Hệ thống thông tin di động
4.1.1.8. HA (Home Agent) 93
4.1.1.9. AAA (Nhận thức, Cho phép hỗ trợ tính cớc) 93
4.1.1.10. HLR (thanh ghi định vị thờng trú) 93
4.1.1.11. AuC (Trung tâm nhận thực) 94
4.1.1.12. SMSC (Trung tâm dịch vụ bản tin ngắn) 94
4.1.1.13. OMC (Trung tâm vận hành và bảo dỡng) .95
4.1.1.14. VMS (Hệ thống th thoại) 95
4.1.1.15. FMS (Hệ thống th fax) 96
4.1.1.16. IWF (Chức năng liên kết làm việc) .96
4.1.1.17. CAN (Mạng ATM trung tâm) 96
4.1.1.18. SCP (Bộ xử lý điều khiển dịch vụ) 97
4.1.1.19. SMS (Hệ thống quản lý dịch vụ) .97
4.1.1.20. IP (Mạng ngoại vi thông minh) 97
4.1.1.21. MT (Thiết bị đầu cuối thuê bao) .97
4.1.2. Kết nối gữa các thành phần . 98
4.1.2.1.Giao tiếp giữa MSC và BTS 98
4.1.2.2. Giao tiếp giữa MSC và HLR 98
4.1.2.3. Giao tiếp giữa các MSC 99
4.1.2.4. Giao tiếp giữa MSC và PSTN 99
4.1.2.5. Giao tiếp giữa MSC/BSC/BTS và OMC 99
4.1.2.6. Giao tiếp giữa MSC và VMS/FMS 99
4.2. Dung lợng hệ thống CDMA 99
Các từ viết tắt
.102
5
Hệ thống thông tin di động
6
Hệ thống thông tin di động
Ch ơng 1
TổNG QUAN Về THÔNG TIN DI Động cellular
1.1. Giới thiệu chung.
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động
Vô tuyến di động đã đợc sử dụng gần 78 năm. Mặc dù các khái niệm tổ
ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã
đợc biết đến hơn 50 trớc đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm
1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng đợc và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích
ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện
lợi và dung lợng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống điện
thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần
số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980 ngời ta nhận
thấy rằng các hệ thống tổ ong tơng tự không thể đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng
tăng vào thế kỷ sau nếu nh không loại bỏ đợc các hạn chế cố hữu của các hệ thống
này. (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lợng thấp. (2) Tiếng ồn khó chịu và
nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trờng pha đinh đa tia. (3)
không đáp ứng đợc các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng. (4) Không cho
phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng. (5) Không đảm
bảo tính bí mật của các cuộc gọi. (6) Không tơng thích giữa các hệ thống khác
nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng đợc máy di động
của mình ở nớc khác.
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng
kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập
mới.
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo
thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới đợc ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là
GSM. GSM đợc phát triển từ năm 1982 khi các nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT
để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz. Năm
1985 hệ thống số đợc quyết định. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp
đã đợc lựa chọn. ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đợc đa vào từ
năm 1993.
7
Hệ thống thông tin di động
ở Mỹ khi hệ thống AMPS tơng tự sử dụng phơng thức FDMA đợc triển khai
vào giữa những năm 1980, các vấn đề dung lợng đã phát sinh ở các thị trờng di
động chính nh: New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến lợc nâng cấp
hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA đợc ký hiệu là IS -
54. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lợng của AMPS tốt hơn. Rất nhiều
hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA.
Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS -136, còn đợc gọi là AMPS số
(D-AMPS). Nhng không giống nh IS - 54, GSM đã đạt đợc các thành công ở Mỹ.
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công
nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA). Công nghệ này sử dụng kỹ thuật
trải phổ trớc đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Đợc thành lập vào năm
1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận
đợc nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này. Đến nay công nghệ này đã trở thành
công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom đã đa ra phiên bản CDMA đầu tiên đợc
gọi là IS - 95 A.
Các mạng CDMA thơng mại đã đợc đa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng
Kông. CDMA cũng đã đợc mua hoặc đa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil,
Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật.
Tổng công ty Bu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm
CDMA.
ở Nhật vào năm 1993 NTT đa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của
nớc này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System).
Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói
trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm
tay không dây số cũng đợc nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại
thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của
Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã đợc đa vào th-
ơng mại.
Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thôg tin di động
vệ tinh: Global Star và Iridium cũng đợc đa vào thơng mại trong năm 1998.
Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông
về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ
thứ ba. Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã đợc chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-
CDMA và CDMA2000. W-CDMA đợc phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và
cdma2000 đợc phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2, ở thế hệ này các hệ thống thông tin
8
Hệ thống thông tin di động
di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ
ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng
hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đợc gọi là hệ thống
thông tin di động băng rộng.
1.1.2. Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong
1.1.2.1 Tổng quan
Hệ thống điện thoại di động tổ ong đợc chia thành nhiều vùng
phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và đợc điều khiển bởi
tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì đợc cuộc gọi một cách liên tục khi di
chuyển giữa các ô.
Hình dới đa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc
(BS). Một vùng phục vụ của một BS đợc gọi là ô và nhiều ô đợc kết hợp lại thành
vùng phục vụ của hệ thống. Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà
các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại
đợc xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động đợc đồng bộ về tần số một cách tự
động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau, còn các ô ở cách xa
hơn thì một khoảng cách nhất định để có thể tái sử dụng cùng một tần số. Để cho
phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các
ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lu lợng theo sự di chuyển
của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích
hợp một cách tự động.
Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh
RF giữa các BS kề nhau có thể đợc định vị một cách có hiệu quả nhờ việc tái sử
dụng tần số và do đó dung lợng thuê bao đợc phục vụ sẽ tăng lên.
9
Hệ thống thông tin di động
Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
1.1.2.2. Sự phát triển của hệ thống tổ ong
Hệ thống điện thoại di động thơng mại đầu tiên đợc đa vào áp dụng
sử dụng băng tần 150 MHz tại Saint Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách
kênh là 60 KHz và số lợng kênh bị hạn chế chỉ đến 3. Đó là hệ thống bán song
công và vì thế mà ngời đàm thoại bên kia không thể nói đợc trong khi ngời đàm
thoại bên này đang nói và việc kết nối là nhân công nhờ điện thoại viên. Sau đó,
nhờ một số cải tiến mà hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150
MHz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã đợc sử
dụng vào năm 1969. Đó là hệ thống song công và một BS có thể phục vụ cho một
vùng bán kính rộng tới 80 Km.
1.1.2.3 Các phơng pháp truy cập trong mạng di động tổ ong
a. Nguyên tắc chung
Để làm tăng dung lợng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, và
có thể cho phép nhiều ngời cùng khai thác chung một tài nguyên trong cùng thời
điểm, chẳng hạn nh trong thông tin di động thì ngời ta phải sử dụng kỹ thuật đa
truy nhập. Hiện nay có ba hình thức đa truy nhập khác nhau là:
Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division
Multiple Access).
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division
Multiple Access).
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple
Access).
Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch
chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng
khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến đợc nhiều thuê
bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng đợc gán cho một tần số riêng.
b. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
Đây là phơng pháp đa truy nhập mà trạm gốc sử dụng các băng tần khác
nhau cho các thuê bao di động khác nhau. Mỗi băng tần này có một khoảng bảo vệ
thích hợp nhằm tránh sự chồng lấn (có nghĩa là mỗi ngời sử dụng một sóng mang
khác nhau để truy nhập hệ thống và tại cùng một thời điểm).
Trong hệ thống này vấn đề phân chia tần số khống chế công suất tránh can
nhiễu đợc đặt lên hàng đầu. Các vấn đề điều khiển và đồng bộ trong toàn hệ thống
là không quan trọng.
10
Hệ thống thông tin di động
Các hệ thống FDMA đợc sử dụng từ rất sớm và thực tế đã qua khai thác
nhiều năm, tính ổn định cao, giá thành hạ. Tuy nhiên hạn chế chính của hệ thống
này là không linh hoạt khi cần thay đổi dung lợng, dung lợng hệ thống không cao,
vấn đề tần số công suất sẽ rất phức tạp khi số lợng thuê bao tăng lớn.
Hình 1.2: đa truy cập phân chia theo tần số
c. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Trong phơng pháp đa truy nhập này nhiều ngời sử dụng cùng một sóng
mang, nhng trục thời gian đợc chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi là các khe thời
gian. Mỗi thuê bao đợc trạm gốc cấp cho một khe thời gian và thuê bao chỉ liên
lạc với trạm gốc trong khe thời gian của mình. Tất nhiên giữa các khe thời gian
cần có một khoảng bảo vệ để tránh chồng lấn.
TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải đợc số
hoá hoặc mã hoá, sau đó đợc lu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời
gian trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên
tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài ra, do có nhiều
thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị TDMA phải đợc sử dụng
kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lợng của tín hiệu.
11
Hệ thống thông tin di động
Hình 1.3:Đa truy cập phân chia theo thời gian
d. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang thông tin (ví dụ nh tiếng nói) đợc biến
đổi thành tín hiệu digital, sau đó đợc trộn với một mã giống nh mã ngẫu nhiên. Tín
hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó đợc phát trong
một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ.
Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng
đòi hỏi các kênh có dải thông tơng đối rộng (Thờng là 1,25 MHz). Tuy nhiên theo
tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa đợc số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần
mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng nh nhau .
Hình vẽ dới đây là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA. Dải thông tăng từ 30
KHz lên 1,25 MHz, nhng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc đàm
thoại. Mỗi đờng thoại analog trớc hết đợc biến đổi thành digital nhờ bộ biến đổi
A/D đúng nh với TDMA. Tuy nhiên sau đó thêm một bớc nữa là chèn một mã đặc
biệt qua một bộ tạo mã. Sau đó tín hiệu đợc phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải
thông chứ không chiếm một khe thời gian riêng trong dải này.
.
12
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạ
o
mã
(20)
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
(20)
1,25 MHz
kênh 1
1,25 MHz
kênh 20
.
.
.
(1)
(1)
Hệ thống thông tin di động
Hình 1.4
Hình 1.5:Đa truy cập phân chia theo thời mã CDMA
1.2. Các thuộc tính CDMA
1.2.1. Đa dạng phân tập
Trong hệ thống điều chế băng hẹp nh điều chế FM analog sử dụng trong hệ
thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đờng tạo nên nhiều fading
nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đờng đợc giảm đi trong
điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đờng khác nhau đợc thu nhận
một cách độc lập nhờ sử dụng phân tập.
Nhng hiện tợng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do
fading đa đờng không thể loại trừ hoàn toàn đợc vì với các hiện tợng fading đa đ-
ờng xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách
độc lập đợc.
Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo
thời gian, theo tần số và theo khoảng cách.
1.2.1.1. Phân tập theo thời gian
Phân tập theo thời gian đạt đợc nhờ sử dụng việc chèn mã sửa sai. Việc chèn
dữ liệu làm nâng cao chất lợng của việc sửa lỗi bằng cách trải các lỗi trên trục
thời gian. Các lỗi trên thực tế thờng xuất hiện khi gặp chớng ngại vật, do đó khi số
liệu đợc tách, các lỗi trải ra trên một khoảng thời gian lớn hơn. Trong CDMA sử
dụng phơng pháp mã hoá xoắn trong bộ phát và giải mã Viterbi.
13
Hệ thống thông tin di động
Một dạng khác của phân tập thời gian xuất hiện tại trạm gốc khi truyền dữ
liệu với tốc độ giảm. Khi phát tốc độ dữ liệu giảm (thời gian lặng trong các cuộc
thoại) trạm gốc lặp lại dữ liệu để tốc độ phát đạt tới tốc độ cao nhất. Trạm gốc
cũng giảm công suất truyền khi nó hoạt động với tốc độ dữ liệu giảm. Sự d thừa
thêm vào trong tín hiệu truyền này dẫn đến ít nhiễu giao thoa hơn và cải thiện hoạt
động ở bộ thu của máy di động trong vùng nhiễu cao.
1.2.1.2 Phân tập tần số:
Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở
rộng công suất tín hiệu trong một băng tần rộng. Mặt khác nhiễu trong thời điểm
nhất định chỉ xảy ra tại một đoạn băng tần hẹp cụ thể nào đó, sự giảm tín hiệu vô
tuyến chỉ ảnh hởng tới một phần độ rộng băng tín hiệu CDMA, phần lớn thông tin
là nhận đợc. Kết quả là với một phần nhỏ thông tin bị sai lệch thì tại đầu thu ta dễ
dàng khôi phục lại thông tin ban đầu
1.2.1.3 Phân tập không gian:
Phân tập theo không gian hay theo đờng truyền có thể đạt đợc theo 3 phơng
pháp sau:
Thiết lập nhiều đờng báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di
động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS .
Sử dụng môi trờng đa đờng qua chức năng trải phổ giống nh bộ thu
quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác
trễ thời gian.
Đặt nhiều anten tại BS. Mỗi trạm thu phát sử dụng 2 anten thu để loại
bỏ fađing tốt hơn.
1.2.2. Điều khiển tự động công suất:
Công suất phát của máy di động đợc tự động điều chỉnh sao cho tất cả các
máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu đợc với độ nhạy trung bình tại bộ
thu của trạm gốc BTS. Bộ thu CDMA của trạm gốc BTS chuyển tín hiệu thu đợc từ
máy tơng ứng thành thông tin số băng hẹp. Khi đó tín hiệu thu đợc của các máy di
động còn lại là tín hiệu nhiễu của băng rộng. Thủ tục thu hẹp băng nhằm nâng cao
tỷ số S/N lên đến mức cao nhất. Dung lợng của hệ thống đạt đợc là lớn nhất khi tín
hiệu thu đợc tại BTS từ các máy di động có tỷ số S/N đạt giá trị cao nhất. Trạm
BTS cung cấp chức năng mở mạch điều khiển công suất qua việc cung cấp cho
máy di động một hằng số công suất. Hằng số này liên quan đến các yếu tố nh tải,
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét