Trong phần này ta sẽ tổng kết các nền tảng công nghệ chính của thông tin di động từ thế

hệ một đến thế hệ ba và quá trình tiến hoá của các nền tảng này đến nền tảng của thế hệ ba

Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoan trung gian, giai đoạn này được goi là thế hệ 2,5 Bảng 1.1 và hình 1.1 tổng kết một số nét chính của các nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba

3

T h ế h ệ b a (3 G ) c d m a 2 0 0 0 , W -

C D M A

C á c d ịc h v ụ tiế n g v à số liệ u

g ó i đ ư ợ c th i ế t k ế đ ể tr u y ề n tiế n g v à số liệ u đ a p h ư ơ n g tiê n

1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA MỘT 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 lôgic khác Tuy nhiên các phần tử này phải tương tác với nhau

để kết hợp hoạt động Để tương tác, các bản tin phải được phát đi trên các giao diện giữa hai phần tử Nếu hai bộ phận chức năng tách biệt và nếu giao diện được chuẩn hoá thì nhà cung cấp dịch vụ có thể mua sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau Tuy nhiên vẫn chưa thể đảm bảo hoạt động tốt vì tiêu chuẩn liên kết này có thể không bao hàm được tất cả các khía cạnh khai thác Phần này sẽ trình bầy các bộ phận chức năng và các giao diện đã được chuẩn hoá giữa các bộ phận này Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động (TTDĐ) được cho ở hình 1.2 Các phần tử chính của mô hình tham khảo như sau:

Trạm di động, MS

MS (Mobile Station) là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của 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 vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như: micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (như: giao diện với máy tính cá nhân, FAX .) Hiện nay người 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 bao 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 truyền dẫn ở giao diện

vô tuyến

- Bộ thích ứng đầu cuối (TAF) làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động Cần sử dụng bộ thích ứng đấu 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

1985 1989 _1995 _2001 2003 2004+Hình 1.1 Tổng kết quá trình tiến hoá của các nền tảng thông tin di động từ thế hệ một đến thế

hệ ba

5

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

Trạm thu phát gốc, BTS

Một BTS (Base Station Transceiver Station) bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là 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 được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được 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 được nối với BTS còn phía 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 lưu lượng 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 được thực hiện bởi MSC (Mobile Services Switching Center), nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các người 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 được gọi là MSC cổng (GMSC: Gate MSC) Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các người sử dụng mạng thông tin di động đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác, IWF: Interworking Function) 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 người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng Chẳng hạn mạng TTDĐ có thể sử dụng mạng báo

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

hiệu kênh chung số 7 (CCS No 7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử trong một hay nhiều mạng TTDĐ MSC thường 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 cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình)

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng TTDĐ với các mạng này Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác (IWF: Interworking Function) IFW 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 theo mạch), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN (Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng) hay ISDN (Intergrated Services Digital Network: mạng đa dịch vụ kiên kết) IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng Ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

Bộ ghi định vị thường trú, HLR

Ngoài MSC mạng TTDĐ bao gồm cả các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu 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 Thường 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 được phép

Bộ ghi định vị tạm trú, VLR

VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng TTDĐ Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

MSC cổng, GMSC

Mạng TTDĐ có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng TTDĐ, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao

ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) Để vậy trước 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 ngoài với mạng TTDĐ Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 (CCS No7) để có thể tương tác với các phần tử khác của mạng TTDĐ Về phương diện kinh

tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà nó thường được kết hợp với MSC

Khai thác và bảo dưỡng mạng

Hệ thống khai thác OS (Operation System) thực hiện khai thác và bảo dưỡng tập trung cho mạng TTDĐ

7

Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như:

tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (handover) giữa hai ô , nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để 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 tương đối giữa hai ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi

sự can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới) Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và 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 trường hợp người 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 thực hiện tự động Ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được thực hiện bởi người khai thác bằng điều khiển từ xa Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị bị sự cố

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecomunications Management Network: mạng quản lý viễn thông) Khi này một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được 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 được thực hiện qua BSC) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy Hệ thống này thường được gọi là OMC (Operation and Mainternance Center: trung tâm khai thác và bảo dưỡng)

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 có thể truy nhập được tất cả các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng TTDĐ chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua một khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao AUC (Authetication Center) quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này AUC

có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai Khoá này cũng được lưu 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 được

Quản lý thiết bị di động, EIR

Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) EIR lưu dữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết

bị không được phép sẽ bị cấm (Lưu ý khác với thiết bị sự được phép của thuê bao được xác nhận bởi AUC)

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN (Packet Switched Public Data Network)

Các giao diện sau đây được 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 đảm bảo báo hiệu và lưu lượng (cả số liệu lẫn tiếng)

Giao diện BTS đến BSC (Abis)

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

Giao diện MSC với PSTN (A)

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

MSC với HLR (giao diện C)

Giao diện này được 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 được xây dựng trên cơ sở báo hiệu số 7 Hiện nay nó được định nghĩa ở tiêu chuẩn của giao thức GSM hoặc TIA IS-41

MSC với ISDN (giao diện D ị )

Đây là giao diện số với ISDN

MSC với MSC (giao diện E)

Đây là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động

Giữa MSC và EIR (giao diện F)

Vì EIR chưa được định nghĩa nên giao diện này cũng chưa được định nghĩa

Giữa VLR với VLR (giao diện G)

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

HLR với AUC (giao diện H)

Giao thức cho giao diện này chỉ mới được định nghĩa cho GSM

DMH với MSC (giao diện I)

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

MSC với IWF (giao diện F)

Giao diện này được định nghĩa bởi chức năng tương tác

MSC với PLMN (giao diện M ị )

Đây là giao diện với mạng thông tin di động khác

9

MSC với OS (giao diện O)

Đây là giao diện với hệ thống khai thác Hiện đang được định nghĩa

MSC với PSPDN (giao diện Pj)

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 được kết nối với MS

ISDN với TE (giao diện S)

Đây là giao diện được định nghĩa ở hệ thống ISDN

BS với MS (giao diện Um)

Đây là giao diện vô tuyến

PSTN với DCE ( giao diện W)

MSC với A UX (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 thường được 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 trạm gốc BSS bao gồm các khối chức năng: BSC và BTS

Hệ thống con khai thác OSS thực hiện chức năng: khai thác , bảo dưỡng và quản lý cho

toàn bộ hệ thống

Trạm di dộng MS thực hiện hai chức năng sau:

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

- Đăng ký thuê bao ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một bộ nhớ để lưu giữ số nhận dạng bí mật (ở GSM bộ nhớ này là Sim-Card)

1.2.2 Mô hình tham khảo mạng cdma 2000

Hình 1.3 cho thấy mô hình tham khảo mạng cho cdma 2000

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

Hình 1.3 Mô hình tham khảo của mạng cdma 2000

Các ký hiệu trên hình 1.3 như sau:

■ AAA (Authethication, Authorization và Accounting): Nhận thực, trao quyền và thanh toán

■ AC (Authetication Center): Trung tâm nhận thực

■ BS (Base Station): Trạm gốc

■ BTS (Base Transceiver Station): Trạm phát gốc

■ CDPC (Call Data Collection Point): Điểm thu thập số liệu cuộc gọi

■ CDGP (Call Data Generation Point): Điểm tạo số liệu cuộc gọi

■ CDIS (Call Data Information Source): Nguồn thông tin số liệu cuộc gọi

■ CDRP (Call Data Rating Point): Điểm tính cước số liệu cuộc gọi

■ CF (Collection Function): Chức năng thu thập

■ CSC (Customer Service Center): Trung tâm phục vụ khách hàng

■ DCE (Data Circuit Equipment): Thiết bị mạch số lệu

11

■ DF (Delivery Function): Chức năng chuyển

■ EIR (Equipment Identity Register): Bộ ghi nhận dạng thiết bị

■ HLR (Home Location Register): Bộ ghi định vị thường trú

■ ISDN (Intergrated Services Digital Network): Mạng số liên kết da dịch vụ

■ IP (Intelligent Peripheral): Ngoại vi thông minh

■ IAP (Intercept Access Point): Điểm truy nhập bị chặn

■ IWF (Interworking Function): Chức năng tương tác

■ MWNE (Managed Wireless Network): Mạng vô tuyến được quản lý

■ MC (Message Center): Trung tâm nhắn tin

■ MS (Mobile Station): Trạm di động

■ MSC (Mobile Switching Center): Trung tâm chuyển mạch di động

■ MT (Mobile Terminal): Đầu cuối di động

■ NPDB (Number Portability Database): Cơ sở dữ liệu tính cầm tay số

■ OSF (Operation System Function): Chức năng hệ thống khai thác

■ OTAF (Over-The-Air Service Function): Chức năng dịch vụ không gian

■ PDN (Public Data Network): Mạng số liệu công cộng

■ PDSN (Packet Data Serving Node): Nút phục vụ số liệu gói

■ PSTN (Public Switched Telephone Network): Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

■ SCP (Service Control Point): Điểm điều khiển dịch vụ

■ SN (Service Node): Điểm dịch vụ

■ SME (Short Message Entity): Thực thể bản tin ngắn

■ TA (Terminal Addapter): Bộ thích ứng đầu cuối

■ TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối

■ UIM (User Identity Module): Modul nhận dạng người sử dụng

■ VLR (Visitor Location Register): Bộ ghi định vị thường trú

■ WNE: (Wireless Network Entity): Thực thể mạng

Mô hình tham khảo bao gồm: các thực thể mạng và các điểm tham khảo Dưới đây ta xét một số thực thể mạng đặc biệt trên hình và chưa được xét ở các phần trước

1 AAA là một thực thể đảm bảo hoạt động giao thức Internet để hỗ trợ nhận thực, trao quyền và thanh toán Các chức năng IP đựơc định nghĩa ở các tài liệu của IETF AAA tương tác với PSDN để thực hiện các chức năng AAA trong việc hỗ trợ PDSN cho các trạm di động yêu cầu AAA tương tác với các thực thể AAA khác để thực hiện các chức năng khi AAA tại nhà nằm ngoài mạng di động đang phục vụ

2 AC là thực thể quản lý thông tin nhận thực liên quan đến MS AC có thể hoặc không đặt bên trong HLR Một AC có thể phục vụ nhiều HLR

3 BS là thực thể cung cấp phương tiện để MS truy nhập mạng bằng đường vô tuyến MS bao gồm BSC và BTS

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

4 BSC là thực thể đảm bảo điều khiển và quản lý đói với một hay nhiều BTS BSC trao đổi bản tin với cả BTS và MSC Lưu lượng và báo hiệu liên quan với điều khiển cuộc gọi, quản lý tính di động và quản lý MS có thể được truyền trong suốt qua BSC

5 BTS là thực thể đảm bảo các khả năng truyền dẫn qua điểm tham khảo U

6 CDPC là thực thể thu thập thông tin chi tiết về cuộc gọi ở khuôn dạng IS-124

7 CDGP là thực thể cung cấp các thông tin chi tiết về cuộc gọi cho CDCP ở khuôn dạng IS-

124 Tất cả các thông tin đưa đến CDCP từ CDGP phải ở khuôn dạng IS-1224

8 CDIS là thực thể có thể là nguồn thông tin chi tiết về cuộc gọi Thông tin này có thể ở một khuôn dạng riêng không nhất thiết phải là IS-124

9 CDRP là thực thể nhận thông tin chi tiết cuộc gọi khuôn dạng IS-124 không tính cước và cung cấp thông tin liên quan cước phí hoặc có thể tính cước Thông tin cước được bổ sung bằng cách sử dụng khuôn dạng IS-124

10 CF là thực thể chịu trách nhiệm thu thập các thông tin bị chặn cho cơ quan thi hành pháp luật được uỷ quyển hợp pháp

11 Thường thì CF bao gồm:

- Khả năng nhận và xử lý thông tin về nội dung cuộc gọi cho từng đối tượng bị chặn

- Khả năng nhận thông tin liên quan đến từng đối tượng bị chặn (chẳng hạn cuộc gọi liên kết hoặc không liên kết) từ chức năng mang và xử lý nó

12 CSC là thực thể mà tại đó các đại diện của nhà cung cấp dịch vụ nhận các cuộc gọi điện thoại từ các khách hàng muốn đăng ký cho việc bắt đầu dịch vụ vô tuyến hoặc yêu cầu thay đổi dịch vụ hiện có của khách hàng CSC sử dụng giao diện riêng với OTAF để thực hiện các thay đổi liên quan đến mạng và MS cần thiết cho việc thực hiện yêu cầu cung cấp dịch vụ

13 DCE là một kết cuối đảm bảo giao diện giữa mạng với người sử dụng không phải ISDN

14 DF là một thực thực chịu trách nhiệm chuyển các cuộc thông tin bị chặn đến một hay nhiều CF Thông thường DF gồm:

- Khả năng tiếp nhận các nội dung cuộc gọi cho từng đối tượng bị chặn trên một hay nhiều kênh để chuyển đến các chức năng thu thập (CF) theo uỷ quyền cho từng cơ quan thực thi pháp luật

- Khả năng thu thập thông tin trên một hay nhiều kênh số liệu và kết hợp chúng thành một dòng số liệu duy nhất cho từng đối tượng bị chặn

- Khả năng lọc hay chọn thông tin về đối tượng bị chặn trước khi chuyển đến CF theo

uỷ quyền cho cơ quan thi hành pháp luật

- Khả năng tuỳ chọn để phát hiện âm thanh ở các chữ số của báo hiệu DTMF trong băng

để phiên dịch và cung cấp cho CF theo ủy quyền cho cơ quan thi hành pháp luật

- Khả năng đảm bảo an ninh cho việc truy nhập hạn chế

15 EIR là thực thể đảm để ghi lại số nhận dạng thiết bị của người sử dụng

16 HLR là bộ ghi định vị để ghi lại số nhận dạng của người sử dụng (chẳng hạn số seri điện

tử (ESN), số danh ba di động (MDN), thông tin lý lịch, vị trí hiện thời và chu kỳ uỷ quyền)

13

17 IP (ngoại vi thông minh) là thực thể thực hiện chức năng tài nguyên đặc biệt như: thông báo bằng lời (từ băng), thu thập các chữ số, thực hiện việc chuyển đối tiếng vào văn bản hoặc văn bản vào tiếng, ghi và lưu các bản tin tiếng, các dịch vụ fax, các dịch vụ số liệu

18 IAP đảm bảo việc truy nhập đến các cuộc thông tin đến hoặc từ thiết bị, các phương tiện hay các dịch vụ của một đối tượng bị chặn

19 IWF là một thực thể đảm bảo việc biến đổi thông tin cho một hay nhiều WNE Một IWF

có thể có một giao diện đến một WNE để đảm bảo các dịch vụ biến đổi IWF có thể làm tăng thêm một giao diện được nhận dạng giữa hai WNE để cung cấp các dịch vụ biến đổi cho cả hai WNE

20 MWNE là thực thể vô tuyến bên trong thực thể tập thể hay một thực thể mạng đặc thù nhất kỳ cần quản lý vô tuyến của OS bao hàm cả OS khác

21 MC là thực thể lưu rồi phát các bản tin ngắn MC cũng có thể đảm bảo các dịch vụ bổ sung cho dịch vụ bản tin ngắn (SMS)

22 MS là đầu cuối được thuê bao sử dụng để truy nhập mạng ở giao diện vô tuyến MS có thể là thiết bị cầm tay, đặt trong xe hoặc đặt cố định MS là thiết bị vô tuyến được sử dụng để kết cuối đường truyền vô tuyến tại thuê bao

23 MSC là thực thể chuyển mạch lưu lượng được khởi xướng hoặc kết cuối ở MS Thông thường một MSC được kết nối với ít nhất một BS Nó cũng có thể kết nối với các mạng công cộng khác (PSTN, ISDN ), các MSC khác trong mạng hoặc các MSC ở các mạng khác

24 MT0 (Đầu cuối 0) là kết cuối MS có khả năng tự truyền số liệu mà không hỗ trợ giao diện ngoài

25 MT1 (Đầu cuối 1) là kết cuối MS cung cấp giao diện người sử dụng ISDN - mạng

26 MT2 (Đầu cuối 2 ) là kết cuối MS cung cấp giao diện người sử dụng không phải ISDN - mạng

27 NPDB là một thực thể cung cấp thông tin về tính cầm tay cho các số danh bạ cầm tay

28 OSF được định nghĩa bởi OSF của TMN (mạng quản lý viễn thông) Các chức năng này bao hàm cả các chức năng lớp quản lý phần tử (EML: Element Management Layer), lớp quản lý mạng (NML: Network Management Layer), Lớp quản lý dịch vụ (SML: Service Management Layer) và lớp quản lý kinh doanh (BML: Business Management) phân bố ở tất cả các chức năng của hệ thống điều hành (chẳng hạn quản lý sự cố, quản lý hiệu năng, quản lý cấu hình, quản lý thanh toán và quản lý an ninh)

29 OTAF (chức năng trang bị dịch vụ ở giao diện vô tuyến) là thực thể giao diện theo chuẩn riêng đến CSC để hỗ trợ các hoạt động trạng bị dịch vụ OTAF giao diện với MSC để phát đến MS các lệnh cần thiết cho việc thực hiện các yêu cầu trang bị dịch vụ

30 PDSN là thực thể cung cấp chức năng giao thức Internet với mạng di động PDSN thiết lập, duy trì và kết cuối các phiên của lớp đoạn nối với MS PDSN định tuyến các datagram IP đến PDN PDSN có thể hoạt động như một tác nhân MIP ngoài nhà (MIP Foreign Agent) trong mạng di động PDSN tương tác với AAA để đảm bảo sự hỗ trợ

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

nhận thực, trao quyền và thanh toán PDSN có thể giao tiếp với một hay nhiều mạng IP hoặc công cộng hoặc Intranet để đảm bảo truy nhập mạng IP

31 PDN (chẳng hạn Internet) đảm bảo cơ chế truyền tải số liệu gói giữa các thực thể mạng thực hiện xử lý có khả năng sử dụng các dịch vụ này

32 SCP là thực thể hoạt động như một cơ sở dữ liệu thời gian thực và hệ thống xử lý giao tác

để đảm bảo chức năng điều khiển dịch vụ và số liệu dịch vụ

33 SN là thực thể đảm bảo điều khiển dịch vụ, số liệu dịch vụ, các tài nguyên đặc biệt và các chức năng điều khiển cuộc gọi để hỗ trợ các dịch vụ liên quan đến vật mang

34 SME là thực thể sắp xếp và giải sắp xếp các bản tin ngắn SME có thể hoặc không được đặt bên trong HLR, MC, VLR hay MSC

35 TA là thực thể chuyển đổi báo hiệu và số liệu của người sử dụng giữa giao diện không phải ISDN và giao diện ISDN

36 TAm (Bộ thích ứng m) là thực thể biến đổi báo hiệu và số liệu của người sử dụng giữa giao diện không phải ISDN và ISDN

37 TE1 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện người sử dụng ISDN-mạng

38 TE2 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện người sử dụng không phải ISDN-mạng

39 UIM (Modul nhận dạng người sử dụng) chứa thông tin thuê bao và có thể chứa thông tin đặc thù thuê bao UIM có thể hoặc được kết hợp bên trong đầu cuối di động hoặc có thể rút ra được

40 VLR là bộ ghi định vị khác với HLR nó được MSC sử dụng để thu nhận thông tin cho việc xử lý cuộc gọi đến hoặc từ thuê bao khác VLR có thể hoặc không được đặt bên trong MSC

41 WNE là thực thể mạng ở thực thể tập thể

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

Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải được tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi được vị trí của thuê bao

1.2.3.1 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 phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng di động được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng 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 di động bị gọi

1.2.3.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR

Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.4) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại:

15

* Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao.

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

I.2.2.3 Phân chia theo vùng định vị

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA (Location Area) (hình 1.5) Vùng định vị là một phần của 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 cho MSC/VLR quản lý vị trí này

Hình 1.5 Phân chia vùng MS C/VLR thành các vùng định vị

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 được 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 Identity) Vùng định vị có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều BSC, nhưng chỉ thuộc một MSC

I.2.3.4 Phân chia theo ô

Vùng định vị được chia thành một số ô (hình 1.6) Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity) Trạm di động nhận dạng ô

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code) Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế

Hình 1.6 Phân chia vùng thành các ô

1.3 PHÂN LỚP MẶT PHẲNG CHỨC NĂNG CHO CẤU TRÚC

Thường cấu trúc của một hệ thống có thể được trình bầy ở dạng phân lớp mặt phẳng như ở hình 1.7, trong đó mỗi mặt phẳng thể hiện các chức năng mà các thiết bị phải thực hiện Trục thẳng đứng thể hiện mức độ trừu tượng tăng dần, còn trục ngang thể hiện phân bố theo không gian Khối thẳng đứng thể hiện thiết bị

Tăng mức

trừu tượng

Nhóm vật lý (thiết bị)

Phân bố không gianHình 1.7 Phân lớp mặt phẳng chức năng

Ở lĩnh vực viễn thông phương 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 được 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 trường vật lý cứng, trong khi đó mặt phẳng cao nhất thể hiện cảnh nhìn từ người 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 cường của các dịch

vụ cung cấp bởi lớp ngay dưới thấp hơn Các thiết bị hay các phần tử hệ thống được trình bầy theo phương thẳng đứng còn mặt cắt giữa thiết bị và mặt phẳng lớp tương 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 thời

17

gian Nói chung các lớp thấp hơn tương 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 được 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 được 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 TTDĐ là điểm quá giang cho các bản tin thuộc nhiều giao thức: 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 người sử dụng và quản lý thông tin) hoặc thậm chí cả giữa MS và HLR để thiết lập các dịch vụ bổ sung (hình 1.8).

SS: Suplementary Service - Dịch vụ bổ xung

CM: Connection Management - Quản lý nối thông

MM ; Mobliiliy Management - Quản lý di động

Hình 1.8 Giao thức vả giao di ện

Hình 1.8 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 nhìn thấy các bản tin của một giao thức cho trước ở một số giao diện dọc theo đường truyền của chúng, nếu các phần tử đồng cấp với nhau không nằm cạnh nhau Tuy nhiên sự khác nhau về hai khái niệm nói trên thường không được 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 được cắt mảnh thành các mảng mỏng hở để đảm bảo tính ổn định của các mảng và tránh được sự quá phức tạp của các giao thức Hình 1.9 cho thấy cấu trúc tổng quát các mặt phẳng chức năng của hệ thống TTDĐ Mặt phẳng dưới cùng là cơ sở của hệ thống viễn thông: mặt phẳng truyền dẫn

Nó cung cấp các phương tiện truyền dẫn cho các nhu cầu thông tin của các người sử dụng cũng như 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)

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

Hình 1.9 Cấu trúc; giao thức của hệ thống TTDĐ

Mặt cao hơn tiếp theo là mặt quản lý các tài nguyên truyền dẫn Ở các mạng viễn thông mặt này thường được nhóm chung với các chức năng quản lý thông tin vì quản lý mạch cố định thể hiện một bộ phận nhỏ của vấn đề này Tuy nhiên ở một hệ thống tổ ong như TTDĐ 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 được gọi là lớp quản lý tài nguyên vô tuyến hay lớp RR (Radio Resource) 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 người 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 được nhóm chung với mặt quản lý thông tin vì nó mang đặc thù của mạng TTDĐ Lớp quản lý di động hay lớp MM (Mobility Managemt) có nhiệm vụ quản lý các cơ sở dữ liệu 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 dưới cung cấp phương 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 trưng hơn cho TTDĐ Nó sử dụng cơ sở ổn định do các lớp RR và MM cung cấp để đảm bảo các dịch vụ viễn thông cho người sử dụng Ta gọi nó

là lớp quản lý thông tin hay lớp CM (Communication 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 lượng phục vụ cao cho người 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 dưỡng (OAM: Operation Administration and Maintenance), mặt phẳng này cung cấp phương 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 cường các dịch vụ mà các lớp khác cung cấp cho người sử dụng Lớp này được

19

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

1.4 TỔNG KẾT

Chương này đã trình bày một cách tổng quan nhất về thông tin di động Trước hết là quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ 1G đến 3G Các hệ thống 1G là các hệ thống tương tự dựa trên đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) được thiết kế để truyền thoại với tốc độ thấp 1G có dung lượng thấp Các hệ thống TTD Đ 2G được thiết kế trước hết

là để giải quyết vấn đề dung lượng thấp của 1G Các hệ thống 2G là các hệ thống số dựa trên các phương thức đa truy nhập tiên tiến hơn như TDMA và CDMA 2G được thiết kế cho thoại tốc độ cao hơn (13 kbps) vào cho phép truyền số liệu với sử dụng modem Nhu cầu phát triển các dịch vụ IP trong thông tin di động đã dẫn đến sự ra đời cuả các hệ thống TTDĐ 3G Các

hệ thống 3G đều sử dụng công nghệ đa truy nhập CDMA và cho tốc độ truyền số liệu cao lên đến 384 kbps Các cải tiến của các hệ thống này cho tốc độ lên đến trên 10 Mbps Để đạt được truy nhập băng rộng lên đến 100 Mbps người ta đang nghiên cứu 4G

Các phần sau trình bày cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động, chức năng của các phần tử trong hệ thống cũng như cách phân chia vùng địa lý trong các mạng thông tin di động Khác với các máy cố định các máy di động thường xuyên thay đổi vị trí vì thế mỗi vị trí cần được đánh số để mạng có thể dễ ràng tìm gọi máy di động Phân chia vùng địa lý giúp cho việc đánh số các vị trí trong mạng di động đựơc thuận tiện

1.5 CÂU HỎI

1 Trình bày quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ 1G đến 3G

2 Trình bày mô hình tham khảo của hệ thống thông tin di động, nêu chức năng của các phần tử

3 Trình bày cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động

M ục lục

MỤC LỤC

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 21 2.1 MỞ ĐẦU 21 2.2 XỬ LÝ TIẾNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 21 2.2.1 Nguyên lý công nghệ mã hóa tiếng 21 2.2.1.1 Mô hình tạo tiếng nói 21 2.2.1.2 Phân tích dự đoán tuyến tín h 22 2.2.2 Thuật toán dự đoán dài hạn kích thích xung đều (RPE-LTP) 22 2.2.3 Thuật toán dự đoán tuyến tính kích thích theo mã (CELP) 24 2.2.3.1 Mô hình 24 2.2.3.2 Bộ lọc đánh trọng lượng theo độ thụ cảm 25 2.2.3.3 Bảng mã thích ứng 25 2.2.3.4 Bảng mã ngẫu nhiên 25 2.2.3.5 Bộ lọc sau 25 2.2.4 Các công nghệ ngoại vi cho mã hóa tiếng trong thông tin di động 26 2.3 CÁC CODEC TI ế n G t r o n g t h ô n g T i N d i đ ộ n g 26 2.3.1 Quá trình mã hóa và giải mã tiếng trong thông tin di động 26 2.3.2 CODEC tiếng trong G s M ’ T 26 2.3.2.1 Bộ mã hóa toàn tốc (FRC) 26 2.3.2.2 CODEC toàn tốc tăng cường (EFRC) 27 2.3.3 CODEC tiếng của cdma 2000 ^ 28 2.3.31 CODEC tốc độ bit khả biến (VRC) 28 2.3.3.2 CODEC tốc độ khả biến chất lượng tuyệt hảo (EVRC) 30 2.3.4 CODEC tiếng của W-CDMA UMTS 30 2.4.3.1 CODEC đa tốc độ khả biến (AMR) 31 2.4.3.2 CODEC đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-BR) 33 2.4 XỬ LÝ ẢNH t r o n g t h ô n g T i N d i Đ ộ n G 33 2.4.1 Các công nghệ thành phần của mã hóa ảnh 33 2.4.2 Các lĩnh vực áp dụng cho các phương pháp mã hóa video khác nhau 35 2.4.3 Mã hóa video MPEG-4 37 2.4.4 Các tiêu chuẩn cho 3G 38 2.5 CÁC HỆ t h ố n g X ử l ý t ín h iệ u đ a p h ư ơ n g t i ệ n 38 2.5.1 Quá trình tiêu chuẩn hóa 38 2.5.2 Cấu hình đầu cuối 3G-324M 39 2.5.3 Mã hóa các phương tiệ n 40 2.5.4 Ghép kênh đa phương tiện 40 2.5.5 Điều khiển đầu cuối 41 2.6 t ổ n g k ế t 42 2.7 CÂU H Ỏ I 42

i

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ TÍN HIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG CÁC HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG

2.1 MỞ ĐẦU

Các hệ thống thông tin di động thế hệ sau cho phép truyền dẫn số liệu tốc độ cao đặt nền tảng cho thông tin đa phương tiện trong các môi trường di động Để xử lý đa phương tiện phù hợp với thông tin di động cần xét đến các đặc tính và hạn chế của truy nhập vô tuyến

Trong chương này trước hết ta xét công nghệ cơ sở xử lý tín hiệu để thực hiện thông tin đa phương tiện Phần đầu bao gồm mô tả công nghệ, các đặc tính và khuynh hướng phương pháp

mã hóa ảnh của nhóm chuyên gia hình ảnh động (MPEG-4: Moving Picture Experts Group- 4), mã hóa tiếng đa tốc độ thích ứng (AMR: Adaptive MultiRate) và 3G-324 MPEG-4 được coi như là công nghệ then chốt đối với các hệ thống thông tin di động thế hệ sau được phát triển để sử dụng trong thông tin di động và được tiêu chuẩn hóa trên cơ sở các phương pháp

mã hóa hiện có khác nhau AMR có chất lượng cao được thiết kế để sử dụng cho các điều kiện khác nhau như trong nhà và di động 3G-324M được 3GPP tiếp nhận như là một công nghệ của hệ thống đầu cuối để thực hiện các dịch vụ nghe nhìn

2.2 XỬ LÝ TIẾNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Có ba phương pháp mã hóa tiếng là: mã hóa dạng sóng, mã hóa phát âm và mã hóa lai ghép Giống như điều chế PCM hoặc điều chế PCM vi sai hích ứng (APCM), mã hóa dạng sóng thực hiện mã hóa dạng sóng cho các tín hiệu ở mức độ chính xác nhất mà không phụ thuộc và bản chất của tín hiệu Vì thế nếu tốc độ bit đủ cao, có thể đạt được chất lượng cao Tuy nhiên nếu tốc độ bit thấp, chất lượng giảm đột ngột Trái lại bộ mã hóa theo cơ quan phát

âm giả định một mô hình tạo tiếng, rồi phân tích và mã hóa các thông số của mô hình này Mặc dù phương pháp này có thể duy trì tốc độ bit thấp, nhưng khó cải thiện chất lượng ngay

cả khi tăng tốc độ bit vì chất lượng tiếng chủ yếu phụ thuộc vào mô hình tạo tiếng được giả định Mã hóa lai ghép là phương pháp kết hợp mã hóa dạng sóng và mã hóa theo cơ quan phát

âm Phương pháp này giả định một mô hình tạo tiếng, phân tích và mã hóa các thông số của

nó sau đó thực hiện mã hóa dạng sóng cho thông tin còn lại (các tín hiệu dư) không được biểu diễn bằng các thông số Một số phương pháp lai ghép điển hình là CELP và RPE-LTP Các phương pháp này được sử dụng rộng rãi cho mã hóa tiếng của thông tin di động như là các giải thuật chung để thực hiện mã hóa tiếng chất lượng cao và hiệu suất cao

2.2.1 Nguyên lý công nghệ mã hóa tiếng

2.2.1.1 Mô hình tạo tiếng nói

Hình 2.1 cho ta thấy mô hình cơ sở tạo tiếng nói Trong mô hình này, âm thanh được tạo

ra từ một dẫy xung đều tượng trưng cho sự rung động của thanh quản và một nguồn nhiễu ngẫu nhiên tượng trưng cho phụ âm không kêu được tạo ra bởi môi và lưỡi

Các âm này được điều chế bởi bộ lọc tổng hợp thực hiện các chỉnh lý mịn cho âm sắc tùy theo tình trạng của cơ quan phát âm (hàm, lưỡi, mồm )

Các nguồn âm thanh và bộ lọc tổng hợp cả hai đều biến đổi theo thời gian nhưng có thể coi như hằng số trong các chu kỳ 20-30ms.

Chương 2: X ử lý tín hiệu đa phương tiện trong các hệ thống thông tin di động

Phổ tiếng

Rung của thanh quản tạo ra tiếng

Phát âm rõ ràng (hốc miệng và cơ quan phát âm)

Tần số'

Dạng sóng tiếng

Nguôn âm kêu

(âm hữu thanh)

(âm vô thanh giống nh- tạp âm)

Hình 2.1 Mô hình tạo tiếng được sử dụng khi mã hóa CELP

2.2.I.2 Phân tích dự đoán tuyến tính

Vì các tín hiệu tiếng thường ít thay đổi theo thời gian nên có thể sự dụng các tín hiệu hiện thời và quá khứ để dự đoán các tín hiệu trong tương lai với độ chính xác khá cao Hệ số sử dụng để dự đoán tín hiệu trong tương lai được gọi là “hệ số dự đoán” và mạch tạo ra các hệ số này được gọi là "bộ lọc dự đoán" Sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và tín hiệu tiếng nói được gọi là “số dự dự đoán”

Như thấy ở hình 2.2, phân tích dự đoán tuyến tính sử dụng tương quan thời gian của các tín hiệu tiếng nói và dự đoán tín hiệu hiện thời (tại thời điểm t) từ các đầu vào quá khứ Sự khác nhau giữa tín hiệu gốc và tín hiệu dự đoánà được gọi là độ dư dự đoán ( s t )

Hình 2.2 Phân tích dự đoán tuyến tính

2.2.2 Thuật toán dự đoán dài hạn kích thích xung đều (RPE-LTP)

Sơ đồ khối của bộ mã hóa dựa trên thuật toán dự đoán dài hạn kích thích xung đều (RPE- LTP: Regular Pulse Excitation- Long Term Prediction) được cho ở hình 2.3 Tín hiệu mã hóa PCM đồng đều 13 bit/8000mẫu/s được nhấn mạnh trước (Pre-emphsis) rồi được phân đoạn thành các đoạn 20ms/160mẫu/13bit đưa vào đầu vào của bộ mã hóa Nguyên lý chung của bộ

mã hóa dựa trên cơ sở là để tiết kiệm băng thông, người ta sẽ chỉ gửi đi các thông số cần thiết

22

nhất để có thể khôi phục lại được tiếng nói ở đầu thu: thông số về cơ quan phát âm và xung kích thích bộ phận này.

Hình 2.3 Bộ mã hóa dựa trên giải thuật RPE-LTP

Để vậy người ta sử dụng hai kiểu mã hóa kết hợp: mã hóa kiểu phát âm (Vocoder) và mã hóa dạng sóng (PCM đồng đều) Để thực hiện mã hóa kiểu phát âm các đoạn tiếng 20 ms nói trên được đưa qua bộ lọc LPC (Linear Prediction Coding: bộ lọc mã hóa dự đoán tuyến) có đặc tính đảo so với cơ quan phát âm của con người để nhận được các xung kích thích Trong quá trình này các thông số của bộ lọc LPC cũng được phân tích và được giửi đi Bộ lọc phân tích LPC là bộ lọc tuyến tính bậc n thực hiện tổ hợp tín hiệu hiện thời với tín hiệu được trễ 1,2,3 n mẫu ở tần số 8 kHz để mô phỏng cơ quan phát âm Các thông số của bộ lọc này thay đổi từ khối này đến khối khác và được gửi đi ở khung tiếng Do các đoạn liên tiếp của tiếng nói khá giống nhau, nên trong thực tế ta chỉ cần gửi đi sự khác nhau (tín hiệu dư) giữa các đoạn liên tiếp này mà thôi Quá trình lấy ra tín hiệu dư như sau Sau LPC chuỗi kích thích được chia thành các khối 5ms/40mẫu đưa qua bộ lọc LTP (Long Term Prediction: bộ lọc dự đoán dài hạn) Bộ lọc này thực hiện trừ đoạn tín hiệu hiện thời với đoạn được trễ Nr mẫu và được nhân với hệ số br Các giá trị của Nr và br được truyền trong khung tiếng cứ 5 ms một lần Trễ Nr phải vào khoảng 40 đến 120 mẫu (5 đến 15 ms) để có thể tương ứng với tần số cơ bản của tiếng nói (tuỳ thuộc vào người nói) Sau LTP ta được tín hiệu dư giống với xung kích thích hơn Để lấy ra chuỗi kích thích, tín hiệu dư sau LTP được đưa qua bộ lọc thông thấp và được lấy mẫu đều (RPE: Regular Pulse Excitation) với tần số lấy mẫu là 8/3 kHz Quá trình này giống như mã háo dạng sóng Theo lý thuyết xử lý tín hiệu thì chỉ có thông tin của chuỗi kích thích có tần số thấp hơn 1,3 kHz là được gửi đi Tương ứng ta có 13 mẫu trong các khoảng 5ms Pha của các mẫu 8/3 kHz được gửi đi trong khung tiếng 5ms một lần Các mẫu được mã hóa điều xung mã thích ứng APCM Ở mã hóa này biên độ cực đại và tỷ số giữa mẫu với biên độ cực đại được mã hóa riêng biệt Đầu ra của bộ mã hóa ta được luồng số có tốc độ 13 kbps, trong đó:

V Các thông số LPC + LTP= 3,6 kbps

V Các thông số RPE: 9,4 kbps

Giải mã tiếng trong kỹ thuật RPE-LTP bao gồm các giai đoạn sau (xem hình 2.4):

• Tạo lại các mẫu 8 kHz bằng cách bổ xung 27 mẫu không vào 13 mẫu tiếng trong các khối 5ms

• Lọc LTP (đảo so với phía phát) bao gồm các mẫu của khối 5 ms hiện thời và ba khối trước đó