BCTT_tong quan ve thong tin di dong te bao.doc

BCTT_tong quan ve thong tin di dong te bao

Chơng i : tổng quan về thông tin

di động tế bào

1 Sự phát triển của các dịch vụ tế bào (Tổ ong- Cellular)

Năm 1946, hệ thống điện thoại di động thơng mại đầu tiên đã đợc đavào hoạt động ở thành phố Saint Louis- Hoa Kỳ, sử dụng băng tần 150 MHzvới khoảng cách kênh là 60 KHz và số lợng kênh bị hạn chế chỉ tới 3 Tuynhiên dịch vụ này vừa chỉ mới bắt đầu thì những nhợc điểm cố hữu của nó đãbộc lộ Tất nhiên nhợc điểm chính là do những nguyên nhân về can nhiễucùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách về mặt vật lý quá lớn

Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảosát một khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) vớicác máy di động công suất thấp Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ

sử dụng một máy tính, cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lợngthuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục vụ đợc.Tuy nhiên, thực tế các nớc khác đã đa mạng tế bào hoạt động nh một dịch vụthơng mại trớc cả Hoa Kỳ Cụ thể, dịch vụ mạng tế bào thơng mại đầu tiên đ-

ợc bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 1979 Và rất nhanh sau đó nó đợc phát triển

ở nhiều khác trên thế giới.

Mặc dù các dịch vụ mạng tế bào phát triển rất mạnh, nhng không hề

có khả năng tơng hợp giữa các dịch vụ trên phạm vi toàn cầu Hệ thống ởHoa Kỳ dựa trên thiết kế ban đầu của AT&T và Motorola, đợc gọi là AMPS

(Advanced Mobile Phone Service- dịch vụ điện thoại di động tiêntiến) AMPS đợc sử dụng ở khoảng 70 nớc khác trên thế giới và nó là tiêuchuẩn đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Ngoài ra phải kể đến một số cáctiêu chuẩn thông dụng khác là: NMT (Nordic Mobile Telephone- điện thoại

di động Bắc Âu), TACS (Total Access Communications Service- dịch vụtruyền thông hoàn toàn truy nhập) và hệ thống GSM (Global System forMobile- hệ thống di động toàn cầu) Hệ thống NMT ban đầu đã đợc thiết kếcho các mạng tơng đối nhỏ gồm 20.000- 30.000 thuê bao và cung cấp 180kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 hoặc 30 KHz trong dải tần 450 MHz.Một thế hệ sau này của NMT cung cấp dung lợng lớn hơn ở dải tần 900MHz, nó có khả năng cung cấp 1.000 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25KHz hoặc 2.000 kênh, mỗi kênh có dải thông12,5 KHz Và hiện tại cókhoảng 30 nớc đã sử dụng hệ thống NMT Hệ thống TACS đợc sử dụng ởChâu Âu, Anh Quốc và khoảng vài chục nớc khác Một dạng chuyển hoá củaTACS đợc sử dụng ở Nhật Bản gọi là JTACS, cung cấp 1.320 kênh, mỗi kênhchiếm dải thông 25 KHz Còn sự ra đời của GSM có thể nói là do các nớckhác nhau ở Châu Âu sử dụng các tiêu chuẩn mạng tế bào khác nhau, chonên cần có một tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển vùng (Cáctiêu chuẩn khác nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau mà cònhoạt động ở các tần số khác nhau, vì vậy không thể có tính tơng thích tòncầu) Do vậy hệ thống GSM đã đợc phát triển nh một dịch vụ số hoá hoàntoàn có thể dùng đợc ở Châu Âu và nhiều nớc khác GSM đợc thiết kế để làmviệc ở băng tần 900 MHz và qui định tám khe thời gian cho mỗi kênh rộng

200 KHz

2 Cấu trúc cơ bản của mạng tế bào

1

Về cơ bản, hệ thống điện thoại di động tế bào gồm các máy điện thoại

di động trên xe ô tô hoặc xách tay (MS), trạm gốc (BS) và tổng đài di động(MSC- trung tâm chuyển mạch điện thoại di động)

Trong đó, máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten

và bộ điều khiển BS cũng bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối giữa máy

di động với trung tâm chuyển mạch của hệ thống, anten, bộ điều khiển, đầucuối số liệu và nguồn cung cấp Còn MSC bao gồm bộ phận điều khiển, bộphận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu thập

số liệu cớc đối với các cuộc gọi đã hoàn thành

Các thành phần chức năng của mạng đợc liên kết với nhau thông quacác đờng kết nối thoại và số liêụ Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênhthu/phát RF Vì các kênh lu lợng không cố định ở một kênh RF nào mà thay

đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di

động trong suốt quá trình cuộc gọi Nên cuộc gọi có thể đợc thiết lập ở bất

kỳ một kênh nào đã đợc xác định trong vùng đó Cũng từ những quan điểm

về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã đợc xác định

đều có thể bận do đợc kết nối một cách đồng thời với các máy di động MSC

xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiểntrung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhậpvào tổng đài của mạng điện thoại công cộng Bộ phận điều khiển của MSC

có thể nói là trái tim của hệ thống tế bào vì nó sẽ điều khiển, sắp đặt và quản

lý toàn bộ hệ thống Tổng đài MSC kết nối các đờng đàm thoại để thiết lậpcuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố địnhvới các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đờng

số liệu giữa MSC và BS Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và

BS đợc truyền đi qua kênh RF, các đờng kết nối thoại và số liệu cố định đợc

sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC

Đ ờng dây dành riêng

Đ ờng dây dành riêng

Quay số gọi đến trực tiếp (DID)

Tới PSTN

Với hệ thống này, do các máy phát thờng có công suất lớn hơn nhiều(500 w) so với các máy di động (25 W) Và đơng nhiên anten của máy di

động thờng ở mức thấp hơn nhiều so với anten phát Để cự ly thông tin của

hệ thống đợc nh nhau theo cả hai chiều, ngời ta thờng dùng các trạm đầu xachứa các máy thu Các trạm đầu xa này sẽ thu nhận tín hiệu phát của máy di

động và gửi chuyển tiếp tín hiệu đó trở lại bộ điều khiển hệ thống để xử lý

Trong khi đó, đối với mạng tế bào ngời ta lại bố trí các máy thu/pháttrong vô số các tế bào nhỏ trong phạm vi của vùng bao phủ Các máythu/phát đợc điều khiển bởi một bộ xử lý trung tâm hoặc một tổng đài, saocho thuê bao có thể di chuyển giữa các cell mà dịch vụ vẫn đợc duy trì Điềunày cho phép tái sử dụng lại tần số và tạo điều kiện để mạng tế bào có tiềmnăng dung lợng lớn hơn nhiều so với các hệ thống thông tin di động trớc đây

Chơng ii : phơng pháp truy nhập kênh trong

thông tin di động

1 kỹ thuật ghép kênh (Multiplexing)

Để làm tăng dung lợng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào

đó, chẳng hạn nh trong thông tin di động thì ngời ta phải sử dụng kỹ thuậtghép kênh Hiện nay có rất nhiều loại ghép kênh, nhng ba hình thức thôngdụng nhất là:

 FDMA (Frequency Division Multiple Access- Đa truy nhậpphân chia theo tần số)

 TDMA (Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân

chia theo thời gian)

 CDMA (Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phânchia theo mã)

Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗimạch chiếm trong một băng tần nào đó Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều

sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến đợcnhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng đợc gán chomột tần số riêng

2 FDMA

Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênhFDMA, đều chia toàn bộ băng tần đợc phân phối cho một nhà khai thácmạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc Vì mỗi kênh thờng có

độ rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng Mỗicuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416 cặptần số khả dụng Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất

kỳ lúc nào

Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA ít phức tạp hơn so với cácthiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và nói chung giá thành cũng rẻhơn Tuy nhiên, do mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêngbiệt Cho nên FDMA đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc Kỹ thuậtFDMA có khả năng sử dụng đợc với cả các hệ thống truyền dẫn số (Digital)lẫn các hệ thống truyền dẫn tơng tự (Analog)

Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bàoanalog ở Hoa Kỳ:

Nh vậy, mỗi kênh chiếm dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàmthoại Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhng nhiều máy vô tuyến có thểtruy nhập tới đợc

3 TDMA

Với TDMA mỗi kênh vô tuyến đợc chia thành các khe thời gian Từngcuộc đàm thoại đợc biến đổi thành tín hiệu số và sau đó đợc gán cho mộttrong những khe thời gian này Số lợng khe trong một kênh có thể thay đổibởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống Có ít nhất là hai khe thờigian cho một kênh, và thờng thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA cókhả năng phục vụ số lợng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuậtFDMA với cùng một đại lợng dải thông nh vậy

TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải đợc

số hoá hoặc mã hoá, sau đó đợc lu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho mộtkhe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi Do đó việc truyền dẫn tín hiệu

là không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá.Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết

bị TDMA phải đợc sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thunhằm duy trì chất lợng của tín hiệu

Hình vẽ dới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 kHzdùng cho mạng tế bào hỗ trợ đợc ba kênh digital Các đờng truyền âm thanhanalog của mỗi cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó chiếm mộtkhe thời gian trong kênh analog 30 kHz

5

30 KHz kênh 1

Thoại analog

30 KHz kênh 832

.

Thoại analog

30 kHz kênh 1

30 kHz kênh 832

.

4 CDMA

Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ nh tiếng nói) đợc biến

đổi thành tín hiệu digital, sau đó đợc trộn với một mã giống nh mã ngẫunhiên Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó

đợc phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ

Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sửdụng đòi hỏi các kênh có dải thông tơng đối rộng (Thờng là 1,25 MHz) Tuynhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa đợc số thuê bao lớn gấpkhoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng nh nhau

Hình vẽ trên là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA Dải thông tăng từ

30 kHz lên 1,25 MHz, nhng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc

đàm thoại Mỗi đờng thoại analog trớc hết đợc biến đổi thành digital nhờ bộbiến đổi A/D đúng nh với TDMA Tuy nhiên sau đó thêm một bớc nữa làchèn một mã đặc biệt qua một bộ tạo mã Sau đó tín hiệu đợc phát đi, trảirộng thêm 1,25 MHz dải thông chứ không chiếm một khe thời gian riêngtrong dải này

Các đặc tính tiên tiến của thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA:

Dung l ợng đạt cao hơn:

Trong hệ thống di động CDMA, khoảng 27 cuộc gọi tốc độ 9,6 Kb/s

có thể làm việc đồng thời trong một sector và 18 cuộc gọi tốc độ 14,4 Kb/s

đồng thời cho một sector Dung lợng của hệ thống CDMA lớn gấp 13,5 lần

1,25 MHz kênh 20

.

(1)

(1)

so với hệ thống di động AMPS, và lớn gấp 5 lần so với hệ thống di độngTDMA.

Trong khi hệ thống di động TDMA sử dụng kỹ thuật chuyển vùng cắttrớc khi nối thì trong công nghệ CDMA lại sử dụng kỹ thuật nối trớc khi cắt.Khi đang di chuyển, máy di động vẫn tiếp tục dò tìm tín hiệu dẫ đờng củacác trạm thu phát bên cạnh Nó so sánh tín hiệu thu đợc của các trạm lân cậnvới tín hiệu của trạm đang kết nối Khi cờng độ thu của trạm lân cận đạt đếnmột mức ngỡng nào đấy thì việc chuyển vùng mềm có thể sẽ đợc thực hiện.Lúc này, máy di động gửi bản tin đến trạm điều khiển trung tâm (BSC).Trạm trung tâm thực hiệ kết nối máy di động và trạm thu phát mới trong khivẫn giữ đờng kết nối ban đầu Chỉ sau khi thực hiện thành công việc kết nốirồi mới cắt liên lạc với trạm cũ Ưu điểm nổi bật của chuyển vùng mềm vàchuyển vùng mềm hơn là loại trừ đợc các hiện tợng rơi cuộc gọi hay gán

đoạn thông tin trong khi máy di động di chuyển trong vùng giáp danh giữacác BTS hoặc giữa các sector trong cùng một BTS

 Loại phân tập dùng phơng pháp thu đa đờng là phân tập caonhất nhờ đặc tính duy nhất của CDMA là thu/phát dùng mã PN

mà các hệ thống vô tuyến di động khác không có Nhờ có bộ

t-ơng quan song song mã PN, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi

đờng sau đó tổ hợp và giải điều chếcc tín hiệu thu đợc Fading

có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu đợc nhng không có tác

động đến các đờng thu khác nếu không có sự tơng quan PN giữacác đờng thu Vì vậy tổng tín hiệu thu đợc có độ tin cậy rất caovì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu là rấtthấp

Với việc ứng dụng nhiều loại phân tập, các kỹ thuật vô tuyến di độngdùng kỹ thuật CDMA khắc phục đợc các hiện tợng gián đoạn cuộc gọi, cảithiện đáng kể chất lợng thoại và truyền số liệu

Điều khiển tự động công suất phát:

Công suất phát của máy di động đợc tự động điều chỉnh sao cho tất cảcác máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu đợc với đọ nhạy trungbình tại bộ thu của trạm gốc BTS Bộ thu CDMA của trạm gốc BTS chuyển

7

tín hiệu thu đợc từ máy tơng ứng thành thông tin số băng hẹp Khi đó tínhiệu thu đợc của các máy di động còn lại là tín hiệu nhiễu của băng rộng.Thủ tục thu hẹp băng nhằm nâng cao tỷ số S/N lên đến mức cao nhất Dunglợng của hệ thống đạt đợc là lớn nhất khi tín hiệu thu đợc tại BTS từ các máy

di động có tỷ số S/N đạt giá trị cao nhất Trạm BTS cung cấp chức năng mởmạch điều khiển công suất qua việc cung cấp cho máy di động một hằng sốcông suất Hằng số này liên quan đến các yếu tố nh tải, tạp âm của BTS, tăngích của anten và khuếch đại công suất Các thông tin này đợc gửi tới máy di

động nh một bản tin thông báo, thông qua mạch đóng trạm gốc BTS điềuchỉnh cống suất mạch mở để máy di động giữ đợc công suất phát tối u nhất.Trạm gốc cứ sau khoảng thời gian 1,25 ms lại so sánh tín hiệu thu đợc từmáy di động với giá trị ngỡng biến đổi và BTS điều khiển máy di động điềuchỉnh công suất phát đến khi đạt kết quả tốt Mục đích của việc điều khiểncông suất phát của trạm gốc còn đạt mục tiêu giảm công suất phát của máy

di động mỗi khi ở trạng thái rỗi hoặc ở vị trí gần BTS Với kêt quả này côngsuất sẽ tập trung cung cấp cho các máy ở vùng có nguy cơ thu gián đoạn haymáy di động đang ở vị trí xa BTS

Công suất phát thấp:

Việc giảm tỷ số S/N không những làm tăng dung lợng hệ thống màcòn có tác dụng giảm công suất phát đẻ khắc phục tạp âm và giao thoa Khigiảm công suất phát, sẽ giảm đợc giao thoa Và bán kính phục vụ của mộttrạm gốc có thể đạt lớn hơn, số lợng trạm gốc BTS cần ít hơn so với các hệthống di động TDMA

Bảo mật cuộc gọi:

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật thông tin rất cao vì tạo

đợc mã PN riêng biệt cho mỗi máy, vì vậy dùng máy thu khác để nhận dạnghay tìm kiếm là rất khó khăn

5 So sánh các công nghệ FDMA, TDMA với CDMA ứng dụng trong thông tin di động tế bào:

Trong FDMA mỗi một khe tần số đợc dành riêng cho một ngời sửdụng và ngời này sẽ dùng khe tần số này suốt quá trình cuộc gọi Trong sơ

đồ TDMA mỗi ngời dùng đợc cấp cho một khe thời gian trong quá trình gọi

Số lợng ngời dùng đợc quyết định bởi số lợng các khe thời gian hay tần sốkhác nhau có sẵn Trong sơ đồ CDMA tất cả các ngời dùng phát đồng thời vàtrên một tần số Tín hiệu đợc phát đi chiếm toàn bộ dải thông của hệ thống

và các dãy mã đợc sử dụng để phân biệt ngời sử dụng này với ngời sử dụngkia

CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy nhập khác Nó có thể tính

đợc phơng sai trong hàm truyền của kênh gây ra bởi bộ chọn lọc tần số Cácmáy thu CDMA đợc thiết kế để tận dụng u điểm từ đặc tính nhiều đờng liênquan đến fading chọn lọc tần số và để làm giảm tối thiểu ảnh hởng củachúng đến dung lợng của hệ thống

Ưu điểm chủ yếu về dung lợng của CDMA có đợc trong môi trờng vôtuyến đa tế bào Trong thông tin di động trớc đây một trạm gốc công suất lớn

đợc sử dụng để phủ sóng cho một vùng rộng lớn Hệ thống này bị hạn chếkhắt khe về mặt băng tần và không thể đáp ứng các dịch vụ di động Trong

hệ thống điện thoại di động tế bào, máy phát của trạm gốc đơn lẻ đợc thaythế bởi rất nhiều các trạm gốc có công suất nhỏ hơn, mỗi máy phát phủ sóngcho một vùng có dạng tổ ong, gọi là một tế bào Trong các hệ thống FDMAhay TDMA mỗi tế bào đợc chia cho một phần tử của dãy tần số có sẵn Dãytần đợc dùng trong một tế bào có thể đợc sử dụng lại trong tế bào khác cách

đó đủ xa sao cho tín hiệu trong hai tế bào này không gây nhiễu đến nhau Số

K tế bào sử dụng hết toàn bộ phổ tần có sẵn đợc gọi là cluster (cụm) Cáccluster đợc bố trí nh hình vẽ sau:

động Phơng pháp tái sử dụng tần sổ trong TDMA/FDMA và FM/FDMA gây

ra nhiễu đồng kênh vì có cùng một dải tần đợc sử dụng lại ở một tế bào khác.Việc sử dụng các cluster 7 tế bào trong nhiều hệ thống vô tuyến di động làkhông đủ để tránh hiện tợng nhiễu đồng kênh Có thể tăng K lớn hơn 7 đểgiảm nhiễu đồng kênh nhng sẽ làm giảm số lợng các kênh trong một tế bào,

do vậy sẽ làm giảm dung lợng của hệ thống Tơng tự nếu giữ nguyên hệ sốtái sử dụng là 7 và chia tế bào thành những vùng nhỏ hơn Mỗi tế bào đợcchia thành ba hoặc sáu vùng nhỏ sẽ sử dụng ba hoặc sáu anten định hớng t-

ơng ứng tại trạm gốc phục vụ cho cả thu lẫn phát Mỗi vùng nhỏ này sử dụngmột dải tần riêng, khác với dải tần của các vùng kia Thí dụ, nếu một tế bào

đợc chia thành ba vùng nhỏ thì nhiễu thu đợc trên anten định hớng chỉ sấp xỉmột phần ba của nhiễu thu đợc trên anten vô hớng đặt tại trạm gốc Sử dụng

tế bào chia nhỏ thành ba vùng thì số lợng ngời dùng trong một tế bào có thểtăng thêm gấp ba lần trong cùng một cluster

Một vấn đề quan trọng khác trong việc tăng dung lợng của hệ thống làtính tích cực của thoại Trong một cuộc thoại giữa hai ngời, mỗi ngời chỉ nói

9

G

B C D F

A E

G

B C D F

A

E G

B C D F

A E

G

B C D F

A

E G

B C D F

A E

khoảng 35% đến 40% thời gian và nghe hết thời gian còn lại Trong hệ thốngCDMA tất cả những ngời sử dụng cùng chia sẻ một kênh vô tuyến Khinhững ngời sử dụng trên kênh đang liên lạc không nói thì những ngời sửdụng đang đàm thoại khác sẽ chỉ chịu ảnh hởng rất nhỏ của nhiễu Do vậyviệc giám sát tính tích cực của tiếng nói làm giảm nhiễu đa truy nhập đến65% Điều này dẫn đến việc tăng dung lợng của hệ thống lên hệ số 2,5.

Trong đa truy nhập FDMA hoặc TDMA việc ngời sử dụng đợc phânchia tần số hoặc thời gian trong thời gian diễn ra cuộc gọi và hệ thống cấp lạihai tài nguyên này cho hai ngời khác trong khoảng thời gian rất ngắn khikênh ấn định yên lặng là không thực tế vì điều này yêu cầu phải chuyểnmạch rất nhanh giữa những ngời sử dụng khác nhau Trong FDMA vàTDMA việc tổ chức tần số là yêu cầu khó khăn vì nó kiểm soát nhiễu đồngkênh Trong hệ thống CDMA chỉ có một kênh chung nên không cần thựchiện tổ chức tần số

Trong FDMA và TDMA, khi máy di động ra khỏi vùng phủ sóng của

tế bào trong quá trình đàm thoại thì tín hiệu thu đợc sẽ bị yếu đi và trạm gốc

sẽ yêu cầu chuyển giao (handover) Hệ thống sẽ chuyển mạch sang một kênhmới khi cuộc gọi tiếp tục Trong CDMA các tế bào khác nhau, khác nhau ởchỗ sử dụng các dãy mã khác nhau nhng giống nhau là đều sử dụng cùngphổ tần Do đó không cần phải thực hiện handover từ tần số này qua tần sốkhác Chuyển giao nh vậy đợc gọi là chuyển giao mềm (soft handover)

Trong hệ thống CDMA không có một giới hạn rõ ràng về số lợng ngờidùng nh trong FDMA và TDMA Tuy vậy chất lợng hoạt động của hệ thống

đối với tất cả những ngời sử dụng giảm ít nhiều khi số lợng ngời sử dụngcùng liên lạc tăng lên Khi số ngời sử dụng tăng lên đến mức độ nào đó thì sẽkhiến cho nhiễu có thể làm cho tiếng nói trở nên khó hiểu và gây mất ổn

định hệ thống Tuy nhiên trong CDMA ta quan tâm đến điều kiện “phong toảmềm”, có thể giải toả đợc trái với điều kiện “phong toả cứng” nh trongTDMA và FDMA khi mà tất cả các kênh đều bị chiếm

Hệ thống CDMA cũng có một vài nhợc điểm Hai nhợc điểm nổi bật

là: hiệu ứng tự nhiễu và hiệu ứng xa gần Hiệu ứng tự nhiễu do các dãy mã

không trực giao gây ra Trong hệ thống vô tuyến di động các máy di độngtruyền tin độc lập với nhau, tín hiệu của chúng không đến trạm gốc một cáchcùng lúc Do trễ thời gian của chúng là phân bố ngẫu nhiên nên sự tơng quanchéo giữa các tín hiệu thu đợc từ những ngời sử dụng là khác không Đểnhận đợc nhiễu có mức thấp tất cả tín hiệu phải có tơng quan chéo nhỏ vàmọi trễ thời gian tơng đối Tơng quan chéo giữa các ký tự có đợc bằng việcthiết kế một tập các dãy trực giao Tuy nhiên không có một tập dãy mã nào

đợc biết là hoàn toàn trực giao khi đợc dùng trong hệ thống không đồng bộ.Các thành phần không trực giao của tín hiệu của những ngời sử dụng khác sẽxuất hiện nh là nhiễu trong tín hiệu điều chế mong muốn Nếu sử dụng máythu có bộ lọc thích ứng trong hệ thống nh vậy thì số lợng của ngời sử dụng bịhạn chế bởi nhiễu gây ra bởi những ngời sử dụng khác Điều này khác vớitrong các hệ thống TDMA và FDMA, trong các hệ thống này tính chất trựcgiao của tín hiệu thu đợc bị duy trì bằng việc chọn lọc và đồng bộ chính xác

Hạn chế chính của CDMA là hiệu ứng xa gần Hiện tợng này xuấthiện khi một tín hiệu yếu từ một máy di động ở xa thu đợc tại trạm gốc bịchèn ép bởi tín hiệu mạnh từ nguồn nhiễu đó Tín hiệu nhiễu với công suấtlớn hơn n lần công suất tín hiệu mong muốn sẽ tác dụng gần nh là n tín hiệu

nhiễu có công suất bằng công suất của tín hiệu Để khắc phục hiệu ứng xagần trong hầu hết các ứng dụng CDMA ngời ta sử dụng các sơ đồ điều khiểncông suất Trong hệ thống tế bào điều khiển công suất đợc thực hiện bởi cáctrạm gốc, các trạm này định kỳ ra lệnh các máy di động điều chỉnh công suấtmáy phát sao cho tất cả các tín hiệu thu đợc tại trạm gốc với mức công suất

là nh nhau

Chơng iii : giới thiệu chung về amps

1 Giới thiệu chung

AMPS là hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT&T và

Motorola-Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982 Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số

có giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó đợc phân chia thành các cell nhỏ

và dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất định với một công suất nhỏ đểcho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụngcùng một tần số đó một cách đồng thời Sau đó, ngời ta coi vùng phục vụ t-

ơng ứng nh một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính toán

lý thuyết về mạng điện thoại di động

Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng cáctần số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau

mà chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảmgiao thoa giữa các kênh giống nhau

11

4 1 2

3

4 1 2 3

4 1 2

3

4 1 2 3

K= 4

4 1 2 5

7

6 3

4 1 2 5

7

6 3

4 1 2 5

7

6 3

K= 7

Ngoài ra còn có các mẫu tái sử dụng tần số ứng với K= 12 hoặc 19.Qua hình vẽ cho ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần sốcủa các BS với tất cảcác băng tần có thể, số lợng cell trong cụm đó gọi là yếu tố tái sử dụng tần số(K).

Trong trờng hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số nếu một anten

định hớng đợc sử dụng tại BS, vì giao thoa tần số chỉ ảnh hởng đến các BS sửdụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hớng Và vì vậy giao thoa ởcác kênh chính tăng (Thông thờng sử dụng vùng phủ sóng 1200- sử dụng 3sector trong một cell)

Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã đợc kết nối với BS

có khả năng thu nhận tín hiệu tốt Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bịngắt trong khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãnhoặc bị cản trở trong trờng hợp không có kênh trong cell Dịch vụ chuyểnvùng ngoài hệ thống thông thờng đợc cung cấp trong một vùng phục vụkhác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao nói đến không đăng ký

Song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz

Số kênh 832 920 (*) 1000 (1999) 180/225 Loại điều chế FM FM FM FM

Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz

Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không

Kế hoặc cell 4,7,12 4,7,12 7,9,12 7

Đ iều chế kênh

điều khiển (ĐK) FSK FSK FFSK FFSK

Độ lệch kênh ĐK 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz

Mã kênh ĐK Manchester Manchester NRZ NRZ Dung l ợng

kênh ĐK 77000 62000 13000 13000

Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s

Bảo mật thoại có thể có thể không không Dịch vụ chuyển

BSS

BSC

BTS

VLR ISDN

OMC PSPDN

PLMN

PSTN

CSPDN

OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ AUC : Trung tâm nhận thực

HLR : Bộ ghi định vị thờng trú MSC : Tổng đài di động

BSS : Hệ thống trạm gôcBSC : Đài điều khiển trạm gốc OMC : Trung tâm khai thác và bảo dỡng PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng PSDN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

SS : Hệ thống chuyển mạch VLR : Bộ ghi định vị tạm trú EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị BTS : Đài vô tuyến gốc

MS : Máy di động ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụCSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng

2 Hệ thống GSM

Hệ thống này đợc chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc BSS, mỗi hệ thống này có một số chức năng tại đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống Và những khối chức năng này đợc thực hiện ở các thiết bị khác nhau.

Hệ thống đợc thực hiện nh một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnhnhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ Mỗi cell cómột trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến Cáckênh này khác với các kênh đợc sử dụng ở các cell lân cận để tránh nhiễugiao thoa

+ Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS BSC

điều khiển các chức năng nh chuyển giao và điều khiển công suất.

+ Một MSC (trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động ) phục vụ

một số bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi tới và đi từmạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN và các mạng số liệu côngcộng PSDN, và có thể là các mạng riêng

Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di

động MS và một thuê bao di động ở PSDN Nếu không thể thực hiện mộtcuộc gọi đến MS ta sẽ không cần bất cứ một thiết bị nào khác Vấn đề nảysinh khi ta muốn thực hiện một cuộc gọi kết cuối ở MS ngời gọi hầu nhkhông biết MS đợc gọi ở đâu Vì thế cần có một số cơ sở dữ liệu mạng đểtheo dõi MS Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng ký thờng trú HLR.Khi một thuê bao di động mua một đăng ký từ một hãng khai thác GSM,thuê bao di động này sẽ đợc đăng ký ở HLR của hãng này HLR chứa các