Tổng quan về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3.DOC

Tổng quan về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Chơng1 Tổng quan về các hệ thống thông tin di động thế hệ ba

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động

Vô tuyến di động đã đợc sử dụng gần 78 năm Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹthuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã đợc biết đến hơn

50 trớc đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ởcác dạng sử dụng đợc và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điềuvận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lợng rất thấp sovới các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công

sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào nhữngnăm 1980 Cuối những năm 1980 ngời ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tơng tựkhông thể đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu nh không loại bỏ đ-

ợc các hạn chế cố hữu của các hệ thống này (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung l ợngthấp (2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi tr-ờng pha đinh đa tia (3) không đáp ứng đợc các dịch vụ mới hấp dẫn đối với kháchhàng (4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạtầng (5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi (6) Không tơng thích giữa các

hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng đợcmáy di động của mình ở nớc khác

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹthuậtthông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian(TDMA) đầu tiên trên thế giới đợc ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM GSM đợcphát triển từ năm 1982 khi các nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch

vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Năm 1985 hệ thống số đợc quyết

định Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã đợc lựa chọn ở Việt Nam hệthống thông tin di động số GSM đợc đa vào từ năm 1993

ở Mỹ khi hệ thống AMPS tơng tự sử dụng phơng thức FDMA đợc triển khai vàogiữa những năm 1980, các vấn đề dung lợng đã phát sinh ở các thị trờng di động chínhnh: New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến lợc nâng cấp hệ thống nàythành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA đợc ký hiệu là IS- 54 Việc khảo sátkhách hàng cho thấy chất lợng của AMPS tốt hơn Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạtvới TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này đã phát triển ramột phiên bản mới: IS - 136, còn đợc gọi là AMPS số (D-AMPS) Nhng không giống

nh IS - 54, GSM đã đạt đợc các thành công ở Mỹ

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ đathâm nhập phân chia theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ tr ớc

đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Đợc thành lập vào năm 1985, Qualcom

đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận đợc nhiều bằng phát

minh trong lĩnh vực này Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ởBắc Mỹ, Qualcom đã đa ra phiên bản CDMA đầu tiên đợc gọi là IS - 95 A.

Các mạng CDMA thơng mại đã đợc đa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng Kông.CDMA cũng đã đợc mua hoặc đa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, TrungQuốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật Tổng công ty Buchính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA

ở Nhật vào năm 1993 NTT đa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nớcnày: JPD (Japannish personal Digital Cellular System)

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 cũng đợc nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là:DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS(Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã đợc đa vào thơng mại

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thôg tin di động vệtinh: Global Star và Iridium cũng đợc đa vào thơng mại trong năm 1998

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về cảdịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba Hiệnnay có hai tiêu chuẩn đã đợc chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-CDMA và cdma2000.W-CDMA đợc phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và cdma2000 đợc phát triển lên từ IS-95thế hệ 2 ở thế hệ này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành mộttiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệtvới các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ ba đợc gọi là 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 dịch vụ nh mạng điện thoại cố định thông thờng,các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng di động để

đảm bảo thông tin mọi nơi mọi lúc

Các mạng thông tin di động phải đảm bảo các đặc tính sau:

1 Sử dụng hiệu quả băng tần đợc cấp phát để đạt đợc dung lợng cao do hạn chếcủa dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

2 Đảm bảo chất lợng truyền dẫn yêu cầu

3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất

4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sangvùng 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 (InternationalRoaming)

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

1.1.3 Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng dựa trên cơ sở tiêu chuẩn chungIMT-2000 Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế nh sau:

 Đờng lên: 1885-2025 MHz

 Đờng xuống: 2110-2200 MHz

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

 Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến

 Tơng tác với mọi loại dịch vụ viển thông

 Sử dụng các môi trờng khai thác khác nhau:

 Môi trờng ảo

 Đảm bảo các dịch vụ đa phơng tiện

 Dễ dàng hổ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi trờng hoạt động của IMT-2000 đợc chia thành 4 vùng:

 Vùng 1: Trong nhà, ô picô, Rb2Mbps

 Vùng 2: thành phố,ô micro, Rb384kbps

 Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb144 kbps

 Vùng 4: Toàn cầu, Rb=9,6 kbps

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

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

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

Dịch vụ số liệu

-Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình(64-144 kbps)-Dịch vụ số liêu tốc độ tơng đối cao(384-2 Mbps)-Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2 Mbps)

Dịch vụ đa

ph-ơng tiện

-Dịch vụ video (384 kbps)-Dịch vụ hình chuyển động (384 kbps-2Mbps)-Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥2 Mbps)Dịch vụ I

nternet Dịc vụ Internet đơn giản Dịch vụ thâm nhập Wed (384kbps-2 Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian thực Dịch vụ Internet (384 kbps-2 MbpsDịch vụ Internet

đa phơng tiện Dịch vụ Wedsite đa phơng tiện thời gian thực (≥2

Trải phổ DL/DX QPSK/OCQPSK(HPSK) QPSK/OCQPSK(HPSK)

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB 3GPP2/TIA/TTA/ARIB

mô hình tổng quát của mạng IMT2000 đợc cho ở hình 1.1

tu y ế n + Đ iề u k h iể n th â m

n h ậ p v ô tu y ế n

M ạ n g lõ i

+ Đ iề u k h iể n c u ộ c g ọ i + Đ iề u k h iể n c h u y ể n

m ạ c h d ịc h v ụ + Đ iề u k h iể n tà i n g u y ê n

q u y đ ịn h + Q u ả n lý d ịc h v ụ + Q u ả n lý v ị trí + Q u ả n lý n h ậ n th ự c

Kí hiệu: TE= thiết bị đầu cuối

UI= Giao diện ngời sử dụng

Các dạng máy đầu cuối bao gồm:

 Thoại có hình chất lợng cao

 Đầu cuối giống nh may TV

 Đầu cuối kết hợp TV và máy tính

 TV cầm tay có khả năng thu đợc MPEG

 Đầu cuối số liệu gói

 PC vở ghi có cửa thông tin cho phép:

 Điện thoại thấy hình

 Văn bản, hình ảnh, thâm nhập cơ sở dữ liệu video

 Đầu cuối PDA

 PDA tốc độ thấp

 PDA tốc độ cao hoặc trung bình

 PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi

 Máy nhắn tin hai chiều

 Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

1.1.4 Tổng kết quá trình tiến hóa của hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Ta xét tổng kết các nền tảng công nghệ chính của hệ thống thông tin di động từ thế

hệ một đến thế hệ ba và quá trình tiến hóa 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 đoạn trung gian, giai

đoạn này đợc gọi là thế hệ 2.5

Bảng 1.3 Tổng kết một số nét chính của các nền tảng công nghệ thông tin di động từ

thế hệ một đến thế hệ baThế hệ thông tin

GSM, IS-136,IS-95

GPRS,EDGE,cdma2000-1x

cdma2000,WCDMA

Tiếng thoại

Chủ yếu cho dịch vụtiếng và bản tin ngắn

Trớc hết là dịch vụtiếng có đa thêm cácdịch vụ gói

Các dịch vụ tiếng và

số liệu gói đợc thiết

kế để truyền tiếng và

số liệu đa phơngtiện Là nền tảngthực sự của thế hệ ba

CDMA, CDMA kết hợpvới TDMA, băng rộng, sửdụng trồng lấn lên hệthống hai hiện có nếukhông sử dụng phổ tầnmới

Hình 1.2 Chỉ ra quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

TACS

GSM (900)NMT(900)

GPRSIS-136

1 G

GSM(1800)

GSM(1900)

IS-136 TDMA(800)

1.2 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động

1.2.1 Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động

Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động (TTDĐ) đợc cho ở hình 1.3

Hình 1.3 Mô hình tham khảo của hệ thống thông tin di động

* Trạm di động, MS

MS (Mobile Station) có thể là một thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hoặcthiết bị cầm tay Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diệnvô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với ngời sử dụng ( nh: micro, loa, mànhiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (nh:Giao diện với máy tính cá nhân, Fax )

* Thiết bị đầu cuối ,TE (Terminal Equipment) thực hiện các chức năng không liênquan đến mạng di động: Fax, máy tính

* Kết cuối trạm di động, MT (Mobility Terminal) thực hiện các chức năng liên quan

đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến

* Bộ thích ứng đầu cuối, TAF ( Terminal Adepter Function) làm việc nh một cửa nốithông thiết bị đầu cuối với kết cuối 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 tuyếnphức tạp có 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 hoá tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động đ ợc tiếnhành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trờng hợp truyền số liệu

Um

Trạm gốc

BTS A-bis BSCMS

TA P

Rm

TE2

MT 2

LMN Các mạng ngoài VLR

HLR

Quản lý di động AUC EIR

D

H MSC

PI

AI

MI DI

G

F MSC

DMI

E

I I

A

O X L

nối với BTS còn phía kia nối với MSC Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khảnăng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vôtuyến và chuyển giao

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

Nhiệm vụ chính của MSC điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các ngời sử dụngmạng thông tin di động Một mặt MSC giao diện với BSC, mặt khác nó giao diện vớimạng ngoài MSC làm nhiệm vụ với mạng ngoài đợc gọi là MSC cổng (GMSC: GateMSC) Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các ngời sử dụng cáckhả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của ngời sử dụng hoặcbáo hiệu giữa các phần tử mạng

* Bộ ghi định vị thờng trú, HLR

Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đợc lu giữ ởHLR HLR (Home location Rigister) cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiệnthời của thuê bao

* Bộ ghi định vị tạm trú, VLR

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

* MSC cổng, GMSC

Mạng TTDĐ có thể chứa nhiều MSC, VLR Để thiết lập một cuộc gọi đến ng ời sửdụng TTDĐ, trớc hết cuộc gọi phải đợc định tuyến đến một tổng đài cổng đợc gọi làGMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng cónhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đangquản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời Để vậy trớc hết các tổng đài cổng phải dựa trên

số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đàicổng 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 để có thể tơng tác với các phần tử khác của mạng TTDĐ

* Khai thác và bảo dỡng mạng,OS

Hệ thống khai thác 0S (Operation System) thực hiện khai thác và bảo dỡng tậptrung cho mạng TTDĐ

 Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vicủa mạng

 Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc Nó cómột số quan hệ với khai thác

* Quản lý thuê bao và Trung tâm nhận thức, AUC

Quản lý thuê bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao AUC(Authetication Center) quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từngcá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này AUC có thể đợc đặt trong HLR

Quản lý thiết bị di động, EIR

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

MS EIR đợc nối đến MSC qua đờng báo hiệu để kiểm tra sự đợc phép của thiết bị

* Bộ xử lý bản tín số liệu, DMH

DMH (Date Message Handler) đợc sử dụng để thu thập các dữ liệu tính cớc

* Các mạng ngoài: Các mạng thông tin bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch côngcộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN Mạng di động công cộng mặt đấtPLMN và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN

1.2 2 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động.

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

1.2.2.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR

Một mạng thông tin di động đợc phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùngnhỏ này đợc phục vụ bởi MSC/VLR (hình 1.4) Ta gọi đây là vùng phục vụ củaMSC/VLR Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đờng truyền quamạng sẽ đợc nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi ở mỗi vùng phục vụMSC/VLR thông tin về thuê bao đợc ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồmhai loại sau:

* 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)

IIIMSC

VLR

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng định vị LA (Locatioarea) (Hình 1.5) Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó mộttrạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí choMSC/VLR quản lý vị trí này Có thể nói vùng định vị là vị trí cụ thể nhất của trạm di

động mà mạng cần thiết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó ở vùng định vị nàythông báo tìm sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Hệ thống có thểnhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: LocationArea Identity) Vùng định vị có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều BSC, nh-

ng chỉ thuộc một MSC

Hình 1.5 Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thành các vùng định vị LA

1.2.2.4 Phân chia theo ô

Vùng định vị đợc chia thành một số ô (hình 1.6) Ô là một vùng phủ vô tuyến đợcmạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Celi Global Identity) Trạm di độngnhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code) Vùngphủ của các ô thờng đợc mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiếtkế

LA4 LA1

VLR

1.3 Phân lớp mặt phẳng chức năng cho cấu trúc

N h ó m v ậ t l ý (th i ế t b ị )

ợc chỉ định ở các điểm tham chiếu, nơi mà các luồng thông tin chuyển qua giao diệngiữa các thực thể Những quy luật này đợc gọi là giao thức báo hiệu

Sự phân biệt giữa giao diện và giao thức là rất quan trọng, giao diện đại diện chomột điểm tiếp xúc giữa hai thực thể liền kề nhau và thông thờng nó mang thông tinthuộc về các cặp thực thể khác nhau, nghĩa là các giao thức

Mô hình OSI của CDMA gồm 5 lớp:

 Truyền dẫn ( TX: Transmission): Lớp thấp nhất, nó cung cấp các phơng tiện truyềndẫn thông tin cần thiết của ngời sử dụng cũng nh các thông tin đợc chuyển giaogiữa các lớp

 Quản lý tài nguyên vô tuyến( RR: Radio Resourse Management): Lớp này cónhiệm vụ cung cấp kết nối ổn định giữa MS và MSC đặc biệt là trong trờng hợp ng-

ời dùng di chuyển trong quá trình cuộc gọi ( chuyển giao), lớp RR và hai lớp tiếptheo xử lý các sự kiện trong phạm vi một cuộc gọi

 Quản lý di động( MM: Mobility Management) : Lớp này chịu trách nhiệm quản lýcác cơ sở dữ liệu thuê bao đặc biệt là dữ liệu định vị thuê bao và quản lý nhận thực.SIM, HLR, AUC là các ví dụ về các thiết bị chủ yếu liên quan đến hoạt động MM

 Quản lý thông tin (CM: Comunication Management): Đây là một lớp ít đợc chỉ

định của GSM, nó sử dụng các nền tảng ổn định đợc cung cấp bởi lớp RR và MM

để cung cấp các dịch vụ viẽn thông cho ngời sử dụng

 Vận hành, quản lý và bảo dỡng ( OAM: Operation, Administration andMaintenace): Cung cấp phơng tiện hoạt động cho ngời khai thác

cdma2000

Báo hiệu lớp cao

liệu gói

Các dịch vụ tiếng

Điều khiển thâm nhập đoạn nối

hình 1.8 Cấu trúc phân lớp của cdma2000

1.4.2 Cấu trúc báo hiệu lớp 2

Cấu trúc báo hiệu tổng quát cho ở hình 1.9 Cấu trúc này gồm hai mặt phẳng: Mặtphẳng điều khiển nơi thực hiện các xử lý quyết định và mặt phẳng số liệu nơi tạo ra, xử

Khi một đơn vị số liệu đợc tạo ra hay thu đợc đi qua ngăn xếp giao thức, nó đợc xử

lý lần lợt bởi các lớp con giao thức khác nhau Mỗi lớp con theo quy định sẽ chỉ xử lýcác trờng liên quan đến chức năng quy định của mình Chẳng hạn lớp con ARQ chỉ tác

động lên các trờng liên quan đến công nhận và thực hiện việc phát hiện thu sự lặp hoặcphát lại Mặt phẳng điều khiển có thể cho phép hoặc cấm lớp con giao thức

Quá trình tổng quát xử lý các đơn vị số liệu ở lớp báo hiệu 2 đợc cho ở hình 1.10

Đánh địa chỉ

Lớp contiện ích

Lớp con SAR

PDU

L2-đóng bao

hình 1.10 Quá trình tổng quát xử lý đơn vị số liệu ở lớp báo hiệu 2

1.4.4 Các kênh logic

ở mặt phẳng số liệu lớp 3 phát và thu thông tin báo hiệu trên các kênh logic Kênhlogic thông thờng đợc đặc trng bởi tính đơn hớng (ở đờng xuống hoặc đờng lên), nhngtrong một số trờng hợp nó có thể đợc ghép hoặc đi cặp với một kênh logic mang lu l-ợng liên quan ở phơng ngợc lại Các hệ thống IS-2000 sử dụng các kiểu kênh logic sau

đây để mang thông tin báo hiệu:

 f - csch/r-csch (kênh báo hiệu chung đờng xuống/đờng lên)

 f-dsch/r-dsch (kênh báo hiệu riêng đờng xuống/đờng lên)

Các kênh báo hiệu đợc phân loại theo: thông tin đợc mang cho một hay nhiều đối ợng, thông tin mang là thông tin báo hiệu hay thông tin của ngời sử dụng, phơngtruyền (đờng xuống hay đờng lên) và theo các tiêu chuẩn khác ở các hệ thống IS-2000các kênh báo hiệu đợc định nghĩa cho các mục đích sau:

t- Đồng bộ

 Quảng bá và tìm gọi

 Báo hiệu chung (đờng xuống và lên)

 Thâm nhập (đờng lên)

 Báo hiệu riêng

Có thể nhiều đối tợng cùng sử dụng chung một kênh logic (chẳng hạn có thể cónhiều kênh thâm nhập đờng lên) Vì lu lợng trên một kênh logic phải đợc mang ở kênhvật lý, nên phải tồn tại các liên kết giữa các kênh logic và kênh lu lợng Mối liên hệnày đợc gọi là sắp xếp: mapping Kênh logic có thể sử dụng riêng và cố định một kênhvật lý (chẳng hạn kênh đồng bộ), hoặc có thể sử dụng riêng nhng tạm thời một kênh vật

lý (chẳng hạn các chuỗi thăm dò liên tiếp cuả kênh r-csch đợc phát ở các kênh thâmnhập vật lý khác nhau), hoặc có thể sử dụng chung một kênh vật lý với các kênh logickhác (đòi hỏi chức năng ghép kênh các PDU để thực hiện sắp xếp lên kênh vật lý).Trong một số trờng hợp một kênh logic có thể đợc sắp xếp đến một kênh logic khác.Hai hay nhiều kênh đợc hòa nhập vào một kênh logic để mang các dạng lu lợng khácnhau (chẳng hạn kênh logic tìm gọi và kênh quảng bá là kênh báo hiệu chung đ ờngxuống đợc sắp xếp trên một kênh logic chung để mang thông tin báo hiệu) Vì tại một

thời điểm một kênh logic chỉ có thể mang một PDU, nên ở lớp 3 cần đảm bảo phát lầnlợt

Hình 1.11 và 1.12 cho thấy các kênh logic của IS-2000 ở các đờng lên và đờngxuống ở các hình này tất cả các dạng sắp xếp đều đợc xét: cố định, tạm thời (các kênhthâm nhập đờng lên), ghép kênh logic vào vật lý (giữa dsch và dtch cho cả đờng lên vàxuống) hay logic với logic (kênh quảng bá, tìm gọi và kênh báo hiệu chung)

hình 1.11 Cấu trúc kênh logic đờng xuống

Kênh logic chung

Kênh logic riêng

Lớp con ARQ

Lớp con SAR

Lớp con AQR

Các kênh logic l u

l ợng của ng ời sử dụng

Các kênh logic báo hiệu

Lớp con SAR

lớp con tiện ích

Lớp con SAR

Lớp con ARQ

Kênh logic chung Kênh logic

riêng

Lớp con ARQ Lớp con

nhận thực

hình 1.12 Cấu trúc kênh logic đờng lên

F/R-SCH Kênh bổ xung đờng xuống/lên

F/R-SCCH Kênh mã bổ xung đờng xuống/lên

F/R-DCCH Kênh điều khiển riêng đờng xuống/lên

F/R-CCCH Kênh điều khiển chung đờng xuống/lên

F-DAPICH Kênh hoa tiêu phụ riêng đờng xuống

F-CAPICH Kênh hoa tiêu phụ chung đờng xuống

F/R-PICH Kênh hoa tiêu đờng xuống/lên

F-QPCH Kênh tìm gọi nhanh đờng xuống

F-PCCH Kênh điều khiển công suất chung đờng xuống

R-EACH Kênh thâm nhập tăng cờng đờng lên

Kênh CDMA đ ờng xuống đối với tốc độ trải phổ 1 và 3 (SR1 và SR3)

Kênh điều khiển công suất chung

Kênh hoa tiêu Kênh điều khiển chung đồng bộKênh Kênh l u l ợng quảng báKênh Kênh tìm gọi

0-1 kênh cơ

bản Kênh điều khiển công suất 0-7 kênh mã bổ sung (Các cấu hình vô tuyến 1 –2)

Kênh hoa tiêu phân tập phát

Kênh hoa tiêu phụ Kênh hoa tiêu phân tập phát phụ

SR: Spreading Rate= Tốc độ trải phổHình 1.13 Các kênh CDMA đ ờng xuốngKênh hoa

tiêu DX

K ê n h th â m n h ậ p K ê n h l ul ợ n g

đ ờ n g lê n (R C 1 h a y 2 )

K ê n h th â m n h ậ p tă n g c ờ n g

Chức năng của các kênh đờng xuống

 Kênh hoa tiêu (F-PCH): phát quảng bá ô/đoạn ô, đợc sử dụng để đánh giá côngsuất, bắt đầu và chuyển giao

 Kênh hoa tiêu phụ chung đờng xuống (F-CAPICH): Để tạo chùm tia cho nhóm cáctrạm di động

 Kênh hoa tiêu phụ riêng đờng xuống (F-DAPICH)

 Kênh đồng bộ (F-SYNC) : Thông tin đồng bộ và vị trí kênh tìm gọi

 Kênh tìm gọi (F-PCH) : Phát quảng bá tìm gọi và các bản tin từ BS đến MS

 Kênh điều khiển riêng (F-DCCH) điều khiển MAC, số liệu, báo hiệu

 Kênh cơ bản (F-FCH): Tiếng, số liệu, điều khiển

 Kênh bổ xung (F-SCH): Số liệu, số liệu tốc độ cao và tiếng đối với các dịch vụ mới

Các đặc tính của kênh đờng xuống

 Các kênh trực giao (các mã Walsh)

 Sử dụng điều chế số liệu QPSK

 Hiệu chỉnh mã thuận:

+ Mã xoắn (K = 9) cho số liệu và tiếng

+ Mã Turbo đợc khuyến nghị cho các tốc độ số liệu cao hơn 14,4 kbps

+ Tỷ lệ mã R = 1/3, 1/4 có thể kết hợp với chích bỏ để tăng tỷ lệ hiệu dụng choviệc thích ứng tốc độ

 Điều khiển công suất nhanh:

+ Tốc độ cập nhật 800 Hz

+ Đảm bảo cải thiện đáng kể chất lợng cho các ứng dụng tốc độ thấp

 Độ dài khung:

+ 5 và 20 ms cho thông tin điều khiển, trong đó khung ngắn để phát bản tinnhanh

+ 20 ms cho khung tiếng

Các chế độ tuỳ chọn

dụng chế độ OTD đợc cho ở hình 1.17

1.5 2.7 4.8 9.6

1/3 1/3 1/3 1/3

8x 4x 2x 1x

1 từ 5

1 từ 9 không không

576 576 576 576

19.2 19.2 19.2 19.2

các bit

kênh

Các ký hiệu điều chế W

Cộng chỉ thị

chất l ợng

khung

Lặp ký hiệu Bộ đan xen khối Cộng 8 dành tr

ớc/8 bit đuôi mã hoá

Bộ mã hoá

xoắn hoặc tubor

Trích bỏ

ký hiệu

Đa sóng mang(MC: Multi-Carrier): Phân chia các ký hiệu điều chế lên n sóng mang với tốc độ chip 1,2288 Mcps trên một sóng mang (hình 1.15a: N = 3) Trải phổ trực tiếp (DS: Direct Spread): Trải phổ các ký hiệu điều chế bằng tốc độ Nx1,2288Mcps và điều chế cho một sóng mang (hình 1.15b: N = 3)

Phân tập phát đa sóng mang: Các tập con của sóng mang đ ợc phát ở các anten khác nhau (hình 1.16)

Phân tập phát trực giao trải phổ trực tiếp (OTD: Orthogonal Tramsmission Diversity): Các bit sau mã hóa đ ợc chia thành hai luồng số và đ ợc phát đến các anten khác nhau với mổi anten sử dụng một mã trực giao riêng

Hình 1.16 Phân tập phát đa sóng mang

1,25MHz MC: Đa sóng mang

Điều khiển

định thời trích bỏ (8000Hz)

Bộ lấy ra bit ngẫu nhiên hoá I và Q Lấy ra các cặp ở tốc độ bằng tốc độ điều chế ký

hiệu I (2x Thừa số lặp ký hiệu)

Lặp ký hiệu 1x Thừa số đối với DS không OTD 2x Thừa số đối với DS OTD 3x Thừa số đối với MC

Trích bỏ

ký hiệu

điều khiển công suất

Channel Gain

Sắp xếp điểm tín hiệu 0→ +1 1→ -1

Tốc độ ký hiệu

điều chế w

Tốc độ ký hiệu

điều chế

Bộ lấy mẫu (Bộ chia) Bộ lấy ra định vị bit điều

khiển công suất

Khuyếch đại kênh con điều khiển công suất

điều chế

Trích bỏ ký hiệu điều khiển công suất chỉ thực hiện ở các kênh cơ bản và điều khiển riêng đờng xuống.

Chức năng của DEMUX là phân phối lần lợt các bit vào cho các đờng ra từ trên xuống dới.

hình 1.17 Cấu trúc kênh cơ bản và bổ sung đờng xuống sử dụng OTD ( Phần1)

YI1Y

PN

I

PNQ

+ I -

cos(2∏fct)

S1(t)

Bộ lọc băng thông Khi đ ợc

phép quay 90º (Đầu ra-Qin+jIin)

Hàm

Walsh

QOFsign

Khi đ ợc phép quay 90º (Đầu ra- Q

+

Q +

cos(2∏fct)

S2(t)

Bộ lọc băng thông

Bộ lọc băng thông

+ Q +

Σ

Σ

Σ

cos(2∏fct)

Hàm Walsh= ±1 (Sắp xếp ‘0’→+1, ‘1’→-1)

QOF: Quasi Orthgonal Function= Hàm trực giaoQOF sign= ±1 Mặt chắn QOF của bộ nhân dấu (Sắp xếp ‘0’→+1, ‘1’→-1)Walshrot= ’0’ hay ’1’ Hàm walsh cho phép quay 90º

QOF rỗng có QOF= +1 và Walshrot=’0’

PN Chuổi hoa tiêu xác định trạm

hình 1.17 Cấu trúc kênh cơ bản và bổ sung đờng xuống sử dụng OTD ( Phần2) Các

hệ thống thông tin di động thế hệ ba và cao hơn sử dụng mã turbo để mã hóa chống lỗi cho các trờng hợp truyền dẫn số liệu tốc độ cao Trong phần này ta sẽ xét sơ đồ mã hóaturbo sử dụng ở IS-2000

Bộ mã hóa Turbo thực hiện mã hóa số liệu, chỉ thị chất khung (CRC) và hai bitdành trớc cho mã hóa Turbo và cộng chuỗi đuôi mã hóa đầu ra Nếu tổng số liệu, chấtlợng khung và các bit vào dành trớc là Nturbo, thì bộ mã hóa turbo tạo ra Nturbo/R các kýhiệu số liệu cùng với 6/R các ký hiệu đuôi ở đầu ra, trong đó R là tỷ lệ mã bằng 1/2,1/3 hay 1/4 Bộ mã hóa turbo sử dụng hai bộ mã hóa xoắn hệ thống, đệ quy mắc songsong kết hợp với bộ đan xen, trong đó bộ đan xen đứng trớc bộ mã hóa xoắn thứ hai.Hai mã xoắn đệ quy này đợc gọi các mã thành phần của mã turbo Các đầu ra của các

bộ mã hóa thành phần đợc chích bỏ và đợc lặp để đạt đợc (Nturbo + 6)/R các ký hiệu ra

Các ký hiệu ra của số liệu sau mã hóa đợc tạo ra bằng cách dịch các bộ mã hóathành phần Nturbo lần khi các khóa ở vị trí trên và chích bỏ các đầu ra theo các mẫu đợcquy định '0' ở mẫu trích bỏ có nghĩa là ký hiệu này sẽ bị xóa và '1' có nghĩa là ký hiệunày đợc cho qua Đối với mỗi bit vào, đầu ra của các bộ lập mã thành phần sẽ đợc đặtvào chuỗi X, Y0, Y1, X', Y'0, Y'1 Trong quá trình tạo ra các ký hiệu từ số liệu vào mãhóa sẽ không thực hiện lặp

Kết cuối mã turbo

Bộ mã hóa tubor tạo ra 6/R các ký hiệu đuôi tiếp sau các ký hiệu của các bit số liệu

đợc mã hóa Chuỗi ký hiệu đuôi đầu ra cũng giống nh chuỗi đợc bộ mã hóa tạo ra ởhình 1.18 Các ký hiệu ra đợc tạo ra sau khi Nturbo bit đợc dịch vào các bộ mã hóa thànhphần với các khóa ở vị trí trên 3/R ký hiệu đuôi ra đầu tiên đợc tạo ra bằng các dịch bộ

) ( ) (

) ( 1 )

D d

D N D d

D N D

G

mã hóa thành phần 3 lần với khóa tơng ứng của nó ở vị trí dới, bộ mã hóa thành phần 2không dịch và đồng thời lấy mẫu cũng nh lặp các ký hiệu ra của bộ mã hóa thành phầnnày 3/R các ký hiệu đuôi ra nhận đợc bằng các dịch bộ mã hóa thành phần 2 ba lần vớikhóa tơng ứng của nó ở vị trí dới trong khi bộ mã hóa thành phần 1 không đợc dịch,quá trình này đợc kết hợp với chích bỏ và lặp các ký hiệu đầu ra của bộ mã hóa thànhphần này Các đầu ra của các bộ mã hóa thành phần đối với từng chu kỳ bit đuôi sẽ đợc

đặt vào chuỗi X, Y0, Y1, X', Y'0, Y'1 với Xra trớc

Bộ tạo mã thành phần 1 x

y1

y2 n0

Chuyển mạch vào vị trí trên và dịch từng bit của Ntb bit số liệu sau đó chuyển mạch

vào vị trí d ới và từng bit đuôi trong số ba bit đuôi của bộ mã hoá thành phần 1 sau đó

không ngừng dịch cho ba bit đuôi của bộ lập mã thành phần 2.

Chuyển mạch vị trí trên và dịch từng bit của Ntb bit số liệu, sau đó ngừng dịch cho ba

bit của bộ mã hoá thành phần 1 sau đó chuyển mạch vào vị trí d ới và dịch từng bit

trong số 3 bit đuôi của bộ mã hoá thành phần 2.

Điều khiển

d

y'2 n1

y'1 n0

x'

Bộ tạo mã thành phần 1

Chích bỏ ký hiệu và lặp

(N trurbo + 6)/R

ký hiệu mã đầu ra

hình 1.18 Bộ mã hoá tubor Mẫu chích bỏ và lặp ký hiệu ra của bộ mã hóa đợc quy định trớc Trong mẫu chích

bỏ, '0' nghĩa là ký hiệu bị xóa còn '1' nghĩa là ký hiệu đợc cho qua Đối với mã turbo1/2 các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XY0 còn các ký hiệu

đuôi ra đối với ba chu kỳ bit còn lại sẽ là X'Y'0 Đối với mã turbo 1/3, các ký hiệu đuôi

ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XXY0 còn các ký hiệu đuôi ra đối với bachu kỳ bit đuôi còn lại sẽ là X'X'Y'0 Đối với mã turbo 1/4, các ký hiệu đuôi ra đối với

ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XXY0Y1 còn các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bitcòn lại sẽ là X'X'Y'0Y'1

Các ph ơng pháp giải mã

Tồn tại hai ph ơng pháp giải mã (hình 1.19)

SOVA( Soft Ouput Viterbi Algorithm)

= Thuật toán Viterbi đầu ra mềm Ph ơng pháp này thực hiện đánh giá theo chuỗi

MAP( Maximum A Posterior) = Cực

đại xác xuất hậu định Ph ơng pháp này thực hiện đánh giá theo ký hiệu

Sơ đồ khối bộ giải mã cho ở hình 1.20

Thuật toán đánh giá theo l ới

Thuật toán MAP

Max - log MAP

Hình 1.19 Các thuật toán giải mã

Giải đan xen

Bộ đan xen Bộ giải mã 2

Giải đan xen

Quyết định

Bộ giải mã 1

Hình 1.20 Sơ đồ khối bộ giải mã

turbo

H

ì n h

9 1 5

S

ơ

đ ồ

k h ố i

b ộ

g i

ả i

m

ã

t u r b o

Các bit thông tin

Các bit chẵn lẽ

Hình 1.21 Sơ đồ khối tổng quát của mạng TTDĐ thế hệ 3 W-CDMA

Từ hình 1.21 ta thấy mạng thông tin di động thế hệ 3 gồm hai phân mạng: mạng lõi

và mạng thâm nhập vô tuyến

Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC: Mobile Services SwitchingCenter) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN: Serving Genneral Packet RadioService Support node) Các kênh thoại và truyền số liệu chuyển mạch gói đợc kết nốivới các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch góicổng: GMSC và GGSN Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần

có thêm phần tử làm chức năng tơng tác mạng (IWF): Ngoài các trung tâm chuyểnmạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết chocác mạng di động nh: HLR, AUC và EIR

Mạng thâm nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:

 RNC : Radio Network Controller = Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò nh BSC ở các mạng thông tin di động

 NB: Node B = Nút B, đóng vai trò nh các BTS ở các mạng thông tin diđộng

RNC

VLR

SGSN MSC

PDN

EIR HLR AuC

9 1 5

S

ơ

đ ồ

k h ố i

b ộ

g i

ả i

m

ã

t u r b o

Giao diện giữa MSC và RNC là Iucs, giao diện giữa SGSN và RNC là Iups còn giao diện giữa các RNC với nhau là Iur.

1.5.2 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA

Cấu trúc phân lớp của W-CDMA đợc xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn của

UMTS đợc cho ở hình 1.22

GC : General Control = điều khiển chung

Nt : Notification = Thông báo

DC : Dedicated Control = điều khiển riêng

UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network = mạng thâm nhập vô tuyến mặt

đất theo tiêu chuẩn UMTS

UE : User Equipement = Thiết bị của ngời sử dụng

Hình 1.22 Cấu trúc phân lớp của mạng W-CDMA

Các giao thức giữa các phần tử trong mạng W-CDMA đợc chia thành hai tầng

Báo hiệu mặng phẳng C GC Nt DC Thông tin mặt phẳng U GC: Điều khiển chung Nt: Thông báo

DC: Điều khiển riêng

L2/BMC (Điều khiển quảng bá/Đa ph ơng tiện)

L2/RLC (Điều khiển đoạn đoạn VT)

Các kênh logic

L2/MAC Các kênh truyền tải L1

RLC RLC RLC

RLC RLC RLC RLC

DCP PDCP

RRC (Điều khiển tài nguyên vô tuyến)

RLC RLC RLC RLC

DCP PDCP

RRC (Điều khiển tài nguyên vô tuyến)

PDCP PDCP

BMC

RLC

L3

Giao diện vô tuyến đợc phân thành 3 lớp giao thức:

Lớp 3 và RLC đợc chia thành các hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C) và mặt phẳng ngời sử dụng (U) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U

Trong mặt phẳng C lớp 3 đợc chia thành các lớp con: “Tránh lặp” (TBD) nằm ởtầng thâm nhập nhng kết cuối ở mạng lõi ( CN: Core Network) và lớp điều khiển tàinguyên vô tuyến ( RRC: Radio Resource Control) Báo hiệu ở các lớp cao hơn(MM :Mobility Management) và (CC: Connection Management) đợc coi là ở tầngkhông thâp nhập

1.6 ứng dụng công nghệ ATM trong thông tin di động

Các thế hệ thông tin di động tơng lai sẽ kết hợp các nút chuyển mạch kênh chotiếng và chuyển mạch gói cho số liệu và chung một nút chuyển mạch sử dụng côngnghệ ATM (hình 1.24)

Ký hiệu:

 MSC: Tổng đài di động G-MSC: Tổng đài di động cổng

 PSTN: Mạng chuyển mạch số liệu gói

 ISDN: Mạng chuyển mạch đa dịch vụ liên kết

 B-ISDN: Mạng chuyển mạch đa dịch vụ liên kết băng rộng

Ngoại vi thông minh

Điều khiển dịch vụ Internet

Chuyển mạch ATM

IWF

PSTN PSDN ISDN B-ISDN

IN PLMN

Đối với kênh truyền tải RACH, MAC riêng (MAC –d) sử dụng các dịch vụ của MACchung (MAC-c) ở thiết bị của ngời sử dụng UE, MAC chuyển PDU của nó đến MAC-

c đồng cấp trong RNC trên cơ sở các dịch vụ của lớp vật lý Chức năng tơng tác (IWF)

ở nút B chuyển khung RACH nhận đợc ở lớp vật lý vào bộ phận giao thức khungRACH (RACH FP) Bộ phân giao thức khung RACH bổ xung thông tin đầu đề để đợcRACH FP PDU và truyền nó trên kết nối AAL2 (hay AAL5) Tại RNC, phần tử RACH

FP chuyển MAC-c PDU đến MAC-c

hình1.25 Giao thức truyền tải RACH trên cơ sở

Thí dụ về giao thức báo hiệu ở hệ thống cdma2000 sử dụng công nghệ ATM

đợc cho ở hình 1.26.

BHL3: Báo hiệu lớp 3; LAC: Điều khiển thâm nhập đoạn nối

MAC: Điều khiển thâm nhập môi trờng; AAL: lớp thích ứng ATM

ATM Phy: Lớp vật lý ATM; BSSAP: Phần ứng dụng BSS

SCCP: Phần điều khiển kết nối báo hiệu; MTP: Phần truyền bản tin

hình 1.26 Giao thức báo hiệu ở mặt phẳng báo hiệu cho hệ thống cdma 2000 trên cơ

AAL2

ATM

MAC-d

DTCH DCCH

CCCH

IS-634A+

SCCP MTP-3b SAAL ATM

ATMPHY

IS-634A+ IS-634A+

SCCP MTP-3b SAAL ATM ATM PHY

IS-634A+

BSSAP SCCP

LAC MAC SAAL ALL5

ATM ATM

ATM cdma2000 E1

BHL3

LAC

MAC

cdma2000

1.7 Đánh giá hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA

1.7.1 Về dung lợng

Trong hệ thống CDMA, dung lợng bị giới hạn bởi tỉ số Eb/It cho phép:

trong đó: Eb/It là tỷ số tín hiện trên tạp âm

 là hệ số nhiễu từ các ô khác

 là độ lợi nhờ phân đoạn ô

 là hệ số điều khiển công suất hoàn hảo

 là hệ số tích cực tiếng

BW là bề rộng băng trải phổ

R là tốc độ tối đa của băng tần

Eb/It đợc yêu cầu ảnh hởng bởi phơng pháp điều chế sử dụng, tỷ lệ bit lỗi BER, tốc

độ dữ liệu, suy hao đờng truyền các ảnh hởng của đa luồng và phađinh CDMA chophép phát hiện ra các thành phần đa luồng thực, và sử dụng bộ thu RAKE để tổ hợpcác tín hiệu thực tế này để thu đợc tín hiệu có Eb/It tốt hơn

Tín hiệu hớng đi sử dụng mã hóa trực giao, mã hóa này làm tăng khả năng chốnglại nhiễu Mã khối cung cấp khả năng chống lại lỗi cụm và mã xoắn sử dụng để cảithiện giá trị Eb/It và hệ số BER ổn định

1.7.2 Về chất lợng

CDMA có chất lợng thoại cao vì:

 Sử dụng bộ mã hóa thoại có tốc độ biến đổi

 Sử dụng phơng pháp chuyển vùng mềm

 Điều khiển công suất nghiêm ngặt

 Sử dụng kỹ thuật phân tập

 Khả năng phát hiện và sữa lỗi cao

 Do nguyên lý trải phổ, các tạp âm có dạng là hằng số đều đợc loại bỏ

Chơng2 Phơng pháp quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 cdma2000

1 max

t b

b

I E

G M

từ 1x lên 3x, cải tiến vocoder trong sơ đồ điều chế; yêu cầu có thêm các node dịch vụdữ liệu gói và nhận thực trao đổi thanh toán (AAA).

Triển khai hệ thống cdma2000 đợc thực hiện qua hai giai đoạn: Giai đoạn đầu là cdma2000_1x và giai đoạn hai là phát triển từ 1x lên 3x

Đối với cdma2000_1x có một vài thế hệ:

+ cdma2000-1x hiện đã đợc triển khai

+ cdma2000-1xEV_DO: chỉ cho dữ liệu gói và sẽ đợc triển khai vào năm 2002.+ cdma2000-1xEV_DV: cho dịch vụ gói và thoại

Hệ thống cdma2000-3x có thể đợc triển khai trồng lấn lên hệ thống 1x Để đạt đợc

sự trồng lấn này, đờng lên 3x chia dữ liệu vào 3 sóng mang, mỗi sóng mang trải phổtốc độ 1.2288 Mcps và đợc gọi là hệ thống đa sóng mang MC Đờng xuống 3x sửdụng tổng số 3 sóng mang 1x và đợc kết hợp thành sóng mang trải phổ 3.6864 Mcps.Tốc độ số liệu dự kiến cho 1x, 1xEV-DO đợc cho ở bảng

144 Mbps

144 Mbps

144 Mbps

Bảng 2.2 Tốc độ số liệu cực đại 1xEV-DO

Tính toán lu lợng đợc thực hiện theo hai phơng pháp: phơng pháp dự báo và phơng pháp pháthiện phơng pháp dự báo bao gồm việc phân tích chi tiết lu lợng thoại hiện có, tỷ suất chiếm và

độ rộng băng tần cho từng thuê bao dựa trên công tác tiếp thị cũng nh kết quả phát triển thuê

bao Sau đó phân tích các nhu cầu trên cho các vùng hoặc cho các BTS tơng ứng để đạt đợc khốilợmg lu lợng dự báo Tiếp theo là chi tiết hóa ở mức các phần tử kênh, các sơ đồ triển khai1x/DO v.v Phơng pháp thứ hai là phơng pháp phát hiện ở phơng pháp này kênh 1x thay chokênh F1 hoặc F2 hiện có ở đây ta xác định số lợng MS có khả năng cdma2000 1x sau đó tanhân chúng với 70 kbps Ta có thể coi rằng mọi MS khởi đầu hoạt động ở giờ cao điểm và đánhgiá khối lợng lu lợng ở các BTS tham gia có nâng cấp đến cdma2000.

2.2.1 Dự báo số thêu bao

Đối với thị trờng cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao Lý tởng có thể chia việc

đánh giá cho từng tháng để có thể thấy đợc xu thế phát triển của thuê bao Điều này là cần thiếtkhi quy hoạch ta cần dự phòng tơng lai Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cũng cần

dự báo cho từng loại thuê bao liên quan liên quan đến từng loại dịch vụ Chẳng hạn nhà khai thácmạng có thể chọn cung cấp tổ hợp dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, hoặc tiếng và số liệu, hoặc chỉ

số liệu Ngoài ra các dịch vụ số liệu cũng có thể đợc chia thành các dịch vụ và các loại thiết bịkhác nhau

2.2.2 Dự báo sử dụng lu lợng tiếng

Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm đánh giá khối lợng lu lợng tiếng do ngời sửdụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra Lý tởng cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho từngtháng Dữ liệu tiếng phải bao gồm phân bố lu lợng: từ MS đến cố định, từ MS tới MS

và từ MS tới email Đối với từ MS đến cố định cần phân thành: số % nội hạt và đ ờngdài Lý tởng thông tin dữ liệu về ngời sử dụng tiếng phải bao gồm số cuộc gọi trên mộtthuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian chiếm giữ trung bình (MHT) trên cuộcgọi

2.2.3 Dự báo sử dụng lu lợng số liệu

Nh đã nói ở trên, ta cần phân loại các ngời sử dụng dịch vụ số liệu gói và dự báocho từng kiểu ngời sử dụng cũng nh khối lợng thông lợng số liệu Ta cũng cần dự báokhi nào thì thông lợng bắt đầu và kết thúc Để minh hoạ ta xét thí dụ sau Giả sử mộtngời sử dụng có dịch vụ trình duyệt Wed cộng với e-mail do ngời khai thác cung cấp.Khi này một khối lợng lu lợng đợc kết cuối tại e-mail Server trong mạng của ngời khaithác, còn một khối lợng lu lợng khác sẽ đợc kết cuối gửi đến và nhận về từ mạngInternet Định cỡ giao diện với hệ thống e-mail và với Internet sẽ phụ thuộc vào khối l-ợng lu lợng liên quan đến dịch vụ này Ngoài ra hệ thống e-mail cũng cần định kích cỡ

để đáp ứng yêu cầu cho tổng số ngời sử dụng, tổng bộ nhớ lu trữ và tổng lu lợng vào ra

Đối với từng kiểu ngời sử dụng và dịch vụ ta cần thực hiện phân tích tơng tự để xác

định sự sử dụng trong giờ cao điểm nớc ta trong những năm gần đây nhu cầu lu lợngthoại tăng ổn định còn nhu cầu về lu lợng gói tăng lên nhanh

2.3 Thiết kế vô tuyến cho mạng tổ ong/PCS

Ngời thiết kế cần xem xét nhiều nhân tố khi thiết kế mạng tổ ong/PCS cho vùngthành phố Chẳng hạn mức độ phủ sóng cho các vị trí trong nhà, chất lợng dịch vụ chocác môi trờng khác nhau, sử dụng hiệu quả phổ tần và phát triển mạng là các nhân tốquan trọng cần đợc các nhà khai thác dịch vụ tơng lai đánh giá kỹ lỡng Thông thờngcác yếu tố này lại trở nên phức tạp hơn do các hạn chế tạo ra bởi môi trờng khai thác và

các quy định luật pháp Nhà thiết kế phải cân đối kỹ lỡng tất cả các vấn đề trên để đảmbảo rằng mạng bền vững, chịu đợc tơng lai và có chất lợng dịch vụ cao.

2.4 Quy hoạch mạng vô tuyến

Đánh giá cấp bậc phục vụ ( GOS : Grade of Service ) bao gồm xác xuất phủ sóngvùng và chặn Xác xuất phủ sóng của vùng liên quan đến chất lợng quy hoạch mạng vàdung lợng mạng Chặn đợc xây dựng trên cơ sở các tài nguyên hiện có Ta có thể xác

định xác xuất phủ sóng của vùng bằng ngừng (OUTAGE) Ngừng xẩy ra khi mạngkhông thể cung cấp chất lợng dịch vụ quy định Nếu hệ thống có phủ sóng giới hạn, cóthể định nghĩa ngừng nh là xác xuất khi tổn hao đờng truyền và che tối vợt quá hiệu sốgiữa mức công suất phát cực đại và mức thu tín hiệu yêu cầu Các chỉ tiêu chất lợng vàdịch vụ đòi hỏi sự cân nhắc giữa chất lợng và tổng giá thành mạng Xác xuất ngngcàng thấp có nghĩa là ô càng nhỏ và vì thế giá thành mạng càng cao; xác xuất ngừng donhiễu càng nhỏ có nghĩa là dung lợng càng thấp và giá thành càng cao Xác xuất ngng

từ 5 – 10% tơng ứng với xác xuất phủ sóng 90-95% thờng đợc sử dụng Xác xuất phủsóng có thể khác nhau đối với các dịch vụ khác nhau

Rất nhiều yếu tố tham gia vào quá trình quy hoạch mạng Quy hoạch mạng phải xét đến các vấn đề nh phân bố lu lợng, triển khai ô vi mô và vĩ mô, đảm bảo phủ sóng trong nhà và tốc độ bit cao, bố trí các ô, giá thành đài trạm, các vấn đề liên quan đến môi trờng nh vẻ ngoài của tháp anten

2.5 Thiết kế đờng truyền vô tuyến

Đối với mọi hệ thống thông tin vô tuyến, bớc quan trọng đầu tiên là thiết kế đờngtruyền vô tuyến Điều này cần thiết để xác định mật độ trạm gốc ở các môi trờng khácnhau cũng nh vùng phủ tơng ứng Đối với hệ thống thông tin di động cần cung cấp dịch

vụ chất lợng tốt trong nhà và ngoài trời, cần kết hợp tính mềm dẻo và linh hoạt trongthiết kế Công suất phát của các máy cầm tay sẽ là yếu tố quyết định cho một hệ thốngCDMA với công suất đờng lên/ đờng xuống

Mặc dù có hệ số khuyếch đại anten không ảnh hởng quá trình cân bằng quỷ đờngtruyền, nhng nó là một nhân tố quan trọng khi thiết kế quỹ công suất cho vùng phủ Từquan điểm của ngời sử dụng, mạng tổ ong/PCS phải hàm ý rằng có một hạn chế nhỏcho việc phát hay thu cuộc gọi trong nhà hay ô tô Một hệ thống phải đợc thiết kế đểanten của máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không tối u Ngoài ra thậm chí có thể khôngcần rút anten khi thu hoặc phát cuộc gọi ở các thiết kế hệ thống thông thờng hệ sốkhuyếch đại anten đợc coi bằng 0 dBi Tuy nhiên để anten máy cầm tay có thể đặt ở vịtrí không đợc tối u lắm, cần sử dụng hệ số khuyếch đại hợp lý hơn : -3dBi Trong thực

tế do đặt anten ở vị trí bất kỳ hay với anten thụt vào trong máy cầm tay nên có thể chophép hệ số –6 đến –8dBi phụ thuộc vào từng máy cầm tay và thiết kế vỏ máy

2.6 ớc tính thông số ô

Số ngời sử dụng và tải lu lợng phục vụ trên ngời sử dụng đợc sử dụng để xác địnhtổng tải lu lợng Biết dung lợng ô và phủ sóng của ô, có thể thực hiện đánh giá số ô

Dung lợng ô đợc xác định bằng các mô phỏng và các công thức giải tích Tốc độthông tin của ngời sử dụng, các yêu cấu chất lợng phục vụ, QoS ( trễ, BER/FER) vàxác xuất ngừng là các yếu tố quan trọng để xác định dung lợng hệ thống.

Quỹ đờng truyền đợc sử dụng để xác định vùng phủ cực đại của ô Ngoài Eb/It cácyếu tố đặc thù thiết bị nh tổn hao cáp, hệ số khuyếch đại anten và hệ số tạp âm máy thucũng là các yếu tố cần thiết để tính toán quỹ đờng truyền

Độ lợi chuyển giao mềm có ảnh hởng lớn lên quỹ đờng truyền Độ lợi chuyển giaomềm phụ thuộc vào tơng quan che tối và xác xuất phủ sóng Chuyển giao mềm đảmbảo độ lợi phân tập vĩ mô nhờ tăng khả năng phân tập Độ lợi thực tế phụ thuộc vàomôi trờng vô tuyến và số ngón của máy thu RAKE Vì mỗi môi trờng vô tuyến có đặctính riêng, nên để dự báo vùng phủ sóng chi tiết, cần có một số thừa số hiệu chỉnh chocác mô hình tổn hao đờng truyền

Đối với đờng lên, ảnh hởng của thừa số tải  lên quỹ đờng truyền với dự trữ nhiễu

Im(dB) có thể xác dịnh từ biểu thức:

Vì dự trữ nhiễu tăng cùng với  nên vùng phủ của ô sẽ giảm cùng với sự tăng củathừa số tải Khi tính toán quỹ năng lợng đờng truyền cần tính tải lu lợng không đốixứng CDMA có thể giảm dung lợng đờng lên để đợc vùng phủ

Sau khi nhận đợc các thông số ô cần bắt đầu quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến sốbằng cách xét đến môi trờng chính xác nơi sẽ đặt ô Do giá thành các đài trạm, các yêucầu phân vùng, các hạn chế của toà nhà và các lý do khác, có thể không đạt đợc các đàitrạm tối u trong mạng thực tế Điều này có thể ảnh hởng đến kế hoạch phủ sóng ban

đầu Để quy hoạch mạng chi tiết, cần sử dụng công cụ phần mềm quy hoạch mạng.Phần mềm quy hoạch mạng có bản đồ dân số của vùng định quy hoạch Chiều cao cáctoà nhà và búp sóng anten cũng đợc mô hình hoá Quá trình tối u vùng phủ mạng vôtuyến bao gồm:

 Mô tả chi tiết môi trờng vô tuyến

 Quy hoạch công suất kênh điều khiển

 Quy hoạch các thông số chuyển giao mềm

 Quy hoạch chuyển giao giữa các tần số

đất, cây cối và các toà nhà Độ chính xác này có tầm quan trọng sống còn để xác địnhtổn hao đờng truyền và từ đó kích thớc ô, yêu cầu hạ tầng của mạng tổ ong/PCS Đánh

m

giá thái quá dẫn đến sử dụng không hiệu quả các tài nguyên mạng, còn đánh giá thấpdẫn đến phủ vô tuyến kém Thông thờng các mô hình truyền sóng có xu hớng quá đơngiản hoá các điều kiện truyền sóng thực tế và có thể thiếu chính xác ở điều kiện thànhphố phức tạp Các mô hình truyền sóng thực nghiệm chỉ có tính chất hớng dẫn chung

mà thôi, chúng quá bị đơn giản hoá cho một thiết kế chính xác Để có đợc thông tin vềvùng phủ sóng vô tuyến trong môi trờng thành phố cần thực hiện các phép đo hiện tr-ờng chính xác Các số liệu đo phải sử dụng hoặc trực tiếp trong quá trình quy hoạch để

đạt đợc tính khả thi của từng trạm hoặc gián tiếp để hiệu chỉnh các hệ số của mô hìnhtruyền sóng thực nghiệm nhằm thể hiện đặc trng môi trờng cụ thể tốt hơn

Truyền sóng ở môi trờng thành phố bị hiện tợng che tối Để đảm bảo rằng 90%diện tích ô bằng hoặc lớn hơn ngỡng quy định, cần đa vào quỹ đờng truyền dự trữ pha

đinh che tối ( phụ thuộc vào lệch tiêu chuẩn của mức tín hiệu ) Đối với môi trờngthành phố điển hình, cần sử dụng dự trữ pha đanh che tối bằng 8-9dB trên cơ sở coirằng tổn hao đờng truyền tuân theo hàm mũ 2-5 đảo, nghĩa là tổn hao đờng truyền tỷ lệnghịch khi khoảng cách tăng theo mũ 2-5 Giá trị công suất phụ thuộc vào các đặc trngtruyền sóng

Một nhân tố quan trọng khác ảnh hởng lên vùng phủ vô tuyến là tổn hao thâm nhậpsóng vào toà nhà và ô tô Nếu vùng phủ phần ngoài toà nhà đủ, thì cần coi rằng tổn haothâm nhập là 10-15dB Tuy nhiên để đảm bảo khởi xớng và thu cuộc gọi ở giữa các toànhà cần sử dụng tổn hao thâm nhập 30dB Tơng tự đối với phủ sóng trong ô tô tổn haothâm nhập cũng rất quan trọng Ô tô con sẽ bị tổn hao thâm nhập 3-6dB, trong khi đócác xe tải, xe Bus có tổn hao này lớn hơn Tổn hao thâm nhập ở đầu xe tải không lớnhơn ở xe con nhng tổn hao phía sau có thể tới 10-12dB phụ thuộc vào không gian cửa

sổ Nh vậy đối với các mục đích thiết kế, cần cho phép tổn hao thâm nhập cao để đảmbảo chất lợng phục vụ tốt Đối với môi trờng thành phố, tổn hao thâm nhập toà nhà lànhân tố quan trọng nhất, vì thế thâm nhập ô tô sẽ đủ

Các mô hình truyền sóng đợc sử dụng để xác định số lợng BS cần để đảm bảo cácyêu cầu phủ sóng cho mạng Thiết kế ban đầu thờng đợc thực hiện cho vùng phủ Pháttriển tiếp theo của thiết kế mạng là tính toán dung lợng Một số hệ thống có thể cầnkhởi đầu với vùng phủ rộng và dung lợng cao, nên có thể khởi đầu giai đoạn phát triểnsau

Yêu cầu vùng phủ đi cùng với các yêu cầu về tải lu lợng, chúng dựa trên mô hìnhtruyền sóng đợc chọn để xác định phân bố lu lợng hay chuyển tải từ một BS sang các

BS khác trong chơng trình giảm nhẹ dung lợng Mô hình truyền sóng hỗ trợ việc xác

định vị trí đặt các BS để đạt đợc vị trí tối u trong mạng Nếu mô hình truyền sóng đợc

sử dụng không hiệu quả để hỗ trợ cho việc đặt trạm đúng, thì xác xuất triển khai sai BStrong mạng sẽ cao

Chất lợng của mạng bị tác động của mô hình truyền sóng đợc chọn, vì mô hìnhnày đợc chọn để dự đoán nhiễu Thí dụ, nếu mô hình truyền sóng không chính xác 6dB

và nếu coi rằng yêu cầu thiết kế Eb/N0 =7dB, thì E0/N0 có thể là 13dB hoặc 1dB Theo

tình trạng tải lu lợng thì thiết kế mức Eb/N0 cao có thể ảnh hởng xấu đến khả thi tàichính Ngợc lại việc thiết kế mức Eb/N0 thấp sẽ làm cho giảm chất lợng dịch vụ.

Mô hình truyền sóng cũng đợc sử dụng ở các khía cạnh hoạt động khác của hệthống nh: tối u hoá chuyển giao, điều chỉnh mức công suất và định vị anten Mặc dùkhông có mô hình truyền sóng nào thể hiện đợc tất cả nhiễu xẫy ra ở môi trờng thực

tế, nhng việc sử dụng một hoặc nhiều mô hình truyền sóng để xác định tổn hao đờngtruyền là điều cần thiết Mỗi mô hình đợc sử dụng đều có u khuyết Chỉ có sự hiểu biếttốt nhất các hạn chế của mô hình mới có thể đạt đợc thiết kế vô tuyến tốt

2.8 Suy hao đờng truyền

2.8.1 Mở đầu

ở thông tin vô tuyến đến điểm do anten đặt cao, nên suy hao đờng truyền tỷ lệnghịch với bình phơng khoảng R cách giữa anten thu và phát (R2) ở thông tin di độnganten MS gần mặt đất (khoảng 1,5m) nên suy hao tỷ lệ với luỹ thừa n khoảng cách giữaanten thu và phát (Rn) trong đó n>2 Để tính toán suy hao đờng truyền ngời ta lập cácmô hình truyền sóng khác nhau Do đặc điểm truyền sóng không ổn định, nên các môhình này đều mang tính thực nghiệm Dới đây là một số mô hình truyền sóng thờng đ-

ợc sử dụng để tính toán suy hao đờng truyền

đã chứng minh rằng giá trị này có thể áp dụng cho nhiều môi trờng truyền sóng gồm cảthành phố lẫn nông thôn

2.8.1.2 Các mô hình thực nghiệm

Một số mô hình nghiệm đã đợc đề xuất và đợc sử dụng để dự đoán các tổn haotruyền sóng Ta xét hai mô hình đợc sử dụng rộng rãi: Mô hình Hata -Okumura vàWalfisch - Ikegami

Đối với thành phố nhỏ và trung bình:

a(hm)= (1,1lgfc-0,7)hm-(1,56lgfc-0,8) dB (2.4)

Đối với thành phố lớn:

a(hm) =8,29(lg1,54hm)2-1,1 dB, fc 200 MHz (2.5) hay

a(hm)= 3,2 (lg11,75hm)2- 4,79 dB fc 400 MHz (2.6) Vùng ngoại ô:

fc

dB (2.7)Vùng nông thôn (thông thoáng):

LP = LP (thành phố) - 4,78(lgfc)2+18,33 (lgfc)-40,49 dB (2.8)

Mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đờng truyền cụ thể đợc sử dụngtrong mô hình Okumara Mô hình Okumara có khuynh hớng trung bình hoá một sốtình trạng cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi nhanh của mặt cắt đờngtruyền vô tuyến Thể hiện phụ thuộc vào khoảng cách của mô hình Okumara phù hợpvới các giá trị đo các phép đo của Okumara chỉ đúng các kiểu toàn nhà ở Tokyo.Kinh nghiệm đo đạc tơng tự ở Mỹ cho thấy rằng tình trạng ngoại ô điển hình ở Mỹ th-ờng ở một vị trí nào đó giữa các vùng nông thôn và các vùng thành thị Định nghĩaOkumara có tính thể hiện tốt hơn đối với từng gia đình thành phố với các nhóm nhàxếp thành hàng Mô hình Okumara yêu cầu thực hiện đánh giá thiết kế khá lớn, đặcbiệt khi chọn lựa các yếu tố môi trờng phù hợp cần có các dữ liệu để có khả năng dự

đoán các nhân tố môi trờng trên cơ sở tính chất vật lý của các toà nhà xung quanh máythu di động Ngoài các nhân tố về môi trờng phù hợp cần thực hiện hiệu chỉnh theo đ-ờng truyền cụ thể để biến đổi dự toán tổn hao đờng truyền trung bình của Okumara và

dự đoán cho đờng truyền cụ thể đợc khảo sát Các kỹ thuật Okumara để hiệu chỉnh mặt

đất bất thờng và các đặc điểm khác của đờng truyền cụ thể đòi hỏi các diễn giải thiết

kế và vì thế không phù hợp cho việc sử dụng máy tính

Đối với PCS làm việc ở tần số 1500-2000 LP Sử dụng ô micro (tầm phủ 0,5 - 1km)

đợc tính theo mô hình COST 231- Hata khi anten cao hơn nóc nhà nh sau:

mái nhà - phố và tổn hao tán xạ (hình 2.1) và tổn hao do nhiều vật chắn Các biểu thức

sử dụng cho mô hình này nh sau:

LP= Lf+Lrts +Lms dB (2.10)

Hay

LP=Lf khi Lrts + Lms 0 (2.11)

trong đó: Lf= tổn hao không gian tự do

Lrts= nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ

b Trạm

h r

hb

h b

R 0

Toà nhà Toà nhà

Toà nhà Toà nhà

Trạm di động

Hình 2.1 Mô hình truyền sóng φ