Nâng cấp mạng thông tin di động cdma2000 1x starex is lên cdma2000 1xev

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCPCH Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung CS-ACELP Conjugate Structure-Algebaic Code Excited Linear Prediction

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

ALCAP Access Link Control Application

Protocol

Giao thức điều khiển đoạn nối thâm nhập

ACCH Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết

ACIR Adjacent Channel Intrference

Ratio

Tỉ số nhiễu kênh lân cận

AI Acquysition Indicator Chỉ thị bắt

AICH Acquysition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMPS Advanced Mobile Phone Service Hệ thống điện thoại tổ ong tiên

tiến

AAL2 ATM Adaptation Layer type 2 Lớp thích ứng ATM kiểu 2

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

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa thâm nhập phân chia theo mã

CCTrCH Coded Composite Transport

Channel

Kênh truyền tải hỗn hợp

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CCPCH Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CS-ACELP

Conjugate Structure-Algebaic Code Excited Linear Prediction

Dự báo tuyến tính kích thích theo mã đại số-Cấu trúc phức hợp CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

D

DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Phycical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Phycical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Phycical Data Channel Kênh số liệu vật lý chung

DRNC Drift Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi

DSCH Downlink Shared Channel Kênh dùng chung đường xuống DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng

ERP Effective Radiated Power Công suất phát xạ hiệu dụng

EDGE Enhanced Digital rate for GSM

Evolution

Tốc độ số liệu gói tăng cường để phát triển GSM

ESN Electronic Serial Number Số seri điện tử

ETSI European Telecommunication

tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

G

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung

H

HLR Home Location Register Bộ định vị thường trú

Thông tin di động toàn cầu-2000

ITU International Telecommunication

MTP Massage Transfer Part Phần truyền bản tin

MTP3 Massage Transfer Part level 3 Phần truyền bản tin mức 3

P

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PICH Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý

PCCPCH Primary Common Control

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PRACH Physical Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên vật

lý PSC Primary Synchronization Code Mã đồng bộ sơ cấp

PSCH Physical Shared Channel Kênh dùng chung vật lý

RLC Radio Link Control Điều khiển đoạn nối vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNSAP Radio Network Subsystem

Application Part

Phần ứng dụng hệ thống con mạng vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RACH Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

S

SCCPCH Secondary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng

TFCI Transport Format Combination

Indicator

Chỉ thị tổ hợp khuân dạng truyền tải

TFI Transport Format Indentification Nhận dạng khuân dạng truyền tải TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

U

UTRAN Universal Terrestrial Radio Acces

Network

Mạng thâm nhập vô tuyến mặt

đất toàn cầu

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM UMTS Subcriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ CDMA one đến CDMA 2000 9 Hình 1.3 Quá trình phát triển từ hệ thống thông tin di động 1G-3G 10 Hình 1.4 Phân bổ tần số cho hệ thống thông tin di động IMT-2000 14

Hình 2.2 Giao thức giao diện CDMA2000 dành cho thoại 17 Hình 2.3 Giao thức giao diện CDMA2000 dành số liệu 17

Hình 2.5 Quá trình tổng quát xử lý đơn vị số liệu lớp báo hiệu 2 19

Hình 2.14 Cấu trúc kênh điều khiển công suất chung đường xuống 29

H×nh 2.23 CÊu tróc kªnh ®iÒu khiÓn chung ®­êng lªn 34

H×nh 4.6 CÊu tróc giao thøc 1xEV 82

B¶ng 4.5 So s¸nh tæn hao trong c¸c m« h×nh truyÒn sãng 91

Danh mục các hình vẽ - III

Lời mở đầu - 1

Chương 1: giới thiệu chung - 3

1.1 Lịch sử phát triển và xu thế phát triển của thông tin di động - 3

1.2 Lộ trình phát triển hệ thống CDMA - 7

1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 CDMA - 10

1.3.1 Những mục tiêu chưa thực hiện được của hệ thống thông tin di động thế hệ hai: - 10

1.3.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 - 11 1.3.3 Phân bổ tần cho IMT-2000 - 13

Chương 2: giao thức cdma 2000 - 15

2.1 Giới thiệu - 15

2.2 Cấu trúc kênh báo hiệu truy nhập LAC - 18

2.3 Kênh vật lý - 22

2.3.1 Kênh hoa tiêu đường xuống (F-PICH) - 24

2.3.2 Kênh đồng bộ đường xuống (F-SYNC) - 25

2.3.3 Kênh tìm gọi đường xuống (F-PCH) - 25

2.3.4 Kênh điều khiển quảng bá đường xuống (F-BCCH) - 26

2.3.5 Kênh điều khiển chung gọi đường xuống (F-CCCH) - 27

2.3.6 Kênh tìm gọi nhanh đường xuống (F-QPCH) - 27

2.3.7 Kênh điều khiển công suất chung đường xuống (F-CPCCH) - 28

2.3.8 Kênh lưu lượng đường xuống (F-TCH) - 29

2.3.9 Kênh hoa tiêu đường lên (R-PICH) - 33

2.3.10 Kênh truy nhập đường lên (R-ACH) - 33

2.3.11 Kênh điều khiển chung đường lên (R-CCCH) - 34

2.3.12 Kênh truy nhập nâng cao đường lên (R-EACH) - 35

2.3.13 Kênh lưu lượng đường lên (R-TCH) - 35

Chương 3: Hệ thống starex-is - 37

3.1 Mở đầu - 37

3.2 Cấu trúc hệ thống STAREX-IS - 37

3.3 Cấu trúc MSC (Mobile Switching Center) - 38

3.3.1 Phân hệ điều khiển CS (Control System) - 40

3.3.2 Phân hệ kết nối IS (Interconnection System) - 42

3.3.3 Phân hệ con SS (Sub System) - 45

3.4 Cấu trúc BSC (Base Station Control) - 47

3.4.1 Khối ALSB (ATM Low Speech,I/F Block) - 47

3.4.2 Khối ASMB (ATM Switch Module Block) - 50

3.4.3 Khối SLB (Selector Block) - 52

3.4.4 Khối VCB (VoCoder Block) - 53

3.4.5 Khối CCSB (Call Control &No7 Signalling Block) - 56

3.5 Cấu trúc BTS (Base Station Transceiver System) - 58

3.5.1 Khối BANB (BTS ATM Network Block) - 60

3.5.2 Khối BSPB (Base Station Signalling Processor Block) - 62

3.5.3 Khối DBPB (Digital Bank Processor Block) - 63

3.5.4 Khối vô tuyến - 64

3.5.5 Khối BSTB (Base Station Test System Block) - 69

3.5.6 Khối RISB (RF/IF Supervisor Block) - 69

3.5.7 Khối BOTB (BeaCon Transmitter Block) - 69

Chương 4: triển khai mạng cdma2000 1xev - 72

4.1 Giới thiệu chung - 72

4.2 Công nghệ CDMA2000 1xEV - 72

4.2.4 Kªnh ®­êng lªn 1xEV - 78

4.2 ThiÕt kÕ m¹ng CDMA2000 1xEV - 83

4.3.1 CÊu tróc m¹ng sè liÖu CDMA2000 1xEV - 83

4.3.2 Tham sè tÝnh to¸n m¹ng CDMA2000 1xEV - 84

KÕt luËn - 95

Tµi liÖu tham kh¶o - 96

-1-

Lời mở đầu

Thông tin di động ngày nay đã phát triển mạnh mẽ, là phương tiện liên lạc thuận lợi, các dịch vụ thông tin di động không còn hạn chế đối với mọi đối tượng khách hàng viễn thông, đa dịch vụ đang là nhân tố quan trọng trong việc phát triển hệ thống thông tin di động

Để đáp ứng các yêu cầu đó các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đã được nghiên cứu và triển khai rộng rãi từ những năm 1991, dịch vụ tế bào CDMA được bắt đầu thử nghiệm tại Mỹ Năm 1995, dịch vụ thương mại CDMA đầu tiên xuất hiện ở Hồng Kông và cho đến nay, nhiều hệ thống đẫ được triển khai ở nhiều nước

Việt Nam việc triển khai mạng di động sử dụng công nghệ CDMA do công ty Sfone đưa vào hoạt động từ năm 2003 và đạt được nhiều thành công, nhưng thực tế vẫn chưa thu hút được nhiều khách hàng do vùng phủ sóng còn hẹp, đặc biệt là chưa chứng minh được sự vượt trội về công nghệ

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Phạm Minh Việt, em

đã hoàn thành đồ án với đề tài: “Nâng cấp mạng thông tin di động

CDMA2000 1x STAREX-IS lên CDMA2000 1xEV” Việc nâng cấp này là

một vấn đề quan trọng và cần thiết hiện nay Nó đem lại lợi ích cho nhà cung cấp, đồng thời mang lại cho khách hàng chất lượng và đa dịch vụ Đặc biệt việc nâng cấp hệ thống STAREX-IS có thể đáp ứng được các dịch vụ 3G và

mở ra hướng phát triển mạng NGN trong tương lai

Nội dung của đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Tiêu chuẩn CDMA 2000

Chương 3: Hệ thống STAREX-IS

Chương 4: Triển khai mạng CDMA 1xEV

Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn các cán bộ công ty VKX nơi em đang làm việc đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em có được những số liệu thiết thực

Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ công nhân viên công ty Sphone nơi em tham gia triển khai và giám sát hệ thống đã tạo điều kiện cho em có những số liệu thực tế chính xác

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Trung tâm đào tạo sau đại học trường Đại học Bách khoa Hà nội đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong thời gian nghiên cứu và học tập tại trường

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Phạm Minh Việt đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

-3-

Chương I Giới thiệu chung

Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các

kỹ thuật tiên tiến và công nghệ cao ý tưởng về sự liên lạc tức thời mà không cần quan tâm đến khoảng cách và vị trí là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài người và giấc mơ đó đang ngày càng trở thành hiện thực nhờ sự giúp đỡ của kỹ thuật và công nghệ Việc sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin diễn ra lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 19 Kể từ đó nó trở thành một công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong thông tin quân đội và sau này là thông tin vô tuyến công cộng

Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải qua những giai đoạn phát triển quan trọng Từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất cho đến hệ thống thông tin số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng thế hệ thứ ba đang được triển khai trên phạm vi toàn cầu và thệ thống thông tin di động đa phương tiện, thế hệ thứ tư đang được nghiên cứu và phát triển tại một số nước Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai là thông tin thoại, còn dịch vụ thế hệ ba và thứ tư phát triển về dịch vụ dữ liệu thị tần và đa phương tiện

Các hệ thống thông tin di động tổ ong số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ thứ hai cộng Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên ngay từ đầu những năm 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT2000 ở Châu Âu, ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS Hệ thống mới này có làm việc ở dải tần 2MHZ và cung cấp nhiều dịch vụ thoại bao gồm từ các dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp hiện có đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể lên tới 2Mbps Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 14,4 Kbps sẽ được đảm bảo cho thông tin di động thông thường ở các ô macro Người ta cũng đã nghiên cứu các hệ thống thông

tin di động từ thế hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng lớn hơn 2Mbps ở hệ thống di động băng rộng (MBS) thì các sóng mang được sử dụng ở các bước sóng mm, độ rộng băng tần 64GHz và dự kiến sẽ nâng tốc độ của người sử dụng đến STM-1

Hội nghị các nhà quản lý vô tuyến tổ chức năm 1992 (WARC-92) đã dành băng tần 1885-2025 MHz và 2110-2200 MHz cho IMT-2000 hiện nay, ở Châu Âu và những người sử dụng GSM đang phát triển GSM đến UMTS Nhật Bản thì tập trung vào phát triển và tiêu chuẩn hoá W-CDMA, còn Mỹ thì tập trung vào phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ hai IS-95 và mở rộng chuẩn này

ở nước ta, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin liên lạc nói chung những năm gần đây thông tin di động ra đời như một yếu tố khách quan nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin trong thời kỳ đổi mới của đất nước Vào thời kỳ ban đầu, xất hiện một số mạng thông tin di động như nhắn tin ABC, mạng tin nhắn toàn quốc…mang tính chất thử nghiệm cho công nghệ thông tin di động ở Việt Nam Sau đó vào tháng 3 năm 1993, mạng điện thoại di động MobiFone sử dụng công nghệ GSM đã được triển khai và chính thức đưa vào hoạt động với các thiết bị của hãng Alcatel Tháng 6 năm 1996 mạng

Vinaphone ra đời cùng tồn tại với mạng VMS Cho đến nay số thuê bao của hai mạng đã đạt được rất lớn và ngày càng nâng cấp hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển tất yếu của thông tin di động Trong đó hai mạng này đã nâng cấp GPRS thế hệ 2,5G và đang chuẩn bị cho việc nâng cấp hệ thống thông tin di động thế hệ 3G Trong lúc đó năm 2003 mạng thông tin di động

sử dụng công nghệ CDMA 20001x đã được công ty Sphone triển khai và đưa vào khai thác cung cấp cho người sử dụng nhiều tính năng vuợt trội về công nghệ đặc biệt là dịch vụ dữ liệu Năm 2004 mạng Viettel ra đời nhưng công nghệ lựa chọn vẫn là GSM tuy nhiên với sự phát triển về vùng phủ sóng đồng thời chính sách khuyến mãi đã thu hút được số lượng rất lớn thuê bao Trong năm nay mạng viễn thông điện lực chuẩn bị cung cấp dịch vụ sử dụng công nghệ CDMA đã mở ra nhiều hứa hẹn về công nghệ tạo cho khách hàng nhiều

H ệ thống thông tin di động tương tự thế hệ 1 bao gồm:

♦ AMPS: Advance Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di dộng tiên tiến

♦ NAMPS: Narrow AMPS: AMPS băng hẹp

♦ TACS: Total Access Communication System: Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ

♦ ETACS: Extended TACS: Hệ thống TACS mở rộng

♦ NMT-450: Nordie Mobile Telephone 450: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450

♦ NMT-900: Nordie Mobile Telephone 900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900

♦ NTT: Nippon Telegraph and telephone: Hệ thống do NTT phát triển

JTACS: Japanish TACS

Năm 1947 phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu khảo sát khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ với các máy di động công suất thấp Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ sử dụng một máy tính nhỏ cho phép thuê bao có thể di động, trong khi số lượng thuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục vụ được Thế nhưng mãi đến năm 1960, khi mà các hệ thống chuyển mạch điện tử đã được phát triển, công nghệ máy tính mới có thể đáp ứng được các yêu cầu đặt ra Sau đó uỷ ban thông tin liên lạc mỹ FCC đã đề nghị phát triển một hệ thống đáp ứng các yêu cầu của những năm 80 và đã ấn định lại băng tần 800-900 MHz cho thông tin

di động mặt đát sử dụng hệ thống mới này Tháng 10/1983, hệ thống AMPS

ra đời ở Chicago, sau đó mở rộng trên toàn nước Mỹ đến tháng 11/1989 số thuê bao sử dụng dịch vụ này đã đạt tới 200 triệu

Trong khi đó ở các nước khác điện thoại di động tế bào cũng được đưa vào thương mại hoá Năm 1979, dịch vụ mạng tế bào thương mại đầu tiên đã

được bắt đầu ở Nhật Bản, hoạt động ở dải tần 800Mhz, các nước Thụy Điển,

Na Uy, Phần Lan và Đan Mạch đã phát triển hệ thống 450Mhz được gọi là NMT-450 vào năm 1981 và sau đó sử dụng dải tần 900MHz để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng tăng

Năm 1985, Anh đã sử dụng hệ thống TACS dựa trên cơ sở hệ thống AMPS của Mỹ sử dụng dải tần 900MHz nhưng có thay đổi một số tham số

H ệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ 2 bao gồm:

Hệ thống di động tế bào đã được nghiên cứu và phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu đặt ra Các hệ thống tế bào có thể phân loại theo 3 công nghệ truy nhập chính: FDMA, TDMA và CDMA Thực tế nhiều hệ thống sử dụng kết hợp các công nghệ này

Để các hệ thống di động có khả năng tương thích với nhau, nhiều chuẩn đã được nghiên cứu và công bố Tại Mỹ, nhiều hệ thống tế bào số đã được xây dựng nhưng phải tương thích với hệ thống AMPS Tại Châu Âu có nhiều hệ thống được nghiên cứu và phát triển nhưng tới năm 1982 Uỷ ban bưu chính viễn thông châu Âu (CEPT) đễ xuất một hệ thống tế bào mới thống nhất cho

-7-

toàn châu Âu năm 1987, 13 nước Châu Âu đã ký biên bản mới ghi nhớ thực hiện chuẩn GSM sử dụng băng tần 900MHz sử dụng phương pháp truy nhập TDMA GSM ra đời đã đáp ứng nhu cầu về dịch vụ thông tin di động toàn châu Âu

Công nghệ trải phổ CDMA cũng đã được nghiên cứu nhưng mới được áp dụng trong phạm vi hẹp Năm 1991, dịch vụ tế bào CDMA được bắt đầu thử nghiệm tại Mỹ, năm 1995, dịch vụ thương mại CDMA đầu tiên xuất hiện ở Hồng Kông và cho đến nay nhiều hệ thống CDMA đã được triển khai ở nhiều nước Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA có những ưu điểm vượt trội hơn so với các hệ thống khác: dung lượng hệ thống cao, hệ số tái sử dụng tần

IS-2000-A ( CDMA2000 Rev A)

IS-2000-B (CDMA2000 Rev B)

IS-2000 (CDMA2000

Rev 0)

J-STD-008 TSB74

IS-856 DO)

October 2000

Năm 1985, Qualcom đã phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di động Qualcom đã ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là CDMA IS-95 IS-95 được xây dựng trên cơ sở lý thuyết trải phổ Chính hiệu suất sử dụng băng tần cao và các khả năng đa thâm nhập làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ hàng đầu trong việc giảm nhẹ tắc nghẽn gây ra do sự bùng

nổ các đầu cuối thoại, số liệu vô tuyến di động Sau đó là các phiên bản tiếp theo được phát triển một cách nhanh chóng

CDMA2000 là một trong các tiêu chuẩn mạng truy nhập vô tuyến của IMT-2000 cho thế hệ ba và được tiêu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn IS-2000, tương thích ngược với IS-95A và IS-95B

Một trong các yêu cầu kỹ thuật của CDMA2000 là tương thích với hệ thống cũ CDMAOne về: các dịch vụ thoại, các bộ mã hoá thoại, các cấu trúc báo hiệu và khả năng bảo mật Do đó việc nâng cấp hoặc chuyển đổi từ các phần tử cố định của mạng CDMAOne có thể thực hiện theo từng giai đoạn Việc nâng cấp chuyển đổi này bao gồm: BTS có các phiến phần tử kênh đa chế độ, BSC có các khả năng định tuyến IP và đưa vào PDSN ở thế hệ 2,5 CDMA2000 1x có độ rộng băng tần giống như CDMAOne ( 1,25 MHz), vì thế việc nâng cấp từ CDMAOne đến hệ thống này hoàn toàn thuận lợi CDMA2000 3x sử dụng băng tần gấp 3 lần băng tần CDMAOne Việc chuyển

từ 1x sang 3x cũng hoàn toàn thuận lợi, chỉ đòi hỏi việc ấn định lại băng tần Giai đoạn 2 của CDMA2000 ( hay IS-2000 1x) sử dụng băng tần 1,25MHz và truyền số liệu đỉnh 144 kbit/s cho các ứng dụng cố định hay di động Giai đoạn 2 của CDMA2000 ( hay IS-2000 3x) sử dụng độ rộng băng tần 5 MHz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144 kbit/s cho các ứng dụng di động và xe cộ, và 2 Mbit/s cho các ứng dụng cố định Các nhà công nghiệp tiên đoán rằng giai đoạn CDMA2000 3x sẽ dần tiến tới 1 Mbit/s cho từng kênh lưu lượng Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh, người ta sư dụng có thể đạt được tốc độ đỉnh 2Mbit/s là tốc độ đỉnh của IMT-2000

Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và giai đoạn hai của CDMA2000 là độ rộng băng tần và thông lượng tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh Giai đoạn hai sẽ đưa ra các khả năng đa phương tiện tiên tiến và đặt

-9-

nền móng cho dịch vụ thoại 3G phổ biến, các bộ mã hoá thoại như VoIP Vì các tiêu chuẩn IS-2000 1x, IS-2000 3x phần lớn sử dụng chung các phần tử vô tuyến băng gốc nên các nhà khai thác có thể thực hiện một bước tiến căn bản đến các khả năng đầu đủ của 3G băng cách thực hiện IS-2000 1x; CDMA2000 giai đoạn hai bao gồm các mô tả chi tiết về các giao thức bào hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5MHz đến 10 và 15MHz trong tương lai

Bằng cách chuyển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS-95 hiện nay sang CDMA2000 1x, các nhà khai thác có thể đạt được tăng dung lượng vô tuyến gấp đôi và có khả năng xử lý số liệu gói đến 144 Kbps

Hình 1.2: Lộ trình phát triển từ CDMAOne đến CDMA2000

Từ hình 1.2 cho thấy lộ trình phát triển của CDMAOne Các nhà khai thác CDMAOne có khả năng nâng cấp lên hệ thống 3G, không cần thêm phổ, không cần đầu tư thêm nhiều Thiết kế CDMA2000 cho phép triển khai cải tiến 3G trong khi vẫn duy trì hỗ trợ 2G cho CDMAOne hiện có ở dải phổ mà các nhà khai thác sử dụng

Hình 1.3: Quá trình phát triển từ hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 (1G) đến hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)

1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 CDMA

1.3.1 Những mục tiêu chưa thực hiện được của hệ thống thông tin di động thế hệ hai

Hệ thống thông tin di động thế hệ hai vẫn chưa thực hiện được các mục tiêu ban đầu đề ra, không thể đáp ứng được nhu cầu truyền tải tốc độ cao của một số người sử dụng, không thể thực hiện hiệu quả một số kỹ thuật mới như IP… Những nhu cầu này chính là động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao và do vậy những hệ thống mới bắt đầu xuất hiện và trở thành

kỹ thuật trung gian quá độ sang hệ thống thông tin di động thế hệ ba Sau đây

GMS ( 900) GMS ( 1800)

GMS ( 1900) IS-136 ( 1900) IS-95 ( 1900)

IS-136 TDMA ( 800) IS-95 CDMA ( 800) IDEN ( 800)

-11-

là những mục tiêu chính mà hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chưa đạt được:

 Chưa hình thành hệ thống tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu

 Dịch vụ đơn nhất (chủ yếu là dịch vụ thoại, chỉ có thể truyền tải những thông tin ngắn và đơn giản)

 Không thể thực hiện trên toàn cầu: do tiêu chuẩn phân tán và bảo hộ kinh

tế nên không thể thống nhất toàn cầu và chuyển vùng toàn cầu

 Dung lượng thông tin không đủ

1.3.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Sự phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba ngoài việc giải quyết những vấn đề mà hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chưa thực hiện được nó còn phải có khả năng đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng của cong người đối với khả năng truyền số liệu Vì vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba phải thực hiện được những mục tiêu cơ bản sau:

 Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu

Nhằm sử dụng được toàn cầu hệ thống thông tin di động trong đó bao gồm

cả hệ thống thông tin vệ tinh hỗ trợ cho việc kết nối cuộc gọi di động toàn cầu

 Có khả năng truyền tải đa phương tiện

Hệ thống thông tin di động trong tương lai có thể thực hiện truyền tải dich

vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps

 Tăng dịch vụ chuyển mạch gói

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chỉ có phương thức chuyển mạch kênh truyền thông, hiệu suất kênh tương đối thấp Trong khi đó, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

 Tăng phương thức chuyển tải không đối xứng

Do dịch vụ số liệu mới như WWW có đặc tính không đối xứng Truyền tải đường lên thường chỉ cần vài nghìn bit/s, trong khi đó hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chỉ hỗ trợ dịch vụ đối xứng

 Khả năng tăng cường số liệu

Hệ thống thông tin di động trong tương lai sẽ nâng cao hơn về phương diện Internet và khả năng truyền số liệu so với hệ thông thông tin di động thế

hệ thứ hai

 Chất lượng truyền và chất lượng dịch vụ không thua kém mạng cố định

Hệ thống thông tin di động trong tương lai làm cho chất lượng truyền tải đạt đến hoặc gần đến chất lượng của hệ thống hữu tuyến, có thể cung cấp tốc

độ truyền là 144Kbps cho người đi xe, 384Kbps cho người đi bộ và 2Mbps cho người sử dụng trong nhà

 Nâng cao tuổi thọ của acquy

Công nghệ tích hợp tiêu hao công suất thấp đang được nghiên cứu và hy vọng có thể được ứng dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo

Kỹ thuật tích hợp silic xạ tần là hướng phát triển quan trọng khác có thể giảm thể tích, trọng lượng và sự tổn hao năng lượng của hệ thống

 Hiệu suất tần phổ cao hơn

Qua việc ứng dụng những kỹ thuật mới như: điều khiển công suất nhanh, chuyển giao mềm, hệ thống anten thông minh,… đã nâng cao hiệu suất phổ của hệ thống mới một cách hiệu quả

 Hiệu suất kênh cao hơn

Để đạt được các yêu cầu đó bộ phận tiêu chuẩn ITU-R (International Telecommunicatión Union Radio secter: Liên minh viễn thông quốc tế bộ phận vô tuyến) đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000)

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 như sau:

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2G

Đường lên: 1885 – 2025 MHz

Đường 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 hữu tuyến và vô tuyến

Tương tác với mọi loại hình dịch vụ viễn thông

 Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau

 Dễ dàng hỗ trợ nhiều dịch vụ mới xuất hiện

Đây là nhân tố rất quan trọng đóng góp vào sự phát triển của hệ thống và

sự tồn tại lâu dài

Tóm tắt các dịch vụ ITM-2000 cung cấp như sau:

Bảng 1.1: Bảng phân loại dịch vụ IMT-2000

- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps)

1.3.3 Phân bố phổ tần cho IMT-2000

Phân bố phổ tần IMT-2000 cho châu Âu, Hàn Quốc, Nhật, Trung Quốc và

Mỹ được thể hiện trong hình 1.4 Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là DCS 1800 ở băng tần 1710-1755 MHz cho đường lên và 1805-1850 cho đường xuống ở châu Âu và hầu hết các nước ở châu á băng tần IMT-2000 là 2x60 MHz (1920-1980) cộng với 2110-2170 MHz có thể sử dụng cho W-CDMA FDD Băng tần sử dụng TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần được cấp phép theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 MHz

và 2020-2025 MHz Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép có thể là 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đương xuống, còn hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho

cả đường lên và đường xuống

Nhật sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC, còn Hàn Quốc sử dụng hệ thống thế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PCS ấn định phổ PCS của Hàn Quốc khác với ấn định phổ PCS của Mỹ nên Hàn Quốc có thể sử dụng toàn

bộ phổ tần quy định của IMT-2000 ở Nhật một phần phổ tần của IMT-2000 TDD đã được sử dụng cho PHS

ở Mỹ không còn phổ tần mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba Các dịch vụ của hệ thống thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại

-15-

Hình 1.5: Phân bổ tần số cho hệ thống thông tin di động IMT-2000

Các nước đã bắt đầu cấp phép cho sử dụng phổ tần của IMT-2000 Giấy

phép đầu tiên được Phần Lan cấp vào tháng 3/1999 và sau đó là Tây Ban Nha

Một số nước cũng có thể đi theo quan điểm cấp giấy phép giống như GSM

được cấp phép ở châu Âu Tuy nhiên, một số nước bán đấu giá tần phổ cho

IMT-2000 giống như Mỹ bán đấu giá phổ tần cho PCS

FDD WLL

TDD WLL

WLL MSS

Chương 2: Giao thức CDMA-2000

CDMA2000 là một trong các tiêu chuẩn mạng truy nhập vô tuyến trải phổ sử dụng công nghệ cdma của IMT-2000 cho thế hệ 3 Sử dụng băng tần gấp 3 lần băng tần cdmaOne: 3x1,25 MHz=3,75MHz

Cấu trúc cdma2000 phân lớp như sau;

- Các lớp trên: Chứa các dịch vụ như tiếng, dịch vụ số liệu người sử dụng đầu cuối, báo hiệu

- Lớp đoạn nối: Đảm bảo các mức độ tin cậy và các đặc tính của QoS theo yêu cầu dịch vụ của lớp cao hơn, cung cấp hỗ trợ giao thức, cơ chế điều khiển cho các dịch vụ truyền tải số liệu và thực hiện tất cả các chức năng cần thiết để sắp xếp các nhu cầu của các lớp cao hơn vào khả năng đặc thù của lớp vật lý Lớp này được chia thành 2 lớp con:

o LAC Lớp con điều khiển truy nhập đoạn nối

o MAC Lớp con điều khiển truy nhập môi trường

- Lớp vật lý: Thực hiện chức năng mã hoá và điều chế tín hiệu ư

So với hệ thống IS 95 thì sơ đồ truy nhập vô tuyến của cdma2000 có một số tăng cường sau:

- Kênh đường xuống:

o Điều khiển công suất nhanh

o Điều chế QPSK là chủ yếu

- Kênh đường lên:

o Có thêm tín hiệu hoa tiêu cho phép giải điều chế nhất quán

o Trải phổ chuyển pha lai ghép ở đường lên

Kiến trúc cmda2000

Kiến trúc phân lớp cdma2000 cho phép khả năng mở rộng lớn và kết nối kiến trúc bởi những lớp đặc biệt khác nhau với các tiêu chuẩn khác nhau Với kiến trúc này

-16-

Hình 2.1: Kiến trúc CDMA2000

Giao thức giao diện cdma2000

Hình 2.2: Giao thức giao diện cdma2000 dành cho thoại

-18-

Hình 2.3: Giao diện cdma2000 dành cho số liệu

2.2 Cấu trúc kênh báo hiệu truy nhập LAC

Hình 2.4: Kiến trúc giao thức Khi một đơn vị số liệu được tạo ra hay thu được đi qua ngăn xếp giao thức,

nó được xử lý lần lượt bởi các lớp con giao thức khác nhau Mỗi lớp con theo quy định sẻ chỉ xử lý các trường liên quan đến chức năng quy định của mình Phân lớp ARQ (Auto Repeat Request ):

- Cung cấp sự phân phối đảm bảo và không đảm bảo

- Gán tham số ARQ (số tuần tự)

- Thực hiện chức năng phúc đáp, xác định và điều khiển lặp

Phân lớp địa chỉ:

- Chỉ sử dụng trên kênh báo hiệu chung

- Chèn tham số địa chỉ (trường địa chỉ) khi truyền

- Thực hiện so sánh địa chỉ khi nhận

Phân lớp nhận thực:

- Chỉ sử dụng trên kênh báo hiệu chung hướng lên (kênh truy cập)

- Thực hiện thủ tục nhận thực

- Khi nhận ghép lại LAC PDU từ các phân đoạn và kiểm tra CRC

hình 2.5: Quá trình tổng quát xử lý đơn vị số liệu ở lớp báo hiệu 2

Kênh logic

ở mặt phẳng số liệu 3 phát và lớp LAC gửi và nhận thông tin báo hiệu trên các kênh logic Kênh logic thường được đặc trưng bởi tính đơn hướng, nhưng trong một số trường hợp nó có thể ghép hoặc đi cặp với một kênh logic mang lưu lượng liên quan ở phương ngược lại trong 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 đường xuống/lên)

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

- Báo hiệu riêng

Có thể nhiều đối tượng cùng sử dụng chung một kênh logic (chẳng hạn có thể có nhiều kênh thâm nhập đường lên) Vì lưu lượng trên một kênh logic phải được mang ở kênh vật lý, nên phải tồn tại các liên kết giữa các kênh logic và kênh lưu lượng Mối liên hệ này được gọi là sắp xếp: mapping Kênh logic có thể sử dụng riêng và cố định một kênh vật lý (chẳng hạn kênh đồng bộ), hoặc có thể sử dụng riêng nhưng tạm thời một kênh vật lý (chẳng hạn các chuỗi thăm dò liên tiếp cuả kênh r-csch được phát ở các kênh thâm nhập vật

lý khác nhau), hoặc có thể sử dụng chung một kênh vật lý với các kênh logic khác (đòi hỏi chức năng ghép kênh các PDU để thực hiện sắp xếp lên kênh vật lý) Trong một số trường hợp một kênh logic có thể được sắp xếp đến một kênh logic khác Hai hay nhiều kênh được hòa nhập vào một kênh logic để mang các dạng lưu lượng khác nhau (chẳng hạn kênh logic tìm gọi và kênh quảng bá là kênh báo hiệu chung đường xuống được 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 lần lượt

Hình 2.6 và 2.7 cho thấy các kênh logic của IS-2000 ở các đường lên và đường xuống ở các hình này tất cả các dạng sắp xếp đều được xét: cố định, tạm thời (các kênh thâm nhập đường lên), ghép kênh logic vào vật lý (giữa dsch và dtch cho cả đường lên và xuống) hay logic với logic (kênh quảng bá, tìm gọi và kênh báo hiệu chung)

Kiến trúc kênh logic hướng xuống nhìn từ lớp MAC

hình 2.6: Cấu trúc kênh logic đường xuống

Các kênh logic l ưu lượng của

Các kênh logic báo

Kênh logic chung

Kênh logic riêng

Lớp con

Lớp con SAR

Lớp con AQR

Lớp con đánh địa

-22-

hình 2.7: Cấu trúc kênh logic đường lên

2.3 Kênh vật lý

Kênh hướng lên/xuống trong hệ thống cdma2000 1x

Kênh hướng xuống:

- Kênh hoa tiêu Pilot Channel

Các kênh vật lý

Các kênh logic lưu lượng của người 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 h

- Kênh đồng bộ Sync Channel

- Kênh tìm gọi Paging Channel

- Kênh tìm gọi nhanh Quick Paging Channel

- Kênh cơ bản Fundamental Channel

- Kênh mã hoá bổ sung Supplemental Code Channel

- Kênh bổ sung Supplemental Channel

Các đặc tính cơ bản của kênh hướng xuống IS-2000

- Các kênh vuông góc và sử dụng mã Walsh, với độ dài mã khác nhau của mã Walsh được sử dụng với cùng tốc độ chíp mã hoá cho các tốc

độ bit thông tin khác nhau

- Điều chế QPSK được sử dụng trước khi trải phổ để tăng số mã Walsh

Kênh CDMA đường xuống đối với tốc độ trải phổ 1 và 3 (SR1

Kênh điều khiển công suất chung

Kênh hoa tiêu

Kênh điều khiển chung

Kênh đồng bộ Kênh lưu

lượng

Kênh quảng

bá

Kênh Ttìm 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 phân tập phát phụ Kênh hoa tiêu

SR: Spreading Rate= T ốc độ trải phổ

Hình 2.8: Các kênh CDMA đường xuống

Kênh hoa

tiêu DX

-24-

- Độ dài khung 20ms cho báo hiệu và thông tin thuê bao, 5ms cho thông tin điều khiển

2.3.1 Kênh hoa tiêu đường xuống (F-PICH)

Trong IS 2000 kênh này cũng giống như IS 95B về cấu trúc và chức năng

nó phát quảng bá liên tục để cung cấp thông tin định thời và pha

Chức năng tìm kiếm và nhận diện secter hoặc cell

Mục đích kênh hoa tiêu:

Kênh này cung cấp cho MS thời gian, pha và biên độ tín hiệu tham chiếu (chuẩn) Với pha tham chiếu cho phép MS giải điều chế đường xuống một cách chính xác

Thuộc tính của kênh hoa tiêu:

Sử dụng mã hoá Walsh 0 đảo ngược Mỗi secter phải truyền một kênh hoa tiêu cho mỗi tần số được hỗ trợ và kênh hoa tiêu không mang thông tin trên

nó là một chuỗi bit 0 được trải phổ mã Walsh 0 và mã PN ngắn

Kênh này truyền tín hiệu xuống đường xuống không được điều chế trải phổ sử dụng đồng bộ với MS trong vùng phủ sóng BTS Khi MS kết nối tới mạng, kênh này chọn tín hiệu thu lớn nhất và xác định cells hoặc secter của BTS gần nhất và cung cấp pha tham chiếu cho việc giải điều chế chín xác và trải phổ với một mã Walsh 0 việc xác định BTS nhờ vào mã dịch chuyển PN ngắn(512) và mã PN ngắn áp dụng trên kênh đó Do đặc tính chuỗi 0 liên tục cho nên khi mã bị dịch chuyển bởi fading đa đường thì kênh vẫn là W0 nên

MS nhận được cùng một tín hiệu trễ của BTS

Thủ tục mã hóa kênh hoa tiêu hưỡng xuống như sau:

Hình 2.9: Cấu trúc kênh hoa tiêu

2.3.2 Kênh đồng bộ đường xuống (F-SYNC)

Kênh này được các S trong vùng phủ sóng của BS sử dụng để bắt đồng

bộ lúc đầu, nó truyền thông tin định thời của hệ thống (P-REV, SID,

PILOT_PN, …) và thông tin hệ thống cơ bản (SYS_TIME, LC_STATE…) nhờ

những tham số này mà MS đồng bộ nó với thời gian của mạng mã Walsh 32 được đảo ngược sử dụng cho kênh này và truyền với tốc độ thấp 4800bps nhằm hạn chế lỗi vì kênh này rất quan trọng Mỗi Cell hay một secter phải được truyền một kênh đồng bộ tương ứng với tần số được hỗ trợ

Cấu trúc kênh đồng bộ như sau: