Mô phỏng hệ thống và triệt nhiễu trong wcdma

Chuyển giao mềmsoft handover Vấn đề chuyển giao là một thế mạnh khác của CDMA .Trong các hệ thống tương tự thế hệ thứ nhất, chuyển giao là một tác vụ rất nguy hiểm.Trong qúa trình chuyển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-o0o -

LÊ DŨNG

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ TRIỆT

NHIỄU TRONG WCDMA

Chuyên ngành: Điện Tử - Viễn Thông

Mã số ngành:

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2002

LỜI CẢM ƠN

-o0o -

Đề tài này tôi xin kính tặng Cô, TS Phạm Hồng Liên, người đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Hướng dẫn, định hướng, cung cấp nhiều nguồn tài liệu và động viên rất nhiều

Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy cô trong Bộ môn Viễn Thông Trường ĐạI Học Bách Khoa TP.HCM và các Thầy cô khác

Xin chân thành cám ơn các Anh, Chị và các bạn đồng nghiệp đặc biệt là hai em Nguyễn Tưởng Duy và Trần Thanh Phương đã giúp đỡ tôi rất nhiều để hoàn thành đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn cùng khóa đã trao đổi nhiều tài liệu, giúp tôi nhiều ý kiến trong công việc

Xin chân thành biết ơn những người thân đã sát cánh, động viên tinh thần, giúp

đỡ nhiều, rất nhiều trong suốt thời gian của khóa học

Thành phố Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2002

Với đòi hỏi ngày càng cao của các dịch vụ viễn thông về tốc độ, về số lượng thuê bao, về vấn đề chất lượng cũng như sự tiện lợi thì một số mạng thông tin hiện tại không đáp ứng một cách thỏa đáng, đặc biệt là đối với thông tin di động Trong bối cảnh như vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) dần dần hình thành và mang lại nhiều triển vọng trong việc đáp ứng yêu cầu này Trong các hệ thống 3G, WCDMA là một trong những giao diện vô tuyến quan trọng Việc tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng hệ thống ngày càng được quan tâm Mục đích của đề tài là xây dựng một mô hình cho hệ thống và thông qua mô hình này chúng ta nghiên cứu một số vấn đề liên quan sâu hơn, trong đó nhiễu giao thoa là một điển hình Với mục đích vừa nêu, đề tài bao gồm các nội dung chính như sau:

1 Các vấn đề cơ bản trong hệ thống thông tin di động như cấu trúc hệ thống, các kỹ thuật đa truy cập được trình bày trong chương 1 Ngoài ra, khái niệm về mạng thông tin tế bào cùng một số vấn đề liên quan cũng được xem xét trong chương này

2 Một trong những kỹ thuật xử lý tín hiệu và được ứng dụng trong thông tin di động

tế bào là trải phổ tín hiệu ( Spread Spectrum) Các cách thức trải phổ như trải phổ nhảy thời gian (TH-SS), trải phổ nhảy tần số (FH-SS) và đặc biệt trải phổ chuổi trực tiếp (DS-SS) được tìm hiểu và trình bày trong phần lớn nội dung chương 2

3 Chương 3 trình bày các vấn đề cơ sở của hệ thống DS-CDMA như mã giả nhiễu (PN code), mã trực giao (Orthogonal code), tín hiệu, các kiểu thu đa người dùng

và cấu hình hệ thống mạng CDMA Phần cuối của chương này là mô tả về lớp vật

lý trong WCDMA

4 Chương 4 nêu lên một số vấn đề nổi cộm của hệ thống WCDMA Trong đó tiêu điểm là nhiễu giao thoa Phần này xây dựng thuật giải triệt nhiễu giao thoa liên tiếp cho thông tin hướng Downlink thông qua phép ước lượng mã trải phổ hiệu dụng (ESC) của những người dùng đồng thời Phép biến đổi Walsh nhanh (FWT) thay cho bộ lấy tương quan truyền thống Cùng với một số vấn đề khác về xử lý tín hiệu như bộ kết hợp tỉ số cực đại (MRC) hay thuật toán Gram-Schmidt trực giao hóa tập tín hiệu

Giải thuật triệt nhiễu giao thoa liên tiếp thực hiện chủ yếu cho trường hợp có sự

đa dạng về tốc độ dữ liệu Tính chất va sự mô tả tín hiệu này trong đường Downlink được xem xét cẩn thận Cuối cùng là phần thuật giải dùng cho hai mô hình máy thu khác nhau: có kết hợp các tín hiệu nhiễu giao thoa và mô hình không kết hợp các tín hiệu này

5 Nội dung chính trong chương 5 là phần mô tả các mô hình mô phỏng kênh vật lý DPCH hướng Downlink cùng một số kết quả mẫu Nêu lên những ứng dụng và những thiếu sót, những điều chưa làm được của đề tài là phần cuối của luận án này

Dù nổ lực nhiều nhưng đề tài vẫn còn nhiều hạn chế, người thực hiện kính mong quý thầy cô cho những ý kiến quý báu giúp cho vấn đề được giải quyết thấu đáo

và rỏ ràng hơn

Ngoài ra, người thực hiện cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình, nhận xét của những người có quan tâm đến vấn đề được nêu trong đề tài Trân trọng cảm ơn

Với đòi hỏi ngày càng cao của các dịch vụ viễn thông về tốc độ, số lượng thuê bao , vấn đề chất lượng cũng như sự tiện lợi thì một số mạng thông tin hiện tại không đáp ứng một cách thỏa đáng Thế hệ thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) xuất hiện mang lại nhiều triển vọng cho vấn đề thông tin WCDMA là một trong các loại giao diện dùng trong các hệ thống thông tin thế hệ này Việc tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng hệ thống này ngày càng được quan tâm Với mục đích xây dựng một mô hình cho hệ thống và qua đó chúng ta nghiên cứu một số vấn đề liên quan sâu hơn , trong đó nhiễu giao thoa là một điển hình

Ngoài phần lý thuyết cơ bản về thông tin di động được trình bày trong hai chương đầu , đề tài tập trung vào hai vấn đề như sau

1 CƠ SỞ HỆ THỐNG DS-CDMA

1.1 Giới thiệu

Hệ thống CDMA dựa trên kĩ thuật trải phổ tín hiệu Kỹ thuật này cho phép chúng ta chuyển đổi một tín hiệu có băng thông hẹp sang một tín hiệu cóbăng thông rông hơn nhiều lần Hay biến đổi mật độ phổ tín hiệu từ chổ tập trung trong một khoảng tần hẹp nào đó sang phân bố rộng khắp trên một dải tần rộng hơn

1.1.1 Các khái niệm

FDMA là hệ thống đa truy cập phân chia tần số Người sử dụng này và người sử dụng kia phân biệt nhau về khoảng tần mà họ sử dụng

TDMA , là hệ thống đa truy cập phân chia thời gian Người sử dụng này phân biệt với người sử dụng kia ở thời điểm mà họ truy xuất hệ thống

CDMA , là hệ thống phân chia theo mã mỗi một ngươi sử dụng được gán một mã Mã này được dùng để mã hoá tín hiệu mang tin Việc biết nội dung của mã này giúp cho việc lọc tách tín hiệu có thể thực hiện được

Điều quan trọng là biết cách thức tạo ra tín hiệu trải phổ và tính chất của những tín hiệu đó Cách thức đó phải thoả mãn hai điều kiện sau:

™ Thứ nhất: băng thông dùng để truyền tín hiệu trải phổ phải lớn hơn rất nhiều

so với tín hiệu của tín hiệu tin tức

™ Thứ hai: băng thông của tín hiệu trải phổ không phụ thuộc vào băng thông của tín hiệu thông tin cần truyền đi

Tỉ số giữa băng thông được dùng để truyền tín hiệu trải phổ và băng thông của tín hiệu thông tin, Gp

được gọi là độ lợi xử lý (processing gain ,) của hệ thống trải phổ

1.1.2 Các ưu điểm của hệ thống CDMA :

Tín hiệu và hệ thống trải phổ có nhiều tính chất khác với hệ thống TDMA hay FDMA

Kỹ thuật CDMA chống tín hiệu gây nhiễu và bảo mật

Lợi ích thứ hai là khả năng chống vấn đề fading nhiều đường của hệ thống CDMA CDMA không đặt nặng việc hoạch định tần số

Những đặc điểm nổi bật của hệ thống CDMA làm cho các nhà cung cấp dịch vụ quan tâm thúc đẩy nó phát triển rất nhanh

™ Khả năng loại trừ can nhiễu băng hẹp?

™ Khả năng bảo mật:

™ Khả năng cùng tồn tại:

™ Hệ thống CDMA ít đòi hỏi về hoạch định tần số so với FDMA CDMA có thể hoạt động ở mức S/I rất thấp.Thực tế ,tất cả các cell trong hệ thống CDMA có thể sử dụng cùng một sóng mang

Chuyển giao mềm(soft handover)

Vấn đề chuyển giao là một thế mạnh khác của CDMA Trong các hệ thống tương tự thế hệ thứ nhất, chuyển giao là một tác vụ rất nguy hiểm.Trong qúa trình chuyển giao , cuộc gọi có nhiều khả năng không được duy trì do bị ảnh hưởng bởi fading.Trong khi đó ,trong hệ thống CDMA tín hiệu của thuê bao di động được nhận diện bởi nhiều trạm gốc và vận dụng điều này để tạo ra sự chuyển giao mềm

Tuy nhiên , điểm mạnh đáng kể nhất là vấn đề dung lượng (capacity).Đối với các mạng tế bào kinh doanh thì số thuê bao mà mạng có thể phục vụ là quan trọng Càng nhiều thuê bao càng tốt.Đối với hệ thống CDMA ,nếu số người sử dụng (thuê bao) đồng thời tăng lên thì chất lượng giảm xuống theo(đương nhiên) nhưng nó lại không đặt ra một sự nghiêm ngặt như trong hệ thống FDMA hay TDMA.CDMA cung cấp một giới hạn dung lượng mềm(soft capacity), thay cho giới hạn cứng như trong FDMA hay TDMA.Điều này là chắc chắn bởi đối với FDMA hay TDMA có một tính chất quan trọng là dung lượng được thiết kế(về số băng tần số được cấp phát đồng thời-FDMA,hay số khe thời gian-TDMA) Khi các băng tần số hay các khe thời gian đã bị sử dụng hết thì người dùng khác không thể sử dụng mạng cục bộ được nữa

Một phân loại tổng quát về hệ thống CDMA được trình bày như hình sau :

-DS-CDMA : ( Direct Sequences –CDMA) : Tín hiệu thông tin được nhận trực tiếp với chuỗi mã có tốc độ chip rất cao

CDMA

pure CDMA

Hybrid CDMA

wide

band narrow band

DS/FH DS/TH

TDMA CDMA

MA-CDMA MT-CDMA

-FH-CDMA : ( Frequency hopping –CDMA) : Tín hiệu mang tin được truyền với những tần số sóng mang thay đổi nhanh phụ thuộc vào mã trải phổ

-TH-CDMA :( Time hopping – CDMA ) : tín hiệu mang tin không được truyền một cách liên tục Thay vào đó, tín hiệu được truyền theo từng khỏang ngắn ở đây, thời gian của các khoảng này được quyết định bởi mã trải phổ

Ngòai ra ba hệ thống CDMA thuần túy trên, chúng ta còn có các hệ thống CDMA kết hợp ví dụ DS/FH,DS-TH Sự kết hợp có thể thực hịen giữa CDMA và TDMA, đa tần sóng mang (MC-) hay đa tần số ( MT-) trong đó MC-CDMA và MT-CDMA dựa trên kỹ thuật ghép tần số trực giao OFDM

1.2 NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG DS-WCDMA: 1.2.1 Tín hiệu trải phổ cho người dùng đơn :

Tín hiệu trải phổ được tạo ra bằng cách nhân chuỗi số liệu ( hay tín hiệu mang tin ) với chuỗi mã có tốc độ cao hơn hiều lần so với tốc độ của chuỗi số liệu

PN cod

i p t iT b

10)

p T

T : thời gian bit

Dữ liệu được trải phổ bằng mã PN :

j p T jT c

t C

i p t iT C t b

t C t b t

s( ) ( ) ( ) ( ) ( )

1.2.2 Mã trải phổ cho DS-WCDMA

Chuỗi PN là một phần thiết yếu của hệ thống DS-WCDMA, những đặc tính của chúng sẽ gắn kết trực tiếp với chất lượng của hệ thống Một cách lý tưởng, mã PN cho phép nhiều người dùng chia sẽ băng thông mà không gây nhiễu lên nhau Tuy nhiên, việc đạt được điều lý tưởng là không thể, do đó cái mà có tính chất gần lý tưởn gsẽ được trình bày sau

Chất lượng của mã PN thường được đánh giá bằng việc tính hàm tự tương quan và tưong quan của chúng

a Chuổi có chiều dài cực đại :

h(x) Cấu trúc hồi tiếp tuyến tính luôn luôn tạo ra các chuỗi có tính chu kỳ

H(x) = xL + h1xL-1 + h2xL-2 + + 1

Các chuỗi có chiều dài cực đại ( m-squencises) được định nghĩa là tập hợp lớn nhất các mã có thể được tạo ra bởi một thanh ghi dịch cho trước Nghĩa là chu kỳ của một m-sequences là dài nhất

Khi một chuỗi được tạo ra bởi một thanh ghi dịch là msequences, chúng ta gọi đa thức định nghĩa thanh ghi dịch đó là ( primitive) đa thức cơ sở Bậc các đa thức cơ sở sẽ quyết định chiều dài của chuỗi m-sequences; N = 2L – 1 Trong đó L là bậc của h(x) và N là chiều dài chuỗi Sơ đồ dưới đây trình bày mô hình tạo chuỗi PN tổng quát :

N

delay -1

Hình : Tự tương qua nvòng của một chuỗi m-sequences,

Tính chất cơ bản của các chuổi m-sequences là tự tưong quan lặp vòng giữa các độ dịch khác nhau của mọi m-sequences là 1 trong các trường hợp độ dịch khác không và bằng chiều dài N của chuổi khi độ dịch bằng không ( Chúng ta đã chuyển sang dạng lưỡng

b Chuỗi vàng ( Gold sequences)

Nếu h1(x) và h2(x) là hai đa thức cơ sở khác nhau có bậc là L, tạo ra một cặp hai tập chuỗi m-sequences có chiều dài N=2L-L thì các chuỗi tạo ra bằng việc cộng từng chip tương ứng của hai chuỗi trên là chuỗi vàng

c Mã trực giao (Orthogonal codes)

Là một trường hợp đặc biệt của tín hiệu trực giao, mã trực giao là hoàn toàn trực giao khi có sự đồng bộ về mặt thời gian

Nếu chúng ta ghép tất cả các mã trong tập mã thành một ma trận mã C theo kiểu mỗi hàng là một mã, thì theo nguyên lý trực giao ta có :

C.CT=NI Trong đó I là ma trận đơn vị, N là một số nguyên nào đó, thông thường là chiều dài của chuổi mã.Các hàm trực giao được sử dụng để cải thiện hiệu suất băng thông trong

nhau có thể được dùng để tạo tập mã hay hàm trực giao, thì chuỗi Walsh-Hadamard tạo ra tập mã trực giao rất công dụng trong CDMA và được dùng trong cả IS-95 và DS-WCDMA

Các hàm Walsh được tạo ra bằng cách biến đổi các hàng từ mã của một ma trận vuông đặc biệt gọi là ma trận Hadamard Những ma trận này chứa 1 hàng tòan là các giá trị 1 còn tất cả các hàng còn lại số giá trị 1 và –1 bằng nhau

Ma trận Hadamard HN với chiều dài mong muốn là : N=2k có thể được tạo ra bằng thủ tục đệ quy sau :

d Mã trực giao chiều dài biến đổi : (Variable Length Orthogonal Codes hay Variable Orthogonal Spreading Factor -VLOC/VOSF)

Việc đảm bảo tính trực giao giữa các tốc độ và SF khác nhau trong tập mã trực giao có chiều dài thay đổi có thể được tạo ra một cách đệ quy với giá trị gốc là một như sau :

(C,C,-C,-C) (C,-C,C,-C) (C,-C,-C,C)

1

C

(C,C)

(C,-C)

Hình: Cấu trúc cây đệ quy tạo mã

trực giao có chiều dài biến đổi

1.2.3 Các kiểu thu tín hiệu CDMA :

Xét mô hình hệ thống thông tin CDMA như sau :

Delay, Antenuatio

Delay, Antenuatio

Bộ thu CDMA

n(t) (AWGN) Kênh

r(t)

a Bộ thu tương quan là một bộ thu tryền thống, được dùng trong chuẩn IS-95 Bộ thu

này có độ phức tạp thấp Bộ thu tương quan chung một dải các bộ thu đơn từng người dùng được mô hình như hình dưới đây

Các bộ thu từng người dùng được thực hiện bởi các mạch lọc Matched-filter Những giá trị ta được đưa vào bộ xét quyết để quyết định bit được truyền

∫ ++ +

iT

Z

) 1 (

)()(

)0(1sgn

^

i

i i

i

Z

Z Z

b

b Bộ thu RAKE :

Bộ tương quan V 2

Bộ tương quan V k r(t)

=

i i

i Z Z

1ω

Bộ thu này vận dụng những tiện ích của sự phân tập nhiễu đường trong kênh fading chọn lọc tần số

Bộ thu RAKE bao gồm L nhánh ( finger ), được dùng để bắt lấy tín hiệu trên L thành phần fading của mỗi người dùng Sự khác biệt giữa bộ thu RAKE và bộ thu thuần tương quan là có sự kết hợp theo tỷ số cực đại L nhánh giá trị ra trê L nhánh của bộ thu RAKE để có được giá trị Z dùng để xác quyết bit cho người dùng

1.2.4 Các bộ thu CDMA đa người dùng :

Các bộ thu được đề cập trước không tối ưu đối với CDMA vì chúng xử lý các nguồn can nhiễu do các người dùng khác ( gọi tắt là nhiễu người dùng) hay nhiễu đa truy cập, Multiple Acess Interference, MAL phủ nhiễu kênh không có cấu trúc

Các bộ thu đa người dùng, vận dụng những thông tin từ tín hiệu MAL để khôi phục tín hiệu của người dùng mong muốn

Phần lớn các bộ thu hay phát hiện đa người dùng đều được mô hình tổng quát như sau :

Các giải thuật tách nhiễu người dùng bổ sung

a Bộ thu tách tối ưu :

Bộ thu này gồm một tập các mạch lọc matched_filter, các mạch lọc này cung cấp một ước lượng về biên độ của tín hiệu người dùng cho giải thuật xác định Viterbi

b Bộ giải tương quan (Decorrelator):

Bộ giải tương quan là một bộ tách đa người dùng tuyến tính với một giới hạn tên về độ phức tạp là K2 Áp dụng một phép biến đổi tuyến tính từ tập giá trị nó thu được từ tầng 1( Các giá trị ra từ các bộ tương quan)

Qúa trình giải tương quan được thực hiện bằng việc tính tất cả giá trị tương quan chéo của mã PN và lưu thành một ma trân KxK Sau đó lấy ma trận nghịch đảo của ma trận này nhân với vectơ bao gồm các giá trị ra từ các bộ matched-filter Bộ giải tương quan không yêu cầu những thông tin về biên độ của tín hiệu và hòan tòan không bị ảnh hưởng bởi vấn đề near far Tổng quát, bộ thu giải tương quan cho ta một chất lượng và dung lượng cao hơn so với bộ thu truyền thống Tuy nhiên, nó có nhiều vấn đề khó khăn ( cập nhật ma trận k*k, không tính được ma trận nghịch đảo ) khiến nó không được vận dụng rộng trong thực tế

c Bộ tách MMSE-Sai số trung bình bình phương nhỏ nhất

Tương tự như bộ tách giải tương quan, bộ tách MMSE thực hiện một phép biến đổi tuyến tính trên tập các giá trị từ các mạch lọc Matched-filter Nó làm nhỏ sai số bình phương trung bình giữa dữ liệu thực và các giá trị ở ngõ ra từ tầng thứ nhất Bộ thu MMSE mang lại nhiều điểm mạnh so với bộ giải tương quan, và giống về độ phức tạp trong tính toán Tuy nhiên khả năng chống vấn đề near far yếu hơn so với bộ giải

tương quan

Xử lý tầng 1 – Lấy tương quan

Tầng 2 – Triệt can nhiễu

d Các bộ triệt nhiễu

Triệt nhiễu đã nhận được sự quan tâm trong việc phát triển các bộ thu CDMA Phần còn lại của luận văn này sẽ giải quyết một giải thuật triệt nhiễu Ý tưởng chủ đạo cho kỹ thuật thu này là loại can nhiễu, hay nhiễu người bằng cách trừ các giá trị ước lượng của tín hiệu can nhiễu ra khỏi tín hiệu thu được Một bộ thu tổng quát cho như hình vẽ sau :

chế song song tất cả nhiễu người dùng được lọai khỏi tín hiệu thu đồng thời Ở phương pháp triệt nhiễu liên tiếp, nhiễu của người sử dụng sẽ được lọai một cách tuần tự theo thứ tự công suất được lượng từ mạnh nhất đến yếu nhất

r(t)

Bộ tương quan V 1

Bộ tương quan V 2

Bộ tương quan V k

Thuật giải xác quyết Viterbi

2.1.1 Giới thiệu chung WCDMA

WCDMA – Wideband Code Division Mutiple Access – là một trong các giao diện vố tuyến được hiệp hội viễn thông quốc tế – ITU tiếp nhận dưới cái tên ‘ITM-20000 Direct Spread’ Nó có thể hổ trợ nhiều loại dịch vụ đống thời như voice, images, data và video

Các loại dịch vụ này có những đặc điểm chung nhử sau:

Tốc độ bit rất cao và có thể biến đổi được, cụ thể là ở 144kbps cho trường hợp trạm di động có vận tốc cao; khi tốc độ di chuyển thấp hơn tốc độ dữ liệu có thể lên 384kbps Đặc biệt, nếu máy thu cố định tốc độ dữ liệu lớn nhất có thể đạt được là 2048kbps Một trong nhiều điểm mạnh của WCDMA là hiệu suất sử dụng phổ tần cao và có thể cùng tồn tại với các hệ thống hiện hành

™ Cải thiện hiệu suất hệ thống 2G

™ Tăng dung lượng

™ Tăng độ bao phủ

™ Coherent uplink sử dụng một user-dedicate pilot

™ Điểu khiển công suất nhanh trong downlink

™ Chuyển giao liên tục

™ Mức độ linh hoạt của dịch vụ cao:

™ Dịch vụ đa tốc độ: tối đa cho vùng bao phủ đầy đủ 144-384 Kb/s và 2 Mb/s cho vùng bao phủ giới hạn

™ Mức độ linh hoạt của nhà hoạt động cao

2.1.2 WCDMA: giao diện vô tuyến cho 3G

WCDMA Có hai mode khác nhau:

™ Frequency Division Duplex (FDD)

™ Time Division Duplex (TDD)

Khi những vùng khác nhau sẽ có những kế hoạch cấp phát tần số khác nhau, khả năng hoạt động mode FDD hay TDD cho phép tận dụng hiệu quả phổ tần số sẳn có Định nghĩa chính của mode FDD và TDD:

™ FDD: Hướng truyền uplink và downlink sử dụng hai băng tần số riêng biệt cho

phương pháp song công này Một cặp băng tần số tách rời được phân công cho một kết nối

™ TDD: Trong mode song công này, đường truyền uplink và downlink sử dụng

cùng một băng tần số bằng cách dùng những khoảng thời gian được đồng bộ Vì vậy, các khe thời gian trong kênh vật lý được chia thành phần truyền và phần

nhận

2.1.3 Đặc điểm chính WCDMA

Những đặc điểm chức năng chính của giao diện vô tuyến WCDMA được liệt kê như sau:

™ Hổ trợ đường truyền tốc độ dữ liệu cao: 384 kbps với độ bao phủ rộng, 2Mbps với độ bao phủ cục bộ

™ Tính linh hoạt của dịch vụ cao: hổ trợ đa dịch vụ và tốc độ thay đổi trên mỗi kết nối

™ Sử dụng cả hai mode song công chia tần số (FDD) và chia thời gian (TDD)

™ Hổ trợ chuyển giao đến những hệ thống khác, bao gồm chuyển giao đến GSM

™ Truy xuất dữ liệu gói hiệu quả

Đặc điểm kỹ thuật chính của WCDMA :

Bảng sau trình bày đặc điểm kỹ thuật của giao diện vô tuyến WCDMA:

Truy xuất gói Hai mode (kênh dành riêng và kết hợp)

Đa tốc độ/tốc độ thay đổi Đa mã và hệ số trải phổ biến đổi

Khoảng cách sóng mang 4.4-5.2 MHz

Đồng bộ Base Station FDD: không cần sự đồng bộ chính xác

TDD: yêu cầu đồng bộ chính xác Mã hóa kênh Mã tích chập (tốc độ 1/2 và 1/3)

Mã turbo

2.2 Lớp vật lý trong WCDMA

2.2.1 Cấu trúc lớp vật lý

W-CDMA định nghĩa hai kênh vật lý dành riêng trong cả hai hướng kết nối :

™ Kênh dữ liệu vật lý dành riêng – DPDCH ( Dedicated Physical Data Channel ) mang dữ liệu riêng được tạo ra tại lớp hai và các lớp trên

™ Kênh điều khiển vật lý dành riêng – DPCCH ( Dedicated Physical Control Channel ) mang thông tin điều khiển lớp 1

Mỗi kết nối được cấp một DPCCH và một hoặc vài DPCCH Ngoài ra , có thêm một vài kênh vật lý được định nghĩa như sau :

™ Kênh điều khiển chung sơ cấp và thứ cấp để mang thông tin kênh chung hướng xuống

™ Kênh đồng bộ SCH dùng cho việc tìm kiếm Cell

™ Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý PRACH ( Physical Random Access Channel )

Trong đường hướng lên ( Uplink ) trong cả hai kênh DPDCH và DPCCH , dữ liệu được điều chế theo kiểu BPSK Sau khi được điều chế , kênh DPDCH được chuyển vào kênh Q , trong khi kênh DPCCH đầu tiên được chuyển vào kênh I Các kênh DPDCH kế tiếp ( nếu có ) được chuyển vào kênh Q và I một cách luân phiên

Trải phổ được thực hiện sau khi điều chế dữ liệu nhưng trước bộ chỉnh dạng xung ( Pulse Shaping )

Điều chế trải phổ gồm hai tác vụ khác nhau Đầu tiên là trải phổ Ở đây , mỗi kí tự dữ liệu được trải rộng đến một số Chips cho trước được xác định bởi hệ số trải phổ (

SF ) Tác vụ này làm tăng băng thông của tín hiệu , như đã đề cập ở phần trước Tác vụ thứ hai là ngẩu nhiên hoá ( Scrambling ) , ở đây mã ngẩu nhiên giá trị phức được áp dụng lên tín hiệu trải phổ

P(t)

SPREADING CODE

Coswct SPREADING CODE

P(t)

Các kí tự dữ liệu lưởng cực ( Bipolar ) trên kênh Q và I được nhân độc lập với các mã trải phổ khác nhau Mã trải phổ là mã mà hệ số trải phổ biến đổi trực giao – OVSF hay mã trực giao có chiều dài biến đổi

¾ Trải phổ và điều chế hướng xuống :

Trong hướng Downlink , dữ liệu được điều chế QPSK Dữ liệu trong nhánh I và Q được trải phổ bởi cùng mã trải phổ Mã được dùng là loại mã OVSF Tín hiệu trải phổ này sau đó được ngẩu nhiên hoá với mã ngẩu nhiên của Cell cụ thể nào đó

Hướng xuống cho một User có một kênh DPDCH và một kênh DPCCH Các kênh DPDCH bổ sung được điều chế và trải phổ với các mã khác

Sinwct

So sánh quá trình điều chế và trải phổ trong hai hướng , chúng ta thấy có một số khác

biệt như sau :

™ Hướng Uplink điều chế dữ liệu theo kiểu BPSK , trong khi Hướng Downlink

điều chế dữ liệu theo kiểu QPSK

™ Tốc độ dữ liệu trong các kênh I và Q là bằng nhau trong hướng Downlink

nhưng có thể khác nhau trong hướng Uplink

Mã Scrambling hướng xuống phân biệt giữa các Cell , trong khi mã Scrambling hướng

lên là của trạm di động cụ thể

2.2.2 Cấu trúc khung hướng lên

Hình sau minh họa cấu trúc khung của các kênh vật lý (dành riêng) ở hướng xuống

Mỗi khung có chiều dài 10 ms được tách thành 15 khe thời gian Mỗi khe như vậy có

chiều dài 2560 chip, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Một siêu khung

có chiều dài 72ms; nghĩa là một siêu khung tương ứng với 72 khung

Data

Tslot = 2560 chip , 10 x 2K bits (k = 0,…,6)

Tf = 10 ms

Ts.fr = 720 ms

Các bit pilot hỗ trợ cho giải điều chế nhất quán và ước lượng kênh TFCI (Transport Format Combination Indicator ) được dùng để làm dấu hiệu hay chỉ ra và nhận diện một vài dịch vụ đồng thời Các bit thông tin phản hồi (FBI Feedback Information) được dùng để hỗ trợ các kỹ thuật yêu cầu phản hồi TPC (Transmit Power Control) dùng cho mục đích điều khiển công suất Số lượng chính xác của các bit này phụ thuộc vào các trường DPCCH khác nhau của hướng lên

Tham số k trong hình vẽ trên định nghĩa số lượng bit trong mỗi khe thời gian Nó quan hê với hệ số trải phổ SF của kênh vật lý theo công thức

SF = k

2256

Từ đó ta thấy hệ số trải phổ biến thiên từ 256 xuống 4 Hệ số trải phơ63 được chọn tùy theo tốc độ dữ liệu

2.2.3 Cấu trúc khung hướng xuống

Hình sau biểu diễn cấu trúc khung của các kênh vật lý ( dành riêng ) Mỗi khung có thời lượng 10ms, được chia thành 15 khe thời gian (15 slots) Mỗi khe có chiều dài tương ứng là 2560 chips ( Tương ứng 1 chu kỳ điều khiển công suất) Một siêu khung ( superframe) bao gồm 72 khung đơn, như vậy chiều dài của một siêu khung là 720ms

Tslot = 2560 chip , 10 x 2K bits (k = 0,…,7)

Tslot = 2560 chip = 10/15 s

Tfr = 10 ms

được giải mã và sau đó loại trừ chúng ra khỏi tín hiệu băng gốc thu sau đó lại dùng tín hiệu đã được trừ một phần nhiễu này để ước lượng lại mã hiệu dụng ở đây tín hiệu của người sử dụng mạnh nhất không được biết trước nhưng được xác định từ độ mạnh của các giá trị tương quan ở ngõ ra của bộ FWT Bộ thu kết hợp N giá trị tương quan từ L nhánh theo nguyên lý kết hợp tỉ số cực đại (MRC) Giá trị tương quan của người dùng mong muốn sau đó được đưa vào mạch xác quyết để được giải mã Quá trình triệt nhiễu có thể được tiếp tục hoặc dừng lại tuỳ vào yêu cầu về chất lượng Giả sử cần tiếp tục , (N -1) giá trị tương quan còn lại được cho qua bộ chọn , chọn giá trị

tương quan lớn nhất và tạo ra mã Wash tương ứng với chỉ số của giá trị này Tín hiệu của người sử dụng được chọn sau đó được giải mã , trải phổ , ngẫu nhiên hoá và cho qua một phiên bản của kênh nhiều đường , tạo ra bản băng gốc của tín hiệu can nhiễu và được loại ra khỏi tín hiệu băng gốc thu

)

(i

b)nr(t)

)(

~ t r

)( −τ1

∗

t a

ta gọi là kỹ thuật chiếu

∧

)(t

I

∧)(t

I

Quá trình ước lượng mã trải phổ hiệu dụng ESC và giá trị tương quan của nó và tái tạo một phiên bản tín hiệu người dùng can nhiễu phải được thực hiện trên cơ sở từng

Regenerate the multipath chanel

Spreading

Spreading

)(

ˆ t

)(t L

a∗ −τ

a(t)

•

•

3.2 Bộ thu không kết hợp tín hiệu can nhiễu

Khác với kỹ thuật kết hợp trước , ở đây những tín hiệu can nhiễu được chọn không kết hợp lại mà được giữ riêng biệt và được tái tạo tín hiệu can nhiễu bằng băng tần gốc một cách riêng biệt bao gồm một số tuỳ ý các tín hiệu can nhiễu băng gốc Sau đó tín hiệu băng gốc thu r(t) được chiếu lên không gian tín hiệu đó

Biểu diễn hình học của kỹ thuật chiếu lên không gian phụ ở lần lặp thứ I được minh họa ở hình vẽ dưới đây Tín hiệu thu băng gốc đã điều chỉnh sẽ được đưa vào bộ phát hiện mã một lần nữa để có được sự ước lượng chính xác hơn cho mã trải phổ hiệu dụng của các người dùng gây nhiễu

Spreading

Spreading

M signals

)(i

b)nr(t

)(

~ t r

)( −τ1

∗

t a

)(t L

Quá trình này được lặp lại nhiều lần cho đến khi được một ước lượng đạt yêu cầu Chú ý rằng quá trình phát hiện mã phải được thực hiện trên cơ sở từng ký hiệu, còn quá trình chiếu lên không gian phụ có thể được thực hiện trên cơ sở từng ký hiệu hoặc trên cơ sở từng frame Tuy nhiên các kết quả mô phỏng cho thấy việc thực hiện trên

cơ sở từng ký tự sẽ cho kết quả tốt hơn nhưng với độ phức tạp tính toán cao hơn

Nội dung chính trong chương 5 là phần mô tả các mô hình mô phỏng kênh vật lý DPCH hướng Downlink cùng một số kết quả mẫu Nêu lên những ứng dụng và những cái đề tài chưa làm được qua đó thấy hướng phát triển đề tài là phần cuối của luận án này

4 MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ

Chương 1: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THÔNG TIN DI

2.2 CƠ CHẾ ĐA TRUY CẬP 14

2.2.1 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA TẦN SỐ - FDMA 14

2.2.2 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA THỜI GIAN – TDMA 17

2.2.3 ĐA TRUY CẬP PHÂN CHIA MÃ – CDMA 20

2.2.4 SO SÁNH CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY CẬP 23

3 HỆ THỐNG THÔNG TIN TẾ BÀO 24

3.1 GIỚI THIỆU 24

3.1.1 NHỮNG GIỚI HẠN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THÔNG THƯỜNG 24

3.1.2 XEM XÉT HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHỔ 26

3.2 HỆ THỐNG TẾ BÀO CƠ BẢN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THỰC HIỆN 26

3.3.3 CÁC LOẠI TIA TRONG TRUYỀN SÓNG 35 3.3.4 MỨC NHIỄU 35

1 GIỚI THIỆU 36

2 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 37

2.1 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ NHẢY TẦN SỐ FH-SS 37 2.1.1 HỆ THỐNG FH/SS NHANH 37 2.1.2 HỆ THỐNG FH/SS CH ẬM 41 2.2 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN TH-SS 42 2.3 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỔI TRỰC TIẾP DS-SS 43 2.3.1 HỆ THỐNG DS/SS - BPSK 43 2.3.2 HỆ THỐNG DS/SS - QPSK 45 2.3.3 HỆ THỐNG DS/SS - MSK 46 2.3.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC HỆ THỐNG DS/SS 47 2.4 MỘT SỐ HỆ THỐNG TRẢI PHỔ KẾT HỢP 52

Chương 3 : THÔNG TIN DI ĐỘNG DS- CDMA 54

1 CƠ SỞ HỆ THỐNG DS –CDMA 54

1.1 GIỚI THIỆU 54 1.1.1 CÁC KHÁI NIỆM 54 1.1.2 CÁC ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CDMA 55 1.1.3 PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG CDMA 56 1.2 NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG DS - WCDMA 57 1.2.1 TÍN HIỆU TRẢI PHỔ CHO NGƯỜI DÙNG ĐƠN 57 1.2.2 MÃ TRẢI PHỔ CHO DS - WCDMA 58 1.2.3 CÁC KIỂU THU TÍN HIỆU CDMA 62 1.2.4 CÁC BỘ THU CDMA ĐA NGƯỜI DÙNG 64

1.3.2 TRẠM GỐC BS 68 1.3.2.1 PHÂN HỆ PHÁT – THU TRẠM GỐC BTS 69 1.3.2.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA TRẠM GỐC BTS 69

1.3.2.3 BỘ QUẢN LÝ CỦA TRẠM GỐC BTS 69

1.3.3 TỔNG ĐÀI DI ĐỘNG MX 69 1.3.4 BỘ ĐĂNG KÝ ĐỊNH VỊ THƯỜNG TRÚ 71

2 LỚP VẬT LÝ TRONG CDMA 71

2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA WCDMA 71 2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG WCDMA 72 2.1.2 WCDMA : GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CHO 3G 73 2.1.3 ĐẶC ĐIỂM CHÍNH WCDMA 73 2.2 LỚP VẬT LÝ TRONG WCDMA 74 2.2.1 CẤU TRÚC LỚP VẬT LÝ 74 2.2.2 CẤU TRÚC KHUNG HƯỚNG LÊN 76 2.2.3 CẤU TRÚC KHUNG HƯỚNG XUỐNG 76 2.2.4 MÃ TRẢI PHỔ 77

THỐNG ĐA TỐC ĐỘ 80

1 GIỚI THIỆU CHUNG 80

2 CÁC CÔNG CỤ TOÁN VÀ NGUYÊN LÝ KẾT HỢP 81

2.1 KHÔNG GIAN TÍN HIỆU TRỰC GIAO VÀ THUẬT TOÁN GRAM - SCHMIDT 81 2.1.1 KHÔNG GIAN VECTOR 81 2.1.2 GIẢI THUẬT GRAM - SCHMIDT 82 2.1.3 KHÔNG GIAN TÍN HIỆU 82

2.3 BỘ KẾT HỢP TỈ SỐ CỰC ĐẠI – MRC 86

3 MÔ TẢ TÍN HIỆU TÍN HIỆU HƯỚNG DOWNLINK TRONG WCDMA 87

3.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG 87 3.2 TÍN HIỆU MỘT TỐC ĐỘ VỚI HỆ SỐ TRẢI PHỔ KHÔNG THAY ĐỔI 88 3.3 ĐA TỐC ĐỘ VỚI HỆ SỐ TRẢI PHỔ BIẾN ĐỔI ĐƯỢC 89

4 BỘ THU DI ĐỘNG ỨNG DỤNG THUẬT GIẢI TRIỆT NHIỄU LIÊN TIẾP 91

4.1 BỘ THU KẾT HỢP TÍN HIỆU CAN NHIỄU 91 4.2 BỘ THU KHÔNG KẾT HỢP TÍN HIỆU CAN NHIỄU 92

DOWNLINK TRONG WCDMA 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

Chương 1

CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN

Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 20 ở băng tần vô tuyến 2MHz Sau Thế chiến thứ hai mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng Năm 1946, với kỹ thuật FM ở băng sóng 150MHz, AT&T được cấp giấy phép cho dịch vụ điện thoại di động thực sự ở St.Louis Năm 1948, một hệ thống điện thoại hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond, Indiana Từ những năm 60, kênh thông tin di động có dải thông tần số 30 kHz với kỹ thuật FM ở băng tần 450 MHz đưa hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần so với cuối thế chiến thứ hai

Quan niệm “cellular” bắt đầu cuối những năm 40 với Bell Thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten cao, là những cell diện tích bé có máy phát BTS (Base Transiceiver Station) công suất nhỏ; khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại tần số Tháng 12, năm 1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số

850 MHz được đưa ra Tương ứng là sản phẩm thương nghiệp AMPS (tiêu chuẩn Mỹ) ra

đời năm 1983 Đến đầu những năm 90, thế hệ đầu tiên của thông tin di động cellular ra đời bao gồm hàng loạt hệ thống ở các nước khác nhau: TACS, NMTS, NAMTS, C,…Tuy nhiên các hệ thống này không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng mà trước hết về dung lượng Mặt khác, các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn(ra ngoài lãnh thổ) Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải quyết Một sự lựa chọn được đặt ra: kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số Các tổ chức tiêu chuẩn hóa chọn kỹ thuật số

Trước hết kỹ thuật số bảo đảm chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu mạnh và khả năng tiềm tàng về một dung lượng lớn hơn

Hai mục đích chính của việc số hóa là: đưa ra các dịch vụ mới chất lượng cao và tăng dung lượng thiết bị, mà giá thành và kích thước giảm Sự khác nhau lớn nhất giữa cấu hình của một hệ thống số và tương tự là phương pháp truyền dẫn tiếng nói và thủ tục thâm nhập Trong hệ thống số, tín hiệu thoại đươc chuyển thành tín hiệu số Trong mạng số cố định, tín hiệu thoại được biến đổi thành tín hiệu PCM 64 kb/s Tuy nhiên khi truyền dẫn vô tuyến với cùng tốc độ, một kênh thoại chiếm độ rộng băng tần lớn hơn so với các hệ thống tương tự – nghĩa là việc sử dụng băng tần kém hiệu quả Có thể cải tiến hiệu quả sử dụng tần số bằng cách giảm tốc độ hóa tiếng nói xuống khoảng 10 kb/s mà không ảnh hưởng đến chất lượng thông tin nhờ sử dụng điều chế QPSK hiệu suất cao

Các hệ thống thông tin di động số cellular có những ưu điểm căn bản sau đây:

♦ Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn

♦ Mã hóa số tín hiệu thoại với tốc độ bit ngày càng thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn

♦ Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu, dành tỉ lệ tin tức lớn hơn cho người sử dụng

♦ Aùp dụng kỹ thuật mã hóa kênh và mã hóa nguồn của truyền dẫn số

♦ Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI ( Cochannel Interference ) và nhiễu kênh kề ACI ( Adjacent-Channel Interference ) hiệu quả hơn Điều này làm tăng dung lượng hệ thống

♦ Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc làm cho sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn

♦ Có nhiều dịch vụ mới : nhận thực, số liệu, mật mã hóa, kết nối với ISDN

Điều khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn Dung lượng tăng, diện tích cell nhỏ đi, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu nhanh đều dể dàng xử lý bằng phương pháp số

Hệ thống thông tin di động cellular thế hệ thứ hai có ba tiêu chuẩn chính: GSM, IS-54, JDC, trong đó IS-54 bao gồm trong nó tiêu chuẩn AMPS

Tuy nhiên, sự tăng trưởng không thể dự báo trong thị trường thông tin vô tuyến di động cùng với các tiến bộ công nghệ trong nghành truyền thông cũng như sự phát triển các dịch vụ mạng cố định dẫn đến tình hình mới: sự cải tiến hệ thống thông tin di động thứ II và phát sinh một thế hệ mới – thế hệ thông tin di động thứ III Chúng ta có thể nói thế hệ thông tin di động thứ III là sự hội tụ của các hệ thống thông tin di động Ngày nay, các hệ thống thông tin di động có thể phân thành 5 nhóm chính : không dây – cordless, hệ thống tổ ong – cellular, vệ tinh, nhắn tin và các hệ thống thông tin di động cá nhân Các hệ thống này thống nhất trong một thể duy nhất: hệ thống thông tin di động toàn cầu- UMTS (Universal Mobile Telecommunications System )

Từ năm 1997, ITU ( International Telecommunication Union - Liên minh viễn thông thế giới ) chính thức bắt đầu công việc xây dựng tiêu chuẩn chung cho Vô tuyến điện thoại di động thế hệ thứ III (3G) trong một dự án gọi là IMT-2000 Đến 30/6/1998, ITU nhận được

10 đề xuất về các giải pháp truyền dẫn vô tuyến điện thoại trên mặt đất cho thế hệ thứ 3 từ Mỹ, Trung Quốc, Nhật, Hàn Quốc và Châu Âu

1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)

Hệ thống 1G xuất hiện vào cuối những năm 70 đầu 80, dùng kỹ thuật điều tần FM tương tự, trong đó có hệ thống AMPS là hệ thống đáng chú ý nhất AMPS sử dụng công nghệ

FM để truyền dẫn thoại và báo hiệu số cho thông tin điều khiển Các hệ thống thế hệ thứ nhất khác gồm có :

♦ AMPS băng hẹp (NAMPS) : được đưa vào sử dụng năm 1982, đây là tiêu chuẩn tương tự thành công nhất Hệ thống đã được triển khai ở khá nhiều nước trên thế giới

♦ Hệ thống TACS : ban đầu được dành riêng cho Anh và cũng dựa trên AMPS Chỉ tiêu TACS ban đầu đã được mở rộng thành ETAC ETAC chủ yếu được triển khai

ở khu vực Châu Aù Thái Bình Dương

♦ Hệ thống thoại di động Bắc Âu (NMT-900) : là hệ thống tương tự xuất hiện đầu tiên, được đưa vào Thụy Điển và Na Uy năm 1979

Tất cả các hệ thống Cellular thế hệ thứ nhất trên đều dùng đa truy cập phân tần FDMA, mỗi kênh được gán cho một băng tần số duy nhất trong một nhóm cell

1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ hai (2G)

Sự phát triển nhanh chóng về số lượng thuê bao và sự phát triển nhanh chóng của nhiều hệ thống thế hệ thứ nhất là nguyên nhân chính thúc đẩy tiến trình phát triển tới hệ thống cellular thế hệ thứ hai nhằm cải thiện chất lượng thoại, vùng phủ sóng và dung lượng Các hệ thống thế hệ thứ hai có ưu điểm của kỹ thuật nén và mã hóa phối hợp với kỹ thuật số và đều dùng cơ cấu điều chế số Các tiêu chuẩn hệ thống 2G được định nghĩa và thiết kế chỉ để hổ trợ thoại và truyền dữ liệu tốc độ thấp –trình duyệt Internet vẫn còn sơ khai trong giai đoạn này Các kỹ thuật đa truy nhập như TDMA, CDMA được sử dụng cùng với FDMA trong các hệ thống thế hệ thứ hai Bốn tiêu chuẩn 2G chính hiện đã được triển khai trên toàn thế giới là:

♦ Cellular số của Mỹ (USDC) tiêu chuẩn IS-54 và IS-136 : được coi là tiêu chuẩn TDMA của Bắc Mỹ, tuy nhiên nó cũng được triển khai ở châu Mỹ La Tinh, Châu

Á Thái Bình Dương và Đông Aâu

♦ Hệ thống GSM : theo tên gọi có nghĩa là hệ thống toàn cầu cho điện thoại di động, là hệ thống 2G xuất hiện đầu tiên, được đưa vào 1992 GSM dựa trên kỹ thuật chuyển mạch kênh Dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ thấp (<9.6 kbps) đã được cung cấp ngay từ đầu khi triển khai hệ thống và chủ yếu được sử dụng để truyền e-mail từ các máy tính xách tay

♦ Hệ thống PDC : được sử dụng ở Nhật, sử dụng công nghệ TDMA

♦ CdmaOne (IS-95): dựa trên công nghệ CDMA băng hẹp Hệ thống đã trở nên rất phổ biến ở Hàn Quốc và Bắc Mỹ

Hiện nay, trong khoảng gần 400 triệu thuê bao di động trên toàn thế giới, GSM chiếm thị phần nhiều nhất, 65% Tiếp đến là CDMAOne (15%) và IS-136 TDMA (11%) Đứng cuối cùng là PDC, chiếm 9%, tuy nhiên Nhật đã quyết định không nâng cấp PDC tới 3G mà sẽ triển khai mới công nghệ UMTS-IMT-2000

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)

Hệ thống 3G được thiết kế để cung cấp các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet tốc độ cao ( 384 kbps cho môi trường ngoài trời, 2Mbps trong nhà ), truyền hình và ảnh chất lượng cao ngang bằng mạng cố định hữu tuyến Việc cải tiến nâng cao các hệ thống thế hệ thứ hai là một thách thức với các nhà cung cấp dịch vụ cho các khách hàng hiện thời với tiến trình phát triển phải đồng thời thỏa mãn các yêu cầu của ITU về dịch vụ vô tuyến 3G trong khi vẫn giữ an toàn được đầu tư trong hạ tầng mạng vô tuyến hiện có Chi tiết hơn về hệ thống 3G được trình bày dưới đây

1.4 Công nghệ thông tin di động thế hệ thứ ba IMT-2000

1.4.1 Giao diện, khả năng kết nối mạng và các tiêu chuẩn dịch vụ

Bảng 1-1: Các dịch vụ có thể cung cấp của IMT-2000

Điện thoại mặt đất

Dữ liệu băng thoại

Aâm thanh chương trình

Aâm thanh chất lượng cao

Điện thoại truyền hình

Nhắn tin- Bản tin ngắn

E-mail

Teleax(G4)

Quảng bá/phát cho nhiều người

Thông báo thoại công cộng

Thông báo A/N công cộng

Dữ liệu số không hạn chế

Truy cập cơ sở dữ liệu

128

940 64-384 1.2-9.6(thường 1.2-2.4) 1.2-64

64 1.2-9.6(2.4) 8-32

1.2-9.6(thường 2.4) 64-1920

2.4-768 2.4-768 2.4-2000 1.2-9.6

64 32-64

10e-4 10e-6 10e-6 10e-5 10e-7 10e-6 10e-6 10e-6 10e-6 10e-4 10e-6 10e-6 10e-6 10e-6/7 10e-6 10e-6 10e-6 10e-6

Thị trường dịch vụ multimedia của mạng cố định đang phát triển mạnh do công nghệ thông tin được sử dụng rộng rãi và sự phát triển của mạng Internet, Intranet và thương mại điện tử Điều đó tạo tiền đề để phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ mới nhằm cung cấp các dịch vụ mới cho thuê bao di động Theo ITU, yêu cầu chính của ITM-

2000 là :

♦ Chất lượng thoại ngang bằng với hữu tuyến

♦ Bảo mật tương đương PSTN/ISDN

♦ Hổ trợ nhiều nhà khai thác công cộng / nhà riêng / tư nhân trong cùng một vùng

♦ Liên kết với thuê bao cố định hoặc di động khác Có thể cung cấp dịch vụ cho thuê bao cố định

♦ Roaming quốc gia và quốc tế

♦ Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và gói, lưu lượng như Internet (IP) và hội nghị truyền hình Dịch vụ thông tin tốc độ dữ liệu cao và truyền dẫn dữ liệu không đối xứng

♦ Dung lượng cao, hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn Mỗi người sử dụng sẽ cần nhiều dung lượng hơn so với dịch vụ điện thoại hiện nay

♦ Hỗ trợ nhiều lớp Cell (cấu trúc cell phân cấp HCS-Hierarchical cell structures)

♦ Cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh và hỗ trợ cơ cấu đa truy cập tương thích cho thành phần mặt đất và vệ tinh

♦ Tốc độ truyền dữ liệu cao 144 Kbps hoặc 384 Kbps cho vùng phủ rộng ngoài trời và 2 Mbps cho vùng phủ hẹp trong nhà

♦ Cơ cấu tính cước mới theo dung lượng truyền thay cho thời gian kết nối

♦ Hỗ trợ nhiều đấu nối đồng thời, ví dụ người sử dụng có thể truy cập Internet đồng thời nhận một bản Fax hay đàm thoại

Các dịch vụ có thể cung cấp bởi IMT-2000 được cho trong bảng 2-1 với tốc độ bit và tỷ lệ lỗi tương ứng Các dịch vụ thoại, truyền ảnh, truyền hình và dữ liệu ở tốc độ bit tới 144 Kbps Các dịch vụ dữ liệu tốc độ bit cao hơn (lên đến 2Mbps) cho những vùng vô tuyến nhất định cũng dược dự báo trước

1.4.2 Cấu trúc mạng

Yêu cầu đa dạng dịch vụ của IMT-2000 là một thách thức đáng kể cho hệ thống Cho đến nay, chưa có hệ thống nào được thiết kế để cung cấp nhiều loại dịch vụ và nhắm tới thị trường đa dạng như vậy

Có thể thấy rằng, rất nhiều môi trường khai thác khác nhau Picocell trong nhà cho dung lượng rất cao đến các cell mặt đất ngoài trời và vùng phủ vệ tinh, được IMT-2000 phục vụ Nhiều người tin rằng việc tổ hợp giữa thành phần vệ tinh và mặt đất của IMT-2000 sẽ đáp ứng triển khai ban đầu dịch vụ qua vệ tinh ở nơi hạ tầng mạng cố định ít phát triển Việc phát triển hạ tầng mặt đất sẽ tiếp tục được triển khai sau trong một số vùng tùy thuộc vào mật độ dân số ITM-2000 phục vụ rất đa dạng, từ nhắn tin đơn giản, thoại đến những dịch vụ đa phương tiện

ITM-2000 có máy cầm tay thích nghi để cấu hình tự động với các môi trường giao diện vô tuyến khác nhau Các máy di động thích nghi sẽ được dùng trong kết nối với những trạm

gốc (BS) và bộ điều khiển trạm gốc (BSC) “thông minh” để hỗ trợ nhiều loại giao diện vô tuyến Khả năng chuyển mạch và truyền dẫn linh động được dùng dễ hỗ trợ nhiều giao thức và yêu cầu băng thông khác nhau Điều quan trọng là phải hỗ trợ được các máy di động và thành phần mạng tùy theo ứng dụng

Tuy nhiên trên thực tế thành phần vệ tinh chỉ có tác dụng chủ yếu là cung cấp dịch vụ cho vùng sâu, vùng xa với băng thông hẹp Trong khi mục đích là yêu cầu chính của 3G là cùng cấp tốc độ dữ liệu cao (tới 2Mbps) nên việc triển khai IMT-2000 sẽ chủ yếu tập trung vào phần vô tuyến mặt đất băng rộng mới, thành phần vệ tinh chỉ được coi là phụ trợ sẽ không được đề cập thêm trong các phần tiếp theo

Từ đây chúng ta chỉ chú trọng vào phần mặt đất của IMT-2000, về mặt giao diện vô tuyến, tính linh động cao được coi là quan trọng nhất của IMT-2000 Hệ thống sẽ phải đủ linh động trong triển khai cung cấp dịch vụ, quy hoạch tài nguyên và vùng phổ tần

Một số đại lượng cần được chú ý xem xét là :

♦ Khả năng cân bằng dung lượng theo chất lượng tín hiệu RF chỉ cần yêu cầu chỉ tiêu tối thiểu được thỏa mãn

♦ Thích nghi của hệ thống với các môi trường truyền sóng và lưu lượng khác nhau và/hoặc thay đổi theo thời gian

♦ Dễ dàng quản lý tài nguyên vô tuyến

♦ Khả năng cung cấp cấu trúc truy nhập vô tuyến cố định (FWA)

♦ Dễ dàng cung cấp dịch vụ, bao gồm các dịch vụ băng thông theo yêu cầu, chuyển mạch kênh và gói cũng như Multimedia

♦ Thích nghi với những phổ tần khác nhau hiện có ở mỗi vùng

♦ Có khả năng đáp ứng cấu trúc cell phân lớp

Phù hợp với nhiều nhà khai thác trên cùng một dịch vụ, bao gồm khả năng sau :

♦ Dùng chung một phổ tần một cách hiệu quả

♦ Dùng chung hạ tầng mạng cố định (ví dụ trong vùng mật độ thuê bao thấp)

♦ Cho phép chuyển cell giữa các hệ thống của các nhà khai thác khác nhau

Mặc dù các hội nghị vô tuyến (WRC) của ITU đã phối hợp đồng bộ phổ tần cho

IMT-2000 càng nhiều càng tốt, nhưng vẫn khác biệt về thời hiệu triển khai và phổ sẵn có ở các vùng khác nhau trên toàn thế giới Các máy di động roaming sẽ cần phải tuân theo quá trình bước đầu chuẩn hóa để xác định kênh quảng bá phù hợp và biết phần phổ, nhà khai thác và dịch vụ nào đang có ở dịch vụ đó

Đối với nhà khai thác mạng viễn thông hiện có, có rất nhiều lựa chọn để phát triển mạng của mình tới IMT-2000 tùy theo mạng hiện có và tiến trình được chấp nhận để xây dựng cấu hình mạng mục tiêu

Không những phải ghép hệ giao diện vô tuyến có thể phục vụ bằng một mạng lõi chung mà các hệ thống truyền dẫn vô tuyến IMT-2000 còn phải có thể hoạt động hiệu quả trong một phạm vi rộng trên các nền mạng cố định và di động Điều này sẽ yêu cầu áp dụng theo từng khối vào việc chuyển hóa IMT-2000

Mô hình hệ thống IMT-2000 trong hình 1-2 cho thấy khái niệm khối được đề xuất Nó dựa trên sự khác biệt rõ ràng giữa miền mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi Ranh giới này định ra một giao diện mạng truy cập vô tuyến và điểm chuẩn giữa hai thành phần chính của hệ thống, giao diện này cũng là chủ chốt (ngoài giao diện vô tuyến của IMT-

2000 ) cần được ITU chuẩn hóa

Giao diện mạng truy cập vô tuyến cho phép phần vô tuyến mới nối được với nhiều mạng đã có trước đó và cả mạng lõi IMT-2000 nối với nhiều hệ thống con truy cập với hệ thống sẵn có

Mạng truy cập vô tuyến, với cả IMT-2000 và hệ thống thế hệ 2 (tiền IMT-2000 ) gồm 2 phần :

♦ Khối chức năng chung đường mạng vô tuyến (RBCF) : gồm mọi chức năng truyền và điều khiển độc lập với công nghệ truy cập vô tuyến được chấp nhận RBCF được dùng để phối hợp giữa mạng lõi băng thông lớn “error-free) và các công nghệ truyền dẫn vô tuyến băng hạn chế “error-pron” phục vụ các môi trường khai thác IMT-2000 khác nhau

♦ Khối chức năng cụ thể truyền dẫn vô tuyến (RISF): bao gồm những chức năng phụ thuộc công nghệ vô tuyến, được chia tiếp thành công nghệ truyền dẫn vô tuyến (RTT) và chức năng phối hợp truyền dẫn vô tuyến phù hợp (RTAF), RTAF phối hợp các RTT khác nhau vào một phần truy cập chung

RTSF A

RTAF A

RTAF B IMT-2000

MT-RTT B

RTSF A

RTAF N

IMT-2000 MT-RTT N

Mạng lõi 2000

IMT-Mạng lõi 1 Mạng lõi 2 AF2

AFM Mạng lõi n

Hình 1.1-Mô hình hệ thống ITM-2000 cơ bản có thêm hệ thống tiền ITM-2000 Ghi chú :

AF : Khối phối hợp IWF : Khối liên kết

MTF : Đầu cuối chức năng khác RAN : Mạng truy cập vô tuyến

RBCG : Khối chung đường mạng vô tuyến RTAF : Khối phối hợp trền2 vô tuyến RTSF : Khối vô tuyến cụ thể RTT : Công nghệ mạng vô tuyến

Các khối chức năng truyền dẫn vô tuyến được thể hiện cả hai đầu của giao diện vô tuyến (máy di động và mạng truy cập vô tuyến)

Ở phía mạng lõi, ngoài mạng lõi IMT-2000, các mạng lõi trước đó cũng được hỗ trợ Trong trường hợp này, đấu nối với IMT-2000 được bảo đảm qua khối chức năng phù hợp (IWF) Mạng lõi có từ trước cũng có thể hỗ trợ trực tiếp mạng truy cập IMT-2000 (và các đầu cuối phù hợp) nếu chức năng phối hợp phù hợp được đưa vào

Bố trí như vậy làm cho con đường phát triển tới hệ thống 3G là khả thi, tuy nhiên lại gói

gọn phát triển của chúng trong một mô hình hệ thống mục tiêu duy nhất Việc chấp nhận cấu trúc khối được khuyến nghị cho phép phát triển thiết kế ”future-proof”, nơi mà các truy cập và khối mạng khác nhau có thể dễ dàng được sắp xếp và đấu nối theo cách lắp ghép, nhờ ứng dụng Plug-in

Như vậy, mỗi nhà khai thác có thể chọn con đường phát triển tới IMT-2000 của riêng mình, tùy theo cấu trúc hạ tầng sẳn có, những thách thức có thể (để đưa ra các dịch vụ và vùng phủ mới), và các trở ngại về quy định

1.4.3 Phổ tần cho 3G:

Như đã biết, mục đích của IMT-2000 là nhằm cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao cho thị trường số đông Người ta đã ước toán tới năm 2010 sẽ có khoảng 2 tỷ thuê bao di động trên toàn thế giới Như vậy, giá cả và việc thiếu phổ tần có thể là một rào cản chính để phát triển thị trường đa phương tiện di động Việc thiếu phổ tần để đáp ứng nhu cầu thị trường sẽ làm cho mạng truy cập không cung cấp được dịch vụ Dẫn đến giá của truy cập số đông sẽ tăng lên và việc phát triển bị trở ngại

Yêu cầu phổ tính cho phần mặt đất củaUMTS/IMT-2000 dựa trên các yếu tố chính là:

♦ Tỷ lệ máy di động và dự báo thị trường

♦ Mật độ người sử dụng dự báo

♦ Đặc tính dịch vụ và lưu lượng

♦ Đặc tính kỹ thuật và hạ tầng thông tin

Yêu cầu phổ cho mỗi dịch vụ (thoại, nhắn tin, dữ liệu chuyển mạch đa phương tiện trung bình, đa phương tiện cao cấp và đa phương tiện tương tác cao cấp ) được xem xét trong sáu môi trường khai thác Đó làø tại trung tâm kinh doanh (CBD), ngoại ô, nhà ở, đi bộ ở thành phố, đi xe ở thành phố và vùng nông thôn Tính toán yêu cầu phổ có kết quả độc lập cho mỗi trường hợp, tổng hợp thành yêu cầu phổ tổng Chỉ có ba môi trường khai thác (trong nhà CBD, đi bộ ở thành phố và đi xe ở thành phố) cộng lại thành tổng lượng phổ yếu do chúng cũng tồn tại trên một vùng địa lý

Trên cơ sở đó, diễn đàn UMTS đã đề xuất các băng tần mới lên ITU Mới đây, thông qua hội nghị vô tuyến điện tử thế giới WRC – 2000 ITU đã phân định ba băng tần mới cho IMT – 2000, xem hình 2.3

Chúng ta thấy rằng, có một băng tần mới cho IMT – 2000 từ 2500 – 2690 MHz còn hai băng tần kia chồng lên phổ của GSM và DCS 1800 Như vậy phổ hiện đang sử dụng cho dịch vụ di động 2G có thể được tái sử dụng cho IMT – 2000 chỉ về sau này khi việc sử dụng 2G đã giảm đáng kể

Phổ tần cho thành phần vệ tinh của IMT – 2000 để dịch vụ IMT – 2000 có mặt ở vùng mật độ dân cư thưa thớt Thành phần vệ tinh có nhiều ưu điểm Để thỏa mãn yêu cầu phổ cho thành phần vệ tinh trong các vùng này, cần đảm bảo rằng phần phổ đã phân định cho dịch vụ di động vệ tinh có thể sử dụng cho phần vệ tinh của IMT – 2000

Hình 1-2 Phổ tần IMT-2000 (theo WRC-2000) Việc thống nhất sử dụng phổ tần (tức là qui hoạch tần số chung cho toàn cầu gồm các băng tần như nhau cho IMT – 2000) là một bước rất cần thiết để giảm giá thành và sự phức tạp khi triển khai IMT – 2000 Phổ tần thống nhất toàn cầu sẽ cung cấp cho người sử dụng cùng một dịch vụ như nhau ở chi phí thấp nhất bất kể đầu cuối được sử dụng trong vị trí của thuê bao

MSS MSS

MSS

MSS

MS MSS

Máy đầu cuối từ nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể cạnh tranh lẫn nhau về đặc tính, công nghệ và giá cả trong một thị trường số đông rộng lớn Đến nay đã có hơn 40 mô hình máy được giới thiệu bởi 12 nhà sản xuất khắp thế giới

Các yêu cầu tối thiểu về các tính năng của điện thoại vô tuyến di động 3G được ITU đưa

ra trong khuyến nghị ITU-R.1225 tập trung trên bốn bình diện sau đây:

1 Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu trong 4 môi trường làm việc khác nhau từ thông tin vệ tinh di động:

♦ Di chuyển với tốc độ cao trên mặt đất ( lên đến 500km/h đối với phương thức phân chia theo tần số FDD và 120km/h đối với phương thức phân chia theo thời gian TDD ) có tốc độ truyền dữ liệu từ 64Kbit/s đến 144Kbit/s

♦ Di chuyển tốc độ chậm trong và ngoài nhà, chẳng hạn khi máy cầm tay di chuyển với tốc độ 30km/h có tốc độ truyền dữ liệu lên tới 384Kbit/s

♦ Dùng cố định trong nhà tốc độ di chuyển dưới 3 km/h có tốc độ truyền dữ liệu lên tới 2Mbit/s

2 Phủ sóng toàn cầu

3 Đảm bảo các yêu cầu dịch vụ sơ cấp như âm thoại, chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh ( với mức lỗi về thông tin BER < 10-6 ), cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng ( Internet, thương mại điện tử… và các mạng thông tin)

S

MSS

MSS

4.Có thể tương thích với vô tuyến điện thoại di động 2G

Cho đến nay ITU đã chấp nhận 5 phương án kỹ thuật để thực hiện các mạng 3G Trong đó

3 phương án dành cho hệ thông tin vô tuyến di động sử dụng công nghệ phân chia theo tần số ( FDD ) là:

♦ Phát triển từ các mạng cdmaOne (chuẩn IS-95) hiện nay lên CDMA2000

♦ Phát triển từ các mạng vô tuyến di động GSM và TDMA, hiện nay sử dụng công nghệ EDGE để cung cấp dữ liệu có tốc độ lên tới 384Kbit/s

♦ Dùng bộ tiêu chuẩn UMTS ( Hệ thống viễn thông di động toàn cầu ) để tiến thẳng lên CDMA băng rộng ( WCDMA )

Hai phương án kỹ thuật khác dành cho hệ thống vô tuyến di động sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian song công ( TDD ) là:

♦ Dùng giải pháp DECT ( Digital Enhance Cordless )

♦ Dùng giải pháp UTRA TDD dựa trên khái niệm các tiêu chuẩn UMTS nhưng tiếp cận từ công nghệ TDD Giải pháp này tạo nên sự hài hòa với giải pháp TD-SCDMA do Trung Quốc khuyến nghị

2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ CÁC KỸ THUẬT

2.1 Cấu trúc hệ thống

Trong hệ thống di động số, đòi hỏi phải có hệ thống PLMN (Public Land Mobile Network): mạng di động mặt đất công cộng PLMN kết hợp với các mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, PLMN cung cấp cho các thuê bao khả năng truy cập vào mạng thông tin toàn cầu từ MS đến MS Do MS không cố định, nên PLMN phải kiểm tra và quản lý MS Mạng phải luôn luôn theo dõi MS để xác định MS hiện đang ở cell nào Có ba phương án thực hiện:

Phương án 1:

MS phải thông báo cho PLMN mỗi khi MS chuyển sang cell mới Như vậy cell sẽ cập nhật vị trí MS Khi có cuộc gọi đến MS thì BTS phát thông báo quảng bá trong phạm vi một cell

thông báo tìm gọi (phát quảng bá ) không quá lớn ( số lượng này tăng theo số cell trong vùng định vị ), đồng thời với số lượng thông báo cập nhật vị trí của MS cũng không quá lớn (số lượng này sẽ giảm nếu số cell trong vùng định vị tăng lên )

Hình 1-3 giới thiệu hệ thống thông tin cellular Hệ thống này bao gồm phân hệ chuyển

mạch SS (Switching Sybsystem ) và phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

Hình1.3 Mô hình hệ thống thông tin di động Cellular

AUC HLR

MSC

BSC BTS

OSSHỆ THỐNG TRẠM GỐC

Truyền dẫn báo hiệu Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn báo hiệu

OSS : Operation SubSystem - Hệ thống vận hành khai thác

SS : Switching System - Hệ thống chuyển mạch

AUC: Authentication Unit Center -Trung tâm nhân thức

VLR: Visited Location Regsiter Cơ sở dữ liệu động được dùng để cập nhật và duy

trì thông tin về thuê bao

HLR: Home Location Regsiter Cơ sở dữ liệu của mạng thông tin vô tuyến, chứa

các thông tin và mô tả thuê bao

EIR: Equipment Identify Regsiter - Thanh ghi nhận dạng thiết bị

MSC: Mobile Switching Center – Bộ chuyển mạch

BTS : Base Transceiver System - Trạm thu phát gốc

BSC : Base Station Controller - Điều khiển trạm gốc

BSS : Base SubSystem - Hệ thống trạm gốc

MS : Mobile station - Máy di động

ISDN: Integrated Servises Digital Network - Mạng số liên kết đa dịch vụ

CSPDN : Circuit Switched Public Digital Network - Mạng chuyển mạch số công

cộng theo mạch

PSPDN: Packet Circuit Switched Public Digital Network -Mạng chuyển mạch gói

công cộng

PSTN : Public Switched Telephone Network - Mạng chuyển mạch điện thoại công

cộng

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

Trong mỗi BSS, một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển một nhóm BTS vềcác chức

năng chuyển giao và điều khiển công suất

Trong mỗi SS, một trung tâm chuyển mạch của PLMN gọi tắt là tổng đài mạng di động

MSC phục vụ nhiều BSS, hình thành cấp quản lý lãnh thổ gọi là vùng phục vụ MSC Mạng di động cellular quản lý nhiều mặt đối với MS nên cơ sở dữ liệu lớn Bộ đăng ký

định vị thường trú HLR chứa thông tin về thuê bao (như các dịch vụ mà thuê bao lựa chọn

và các thông số nhận thưcù) Vị trí hiện thời của MS được cập nhật qua bộ đăng ký định vị

tạm trú VLR cũng được chuyển đến HLR

Trung tâm nhân thức AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thức và các

khóa mật mã Mỗi MSC có một VLR

Khi MS di chuyển vào một vùng phục vụ MSC mới thì VLR yêu cầu HLR cung cấp các

số liệu về MS mới này, đồng thời VLR cũng thông báo cho HLR biết MS nói trên đang ở

vùng phục vu ïMSC nào VLR có tất cả thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi theo yêu

cầu người dùng Một MSC đặc biệt (gọi là MSC gateway) được PLMN giao cho chức

năng kết nối giữa PLMN với các mạng cố định

Chẳng hạn để thiết lập một cuộc gọi đến MS, thì MSC cổng hỏi HLR về vị trí hiện thời

của MS thuộc về vùng MSC nào để định tuyến tới MSC của MS đang xét Tiếp theo là sự

thông báo quảng bá tìm gọi MS xét được thực hiện

Máy di động gồm hai phần : modulle nhận dạng thuê bao SIM (Subcriber Identity Module)

và thiết bị thu, phát, báo hiệu ME (Mobile Equipment)

Phân hệ trạm gốc (BSS) bao gồm một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) và nhóm các trạm

vô tuyến gốc (BTS) Bộ điều khiển BSC có nhiệm vụ điều khiển tất cả các trạm vô tuyến

gốc trong phạm vi của nó, như điều khiển chuyển giao, điều khiển công suất, mỗi trạm

BTS quản lí một cell, và có nhiệm vụ liên lạc với tất cả các máy di động trong phạm vi

cell

Phân hệ chuyển mạch (SS) gồm trung tâm chuyển mạch di động (MSC), bộ đăng kí định

vị thường trú (HLR), bộ đăng kí định vị tạm trú (VLR), trung tâm nhận thực (AUC) và

thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

Trong phân hệ chuyển mạch SS còn có: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) chứa số liệu phần cứng của thiết bị – EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nhờ vậy MSC có thể kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị

Phân hệ hổ trợ và khai thác OSS: (Operation and Support Subsystem )

Phân hệ hổ trợ và khai thác OSS được xây dựng theo nguyên lí TMN (Telecommunication Management Network -mạng quản lí viễn thông)

OSS có ba chức năng chính là:

♦ Chức năng khai thác và bảo dưỡng

♦ Chức năng quản lí thuê bao

♦ Chức năng quản lí MS

Các MS, MSC và BS được liên kết với nhau thông qua đường liên kết thoại chuyên biệt và số liệu Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/ phát RF Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi ở các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể thiết lập qua bất cứ kênh nào đã được xác định trong vùng đó

Bộ điều khiển MSC là trung tâm điều khiển của hệ thống tế bào, nó điều khiển, sắp đặt và quản lí toàn bộ hệ thống Bất kì sự cố nào xảy ra cho MSC thì cũng có thể ảnh hưởng hoặc làm ngưng hoạt động của hệ thống

Sự khác nhau giữa mạng cố định và mạng di động:

Mạng cố định:

Thiết bị đầu cuối kết nối cố định vào mạng Tổng đài mạng cố định liên tục bám sát được trạng thái nhấc-đặt để phát hiện cuộc gọi đến từ thuê bao, đồng thời thiết bị đầu cuối luôn sẳn sàng tiếp nhận chuông

Mạng di động:

Do số kênh quá ít so với số thuê bao MS, nên kênh vô tuyến chỉ được cấp phát theo kiểu động Ngoài ra, việc thiết lập cuộc gọi và gọi đối với MS cũng khó hơn Khi chưa có cuộc gọi MS phải lắng nghe thông báo tìm gọi nó nhờ một kênh đặc biệt, kênh này là kênh quảng bá (chung cho vùng định vị) Mạng phải xác định được MS đang ở vùng định vị nào Khi có cuộc gọi liên quan tới MS yêu cầu hệ thống cho phép MS truy cập đến hệ thống để nhận được một kênh Thủ tục truy cập được thực hiện trên một kênh đặc biệt theo hướng từ MS đến trạm gốc Kênh này và kênh quảng bá đều là kênh chung vì nó đồng thời phục vụ nhiều MS trong Cell Kênh mà MS được cấp phát để thực hiện một cuộc gọi là kênh dành riêng Vậy MS có 2 trạng thái chính :

♦ Trạng thái chờ: MS lắng nghe kênh quảng bá

♦ Trạng thái truyền tin : MS được cấp phát kênh truyền tin song công để truyền tin

song công

Sự chuyển giao di động giữa các mạng PLMN: khi MS ở trạng thái truyền tin, MS có thể

di chuyển từ cell này sang cell khác, đòi hỏi mạng phải chuyển đổi kênh dành riêng và sự phục vụ từ mạng mà không ảnh hưởng cuộc gọi Sự hợp tác giữa các mạng thông tin tạo điều kiện để MS được chuyển giao trong phạm vi bất kỳ Người ta đã chỉ định giao diện vô tuyến chung để MS có thể truy cập đến tấc cả các mạng MS có bộ phận ME đầy đủ phần cứng và phần mềm để kết hợp với giao diện vô tuyến trên

Các tính năng của SIM:

Phần SIM có nhiều tính năng:

♦ SIM là một khóa cho phép MS được dùng Đây là một khóa vạn năng cho phép người dùng là một thuê bao duy nhất, có thể làm việc với các thiết bị ME khác nhau, tiện cho việc thuê, mượn các ME tùy ý thuê bao

♦ SIM có các phần cứng phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trử hai loại tin tức: tin tức có thể thay đổi và không thể (không biết ) bởi người dùng

♦ SIM sử dụng mật khẩu PIN (Personal Identity Number ) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp

♦ SIM cho phép con người sử dụng nhiều dịch vụ và cho phép con người dùng truy

cập vào các PLMN khác (nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện SIM-ME )

2.2 Cơ chế đa truy cập

Trong mỗi cell, một BST liên lạc với nhiều MS Qua giao diện vô tuyến (Air Interface),

MS thiết lập và thực hiện cuộc gọi với bất kỳ thuê bao nào khác Việc phân chia các kênh liên lạc cho mỗi MS được gọi là kỹ thuật đa truy cập Các phương thức đa truy cập là: FDMA, TDMA và CDMA Chúng ta có một số khái quát về phương thức này chủ yếu là CDMA

2.2.1 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multipe Access) 2.2.1.1 Phương pháp

Đa truy cập phân chia theo tần số được sử dụng lần đầu tiên trong các hệ thống thông tin tương tự Trong kỹ thuật đa truy cập này, các user được truyền liên tục theo thời gian trên băng tần số riêng ứng với user đó Do đó nếu có N user thì băng tần tổng của kênh truyền được chia thành N băng tần nhỏ, ứng với N user

Mỗi băng tần nhỏ như vậy gồm băng tần tối thiểu cho việc truyền dữ liệu và hai dãy tần phòng vệ hai bên Dãy tần phòng vệ phải đủ để đảm bảo nhiễu xuyên kênh giữa các user sử dụng chung một kênh truyền là nhỏ nhất

Trong hệ thống thông tin di động tế bào, sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số, mỗi khi một thuê bao di động truy cập vào hệ thống, nó sẽ được trạm gốc cấp phát một cặp tần số ( 1 kênh ) để liên lạc trên hai hướng : hướng lên ( từ thuê bao di động MS đến trạm gốc BS ), hướng xuống ( từ trạm gốc BS đến thuê bao di động MS ) Do đó, nếu có N thuê bao di động thì băng tần tổng cell được chia thành 2N băng tần nhỏ và các dãi tần phòng vệ giữa hai băng tần kế cận nhau để phục vụ cho việc truyền và phát Việc