Phân chia tài nguyên tần số cho truy cập gói ứng dụng trong dịch vụ Internet tế bào : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 2 07 00

Tinh trạng phát triển các mạng di động thế hệ thứ hai2G quá nhiều phát sinh ra một loạt các vấn để cần phải giải quyết như phân bổ tần số bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp và không kinh

L u â n v ă n c a o h o c P h â n c h i a t à i n g u y ê n t ẩ n s ố

MỤC LỤC

C H Ư Ơ N G I :C Á C V Ấ N Đ Ể c ơ B Ả N V Ể s ử D Ụ N G T Ẩ N s ố T R O N G C Á C H Ệ

T H Ố N G T H Ô N G T I N D I Đ Ộ N G ! ! 6

1 V À I N É T L ỊC H s ử 6

2 C Á C K Ỹ T H U Ậ T C ơ B Ả N S Ử D Ụ N G T A N s ố T R O N G T H Ô N G T IN D I Đ Ộ N G : 9

2.1 Đ a truy c ậ p : 9

2 2 C ác hệ báng hẹp : 9

2 3 C ác h ệ b ăng r ộ n g : 10

2 4 Đ a truy cập phân th eo tần s ố (F D M A ): 10

2 5 Đ a truy cập phân th eo thời g ian ( T D M A ) 13

2 6 K ỹ thuật đa truy nhập phân ch ia th eo m ã C D M A 16

2 6 1 N g u y ê n lý của v iệ c truyền dẫn tín h iệu c ó tố c đ ộ thay đ ổ i 19

2 6 2 M ột s ố d ặc đ iể m của C D M A : 2 0 2 7 S o sánh C D M A với F D M A và T D M A : 21

C H Ư Ơ N G II: S Ử D Ụ N G T Ầ N s ố T R O N G H Ệ T H Ố N G G S M V À C Ỉ P R S 25

1 H Ệ T H Ố N G G S M 2 5 1 i G iớ i th iệu vồ h ệ th ố n g G S M 25

1.2 C á c đ ặ c tính củ a m ạn g th ôn g tin di đ ộ n g G S M 25

1.3 C á c d ịc h vụ củ a mạng G S M 2 6 1.3.1 D ịch vụ th o ạ i 2 6 1 3 2 C á c d ịc h vụ s ố l i ệ u 27

1.4 Cấu trúc m ạ n g G S M 2 8 C ác thành phần của m ạ n g G S M 2 8 1 4 1 T rạm di đ ộ n g M S 2 9 1 4 2 Phân h ệ v ô tu ỵến B S S 2 9 1.4 3 Phân hệ c h u y ể n m ạ ch N S S 3 0 1.5 T ổ ch ứ c cá c k ên h trên g ia o d iệ n v ô tu y ế n 3 0 1.5.1 C ác p hư ơ ng pháp đa truy n h ậ p : 3 0 1 5 2 K hái n iệm k ê n h : 31

1 5 2 1 K ên h vật lý : 31

1 5 2 2 K ên h lo g ic : 31

1.6 P h ổ tần s ố tron g G S M 31

2 D ỊC H V Ụ G P R S 35

2.1 G iới th iệu d ịch vụ G P R S : 35

2 2 C ác d ịch vụ trong m ạ n g G P R S 3 6 2 2 1 D ịc h vụ Đ iể m Đ iể m (P T P ) 3 6 2 2 2 D ịch vụ Đ iể m - Đ a đ iể m (P T M ) 37

2 4 Cấu trúc m ạ n g G P R S x â y dự ng trên c ơ s ở m ạn g G S M 38

2.5 Cấp phát kênh trong G P R S 39

2 5 1 K ênh l o g i c : 3 9 2 5 2 Sắp x ếp c á c k ên h lo g ic trên các kênh vật l ý : 4 0 2 5 3 Cấp phát n gu ồ n tài n g u y ê n : 41

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 1

L u á n v ã n c a o h o e P h â n c h i a t ả i n s u y ê n tầ n s ố

2 6 T ruyền gó i trong G PR S : 42

2.6 1 T ru yền gói bắt đầu từ m o b ile: 42

2 6 2 T ruyền g ó i hướng lê n : 43

2 6 2 1 Cấp phát đ ộ n g : 43

2 6 2 2 G iải p hón g nguồn tài n g u y ê n : 43

2 6 2 3 Cấp phát tĩn h : 45

2 6 3 T ruyền gói hướng x u ố n g : 45

2 6 3 1 Packet P a g in g : 45

2 6 3 2 T ruyền gói dữ liệ u : 46

2 6 3 3 G iải p hón g n guồn tài n g u y ê n : 48

2 6 3 4 T ruyền gó i hướng lẽn và hướng x u ố n g đồne, th ờ i: 48

2.7 G PR S Inter - w o rk in g : 48

2 7 1 T ương tác với IP: 48

2 7 2 Truy cập m ạng Intranet, Internet hoặc ISP qua G P R S : 48

2.8 M ột s ố tham s ố đánh giá chất lượng d ịch vụ G P R S 4 9 2.8.1 Đ ộ ưu tiên d ịch v ụ 4 9 2 8 2 Đ ọ tin c ậ y -R e lia b ility 50

2 8 3 Trễ- D e la y 51

B ản g2.2: Phân lớp tr ễ 51

2 8 4 T h ô n g lư ợng- T h ou gh p u t 51

2 9 C ác phương án phân chia dung lư ợ n g 52

2 9 1 Phương án 1 53

2 9 2 Phương án 2 53

2 9 3 Phương án 3 54

3 K Ế T L U Ậ N : 54

C H Ư Ơ N G III: P H Â N C H I A T À I N G U Y Ê N T Ẩ N s ố C H O T R U Y C Ậ P G Ó I Ú N G D Ụ N G T R O N G D ỊC H v ụ I N T E R N E T T Ế B À O 57

1 LÒI GIỚI T IIIỆ U : 57

2 A C IS M A C : 61

2.1 T huật loan D P A đ ư òng x u ố n g : 62

2.2 D P A sử d ụn g sự nhạy g ia o thoa và cấp đ ộ ưu tiôn 65

2.3 Thực h iện D P A dựa và o m ô hình thoại g ó i : 66

3 K H U N G D P A X Ế P C H É O : 73

3.1 H oạt đ ộ n g của khung xếp ch éo D P A : 75

3 2 M ô hình lưu lượng ch o các dịch vụ dữ liệu W eb : 76

3.3 M ột số kết q u ả : 78

4 C Á C K ẾT L U Ậ N : 84

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 2

L u â n v ặ n c a o h ọ c P h â n c h i a t à i n g u y ê n tầ n s ố

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành bản luận văn này, tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn

và giúp đỡ nhiệt tình của TS Trinh Anh Vũ, người đã khuyến khích, hỗ trợ ý tưởng lựa chọn đề tài: Phân chia tài nguyên tần số cho truy cập gói ứng dụng trong dịch vụ Internet tế bào người đã hướng dẫn tác giả viết luận văn này Ý tường ban đầu để chọn đề tài xuất phát từ những kiến thức được học qua môn thông tin di động do TS Trịnh Anh Vũ giảng dạy trong chương trình cao học.

Cuối cùng, tác giả xin được chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè những người đã góp phần dạy dỗ, đào tạo và hết lòng hỗ trợ để tác giá có thể hoàn thành luận văn này.

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ diện tử viỗn thông Trang 3

L u â n v ă n c a o h o e P h â n c h i a t à i n g u y ê n tổ n s ố

MỞ ĐẦU

Từ khi ra đời, mạng thông tin di động GSM đã góp phần đáng kê trong việc thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của thị trường thông tin di động thế giới Nhưng cũng như các công Iighệ khác, sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động thế hệ 2 bắt đầu bộc

lộ những khiếm khuyết của nó khi nhu cầu dịch vụ truyển dữ liệu và các dịch vụ bàng rộng ngày càng trở nên cấp thiết Tinh trạng phát triển các mạng di động thế hệ thứ hai(2G) quá nhiều phát sinh ra một loạt các vấn để cần phải giải quyết như phân bổ tần

số bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp và không kinh tế, chất lượng chưa đạt được mức của điện thoại cố định □Những nhược điểm cơ bản của hệ thống GSM là chuyển mạch kênh không thích ứng được với các tốc độ số liệu cao, và sự lãng phí tài nguyên do một kênh luôn luôn ở trạng thái mờ ngay cả khi không có lưu lượng đi qua Sự phát triển cíia mạng Internet cũng đòi hỏi khá năng hỗ trợ truy cập Internet và thực hiện thương mại điện tử di động Trước tình hình này, việc chuyển sang sử dụng hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ 3 là quá trình tất yếu Tuy nhiêu, cho đến nay, chưa có các tiêu chuẩn chung thống nhất cho thông tin di đông thế hệ thứ ba, hơn nữa, việc chuyển đổi trực tiếp đòi hỏi chi phí đầu tư quá lớn cần có một giải pháp quá độ có thể chấp nhận được cà từ phía nhà sản xuất, nhà khai thác và khách hàng.

Công nghệ dịch vụ gói chung GPRS GPRS có thể khắc phục được các nhược điểm chính của mạng GSM đồng thời cho phép sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM Trong mạng GPRS, tài nguyên vô tuyến được sử dụng hiệu quả hơn do kênh truyền chỉ phải phục vụ khi thực sự có dữ liệu cần phát hoặc thu.Tốc độ tối đa có thê đạt được theo lý thuyết là 17l,2kb/s với điều kiện sử dụng cả 8 khe thời gian và không sửa lỗi.

Tính phổ biến của trang Web làm tăng thèm sự thâm nhập thị trường Đã đến lúc cần xem xét một cách tổng hợp mạng không dây, mặc dù dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GPRS) trong hệ thống GSM có thể cung cấp tối đa khoảng 171Kb/s sử dụng công nghệ

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lứp công nghệ điện tử viễn thông Trang 4

> Xử lý động với lưu lượng khác nhau

> Tái sử dụng phố tần hạn chế một cách hiệu quả ở tốc độ đình cao và chất lượng tốt.

Luận văn này nghiên cứu mô hình thuật toán đáp ứng được cả hai yêu cầu trên, các kết quả mô phỏng đã chúng tỏ được các ưu điểm của mô hình này.

Kết cấu luận văn gồm 3 chương

Chương 1 : Các vấn đề cơ bản về sử đụng tần số trong các hệ thông thông tin di động.

Chương 2: Sử dụng tần số trong hê thống GSM và GPRS

Chương 3: Phùn chia tài nguyên tần số cho truy cập gói ứng dụng trong dịch vụ Internet tế bào.

Nguyễn Thị Thu Huyển - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 5

L n â n v ă n c a o h o e P h â n c h i a tà i n g u y ê n tấ n s ố

CHƯƠNG I:CÁC VÂN ĐỂ c ơ BẢN VỂ s ử DỤNG TAN

SỐ TRONG CÁC HỆ T H ốN G THÔNG TIN DI ĐỘNG

1 VÀI NÉT LỊCH sử:

Thông tin vô tuyến luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các kỹ thuật tinh vi, bởi vẠy quá trình phát triển của I1Ó luôn theo sát sự tiến bộ của công nghệ điện tứ Ý tưởng về sự liên lạc tức thời không quan tâm đến khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài người, và giấc mơ đó đang ngày cànẹ trở thành hiện thực với sự giúp đỡ của kỹ thuật Sự thực hiện sóng vô tuyến vào trong thông tin diễn ra đầu tiên vào cuối thế kỷ 19 và được dùng trong điện báo vô tuyến Kể từ đó, 11Ó trở thành một công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin quân đội ứng đụng dùng trong thông tin công cộngđầu tiên là thông tin quảng bá (âm thanh và sau đó là hình ảnh): nó đơn giản hơn rất nhiều so với điện thoại vô tuyến và là thông tin một chiều Sự bùng Iió thật sự trong thông tin vô tuyến công cộng hai chiều diễn ra ngay sau chiến tranh Thế giới thứ 2, khi mà việc sử dụng điều chế tần số và các công nghệ điện

tử đã cho phép thực hiện dịch vụ điện thoại lắp đặt trên ô tô Dịch vụ điện thoại di động đầu tiên được chính thức ra đời ở St Louis (Missouri, USA) năm 1946 Châu Âu đang khôi phục lại sau chiến tranh cũng tiếp bước vài năm sau.

Mạng điện thoại di động đầu tiên được hoạt động một cách thủ công (cần phải

có sự can thiệp của nhâu viên trực để nối cuộc gọi vào mạng cố định) còn thiết bị thì nặng, cổng kềnh và rất đắt Vùng phục vụ bị giới hạn trong vùng phủ sóng của một trạm phát và thu (toàn bộ hệ thống chỉ có một cell) Có rất ít phổ tần số dành cho loại dich vụ này vì còn phải ưu tiên cấp phát cho quân đôi và phát thanh quảng bá Kết quả

là dung lượng của hệ thống thấp và nhanh chóng bão hoà mặc dù chi phí cho thiết bị đầu cuối cao đã ngăn cản một số lượng khách hàng lớn.

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 6

L u â n v ă n c a o h o e P h â n c h i a t à i n g u y ê n t ầ n s ố

Từ năm 1950 đến 1980, hệ thống vô tuyến di động phát triển thành hệ thống tự động và chi phí giảm do sự ra đời của công nghệ bán dẫn Dung lượng của hệ thống có tăng lên nhưng vẫn quá nhỏ so với nhu cầu.

Trong những năm 70, sự tích hợp các thiết bị điện tử với phạm vi lớn và sự phát triển của bộ vi sử lý đã cho phép thực hiện các hệ thống phức tạp hơn Do vùng phủ sóng của một anten vị giới hạn chủ yếu bởi công suất phát của máy di động, người ta nghĩ ra cách thêm vào hệ thống rất nhiều trạm thu trong khi vẫn duy trì một trạm phát Điều này cho phép vùng phủ sóng chiếm diệu tích lớn gấp nhiều lần Nhưng bước đột phá thực sự chính là sự ra đời của hệ thống cellular, nơi mà số trạm phát cũng nhu thu

là rất nhiều và diện tích vùng phủ sóng của nó có một phần trùng lên nhau.

Thay cho việc tìm cách tăng công suất phát hệ thống cellular dựa trên khái niệm

sử đụng lại tần số, do đó cùng một tần số phát sẽ sử dụng ở nhiều cell có khoảng cách

đủ xa do vậy dung lượng của hệ thống tăng lên đáng kể và độ phức tạp cũng tăng lên cả với mạng cũng như vói máy di động lức này phải có khả năng lựa chọn một trạm thu phát trong số các trạm thu phát xung quanh nó Chi phí cơ sở hạ tầng cũng tăng do số trạm thu , phát tăng.

Khái niệm cellular được đưa ra bởi Bell Labs và được nghiên cứu ở nhiều noi khác nhau trên thế giới trong những năm 70 Ở Mỹ, hệ thống cellular đầu tiên AMPS (Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến) đã được đưa vào hoạt động vào năm 1979

ở Chicago Sau đó ở Bắc Âu, cơ quan quản lý viễn thông cùng với một số nhà sản xuất

đã sáng lập ra hệ thống NMT (hệ thống điện thoại di động Bắc Âu) với mục tiêu là phủ sóng vùng Scandinavian Hệ thống bắt đầu hoạt động ở Thuỵ Điển tháng 9/1981 và sau

đó ở Na Uy, Đan Mạch và Phần Lan Tiếp đó, các mạng khác dựa trên đặc điểm kỹ thuật của 2 mạng này đã lần lượt ra đời Lấy ví dụ mạng TACS (hệ thống cellular truy cập toàn bộ), bắt nguồn từ AMPS được đưa vào phục vụ ở Anh năm 1985.

Tất cả các hệ thống cellular này đều đựa trên sự truyền dẫn tiếng nói tương tự với phương thức điều chế tần số Chúng đều sử dụng dải tần 450 MHz hoặc 900 MHz Vùng phủ sóng thường bao trùm cả nươc và dung lượng có thể lên tới vài trăm ngàn

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 7

1988 mới ra đời máy điện thoại cầm tay chưa đủ nhỏ để cho vào túi Iihưng gọn đến mức có thể cho vào cặp xách Vào năm 1990, thiết bị đầu cuối nhỏ nhất trên thị trường

có trọng lượng nhỏ hơn 400gr và có thể bỏ túi.

Kể từ sau Iihững năm 80, mặc dù vẫn hoạt động thành công nhưng các hệ thống analog ở Châu Âu bắt đầu bộc lộ các hạn chế của nó Trước hết là nhu cầu sử dụng dịch

vụ di động mặc dù đã được tính toán có hệ thống vào đầu những năm 80 nhưng vẫn lớn hơn khả Iiăng dung lượng của mạng analog hiên có Sau đó, các hệ thông hoạt động khác nhau không đưa ra tính tương thíchcho người sử dụng, chảng hạn thiết bị của TACS khỏng thế truy cộp vào mạng NMT và ngược lại Hơn nữa việc thiết kế một mạng cellular mới hoàn loàn đòi hỏi một lượng đáu tư lớn đến mức không một quốc gia

ử Châu Ầu nào có thể thực hiện được Do vậy yêu cầu là phái có một hệ thống thiết kế theo kiểu chung để có thể cùng sử dụng trên nhiều nước dẫn đến một sự thành lập tiêu chuẩn mới của CEPT có nhiệm vụ hợp nhất các hệ thống thông tin vt ở Châu Âu ở dải tần 900 MHz Tổ chức mới ra đời GSM (Nhóm đặc trách về di động) đã có cuộc họp đáu tiên vào tháng 12/1982 ở Stockholm.

Năm 1990, các chi tiêu của GSM được sửa đổi cho thêm vào dải tần 1800 MHz

Sự thay đổi này được biết như DCS 1800 (hệ thống cellular số 1800) có mục tiêu vươn tới công suất cao hơn ở những vùng mật độ dân cư cao như vùng đô thị

Từ Iiăm 1990 trỏ đi, GSM bắt đầu trải dài ra ngoài Châu Âu Quốc Gia ngoài Châu Âu đầu tiên thực hiện tiêu chuẩn GSM là Australia, vào năm 1992 Tiếp theo, một loạt các nước đã sử dụng các hệ thống dựa theo GSM như ở Đông á và Châu Đại Dương như Hồng Kông, New-Zealand, Việt Nam, Brunei

Neuyễn Thị Thu Huyền - Lórp công nghệ điện tử viễn thông Trang 8

L u ủ n v ă n c a o lio c P h ả n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ố

ơ nước ta, khởi đầu dịch vụ thông tin di động là công ty điện thoại d2 VMS, cho đến nay có thêm công ty VinaPhone Các thiết bị của 2 công ty này đều theo tiêu chuẩn của GSM.

2 CÁC KỸ THUẬT Cơ BẢN sử DỤNG TẦN số TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG: 2.1 Đa truy cập:

Đa truy cập chia theo tần số (FDMA), đa truy cập chia theo thời gian (TDMA và

đa truy cập chia theo mã (CDMA) là ba kỹ thuật truy cập cgủ yếu dùng để chia độ rộng băng tđn được sử dụng trong hệ thống thông tin di động Các kỹ thuật này có thể được nhóm thành các hệ băng hẹp và hệ băng rộng phụ thuộc vào độ rộng băng tần được phân cho người sử dụng như thế nào Kỹ thuật song công của một hệ đa truy cập thường được mô tả kèm theo các sơ đồ đa truy cập cụ thể.

2.2 Các hệ băng hẹp :

Băng hẹp được dùng đê liên hệ độ rộng băng tần của một kênh đơn với độ rộng băng vốn có của kênh Trong một hệ đa truy cập băng hẹp, phổ vô tuyến được chia thành một số lớn các kênh băng hẹp Các kênh thường hoạt động theo FDD Để giảm giao thoa giữa các kết nối thuận và ngược trong mỗi kênh, việc tách biệt tần số thực hiện được càng lớn càng tốt trong phó tần, trong khi giữ nguyên bộ song công không tốn kém và một anten phát chung dùng cho mỗi thuê bao Trong FDMA băng hẹp, một người sử dụng được gán cho một kênh riêng, không chia sẻ cho những người khác xung quanh và nếu FDD được dùng (có nghĩa mỏi kênh có kết nối thuận, nghịch) thì hệ được gọi là FDMA/FDD Ngược lại, TDMA băng hẹp, cho phép các người sử dụng chia sẻ cùng một kênh, nhưng được phàn phối một khe thời gian duy nhất cho mỗi người sử dụng theo một cách tuần hoàn trên kênh, như vậy tách biệt một số nhỏ nhười sử dụng

về thời gian trong một kênh đơn Với TDMA băng hẹp thường có một số lớn các kênh

Neuyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 9

2.4 Đa truy cập phân the« tần số (FDMA):

Đa truy cập phàn theo tần số gán mỗi kênh cho mỗi người sứ dụng Ta có thể thấy trên hình 1.1 là mỗi người sử dụng được phân phối một băng tần hay một kênh duy nhát Các kênh này được gán theo yêu cầu của người sử dụng khi họ yêu cầu dịch vụ Trong khoảng thời gian của cuộc gọi, không có người sử dụng nào khác có thể chia cùng một bãng tần này Trong các hộ FDD, người sử dụng được gán một kênh — như một cặp tần số , một tần sô dùng cho kênh thuận và một tần số dùng cho kênh ngược.

Nguyễn Thị Thu Huyồn - Lớp công nghệ điện tử viỗn thông Trang 10

L u â n v ã n c o o h o c P h â n c il ia tà i n x u y ê n tầ n s ố

Hình 1.1 : FDMA, trong đó các kônh khác nhau được gán các dải tần số khác nhau

Các tính chất cùa hệ FDMA như sau:

> Kênh FDMA mang chỉ một kênh thoại ở inột thời điểm.

> Nếu một kênh FDMA không dùng, thì đặt vào tình trạng dỗi và người khác không thể sử dụng được để làm tăng dung lượng Thực chất tài nguyên tần số

Nguyễn Thị Thu Huyổn - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 11

L u â n v â n c a o h o e P h â n c h i a tủ i n g u ỵ é n tầ n s ổ

> Thời gian của ký hiệu là lớn so với độ trễ trung binh Điều này gợi ý là lượng giao thoa giữa các ký hiệu (ISĨ) là thấp và vì thế cho nên trong các hệ băng hẹp FDMA ít dùng hoặc không dùng làm bằng.

> Độ phức tạp của các hê di động FDMA thấp hơn so với các hệ TDMA, dẫu rằng điều này đang thay đổi khi các phương pháp sử lý tín hiệu số cải thiện cho TDMA.

> Vì FDMA là một sơ đổ liên tục, cần số bít ít hơn dùng cho các mục đích ngoài truyền tin như là các bít đồng bộ và bít khung khi so sánh với TDMA.

> Các hệ FDMA có giá thành hệ thống trạm thu, phát gốc cao hơn so với hệ TDMA, vì phải thiết kế sótig mang cho từng kênh riêng, và cần dùng các mạch lọc thông dải đắt tiền để loại trừ các bức xạ giả tại trạm gốc.

> Thiết bị di động FDMA dùng bộ song công vì cả máy phát và máy thu làm việc cùng một lúc Điều này làm tăng giá thành các thiết bị của thuê bao và trạm gốc ờ chế độ FDMA.

> FDMA yêu cầu lọc kỹ tín hiệu vô tuyến (RF) đế hiện tượng giao thoa của các kênh liền kề giảm ở mức thấp nhất.

Các hiệu ứng phi tuyến trong FDMA:

Trong một hệ FDMA, nhiều kênh dùng chung một anten tại trạm gốc Các bộ khuyếch đại công suất hay bộ tổ hợp công suất khi hoạt động ở tại hay gần vùng bão là phi tuyến để cho hiệu suất công suất cực đại Tính chất phi tuyên gây nên sự trải tín hiệu trong vùng tần số và phát ra các tần số điều biến tương hỗ Điều biến tương hỗ là bức xạ vô tuyến không mong muôn, có thể giao thoa với các kênh khác nhau trong hệ FDMA Sự trải phổ đưa đến việc giao thoa giữa các kênh liền kề Điều biến tương hỗ là sinh ra các hoà âm không mong muốn Các hoà âm phát ra ở ngoài dải vô tuyến di động gày nhiễu tới các dịch vụ liền kề, còn những hoà ãm trong dải gây giao thoa cho những người sử dụng khác trong hệ di động.

Nguyễn Thị Thu Huyồn - Lứp công nghệ điện tử viỗn thông Trang 12

L u â n v ă n c a o h o c P h â n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ố

2.5 Đa truy cập phân the« then gian (TDMA)

Các hệ đa truy cập phân theo thời gian (TDMA ) chia kênh vô tuyến thành các khe thời gian, và mỗi khe chí một người được phép hoặc phát hoặc thu Có thể thấy trên hình 1.2 là mỗi người sử dung chiếm một khe thời gian lặp lại tuần hoàn, như vậy mỗi kênh có thê là một khe thời gian riêng cho mỗi khung trong đó N khe thời gian tạo nên một khung Các hệ TDMA truyền dữ liệu theo phương pháp “đệm và đám” (buffer — and — burst) Như vậy, sự truyền đối với người sử dụng bất kỳ là không liên tục Điều này ngụ ý là, khác với hệ FDM A thích hợp với FM tương tự, điều biến số và dữ liệu số phải được dùng với TDMA.

Việc truyền từ những người sử dụng khác Iihau là xen kẽ nhau vào một cấu trúc khung lặp lại như hình 1.3 Ta có thể thấy rằng một khung bao gồm một số khe thời gian Mỗi khung được tạo thành bởi các bít mở đầu, các bít thông báo tin, và các bít thứ

và kiểm tra lỗi Trong mỗi hệ TDMA/TDD một nửa số khe thời gian trong thông báo tin của khung được dùng cho kết nối kênh thuận và một nửa dùng cho kết nối kênh ngược CÒI1 trong các hệ TDMA/FDD, một cấu trúc khung đồng nhất hay đồng dạng sẽ được dùng riêng rẽ hoặc cho việc phát thuận hoặc phát ngược, nhưng tần số sóng mang

sẽ khác nhau cho kết nối thuận và ngược.

/, u ú n v ă n c a o h o e P h â n c h i a t à i n g u ỵ ê n t ầ n s ỏ '

H ình 1.2: Sư đ ồ T D M A , trong đ ó m ỗi kênh c h iế m m ột khe

th ờ i gian lặp lại m ột cá ch tuần hoàn.

Nguyễn Thị Thu Huyén - Lớp công nghệ điện tử viễn thỏng Trang 14

L liâ n v ă n c a o h o c P h á n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ô

Một khung T D M A

Bít m ở đầu T hông báo tin

K hel K he2 K he3 K he4

Tron? một khung TDMA, các bít mở đẩu chứa tin địa chỉ và tin đồTig bộ để trạm gốc và các thuê bao Iihận biết nhau Các thời gian cảnh báo được dùng để cho phép sự đồng bộ các máy thu, giữa các khe thời gian và các khung khác nhau TDMA có những tính chất sau:

TDMA chia sẻ một tần số sóng mang riêng rẽ cho nhiều người sử dụng, trong đó mỏi người sử dụng dùng một khe thời gian không phủ nhau Số khe thời gian cho một klumg phụ thuộc vào nhiều thừa số như kỹ thuật điều biến, độ rộng dải được sử dụng.

Việc truyền dữ liệu cho các người sử dụng trong hệ TDMA là không liên tục, nhimg theo từng đám Điều này đưa đến việc tiêu thụ pin thấp, vì rằng máy phát của thuê bao có thể ngắt khi không đưa vào đùng

Vì các cuộc truyền là không liên tục trong TDMA, quá trình “chuyển giao” là đơn giản hơn nhiều cho một máy của thuê bao, vì nó có thể nghe đối với các trạm gốc khác trong lúc các khe thời gian dôi Một cách điều khiển kết nối tăng cường như

Nuuyền Thị Thu Huyén - Lớp công nghệ điện tử viễn (hông Trang 15

Sự làm bằng tương thích thường cần thiết trong các hệ TDMA vì tốc độ truyền dẫu thường rất cao hơn so với các kênh FDMA.

Trong TDMA, thời gian cảnh báo phải được giảm đến tối thiểu Nếu tín hiệu phát ở mép các khe thời gian được tạo dạng thật nhọn, để làm ngắn thời gian cảnh báo, thì phổ truyền sẽ mở rộng và gây giao thoa với các kênh liền kề.

2.6 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple Access) là một kỹ thuật có nhiều hứa hẹn đối với các hệ thống truy nhập vô tuyến tế bào và các hệ thống thòng tin cá nhân.

Ưu điểm của việc sử dụng công nghệ CDMA trong các hệ thống thông tin vô tuyến tế bào khác là: nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần, sử dụng được các kỹ thuật chuyển giao mềm, cho phép tái sử dụng những khoảng tần số thấp, đơn giản hoá việc quy hoạch, cung cấp tần số

Giao diện vô tuyến của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba phái có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau với tốc độ số liệu từ vài Kbít/s đến 2 Mbit/s Trong điểu kiện có nhiều nhà cung cấp dịch vụ việc cung cấp các kênh có tốc độ như vậy là khó có thể thực hiện được nếu mỗi thiết bị di động chỉ sử dụng một kênh duy nhất Điều này đặc biệt đútig đối với các hệ thống CDMA, thậm chí với một hệ số trải vừa phải thì một kênh truyền tốc độ cao cũng chiếm một băng tần vô tuyến rất lớn và hệ thống khó có khả năng cung cấp và quản lý được các bàng tần lớn như vậy.

Nguyễn Thị Thu Huyồn - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 16

Hình 1-4: Ví dụ về phân bố phổ tần cho các mạng khác nhau

Do những lý do kể trên, trong các hệ thống thông tin di động CDMA thế hệ thứ

ba, việc sử dụng các kênh vô tuyến có độ rộng bàng tần khác nhau tỏ ra hợp lý hơn Hệ thống trải phổ trực tiếp không đồng bộ có các kênh vô tuyến truyền tín hiệu với các tốc

độ chip khác nhau [10], [11], cụ thể là Rcị=1,023 Mchip/s, Rc2=5,115 Mchip/s,

R l 3=20,46 Mchíp/s Ba tốc độ chip này lần lượt tương ứng với các kênh vô tuyến có độ rộng băng tần là 1, 5 và 20 MHz, trong các hệ thống CDMA người ta gọi các kênh có

độ rộng băng tần như vậy là các kênh hẹp, kênh trung bình và kênh rộng Để thực hiện việc truyền tín hiệu, các thiết bị truyền dẫn ở lớp vật ỉý sau khi thực hiện các thao tác

mã hoá kênh, chèn tín hiệu phụ và trải phổ phái có khả năng chuyển dòng sô liệu có tốc

độ R,, thành ít nhất một trong số 3 kênh có tốc độ chip kể trên Đối với mỗi loại dịch vụ

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điộn tử viễn thông Trang 17

L u â n v â n c a o ljo c P h â n c h i a t à i n x u y ê n tầ n s ô

cụ thể, cần điều chỉnh các tham số truyền dẫn cụ thể (tốc độ mã hóa, cách chèn thêm tín hiệu, tốc độ chip, hệ số trải phố, công suất phát ) để có thế đáp ứng được yêu cầu của dịch vụ.

Như vậy các hệ số mã hoá và hệ số trải R,./Rh sẽ khác nhau đối với từng tốc độ bít khác nhau Và do vậy, hệ số trải phổ của các kênh truyền dẫn có tốc độ khác nhau

sẽ khác nhau.

Việc sử dụng hệ thống CDMA hỗ trợ nhiều tốc độ truyền dẫn khác nhau tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau tới từng khách hàng trong cùng một khu vực dưới dạng các dịch vụ tải tin Hình 1.4 minh hoạ việc cung cấp dải tần hoạt động cho các đối tượng sử dụng khác nhau trong mạng Tuỳ theo nhu cầu cụ thể của mình mà một nhà cung cấp dịch vụ có thể được cấp một hay nhiều kênh có độ rộng băng tần 1 MHz, 5 MHz hay 20 MHz hay có khi là tổ hợp của một hay nhiều kênh kể trên Các kênh trung bình (5 MHz) và các kênh rộng (20 MHz) có thể được chia nhỏ thành các kênh con (chẳng hạn như thành các kênh có

độ rộng 1 MHz) như trên hình 1-4 Trong một số trường hợp các kênh hẹp, kênh trung bình và kênh rộng khác nhau có thể chiếm cùng một dải tần số (như mạng I và mạng 4 trong hình 1 -4).

Việc truyền dẫn các dịch vụ yêu cầu tốc độ truyền dẫn tín hiệu thấp (như các dịch vụ thoại) sẽ được thực hiện trên các kênh có độ rộng băng tần hẹp và trung bình Trong khi các kênh có độ rộng băng tần I MHz sẽ được sử dụng chủ yếu để truyền các dịch vụ di động có yêu cầu chất lượng thấp, các kênh có độ rộng bàng tần 5 MHz sẽ được sử dụng để truyền các kênh có yêu cầu chất lượng dịch vụ cao hơn nhờ việc sử dụng các kỹ thuật phân tập chống nhiễu đa tia và nhiễu giao thoa, cho phép nhà cung cấp dịch vụ tận dụng toàn bộ các ưu thế vốn có của một hệ thống CDMA Các dịch vụ

có yêu cầu tốc độ truyền dẫn cao (từ 64 kbit/s trở lên) sẽ sử dụng các kênh có độ rộng băng tần vô tuyến là 5 MHz và 20 MHz Với một dịch vụ nhất định, nếu tốc độ truyền dẫn sô liệu yêu cầu càng cao thì tích số giữa độ rộng băng tần mà dịch vụ yêu cầu với mật độ công suất tín hiệu càng lớn Mức can Iihiễu lên một băng tần nào đó là không

Nmiyỗn Thị Thu Huyền - Lóp công nghệ điện tử viễn thông Trang 18

L u â n v ă n c a o h o c P h á n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ỏ '

hoàn toàn cố định nên dung lượng của các hệ thống CDMA là không cố định, ngirời ta gọi khả năng này là khả năng cung cấp dung lượng mềm Đặc tính dung lượng mềm cua một hệ thống CDMA thế hệ thứ ba phụ thuộc vào loại hình địch vụ cụ thể mà nó sẽ cung cấp trong dải tần số cho phép.

2.6.1 N g u y ê n lý c ủ a việc tr uy ền dấ n tín hiệu có tốc độ t hay đổi

Xét về mặt hiệu suất sử dụng phô thì các hệ thống DS-CDMA tỏ ra phù hợp trong việc truyền dẫn các tín hiệu có tốc độ số liệu thay đói Bình thường thì trong một

hệ thống truyền dẫn có tốc độ thay đổi cần phải có các thông tin điều khiển để phía phát báo cho phía thu biết được tốc độ truyền dẫn hiện tại là bao nhiêu.

Hình I -5: Sơ đổ hệ thống truyền tín hiệu đa tốc độ

Để làm được việc này sau những khoảng thời gian nhất định, người ta tổ chức tất

cả các kênh vật lý thành những khung có chiều dài bằng nhau, các khung này được gọi

là các khung CDMA Mỗi khung chứa một số nguyên lần các chíp và một số nguyên lần các bít thông tin Số lượng bít thông tin trên một khung được gọi là gói tin vật lý Hiện nay chiều dài của khung vật lý được chọn là 10 ms Chiều dài này tỏ ra là đủ mềm dẻo, độ trễ cũng đủ nhỏ và hầu như không gây ảnh hưởng đến bất kỳ một dịch vụ nào.

Với cách tổ chức khung như thế, các thông tin về tốc độ truyền của từng kênh cụ thể sẽ được truyền trên một kênh vật lý riêng biệt Người ta gọi các kênh truyền số liệu

và các kênh truyền thông tin về tốc độ của từng kênh là PDCH (Physical Data Channel)

Nỉiuyỗn Thị Thu Huyền - Lứp công nghệ điện tửviỗn thông Trang 19

độ công suất.

Việc truyền tín hiệu có tốc độ thay đổi còn được áp dụng cho các hệ thống chuyển mạch gói sử dụng các kênh CDMA, trong khi các kênh thông tin có nhiệm vụ truyền các gói tin thì kênh PCCH có nhiệm vụ giám sát các thay đối trong kênh vô tuyến, thực hiệu việc đồng bộ giữa phía thu và phía phát, thực hiện giám sát và điểu khiển công suất theo cơ chế mạch vòng và thực hiện các thao tác chuyển giao.

Phađing nhiều đường sẽ được giảm đi đáng kể vì tín hiệu được trải qua một vùng phú sóng rộng Nếu độ rộng băng tần trải lớn hơn độ rộng băng tần vốn có của kênh, sự khác nhau về tần số kết hợp sẽ làm yếu đi hiệu ứng phading quy mô nhỏ.

Tốc độ dữ liệu kênh rất cao trong các hệ CDMA, kết quả là độ kéo dài chip rất ngắn và thường bé hơn rất nhiều độ trải trễ của kênh Vì các chuỗi PN có tự tương quan thấp, nhiều đường truyền bị trễ bởi nhiều hơn một chip, sẽ xuất hiện như là nhiễu Bộ

Nguyễn Thị Thu Huyén - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trane 20

L u â n v ă n c a o h o e P h â n c h i d t à i n g u y ê n tầ n s ổ

thu RAKE có thể dùng đê cải thiện việc thu bằng cách thu thập các loiaị trễ thời gian của tín hiệu yêu cầu.

Vì CDMA dùng các ô cùng kênh, nó có thể dùng sự phân tập không gian vĩ mô

để cung cấp việc chuyển giao mềm Việc chuyển giao mém được thực hiện bởi MSC,

nó có thể đồng thời giám sát một người sử dụng cụ thể từ hai hay nhiều trạm gốc MSC

có thể chọn loại tín hiệu tốt nhất tại thời điểm bất kỳ mà không cần các tần số chuyển mạch.

Sự tự gây rối là một vấn đề trong hệ CDMA Tự gây rối xuất hiện đều là sự trải của chuỗi của các người sử dụng khác nhau không hoàn toàn trực giao với nhau, do vậy trong sự dàn trải của một mã PN cụ thể, sự đóng góp không bằng 0 vào thống kê của quyết định của bộ thu đối với một người sử dụng mong muốn, đã xuất hiện từ sự truyền của các người sử dụng khác trong hệ.

Vấn để khoảng cách xảy ra ở bộ thu CDMA, nếu một người sử dụng không mong muốn có công suất tách sóng cao so với người sử dụng mong muốn.

> Sự chuyển vùng của các thuê bao di động

2.7 So sánh CDMA với 1 DMA và TDMA:

Các chiến lược đa thâm nhập đòi hỏi phải có dạng trực giao các tín hiệu, ờ FDMA phổ B được phản chia thành N băng tần có độ rộng B/N Hz Từng người sử dụng tích cực sẽ chi phát trong băng tần dành cho mình N băng tần này phải cách nhau

để đạt được tính trực giao tín hiệu ở vùng tần số ở TDMA trục thời gian được phân chia thành các đoạn có đô dài T(, giây Mỗi đoạn thời gian lại được phân chia thành N đoạn

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 21

L u â n v ă n c a o Ì ìo c P h ả n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ỏ '

liên tiếp được gọi là khe thời gian có độ dài T(/N giây Mỗi người sứ dụng tích cực sẽ chi được phát trong khoảng thời gian dành cho nó ở đoạn T() giây Các khe thời gian này phàn cách nhau và vì vậy tín hiệu trực giao theo thời gian.

Về mặt lý thuyết FDMA và TDMA đều có dung lượng N Trong thực tế, các băng tần (hay các khe thời gian) được phân cách nhau bởi kênh bảo vệ (hay thời gian báo vệ) Các khoảng bảo vệ này làm lãng phí số phần trăm nào đó của tổng độ rộng băng tần (hay thời gian ) và vì thế dung lượng thực tế nhỏ hơn N Hiệu suất sử dụng phổ được định Iighĩa là như sau:

r|=Tốc độ số liệu tổng/Tổng độ rộng băng, [bps]

Đối với FDMA và TDMA cũng như vậy ở TDMA •q=NRh/B, trong đó R|, là tốc

độ bít được phép khi sử dụng một sơ đồ điều chế nhất định ở băng tần B/N Trong TDMA toàn bộ băng tần B đều được dành cho người sử dụng tích cực Khi phát tín hiệu người này cũng làm như vậy ở tốc độ NRb bps Tuy nhiên, người này chỉ có thể phát ngắt quãng khe thời gian nên hiệu quả vẫn bằng Rb VI thế hiệu suất sử dụng phổ tần cùa TDMA cũng bằng rì=NRl/B Cả hai phương pháp TDMA và FDMA đều đòi hỏi điều khiển tập trung, ở FDMA các trạm gốc phải ấn định tần số cho người sử đụng tích cực theo yêu cầu ở TDMA ngoài ấn định khe thời gian trạm gốc và tất cả người sứ dụng tích cực cần phải duy trì cùng chuẩn khe t2 Khi người sử dụng tích cực đã được dành một băng tần hay một khe thời gian, người này sẽ hoàn toàn làm chủ môi trường truyền dẫn mà không bị tranh chấp và hiệu năng truyền dẫn (tý số bít lỗi) của người này dược xác định bằng tỷ số tín hiệu trên tạp âm Nếu không phân bổ một cách hiệu quả các băng tần hay khe thời gian, thì dung lượng kênh sẽ bị sử dụng rất kém và trong mọi trường hợp không thể vượt quá N.

Trong hệ thống CDMA, mọi người sử dụng tích cực có thể thâm nhập toàn bộ băng tần B và người này có thê truyền tự do trong mọi thời điểm Các tín hiệu trải phố bàng rộng đồng thời dùng chung các băng tần theo thời gian Tuy nhiên chúng gán như trực giao về mặt tương quan Khi truyền dẫn không đồng bộ (từ trạm đi động đến trạm gốc) không thể có trực giao hoàn hảo, nhưng có thể duy trì tương quan chéo nhỏ bằng

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 22

L u â n văn c a o ỈÌOC P h á n c h i a t à i n g u ỵ ê n tầ n s ô

cách chọn chuôi trải phố phù hợp Mặt khác, khi truyền dẫn đồng bộ (chẳng hạn từ trạm gốc đến máy di động) có thể đạt được tính trực giao hoàn hảo Hiệu suất sử dụng tần số của hệ thống CDMA bằng rỊ=(NRb/B) X 1/3 cũng là một con số nhò Theo thiết

kế trải phổ không phải bắt đầu làm việc điều chếvới sử dụng băng tần hiệu quả Bằng cách sử dụng kỹ thuật im lặng, sóng mang bị loại bỏ ở thời gian không có tiếng nói và các nhiễu giao thoa xuyên đường giảm xuống Như vậy, thừa số tích cực tiếng sẽ tăng dung lượng CDMA ô đơn lên K = N X 8/9, là con số gổn bằng với TDMA và FDMA Lưu ý quá trình FDMA và TDMA là các sơ đồ không tranh chấp và vì thế quá trình im lặng không tăng dung lượng.

Đêíì đây chúng ta thấy đối với thông tin tiếng nói, CDMA có hiệu suấl sử dụng như FDMA và TDMA Tuy nhiên, so sánh với FDMA và TDMA thì CDMA có các ưu điểm sau:

Giảm ảnh hưởng của phading nhiều tia — các tín hiệu trải phổ phù hợp cho thu kết hợp phân tập.

Loại bỏ nhiễu — Khác với tín hiệu băng hẹp, các tín hiệu trải phổ ít nhạy cảm với nhiễu băng hẹp.

Dung lượng CDMA có giới hạn mềm

Tính thông tin cá nhân và bảo vệ chống nghe trộm.

Phần tiếp theo ta sẽ chứng minh CDMA vượt trội hơn so với FDMA và TDMA trong môi trường di động tế bào.

Trong các hệ thống thông tin di động tổ ong mặt đất, vùng phục vụ được phủ bởi các ò Vùng phục vụ của các trạm gốc do nó phục vụ được vẽ thành hình lục giác đều Các máy di động khi qua biên giới ô phải chuyển đến một trạm gốc lân cận.

Trong hệ thống thông tin di động tổ ông FDMA, các ô lân cận không được gây nhiễu lẫn nhau, nên các ô lân cận được cấp phát các băng tần không chống lấn Các tần

số phân bổ cho một ô nào đó có thể được sử dụng lại ở một ô xa nhờ sự che chắn của khoảng cách.

Nguyẽn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 23

L u ú n v ă n c a o h o c P h â n c h i a t à i n g u y ê n tầ n s ô

Chúng ta sẽ chí ra ràng chính hệ số tái sử dụng tần số làm cho hệ thống CDMA

tổ ong tốt hơn FDMA rổ ong Đối với FDMA tổ ong, do tái sử dụng tần số dung lượng

bị giảm bởi thừa số tái sử dụns; tần số F và trở thành:

K=N/F máy/ô

Mặt khác, với CDMA di động tổ ong, các trạm di động sử dụng cùng bàng tần

và không sử dụng lại tần số Đòi hỏi khắt khe ờ CDMA tổ ong là điều khiển công suất, khi trạm này di động linh hoạt điều khiển công suất phát của nó theo khoảng cách giữa

nó và trạm gốc ở môi trường mặt đất điển hình, truyền dẫn vô tuyến bị ảnh hưởng cả suy hao đường truyền lẫn sự che tối của vật chắn Bằng một thuật toán điều khiển công suất hợp lý, các mức công suất mà trạm thu gốc được từ các trạm di động hầu như giống nhau Lưu ý, băng tần đường lên và đường xuống khác nhau Trong thực tế, một tín hiệu hoá tiêu chuẩn có thể được phát đi cùng với các tín hiệu trải phổ Tín hiệu hoa tiêu này tăng giảm cùng với các tín hiệu điều chế mà nó không chỉ đóng vai trò chuẩn đống bộ cho các thông tin đường lên mà còn là một chuẩn điều khiển công suất cho các thông tin đường lên Và vì thế mạng tổ ong CDMA đường xuống có thể sử dụng điều chế nhất quán như QPSK hay MSK Đối với CDMA tổ ong đường lên, sóng hoa tiêu không được phát nên điều chê không nhất quán như DPSK và FSK tốt hơn Điều khiển công suất có thể không trực tiếp khi trạm di động đi qua biên giới ô.

Kết luận:

Như vậy, trong các ứng dụng đa truy nhập sử dụng phương pháp trải phổ dãy trực tiếp kết hợp với phương pháp thu phân tập (sử dụng máy thu RAKE) tỏ ra ưu việt hơn với các hệ thống FDMA và TDMA.

Nguyễn Thị Thu Huyẻn - Lớp công nghệ điện tử viẻn thông Trang 24

hệ thống này không tương thích với nhau làm cho mạng thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng quốc gia Trưóc tình hình đó, vào tháng 9-1987, trong hội nghị Châu Âu về bưu chính viễn thông, 17 quốc gia Châu Àu đang sử dụng điện thoại di động số đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số thống nhất toàn Châu Âu Năm 1988, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu(ETSI - Eroupe Telecommunication Standard Institute) đã thành lập nhóm chuyên trách về dịch vụ thông tin di động GSM ( Từ viết tắt của cụm lìrGroupe Special Mobile sau này đổi lại

là Global System for Mobile Telecommunication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu) Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động số GSM dưới dạng các khuyến nghị làm cơ sở cho viêc xây đựng mạng thông tin

L ụ ả n v ă n c a o h o c P h â n c h i a t à i n g u y ê n t ẩ n s ô

GSM cung cấp một số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin thoại và truyền số liệu Các dịch vụ trong GSM tương thích với các dịch vụ của mạng sắn có (PSTN, ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung Một hệ thống GSM quốc gia có thể cho nhập mạng và quản lý mọi máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM Mạng GSM tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động Việc sử dụng băng tần ở 900Mhz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai phương pháp TDMA và FDMA Dung lượng mạng tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hom và kỹ thuật ô nhỏ do vậy số thuê bao được phục vụ cũng sẽ tăng lên.

Các dịch vụ thoại bao gồin :

- Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện

- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận

- Chuyển hướng cuộc gọi khi không trả lời

- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được trạm di động

- Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến

L i lá n v ă n c a o h o c P h â n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ô '

- Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu động ở ngoài nước có PLMN

- Giữ cuộc gọi

- Đợi cuộc gọi

- Chuyển giao cuộc gọi

- Hoàn thành các cuộc gọi đến các thuê bao bận

- Nhóm người sử dụng khép kín

- Dịch vụ ba phía

- Thông báo cước phí

- Dịch vụ điện thoại không trả cước

- Phát quảng bá trong ô(cell)

Níiuyỗn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 27

L u â n v ă n c a o h o e P h â n c h i a tìii n g u y ê n tá n s ỏ

1.4 Câu trúc mạng (ỈSM

G iao diện GSM

= = = = = = = = = Liên kết X 25Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống GSM

Các thành phần của mạng GSM

Hệ thống GSM gồm hai phần chính là phần cơ sở hạ tầng mạng (cố định ) và các thuê bao di động Phần cơ sở hạ tầng mạng lại phân chia thành các mạng nhỏ hưn(gọi

là các phân hệ mạng):

- Phân hệ vô tuyến BSS(Base Station System)

- Phân hệ mạng NSS(Network SubSystem)

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nehộ điện tử viễn thông Trang 28

Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tỏ( International Mobile Equipment Identity) IMEI bao gồin mã công nhận kiểu TAC(Type Appraval Code) theo tiêu chuẩn GSM và số thứ tự sản phẩm do nhà sàn xuất đặt Khi nhận thực, mạng sẽ thăm dò IEMI, so sánh với IEMI ghi trong cơ sở dữ liệu mạng từ khi đăng kí thuê bao và sẽ không chấp nhận thuê bao nếu so sánh này không tương ứng

1.4.2 Phân hệ vô tuyến BSS

BSS thực hiệu nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyên, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình các kênh này.

Phân hệ BSS gồm 2 phần :

- Khối điều khiển vô tuyến số BSC(Base Station Controller) : BSC thực hiện các chức năng quản lý mạng vô tuyến, quản lý trạm thu phát gốc và điểu khiển nối thông máy di động BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao của máy di động Ngoài ra, BSC CÒI1 có chức năng quản lý các đường truyền dẫn từ BTS đến MSC để đảm bảo cho thông tin đúng và chính xác.

Nguyễn Thị Tlui Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 29

L u â n v ă n c a o h o c P h â n c h i a t à i n g u y ê n tầ n s ô

- Các trạm thu phát gốc BTS( Base Transceiver Station): BTS cung cấp các kênh

vô tuyến cho việc báo hiệu và cho lưu lượng dữ liệu của người sử dụng Ngoài

ra, BTS còn có chức năng xử lý tín hiệu thức như mã hoá, giải mã

Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ(TRAU):

TRAU là một bộ phận của BTS TRAU thực hiện chuyển đổi thông tin từ kênh vô tuyến có tốc độ thấp 16kb/s sang kênh có tốc độ tiêu chuẩn 64kb/s để chuyển đến tổng đài GSM và ngược lại.

1.4.3 Phân hệ chuyển mạch NSS

Phân hệ chuyển mạch gồm các khối chức năng sau :

- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

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

- Bộ ghi định vị tạm thời VLR(Vissiter Location Register)

- Trung tâm nhận thực AƯC(Authentification Center)

- Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR(Equipment Identification Register)

1.5 Tổ chức các kênh trên giao diện vô tuyến

1.5.1 Các phương pháp đa truy nhập:

Tồn tại 3 phương pháp đa truy nhập: Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.

y ở phương pháp FDMA: phổ tần số được chia thành 2N dải tần liên lạc kế tiếp, cách nhau một dải tần phòng vệ Mỗi dải tần được gán một kênh liên lạc, N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần dành cho liên lạc hướng xuống.

> Trong phương pháp TDMA: Phổ tần số dành cho liên lạc được chia thô thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Tin tức được tổ chức

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 30

Trong thông tin di động GSM sử dụng kết hợp các phương pháp truy cạp TDMA và FDMA.

1.5.2 Khái niệm kênh:

1.5.2.1 Kênh vật lý:

Một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang được gọi là một kênh vật lý Ta có thể so sánh nó với một kênh ở hệ thống FDMA, trong đó từng người

sử dụng được nối đến hệ thống thông qua một trong các tần số Như vậy có 8 kênh vật

lv trên một sóng mang ở GSM (khe thời gian 0-7) Thông tin được phát đi trong một TS gọi là một cụm (burst).

ỉ 5.2.2 Kênh logic:

Rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS Ta nói về các kênh logic khác nhau dựa trên loại thông tin cần truyền Các thông tin này được sắp xếp ở các kênh logic, chẳng hạn tiếng được gửi đi ở kênh TCH, kênh này được ấn định một kênh vật lý nhất định trong thời gian truyền dẫn, hcẳng hạn kênh 6 (TS6).

1.6 Phổ tần số trong CỈSM

• Sử dụng phó tần số: Tần số VTĐ là nguồn tài nguyên quý giá và có giới hạn, cùng với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, do đó cần thiết kiểm soát chặt chẽ các hệ thống vô tuyến điện để giảm nhiễu một cách tốt nhất Việc kiểm soát này thòĩig qua các

Ncuyển Thị Thu Huyền - Lớp cônu nehệ điện tử viễn thông Trang 31

• Các hệ thống vô tuyến di động:

Các hệ thông vô tuyến di động cơ bản có thể phân làm hai loại: hệ thống thông tin di độn" dùng riêng và các hệ thống di động công cộng như mạng thông tin trung kế và điện thoại vô tuyến

• Ân định tần số:

ấn định tần số là cho phép sử dụng một tần số hoặc một kênh tần số dưới các điều kiện

cụ thể Các điều kiện này sẽ bao gồm: vị trí lắp đặt, mức công suất phát, điều chế, độ rộng băng tẩn sử dụng Việc ấn định thực hiện bởi Tổng Cục Bưu điệu cho phép.

• Phân bổ tầu số trong GSM:

Sự phản bổ tần số cho hệ thống GSM được thoả thuận vào nám 1979, khi đó kỹ thuật GSM chưa phát triển, bao gồm cả kỹ thuật truy cập và phân cách kênh.

Sau một thập kỷ phát triển người ta đã đạt được việc sử dụng hệ thông thông tin

số TDMA, thậm trí sử dụng kỹ thuật điều chế GMSK (Gausian Minimum Shift Keying).

Hệ thống vô truvến GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dải tần theo tiêu chuẩn GSM là từ 890 đến 960 MHz Băng tần này được chia thành hai phần:

Nuuyỗn Thị Thu Huyền - Lórp công nghệ điện lử viễn thônç Trang 32

L u á n v ã n c a o h o c P h â n c h i a tù i n g u y ê n tầ n s ố

WORLD REGIONS

Số kênh vật lý trong GSM ỉà 992 kênh( có 124 sóng mang, mỗi sóng mang có 8 kênh vật lý).

• Phổ tần số P-GSM

Phổ tần số cho P-GSM gồm hai băng tần rộng 25 MHz với khoảng cách thu phát là 45MHz phân cách kênh là 200Khz gồm cả băng tần bảo vệ, do đó có 124 sóng mang Theo thoả thuận trong biên bản ghi nhớ (MoU) đoạn bàng tần số này được phân bổ ít nhất là hai nhà khai thác.

• Phổ tần số E-GSM:

Để đáp ứng được nhu cầu dự tính cho các hệ thống có dung lượng cao hơn, phổ tần số P-GSM được mở rộng để hình thành E-GSM hệ thống này mở rộng về phía tần số thấp của bàng 10MHz, làm tăng được 50 sóng mang

• Tính toán tần số sóng mang:

• tần số trung tâm của mỗi sóng mang trên băng tần P-GSM, E-GSM có thể được tính toán từ công thức đơn giản Theo cách này các băng tần bảo vệ và phân bổ phổ tần

số có thể miêu tả một cách dễ dàng.

tần số đường lên ký hiệu: Fl- tần số băng thấp

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viẻn thông Trang 34

L u â n v ă n c a o ỈÌOC P h â n c h i a t à i n ỵ u ỵ ê n tâ n s ố

tần số đường xuống ký hiệu: Fu — tần số bàng cao

n: số thứ tự của kênh sóng mang

Fl: phải được tính trước và tính Fu có thể tính được bằng cách cộng thêm khoảng phân cách đường lên và đường xuống.

Fu(n) = Fl(n) + 45 MHz với 1 < n <124

Fu(n) = Fl(n) + 45 MHz với 975 < n <1023

2 DỊCH VỤ GPRS

2.1 c.iới thiệu dịch vụ GPRS:

Hệ thống GPRS kết hợp các dịch vụ truyền tải chuyển mạch gói vào hệ thống GSM đang sử dụng Trong hệ thống GPRS, người sử dụng có thể truy cập các mạng dữ liệu công cộng một cách trực tiếp bằng cách sử dụng các giao thức chuẩn (IP,X25) Máy di động GPRS có thể sử dụng từ một đến tám kênh qua giao diện vô tuyến phụ thuộc vào loại máy và các kênh này được cấp phát động khi có các gói dữ liệu được thu hay phát Trong mạng GPRS, các kênh đường lên và đường xuống có thể sử dụng số khe thời gian khác nhau Các tài nguyên được cấp phát động cho mạng GPRS theo yêu cầu và phụ thuộc vào độ sẵn có của tài nguyên Các gói dữ liệu có thể được thu hay phát vào khoáng thời gian rỗi giữa các cuộc gọi thoại Với hệ thống GPRS có thể thực hiện truyền thông điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm , và hệ thống GPRS cũng hỗ trợ dịch vụ bản tin ngắn và truy cập giấu tên tới mạng Thông lượng cực đại trong hệ thống GPRS có thể đạt tới 171,2 kbps đối với máy di động sử dụng cả tám kênh và không sửa lỗi Thời gian thiết lập kết nối ngắn hơn so với thời gian thiết lập kết nối trong mạng

Các dịch vụ điểm-điểm (PTP) cung cấp môi trường cho việc trao đổi dữ liệu giữa hai thuê bao Các dịch vụ điểm-đa điểm(PTM) cung cấp môi trường cho việc chuyển gói từ một điểm tới nhiều điểm khác.

2.2.1 Dịch vụ Điểm - Điểm(PTP)

Các dịch vụ PTP cung cấp cho các thuê bao dịch vụ có thể gửi dữ liệu giữa hai người dùng, một bên là người gửi và một bên là người nhận Có hai dịch vụ FTP khác nhau là dịch vụ mạng PTP không định hướng kết nối(PTP Connectionless network Service) và dịch vụ mạng PTP định hướng kết nối (PTP Connection oriented Network service) Loại dịch vụ PTP không định hướng kết nối cho phép một người dùng có thể gửi các gói tin đơn lẻ cho các người dùng khác Mỗi gói tin tự I1Ó là một thực thể độc lập và nó không liên quan đến các gói tin có trước đó hay các gói tin tiếp sau Với dịch

vụ mạng PTP không định hướng kết nối, GPRS có thể hỗ trợ các giao thức như IP Dịch

vụ mạng PTP định hướng kết nối cho phép người dùng trao đổi các gói tin với người khác Kênh ảo được thiết lập giữa các thuê bao và mối liên hệ logic giữa các gói được duy trì để việc chuyển các bản tin có thể tin cậy được Với dịch vụ PTP định hướng kết nối GPRS có thể hỗ trợ các giao thức như X.25.

L u â n v ã n c a o ỈÌOC P h â n c h i a tà i n g u y ê n tầ n s ố

2.2.2 Dịch vụ Điểm- Đa điểm (PTM)

Dịch vụ điểm - đa điểm FTM cung cấp khả năng truyền dẫn một bản tin tới nhiều người nhận Thuê bao có thể xác định vùng địa lý mà bản tin sẽ được gửi tới cũng như các thuộc tính của bản tin cũng được xác định trước Hiện tại chưa có dịch vụ PTM nào đirợc xác định rõ Có thể có ba dịch vụ điểm - đa điểm (PTM) là:

• PTM Muiticast (PTM-M): PTM -M là dịch vụ trong đó bản tin được phát tới tất cả

các thuê bao hiện thời trong một vùng địa lý Bản tin chứa một mã nhận dạng nhóm nhằm chi rõ bán tin này được chuyển tới tất cả các thuê bao hay chỉ tới một bộ phận thuê bao trong nhóm.

• PTM cuộc gọi nhóm (PTM-G) : Là dịch vụ trong đó bản tin được gửi tới một số thuê bao nhất định( là các thành viên trong nhóm PTM) hiện thời đang định vị trong một vùng địa lý Bản tin được phát trong cell khi biết chắc trong cell này có chứa thuê bao là thành viên trong nhóm PTM.

• Dịch vụ quảng bá gói IP (IP-Multicast) Là một dịch vụ trong đó các bản tin đựoc

gửi đi giữa các thành viên trong nhóm 1P-M Một nhóm IP-M có thể bao gồm các thành viên trong cùng một mạng PLMN hay phân tán trên mạng Internet Việc tham gia vào dịch vụ cũng như truyền số liệu trong dịch vụ phải tuân theo các giao thức Interne.

Lnân vãn coo hoc Phân chia tài nguyên tân s ố

2.4 Cấu trúc mạng G PR S xây dựng trèn cơ sở niạng G S M

PCU: Hackai ttvmrol mil

SG.SN: s»(vjra {ỊPHS.ỉuyụn lipcte

d ịc h vụ đ iể m - đ a đ iể m ( P T M - S C ) đ ư ợ c d à n h r iê n g c h o c á c d ịc h v ụ P T M tr o n g m ạ n g

G P R S đ ó n g v a i trò n h ư m ộ t b ộ đ ịn h tu y ế n (r o u te r ) n ằ m ẩu tr o n g c á c đ ặ c trư ng r iê n g

Nguyễn Thị Thu H uyén - Lớp cônạ nghệ điện tử viễn thông Trang 38

Luân văn cao hoe Phân chia tủi nỵuyên tần sô'

c ủ a G P R S C á c m á y d i đ ộ n g c ủ a th u ê b a o c ó th ể đ ư ợ c c ấ p p h á t đ ịa c h ỉ đ ộ n g h o ặ c tĩnh tro n g m ạ n g d ữ liệ u v à d ữ liệ u đ ư ợ c tr u y ề n đi lu ô n s ử d ụ n g g a t e w a y đ ư ợ c c h ì đ ịn h b ở i

> Kênh đ iề u k h iể n phát q u ả n g b á g ó i (P B C C H ): p h át q u ả n g b á g ó i d ữ liệ u th ô n g tin

h ệ th ố n g

N ế u P B C C H k h ô n g đ ư ợ c c ấ p p h á t, th ô n g tin h ệ th ố n g n à y c ó th ể đ ư ợ c p h át trên

B C C H P B C C H c h ỉ c ó ở k ê n h h ư ứ n g x u ố n g

> K ên h lư u lư ợ n g g ó i (P T C H ): g ồ m 2 lo ạ i sa u :

K ên h lưu lư ợ n g d ữ liệ u g ó i (P D T C H ): đ ư ợ c c ấ p p h á t đ ể tr u y ề n d ữ liệ u N ó đ ư ợ c tạ m

th ời d àn h c h o m ộ t h o ặ c m ộ t n h ó m tr o n g tr ư ờ n g h ợ p P T M — M T r o n g s ự v ậ n h ành

M u ltis lo t, m ộ t M S c ó th ể d ù n g n h iề u P D T C H s o n g s o n g tr u y ề n d ẫ n g ó i r iê n g P D T C H

c ó th ể c ó ở h ư ớ n g lê n và h ư ớ n g x u ố n g

K ên h đ iề u k h iể n liê n k ế t g ó i (P A C C H ): tr u y ề n th ô n g tin b á o h iệ u c ó liê n q u a n

tớ i m ộ t M S đ ã c ó M ộ t P A C C H đ ư ợ c g i a o tiế p v ớ i m ộ t h o ặ c n h iề u P D T C H b á o h iệ u

h iệ n hành tới m ộ t M S P A C C H c ó th ể c ó ở c ả h ư ớ n g lê n v à h ư ớ n g x u ố n g

Nguyỗn Thị Thu Huyền - Lớp công nghệ điện tử viễn thông Trang 39