Hệ thống thông tin di động

trí tuệ hoặc là ngành công nghiệp của tương lai, là nền tảng để tăng cường sức mạnh của một quốc gia cũng như cạnh tranh trong công nghiệp. Ngành công nghiệp này phải được phát triển trước một bước so với những ngành công nghiệp khác, bởi vì sự phát triển của các ngành khác dựa trên cơ sở thông tin liên lạc, ngành mà sẽ chỉ không đơn giản phục vụ như một phương tiện liên lạc mà sẽ đóng vai trò như một nguồn vốn cho xã hội tiến bộ. Dưới sự hướng dẫn, quan tâm nhiệt tình của thầy giáo Đinh Hữu Thanh, em đã hiểu thêm được nhiều điều về lĩnh vực thông tin liên lạc cũng như việc áp dụng các công nghệ mới vào viễn thông. Trong khuôn khổ của bài viết cũng như còn hạn chế về kiến thức cho nên không tránh khỏi thiếu sót cũng như lầm lẫn, em mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em hoàn thành đợt tốt nghiệp này. Mục lục Tt Trang Lời nói đầu………………………………………………………………..1 Chương 1 Tổng quan về thông tin di động cellular 1.1. Giới thiệu chung…………………………………………………6 Lịch sử phát triển của thông tin di động……………………..6 Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong……………8 Tổng quan …………………………………………………..8 Sự phát triển của hệ thống tổ ong…………………………..9 1.1.2.3. Các phương pháp truy cập trong mạng di động tổ ong……..9 Các thuộc tính CDMA 12 Đa dạng phân tập ………………………………………………..12 Phân tập theo thời gian……………………………………..13 Phân tập tần số……………………………………………..13 Phân tập không gian………………………………………..13 Điều khiển tự động công suất……………………………………14 Công suất phát thấp……………………………………………..14 Bộ giải mã thoại tốc độ biến thiên………………………………15 Bảo mật cuộc gọi…………………………………………………15 Chuyển giao mềm……………………………………………….16 Dung lượng mềm…………………………………………………17 Tách tín hiệu thoại………………………………………………17 Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng…………………………17 Giá trị Eb/N thấp, có tính chống lỗi cao………………………18 Dịch vụ chất lượng cao………………………………………….19 CHƯƠNG II Các kỹ thuật trong CDMA Kỹ thuật trải phổ…………………………………………………20 2.1.1. Trải phổ dãy trực tiếp………………………………………………20 Các đặc tính của trải phổ trực tiếp……………………………21 Ưu nhược điểm của DS-CDMA………………………….22 2.1.2. Hệ thống dịch tần (FH)…………………………………………….22 2.1.2.1. Nhảy tần nhanh………………………………………………...25 Nhảy tần chậm………………………………………………….26 Hệ thống giải điều chế nhảy tần………………………………..26 Đặc tính tín hiệu dịch tần………………………………………27 Sử dụng dãy mã giả tạp âm ngẫu nhiên……………….29 2.3. Điều khiển công suất CDMA…………………………………32 2.3.1. Điều kiển công suất tuyến lên…………………………………….32 Điều khiển công suất tuyến xuống………………………………35 Nguyên lý bộ thu tín hiệu đa luồng (máy thu RAKE)………………………………………………….36 Chương 3 kiến trúc phân tầng của hệ thống thông tin di động tế bào cdma 3.1. Cấu trúc chung - So sánh với mô hình mạng OSI. …..38 3.2. Lớp vật lý……………………………………………………………39 3.2.1. Thiết lập kênh……………………………………………………...39 Các kênh CDMA tuyến xuống………………………………40 3.2.1.2. Các kênh CDMA hướng lên (Reverse channel)…………….54 Lớp mạng và lớp tuyến dữ liệu……….…………………68 3.3.1.Kênh CDMA tuyến xuống…………………………………………68 Kênh đồng bộ………………………………………………..68 Kênh nhắn tin……………………………………………….69 Kênh lưu lượng………………………………………………70 3.3.2. Các kênh CDMA tuyến lên………………………………………71 Kênh truy nhập………………………………………………71 3.3.2.2. Kênh lưu lượng……………………………………………….71 3.4. Quá trình xử lý cuộc gọi…………………………………….71 Quá trình đăng ký…………………………………………….71 Quá trình thiết lập một cuộc gọi từ MS……………………..74 Cuộc gọi tới MS……………………………………………….76 Xoá cuộc gọi……………………………………………………77 Lưu động………………………………………………………78 Chuyển vùng…………………………………………………..79 Chương 4 CấU TRúC CHUNG và dung lượng CủA MạNG CDMA 4.1. Cấu hình chung của mạng thông tin di động tế bào CDMA………………………………………………………………….85 4.1.1. Các thành phần của mạng gồm 3 phần chính…………………..86 4.1.1.1. MS (máy di động)………………………………………………87 4.1.1.2. MSC (Trung tâm chuyển mạch di động)……………………...88 4.1.1.3. VLR ( Bộ đăng ký định vị thường trú)………………………..90 BSC (Bộ điều khiển trạm gốc)…………………………………91 BTS (Trạm thu phát gốc)……………………………………...91 BSM (Bộ quản lý trạm gốc)……………………………………92 PDSN (Mạng dịch vụ dữ liệu dạng gói)………………………92 HA (Home Agent)……………………………………………...93 AAA (Nhận thức, Cho phép hỗ trợ tính cước)…………………93 HLR (thanh ghi định vị thường trú)…………………………93 AuC (Trung tâm nhận thực)…………………………………94 SMSC (Trung tâm dịch vụ bản tin ngắn)……………………94 OMC (Trung tâm vận hành và bảo dưỡng)………………….95 VMS (Hệ thống thư thoại)……………………………………95 FMS (Hệ thống thư fax)……………………………………..96 IWF (Chức năng liên kết làm việc)………………………….96 CAN (Mạng ATM trung tâm)………………………………..96 SCP (Bộ xử lý điều khiển dịch vụ)…………………………..97 SMS (Hệ thống quản lý dịch vụ)…………………………….97 IP (Mạng ngoại vi thông minh)……………………………..97 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 Giao tiếp giữa MSC và HLR……………………………………98 Giao tiếp giữa các MSC………………………………………..99 Giao tiếp giữa MSC và PSTN…………………………………99 Giao tiếp giữa MSC/BSC/BTS và OMC……………………...99 Giao tiếp giữa MSC và VMS/FMS……………………………99 4.2. Dung lượng hệ thống CDMA ………………………………...99 Các từ viết tắt ……………………………………………………….102 Chương 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 được 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 được biết đến hơn 50 trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được 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 lượng 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 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này. (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp. (2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường pha đinh đa tia. (3) không đáp ứng được 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 tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước 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 được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM. GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước 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 được quyết định. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn. ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993. ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề dung lượng đã phát sinh ở các thị trường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được ký hiệu là IS - 54. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng 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 được gọi là AMPS số (D-AMPS). Nhưng không giống như IS - 54, GSM đã đạt được 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 trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Được thành lập vào năm 1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được 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 đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS - 95 A. Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng Kông. CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật. Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA. ở Nhật vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nước 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 được 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 được đưa vào thương 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 được đưa vào thương 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 được chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-CDMA và CDMA2000. W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và cdma2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2, ở thế hệ này các hệ thống thông tin 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 được 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 được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Hình dưới đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc (BS). Một vùng phục vụ của một BS được gọi là ô và nhiều ô được 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 được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được 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 lưu lượng 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 được định vị một cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. 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 thương mại đầu tiên được đưa 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 lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3. Đó là hệ thống bán song công và vì thế mà người đàm thoại bên kia không thể nói được trong khi người 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 được 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 phương pháp truy cập trong mạng di động tổ ong a. Nguyên tắc chung Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, và có thể cho phép nhiều người cùng khai thác chung một tài nguyên trong cùng thời điểm, chẳng hạn như trong thông tin di động thì người 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 được nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng được gán cho một tần số riêng. b. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Đây là phương 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 người 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 được đặt lên hàng đầu. Các vấn đề điều khiển và đồng bộ trong toàn hệ thống là không quan trọng. Các hệ thống FDMA được 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 lượng, dung lượng hệ thống không cao, vấn đề tần số công suất sẽ rất phức tạp khi số lượng 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 phương pháp đa truy nhập này nhiều người sử dụng cùng một sóng mang, nhưng trục thời gian được chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi là các khe thời gian. Mỗi thuê bao được 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 được số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu 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 được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng của tín hiệu. 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 như tiếng nói) được biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó được trộn với một mã giống như mã ngẫu nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó được 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 tương đối rộng (Thường là 1,25 MHz). Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng như nhau . Hình vẽ dưới đây là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA. Dải thông tăng từ 30 KHz lên 1,25 MHz, nhưng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc đàm thoại. Mỗi đường thoại analog trước hết được biến đổi thành digital nhờ bộ biến đổi A/D đúng như với TDMA. Tuy nhiên sau đó thêm một bước nữa là chèn một mã đặc biệt qua một bộ tạo mã. Sau đó tín hiệu được phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải thông chứ không chiếm một khe thời gian riêng trong dải này. Bộ biến đổi A/D Tạo mã Bộ biến đổi A/D Tạo 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) . 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 như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập nhờ sử dụng phân tập. Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được. 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 được nhờ sử dụng việc chèn mã sửa sai. Việc chèn dữ liệu làm nâng cao chất lượng của việc sửa lỗi bằng cách trải các lỗi trên trục thời gian. Các lỗi trên thực tế thường xuất hiện khi gặp chướng ngại vật, do đó khi số liệu được tách, các lỗi trải ra trên một khoảng thời gian lớn hơn. Trong CDMA sử dụng phương pháp mã hoá xoắn trong bộ phát và giải mã Viterbi. 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 dư 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 hưởng tới một phần độ rộng băng tín hiệu CDMA, phần lớn thông tin là nhận được. 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 đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau: Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS . Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như 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 được tự động điều chỉnh sao cho tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu được với độ nhạy trung bình tại bộ thu của trạm gốc BTS. Bộ thu CDMA của trạm gốc BTS chuyển tín hiệu thu được từ máy tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Khi đó tín hiệu thu được 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 lượng của hệ thống đạt được là lớn nhất khi tín hiệu thu được 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 như tải, tạp âm của BTS, tăng ích của anten và khuếch đại công suất. Các thông tin này được gửi tới máy di động như một bản tin thông báo, thông qua mạch đóng trạm gốc BTS điều chỉnh cống suất mạch mở để máy di động giữ được công suất phát tối ưu nhất. Trạm gốc cứ sau khoảng thời gian 1,25 ms lại so sánh tín hiệu thu được từ máy di động với giá trị ngưỡng biến đổi và BTS điều khiển máy di động điều chỉnh công suất phát đến khi đạt kết quả tốt. Mục đích của việc điều khiển công suất phát của trạm gốc còn đạt mục tiêu giảm công suất phát của máy di động mỗi khi ở trạng thái rỗi hoặc ở vị trí gần BTS. Với kết quả này công suất sẽ tập trung cung cấp cho các máy ở vùng có nguy cơ thu gián đoạn hay máy di động đang ở vị trí xa BTS.. 1.2.3. Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác. Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading. 1.2.4. Bộ giải mã thoại tốc độ biến thiên CDMA tận dụng thời gian lặng trong cuộc đàm thoại để nâng cao dung lượng của hệ thống. Một bộ mã hoá/ giải mã thoại tốc độ biến thiên được sử dụng. Khi thuê bao đang đàm thoại tốc độ dữ liệu là 9600 bit/s. Khi thuê bao tạm ngừng hoặc đang nghe thì tốc độ dữ liệu giảm xuống còn 1200 bit/s. Tốc độ dữ liệu 2400 và 4800 cũng được sử dụng nhưng không thường xuyên bằng hai tốc độ trên.Tốc độ dữ liệu dựa trên hoạt động điện đàm cứ 20 ms việc quyết định tốc độ lại thực hiện lại. Các cuộc đàm thoại thông thường có hệ số xấp xỉ 40%. Máy di động giảm tốc độ dữ liệu của nó bằng cách giảm bộ phát khi bộ giải mã thoại hoạt động ở tốc độ thấp hơn 9600 bit/s.ở tốc độ 1200 bit/s chu kỳ thực hiện chỉ là1/8 tốc độ dữ liệu cao nhất. Sự lựa chọn thời gian cho chu trình này dựa trên cơ sở áp dụng thuật toán giả ngẫu nhiên. Điều này làm ngẫu nhiên hoá các thời gian thu phát của mỗi máy di động. Khi tính trung bình trên nhiều thuê bao thì công suất phát trung bình giảm xuống nhờ đó mà mức nhiễu giao thoa đến tất cả các thuê bao khác giảm xuống. Và dung lượng hệ thống được tăng lên gần gấp 2 lần. Tại trạm gốc lại sử dụng một kế hoạch hơi khác. Nó lặp lại nhiều lần cùng một mẫu bit để lấy lại được tốc độ 9600 bit/s. Công suất phát cho kênh đó được điều chỉnh để phản ánh sự lặp này, đó là sự lặp để cho phép nhiễu giao thoa được giảm tối thiểu. 1.2.5. Bảo mật cuộc gọi Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác. 1.2.6. Chuyển giao mềm Khi một thuê bao CDMA đi ngang qua biên giới giữa hai trạm gốc sẽ xảy ra quá trình chuyển giao mềm. Chuyển giao mềm là sự nối cuộc gọi được hoàn thành trước khi từ bỏ kênh cũ (make before break connection ). Quá trình chuyển giao này có thể thực hiện được bởi vì các cell kề nhau cùng sử dụng chung một tần số. Trong khi chuyển giao mềm xảy ra thì một BTS mới bắt đầu thông tin với MS trong khi MS vẫn còn tiếp tục thông tin với BTS cũ. MS thực hiện thông tin đồng thời với 2 BTS. Nhưng nhờ có bộ thu RAKE mà tín hiệu thu từ 2 BTS được sử lý như là tín hiệu đa đường. MS kết hợp tín hiệu thu được từ 2 BTS để tạo ra tín hiệu thu không bị gián đoạn Việc hỗ trợ đồng thời này từ hai trạm gốc này còn cung cấp một lợi ích về phân tập (không gian) làm cải thiện đáng kể chất lượng truyền dẫn ở vùng rìa cell Ưu điểm của chuyển giao mềm so với chuyển giao cứng trong các hệ thống analog và GSM là: trong các hệ thống này thì do sử dụng các tần số khác nhau tại các cell liền kề cho nên khi MS vượt qua vùng biên một cell và đi vào vùng phủ sóng của một cell khác, thì cần được chuyển mạch tới một kênh khác trong trạm phủ sóng mới. Quá trình chuyển giao cứng này làm cho kênh lưu lượng bị ngắt quãng trong thời gian ngắn. Còn trong chuyển giao mềm thì do các kênh cùng tần số nên không phải chuyển kênh khi chuyển giao và mặt khác sự chuyển cuộc gọi sang cell khác được thực hiện trước khi kết nối hoàn toàn với trạm gốc trong cell đó. 1.2.7 Dung lượng mềm. Mạng CDMA có thể tăng thêm cuộc gọi khi nhu cầu cấp bách mà không dẫn đến tắc nghẽn như mạng di động TDMA,FDMA. Với mạng TDMA, FDMA việc tăng thêm một thuê bao truy nhập vào mạng là không thể chấp nhận được khi tất cả các kênh truyền đều bận. Còn với mạng CDMA có thể khắc phục tạm thời băng cách nâng mức ngưỡng qui định I0/N0 lên cao hơn. như vậy giải pháp này cho phép tăng thêm một số khách hàng truy nhập vào mạng và chấp nhận sự suy giảm chất lượng hệ thống. Trên lý thuyết thì I0/N0 có thể tăng lên tuỳ ý, tuy nhiên khi vượt quá một mức ngưỡng nào đó thì nhiễu sẽ làm cho hệ thống mất ổn định, mất đồng bộ và tiếng thoại không còn rõ ràng nữa. Ngoài ra khi số thuê bao tăng quá mức, mạng CDMA sẽ điều chỉnh công suất giảm đi làm cho cell đó nhỏ đi và các thuê bao tại vùng biên sẽ thực hiện chuyển giao mềm sang các cell khác liền kề. Khả năng cân bằng tải này được gọi là dung lượng mềm (soft capacity). Như vậy nhờ việc quy hoạch về dung lượng và vùng phủ sóng mà mạng CDMA không cần kế hoạch sử dụng lại tần số. 1.2.8. Tách tín hiệu thoại Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA. Giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác. 1.2.9. Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng Tất cả các BS đều tái sử dụng 1 kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tại trạm phủ sóng đối với tín hiệu của một máy di động nằm trong trạm gốc đó là tổng giao thoa tạo ra từ các máy di động nằm trong cùng một trạm phủ sóng, và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BTS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động phải đấu tranh với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa từ tổng các máy di động trong cùng một BS. 2% K2 K1 6% K2 K2 K2 K2 K2 K3 0,03% Hình 1.7: Giao thoa từ BS bên cạnh Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là tỷ số nhiễu trên giao thoa của các máy di động trong cùng một trạm gốc, (khoảng 65%), đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS. Hình trên trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi BS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng. Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp anten của BTS là định hướng (tức là búp sóng anten 120 o) thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần. (Thật ra chỉ là 2,55 lần do sự chồng chập các anten lân cận) 1.2.10. Giá trị Eb/N thấp, có tính chống lỗi cao Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp FM analog. Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Nói cách khác thì độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No. Trong thông tin TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này đều có thể được coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe thời gian trong băng tần. 1.2.11. Dịch vụ chất lượng cao: Sự chuyển giao mềm cung cấp cho thuê bao một dịch vụ chuyển giao hoàn hảo , đạt được chất lượng thoại cao hơn ít bị rớt cuộc gọi hơn. Hệ thống thu sử dung kỹ thuật thu đa đường làm nâng cao chất lượng tín hiệu thoại. Bộ giải mã tốc độ thay đổi cung cấp sự tái tạo thoại tốc độ cao và thoại số. Do đó có khả năng cung cấp được thoại có chất lượng cao. Bộ mã hoá tiếng nói tăng được chất lượng thoại nhờ nén tạp âm nền. Bất kỳ một tạp âm nào ở dạng hằng số, chẳng hạn như tiếng ồn..., đều có thể được loại bỏ. Tạp âm nền không đổi được bộ mã hoá xem như tạp âm không mang thông tin và nhanh chóng loại bỏ tạp âm này. Độ rõ nét của thoại trong môi trường ồn ào được tăng cường chẳng hạn như trong ô tô, hay tại những n._.ơi công cộng ồn ào. Điều khiển công suất nghiêm ngặt. Điều khiển công suất CDMA không chỉ có khả năng tăng được dung lượng của hệ thống mà còn có khả năng tăng chất lượng thoại bằng việc giảm tới mức tối thiểu và chống lại ảnh hưởng của nhiễu. Điều khiển công suất CDMA nhằm giảm tới mức tối thiểu mức cường độ tín hiệu tổng đủ để duy trì chất lượng cuộc gọi. CHƯƠNG II Các kỹ thuật trong CDMA 2.1 Kỹ thuật trải phổ. Có bốn kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Trải phổ dãy trực tiếp (DS: Directed Sequence), trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping), hệ thống dịch thời gian (TH:Time Hopping) và hệ thống lai (Hybrid). Trải phổ dãy trực tiếp: Trong kỹ thuật này tín hiệu mang thông tin được nhân trực tiếp mã trải phổ tốc độ cao. Trải phổ nhảy tần: Mã trải phổ điều khiển bộ tạo dao động sóng mang làm tần số sóng mang thay đổi sau đó sóng mang này lại được điều chế với dữ liệu. Trải phổ dịch thời gian: Trong kỹ thuật này, dữ liệu có tốc độ dòng bit không đổi R được phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài hơn thời gian cần thiết để truyền đi dòng tin này bằng cách truyền dẫn thông thường. Dòng bit số được gửi đi theo sự điều khiển của mã nhảy thời gian.,vì vậy có thể nói dòng bít đã bị trải ra theo thời gian và phía thu bất hợp pháp không thể biết tập con dữ liệu nào đang được sử dụng. Hệ thống lai: Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS và FH đã được sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống. Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH và (3) TH/DS. Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp các đặc tính mà một hệ thống không thể có được. Một mạch không cần phức tạp lắm có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trước. 2.1.1. Trải phổ dãy trực tiếp. Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao. Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu được nhân trực tiếp với mã trải phổ, sau đó tín hiệu được điều chế sóng mang băng rộng Hình dưới đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Bộ điều chế băng rộng thường là điều chế PSK 6 Điều chế băng rộng Bộ tạo mã Dao động sóng mang Bộ giải điều chế mã Điều chế cân bằng Bộ tạo mã Giải điều chế dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu 1 2 3 4 5 Bộ tạo sóng mang (1)Sóng mang (2) Mã PN (3) Sóng điều chế (4) (5) (6) Phía phát Phía thu Hình 2.1: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS Máy thu thường sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ, và sử dụng mã trải phổ nội bộ được đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu được. Điều này được đồng bộ bởi khối bám và đồng bộ mã.Sau khi nén phổ nhận được tín hiệu dữ liệu đã điều chế, và sau khi qua bộ giải điều chế tín hiệu (thường là giải điều chế PSK) ta có được dữ liệu ban đầu. 2.1.1.1 Các đặc tính của trải phổ trực tiếp: a. Đa truy nhập: Nếu có nhiều người cùng sử dụng một kênh cùng một thời điểm thì có nhiều tín hiệu DS cùng chùm lên nhau về mặt thời gian và tần số. Máy thu thực hiện giải điều chế nhất quán để giải điều chế mã. Nhờ đó sẽ tập trung công suất của tín hiệu người sử dụng quan tâm vào trong băng tần thông tin, nếu mức tương quan giữa các dãy mã của các người sử dụng khác nhau là nhỏ thì việc giải điều chế chỉ đưa ra một phần rất nhỏ của công suất các tín hiệu nhiễu trong băng tần thông tin. Có nghĩa là phổ tín hiệu của người sử dụng mà ta đang quan tâm sẽ được co hẹp lại, trong khi phổ tần của những người sử dụng khác vẫn được trải rộng trên băng tần truyền dẫn. Như vậy chỉ có công suất tín hiệu của người sử dụng đó trong băng tần thông tin là lớn. b. Nhiễu đa đường Nếu dãy mã có hàm tự tương quan là lý tưởng thì hàm tương quan băng 0 trong khoảng [ -Tc, Tc ] với Tc là thời gian tồn tại của một chíp. Nghĩa là nếu nhận được hai tín hiệu: một là tín hiệu mong muốn và một là tín hiệu đó nhưng trễ đi một khoảng thời gian lớn hơn 2Tc thì việc giải điều chế sẽ coi tín hiệu đó như một tín hiệu nhiễu và chỉ mang một phần rất nhỏ công suất nhiễu vào trong băng tần thông tin. c. Nhiễu băng hẹp Việc nhân nhiễu băng hẹp có trong tín hiệu thu được với mã băng rộng sẽ làm trải phổ nhiễu băng hẹp. Vì vậy nhiễu băng hẹp có trong băng tần thông tin giảm đi với hệ số bằng tăng ích do sử lý Gp. d. Xác suất phát hiện thấp Do tín hiệu dãy trực tiếp sử dụng toàn bộ phổ tín hiệu tại mọi thời điểm nên mật độ phổ công suất truyền dẫn (W/Hz) rất thấp. Vì vậy nếu không có dãy mã trải phổ tương ứng thì rất khó khăn trong việc phát hiện tín hiệu DS. 2.1.1.2 Ưu nhược điểm của DS-CDMA Ưu điểm: Mã hoá dữ liệu đơn giản có thể chỉ thực hiện bằng một bộ nhân. Bộ tạo sóng mang đơn giản do chỉ có một sóng mang được phát đi. Có thể thực hiện giải điều chế nhất quán tín hiệu trải phổ. Nhược điểm: Khó đồng bộ giữa tín hiệu mã nội bộ và tín hiệu thu. Do nhược điểm trên kết hợp với đặc điểm các băng tần liên tục lớn không sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế là 10-20 MHz Người sử dụng ở gần BS sẽ phát công suất lớn hơn nhiều so với người sử dụng ở xa. Mặc khác một thuê bao sử dụng toàn bộ băng tần để truyền dẫn liên tục nên người sử dụng ở gần sẽ gây nhiễu cho người sử dụng xa. Tuy nhiên hiệu ứng này sẽ được giải quyết bằng việc áp dụng thuật toán điều khiển công suất trong đó mức độ công suất trung bình mà BS nhận từ mỗi thuê bao là bằng nhau. 2.1.2. Hệ thống dịch tần (FH). Nếu trải phổ dãy trực tiếp là điều chế trực tiếp tín hiệu số vào mã trải phổ, thì trải phổ nhẩy tần là điều chế gián tiếp vào mã trải phổ (sóng mang có tần số thay đổi theo mã trải phổ sẽ được điều chế với tín hiệu thông tin cần truyền). Nói chính xác thì điều chế FH là “sự chuyển dịch tần số của nhiều tần số được chọn theo mã”. Nó gần giống FSK ngoài việc dải chọn lọc tần số tăng lên. FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f1 khi có ký hiệu và phát f2 khi không có ký hiệu. Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài nghìn tần số. Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong 220 tần số được phân bố có thể được chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông tin chuyển dịch tần số. Trong FH, khoảng dịch giữa các tần số và số lượng các tần số có thể chọn được được xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt. Như vậy trong hệ thống dịch tần FH, tần số sóng mang thay đổi theo chu kỳ. Cứ sau một khoảng thời gian T tần số sóng mang lại nhẩy tới một giá trị khác. Quy luật nhẩy tần do mã trải phổ quyết định. Việc chiếm dụng tần số trong 2 hệ thống DS và FH là khác nhau. Hệ thống DS chiếm dụng toàn bộ băng tần khi nó truyền dẫn trong khi hệ thống FH chỉ sử dụng một phần nhỏ băng tần tại một khoảng nhỏ của thời gian truyền dẫn. Như vậy, công suất mà hai hệ thống truyền đi trong một băng tần tính trung bình là như nhau. Hệ thống FH cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số, bộ phát mã PN điều khiển bộ tổng hợp tần số phải nhảy tần theo qui luật của nó. Hệ thống FH tạo ra hiệu quả trải phổ bằng sự nhảy tần giả ngẫu nhiên giữa các tần số vô tuyến f1,f2,…,fn với n có thể lên tới con số hàng nghìn. Nếu tốc độ nhảy tần (Tốc độ chíp ) lớn hơn tốc độ bít dữ liệu thì được gọi là nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping), khi đó sẽ có nhiều tần số được truyền đi trong thời gian một bít. Còn ngược lại tốc độ nhảy tần nhỏ hơn tốc độ bit (nhiều bit tin được truyền đi trong một tần số ) thì được gọi là nhảy tần chậm SFH (Slow Frequency Hopping ). Gọi Df = fi – fi-1 là chênh lệch tần số giữa hai tần số kề nhau còn N là số tần số nhảy tần có thể chọn thì tăng ích xử lý hệ thống trải phổ nhảy tần FH là: (Giả thiết dải thông dữ liệu băng gốc Bd=1 bước nhảy tần nhỏ nhất Df) Phổ FH lý tưởng trong một chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn và phân bố đồng đều trong các kênh tần số truyền dẫn. Các máy phát trong thực tế cần phải được thiết kế sao cho công suất phân bố đồng đều trong tất cả các kênh. Nguyên lý trải phổ nhảy tần như sau: Điều chế FH Điều chế MFSK K bit dữ liệu K bit PN Nguồn nhiễu Mã hoá 1 Giải điều chế FH K bit PN 2 M Giảimã hoá M bộ tách năng lượng Hình 2.2: Hệ thống FH Một đoạn k chíp của mã giả ngẫu nhiên điều khiển bộ tổng hợp tần số, để tần số sống mang nhảy lên một trong 2k tần số khác nhau. Nếu xét trong một tần số nhảy thì độ rộng băng tần tín hiệu bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK và rất nhỏ so với độ rộng của tín hiệu trải phổ nhảy tần. Với bộ giải điều chế không liên kết, để đảm bảo tính trực giao thì khoảng cách về tần số giữa các tone MFSK phải bằng bội số nguyên lần của tốc độ chip (Rp). Điều này đảm bảo cho một mẫu phát đi không ảnh hưởng xuyên âm tới các bộ tách khác. Dải băng tần tín hiệu nhảy tần được chia đều thành Nt phần bằng nhau: Nt = Wss/Rp Sau đó Nt phần này lại được chia thành Nb nhóm riêng biệt: Nb = Nt/M Mỗi nhóm này sẽ có độ rộng băng tần là Wd = Wss/Nb. Theo cách xắp xếp này, đoạn mã nhị phân k bit của chuỗi PN sẽ xác định Nb = 2K tần số sóng mang khác nhau. Trong khi đó, mỗi tone nhảy tần là cố định và nằm trong khoảng M tần số xác định tương đối. 2.1.2.1. Nhảy tần nhanh. Hình vẽ (2.3) mô tả phổ của tín hiệu MFSK và phổ tín hiệu nhảy tần nhanh theo thời gian. Chuỗi mã giả ngẫu nhiên thực hiện trải phổ là một chuỗi mã được tạo ra từ bộ tạo mã giả nhiễu dùng bộ 4 thanh ghi dịch. Mã trải phổ có tốc độ bit gấp 4 lần độ dữ liệu (Rp = Rh = 4Rs) tức là k = 4. WSS 11 10 01 00 Wd 01 00 11 01 01 11 11 00 10 01 10 10 01 11 10 00 11 11 00 01 00 10 01 10 00 11 01 01 11 10 Hình 2.3: Nhảy tần nhanh Dữ liệu 2Tb Chuỗi PN Hệ thống thực hiện trải phổ nhảy tần nhanh với tín hiệu MFSK 4 mức lên ngẫu nhiên một trong 4 dải tần số, dưới sự điều khiển của tín hiệu giả ngẫu nhiên PN. Do tín hiệu MFSK điều chế 4 mức nên cứ 2 bit dữ liệu xác định một giá trị nằm 1 trong 4 mức có thể của dải tần số và một tone này được phát đi trong khoảng thời gian bằng 2 lần chu kỳ bit dữ liệu. Cũng tương tự như vậy, cứ một cặp 2 bit giả ngẫu nhiên cho phép ta xác định được một trong 4 dải băng tần mà một tone tín hiệu MFSK cần nhảy tới. Trong trường hợp này độ rộng băng tần của tín hiệu nhảy tần sẽ lớn gấp 4 lần độ rộng băng tần tín hiệu MFSK nguyên thủy (Wss=4Wd). 2.1.2.2 Nhảy tần chậm. WSS 101 01 11 00 11 11 01 10 00 00 01 Hình 2.4 : Nhảy tần chậm Dữ liệu 2Tb Wd Chuỗi PN 111 000 100 110 3Tc 111 110 101 100 011 010 001 000 Hình vẽ 2.4 mô tả phổ tín hiệu trải phổ nhảy tần chậm theo thời gian. Trong phép nhảy tần này ta cũng dùng chuỗi giả ngẫu nhiên như đã dùng trong ví dụ nhảy tần nhanh trên. Khác với trường hợp nhảy tần nhanh, trong hệ thống nhảy tần chậm thì tốc độ chuỗi tín hiệu trải phổ thấp hơn so với tốc độ dòng dữ liệu và khi đó tốc độ chip bằng tốc độ dòng dữ liệu. Trong ví dụ này Rp = Rb = 6Rh. Tín hiệu MFSK được điều chế bởi dữ liệu theo 4 mức tức là cứ 2 bit dữ liệu xác định 1 tone phát đi trong khoảng thời gian 2 lần chu kỳ dòng bit dữ liệu. Với bước điều chế nhảy tần là: Cứ 3 bit giả ngẫu nhiên xác định một trong 8 băng tần mà tín hiệu MFSK sẽ nhảy tới (k = 3). Như vậy băng tần của tín hiệu trải phổ nhảy tần sẽ lớn gấp 8 lần băng tần tín hiệu MFSK ban đầu. 2.1.2.3. Hệ thống giải điều chế nhảy tần Quá trình thực hiện giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần được thực hiện ngược lại so với quá trình trải phổ và cũng được thực hiện qua 2 bước. Bước thứ nhất là thực hiện nén phổ tín hiệu nhảy tần để thu lại được tín hiệu điều chế tần số MFSK. Bước thứ hai là khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu MFSK bằng bộ giải điều chế MFSK thông thường. Nén phổ tín hiệu nhảy tần Giả sử tại đầu thu đã tạo lại được tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng bộ với bên phát. Khi đó tín hiệu đầu ra bộ tổng hợp tần số tại bên thu cũng nhảy giống hệt như bên phát, tín hiệu nhảy tần thu được sẽ trộn với tín hiệu tổng hợp tại chỗ này và khi qua bộ lọc băng tần bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK ta sẽ thu lại được tín hiệu chứa dữ liệu MFSK. Như vậy một điều hết sức quan trọng đảm bảo sự thành công của bước nén phổ này là bên thu cần taọ được mã giả ngẫu nhiên đồng bộ hoàn toàn với bên phát. Giải điều chế tín hiệu MFSK Lọc 1 Lọc 2 Lọc M Mạch tách đường bao 1 Mạch tách đường bao 2 Mạch tách đường bao M Bộ so sánh lấy giá trị lớn nhất và giải mã Tín hiệu sau giải điều chế nhảy tần Dữ liệu Hình 2.5 : Giải điều chế tín hiệu MFSK Tín hiệu sau khi nén phổ là tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa dữ liệu. Để thực hiện giải điều chế tín hiệu này người ta hay sử dụng M bộ lọc thông dải và M bộ tách sóng đường bao. Đầu ra của bộ lọc thứ i và bộ tách thứ i sẽ khác 0 khi tín hiệu dữ liệu được điều chế ở mức i. Còn lại M-1 đầu ra còn lại sẽ có giá trị bằng 0. Tuy nhiên trong thực tế, do ảnh hưởng của nhiễu đầu ra thứ i không có giá trị cực đại tối đa và M-1 đầu ra còn lại cũng không bằng 0 nên cần sử dụng bộ so sánh để chọn giá trị lớn nhất trong M đầu ra này. Dữ liệu M mức đầu ra được đưa tới bộ giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu dữ liệu nhị phân ban đầu. 2.1.2.4 Đặc tính tín hiệu dịch tần Hệ thống có các đặc tính sau : đa truy nhập, chống nhiễu đa đường , chống nhiễu băng hẹp và khả năng phát hiện thấp được trình bày cụ thể như sau: a. Đa truy nhập Trong hệ thống dịch tần nhanh F-FH, một bit được truyền đi trên các băng tần số khác nhau. Mỗi người sử dụng sẽ truyền thông tin trong hầu hết các băng tần nhưng tại mỗi thời điểm lại sử dụng một băng tần khác nhau. Do đó công suất của tín hiệu mong muốn lớn hơn nhiều công suất nhiễu, giúp cho tín hiệu thu được chính xác. Trong hệ thống dịch tần chậm S-FH, nhiều bit được truyền đi tại một tần số. Nếu xác suất truyền thông tin của những người sử dụng khác tại cùng một băng tần đủ thấp thì tín hiệu mong muốn sẽ được thu một cách chính xác trong hầu hết thời gian. Nếu như có những người sử dụng khác truyền dẫn trong cùng một băng tần, các mã sửa lỗi được sử dụng để phát hiện dữ liệu được truyền trong thời gian đó. b. Nhiễu đa đường. Trong hệ thống dịch tần nhanh (F-FH-CDMA), trong khoảng thời gian một bit, tần số truyền dẫn thay đổi nhiều lần. Như vậy một tần số sóng mang được điều chế và truyền đi trên nhiều tần số truyền dẫn. Vì hiệu ứng đa đường với các tần số truyền dẫn khác nhau là khác nhau nên một tần số sóng mang có thể được khuyếch đại tại tần số này nhưng lại bị suy giảm tại một tần số truyền dẫn khác. Tại máy thu, đáp ứng tại các tần số truyền dẫn khác nhau sẽ được trung bình hoá. Nhờ đó, làm giảm được nhiễu đa đường, mặc dù không hiệu quả như hệ thống DS-CDMA nhưng nó vẫn cung cấp sự cải thiện đáng kể. c. Nhiễu băng hẹp Giả sử tín hiệu băng hẹp được gây nhiễu lên một trong các tần số truyền dẫn. Nếu có GP tần số truyền dẫn (GP được gọi là độ tăng ích do xử lý) thì trung bình, một người sử dụng sẽ sử dụng tần số truyền dẫn bị gây nhiễu chỉ trong 1/GP (%) thời gian. Vì vậy, nhiễu băng hẹp được giảm nhỏ bởi hệ số GP. d. Xác suất phát hiện Xác suất thấp cho việc phát hiện tín hiệu FH không phải vì công suất truyền dẫn thấp. Ngược lại, mật độ công suất truyền dẫn của FH-CDMA rất lớn. Nhưng tần số truyền dẫn tín hiệu là không biết, hơn nữa thời gian truyền dẫn tại một tần số lại khá nhỏ. Do đó, mặc dù tín hiệu FH dễ phát hiện hơn so với tín hiệu DS, nhưng việc phát hiện tín hiệu FH cũng rất khó khăn. Vậy ta có thể tóm tắt các ưu nhược điểm của hệ thống dịch tần FH như sau: Ưu điểm: Đồng bộ của FH-CDMA dễ dàng hơn nhiều so với DS-CDMA. Với FH-CDMA việc đồng bộ được thực hiện trong từng khoảng thời gian bước nhẩy tần. Vì việc trải phổ dành được không phải do sử dụng tần số nhẩy tần rất cao mà do sử dụng một tổ hợp rất lớn các tần số nên thời gian bước nhẩy tần số lớn hơn nhiều so với thời gian chip của hệ thống DS-CMA. Do đó, FH-CDMA cho phép một tỷ lệ lỗi đồng bộ lớn hơn. Các băng tần khác nhau của tín hiệu FH không phải là những băng tần lân cận nhau. Kết hợp với ưu điểm dễ đồng bộ nên FH-CMA cho phép làm việc với các băng tần trải phổ lớn hơn nhiều so với DS-CDMA. Do hệ thống cho phép sử dụng một băng tần lớn hơn nên nó có khả năng loại trừ nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống DS. Nhược điểm: Hệ thống yêu cầu bộ tổng hợp tần số phức tạp. Việc giải điều chế nhất quán khó thực hiện. 2.2. Sử dụng dãy mã giả tạp âm ngẫu nhiên. Trong các hệ thống CDMA thì bộ tạo mã giả tạp âm là một thành phần quan trọng nhất có vai trò quyết định đến việc nhận dạng những người sử dụng khác nhau trong một hệ thống. Dãy mã giả tạp âm PN (Pseudorandom Noise) được sử dụng nhằm các mục đích sau: + Trải phổ băng rộng tín hiệu sóng mang đã được diều chế bởi dữ liệu với một độ rộng băng tần truyền dẫn lớn gấp nhiều lần. + Dùng phân biệt giữa những người sử dụng khác nhau trong cùng một băng tần truyền dẫn trong một hệ thống. Tuy nhiên đối với người phát và người thu thì dãy PN không phải là một dãy ngẫu nhiên, mà nó chỉ được xem là ngẫu nhiên đối với những người còn lại đang cùng sử dụng trong hệ thống. Dãy PN được sử dụng có các tính chất sau: + Tính cân đối: Tính cân đối của dãy PN được thể hiện ở chỗ mỗi chu kỳ của dãy thì số con số 1 và 0 khác nhau nhiều nhất là 1, hay nói cách khác số con số nhị phân 1 và 0 chênh nhau nhiều nhất là 1 đơn vị. + Tính chạy: Mỗi bước chạy là một dãy các bít liên tiếp nhau có cùng một mức logic 1 hoặc 0, độ dài của một bước chạy là số bit trong bước chạy đó. Trường hợp bit 1 hay 0 được xen giữa các bit 0 hay 1 cũng được coi là một bước chạy + Tính tương quan: Từ một dãy mã giả tạp âm được tạo ra, ta có thể có một dãy khác được suy ra từ dãy này bằng cách dịch đi lần lượt từng vị trí bit, bit già nhất được dịch về phía bit trẻ tiếp theo, và bit trẻ nhất được dịch về phía bit già nhất. Dãy PN được tạo ra bằng sự liên kết đầu ra của các thanh ghi dịch hồi tiếp. Một thanh ghi dịch hồi tiếp bao gồm bộ nhớ hai trạng thái liên tiếp hoặc trạng thái lưu giữ và logic phản hồi. Dãy nhị phân được dịch thông qua thanh ghi dịch trong các đáp ứng xung đồng hồ. Sau đây ta sẽ xét một bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính bao gồm có 4 phần tử có 4 trạng thái khác nhau. Bộ ghi dịch bao gồm có 4 phần tử nhớ và dịch là X1, X2, X3, X4, bộ cộng module - 2 và một đường hồi tiếp được dẫn từ bộ cộng trở về đầu thanh ghi dịch. Hoạt động của thanh ghi dịch được điều khiển bởi một bộ xung nhịp đồng hồ. Dưới tác động của các xung nhịp thì trạng thái của mỗi phần tử nhớ được dịch sang phần tử bên phải sát đó X1 được dịch sang X2, X2 được dịch sang X3, X3 được dịch sang X4, đồng thời mỗi khi có xung nhịp đồng hồ thì trạng thái của hai phần tử X3 và X4 được cộng module-2 và theo đường hồi tiếp quay trở về X1. Đường hồi tiếp Bộ cộng module-2 X1 X2 X4 X3 Xung đồng hồ Hình 2.6 thanh ghi dịch phản hồi tuyến tính 4 trạng thái Tuy nhiên với một bộ ghi dịch kiểu này ta cần chú ý những đặc điểm sau: Dãy 0000 không thể sử dụng được là trạng thái của thanh ghi dịch bởi vì nó không thể nhảy sang một trạng thái khác được. Cũng từ đặc điểm trên ta thấy rằng sau 2n – 1 (với n là số phần tử của thanh ghi dịch) trạng thái thì thanh ghi dịch lại trở về trạng thái như lúc ban đầu. Độ dài của từ mã là L = 2n – 1. Ta đang xét ví dụ với n = 4. Độ dài của từ mã là L = 24 - 1 = 15. Giả sử C(t) = 100010011010111 Sau đây là bảng kết quả dịch chuyển sau mỗi chu kỳ. Bước dịch X1 X2 X3 X4 Dãy đầu ra 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 3 0 0 1 0 0 4 1 0 0 1 1 5 1 1 0 0 0 6 0 1 1 0 0 7 1 0 1 1 1 8 0 1 0 1 1 9 1 0 1 0 0 10 1 1 0 1 1 11 1 1 1 0 0 12 1 1 1 1 1 13 0 1 1 1 1 14 0 0 1 1 1 Bảng 2.1: kết quả dịch chuyển sau mỗi chu kỳ 2.3. Điều khiển công suất CDMA. Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ BS đến máy di động và ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác. Mục đích của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suất phát của máy di động sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ ở mức thấp nhất cần thiết, vừa đủ để đảm bảo yêu cầu tối thiểu mà không gây ra nhiễu quá mức lên các tín hiệu khác. Như vậy sẽ đảm bảo tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giao thoa cực tiểu cần thiết tại các trạm gốc. Ta xét riêng cho từng tuyến đường lên và đường xuống như sau: + Đối với tuyến lên điều khiển công suất có hai chức năng: Cân bằng công suất mà BS nhận từ mỗi MS, nhờ đó khắc phục hiệu ứng gần xa, hiệu ứng che khuất tăng dung lượng hệ thống. Tối thiểu hoá mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tin cậy. Nhờ đó giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung lượng tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất MS. + Đối với tuyến xuống điều khiển công suất : Đảm bảo phủ sóng với chất lượng tốt cho những vùng tồi nhất trong vùng phục vụ. Tạo khả năng dàn trải lưu lượng giữa các ô có lưu lượng tải không bằng nhau trong vùng phục vụ bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối với các ô có tải nặng. Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận làm tăng dung lượng hệ thống và tránh tác hại tới sức khoẻ. Điều kiển công suất tuyến lên Điều khiển công suất tuyến lên có thể thực hiện bằng một trong hai cách: điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở. a. Điều khiển công suất vòng hở: Đầu tiên khi MS mới xâm nhập hệ thống thì việc điều khiển công suất vòng kín chưa khởi tạo. Mà MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở. MS đo cường độ tín hiệu trên kênh dẫn đường thu được từ BS, sau đó ước tính công suất trung bình cần phát đi trên kênh truy nhập. Mức công suất này tỷ lệ nghịch với cường độ tín hiệu dẫn đường thu được. Cụ thể mức công suất này như sau: P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR -(Pmean + 73) Trong đó Pmean là công suất trung bình thu được tại đầu vào máy thu MS. NOM_PWR là hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất BS. INIT_PWR là hệ số sửa đổi cho công suất BS. Giá trị cụ thể của các thông số trên của mỗi BS được phát đi trên các bản tin thông số truy nhập trong kênh nhắn tin. Sau đó hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín. Nếu việc truy nhập hệ thống không thành công, MS sẽ vừa tăng công suất phát lên từng bước gián đoạn (giá trị mỗi bước ký hiệu là: PWR_STEP), vừa thực hiện tổng tích luỹ những thay đổi đã thực hiện, ký hiệu là SUM1. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi truy nhập thành công. MS bắt đầu truyền trên kênh lưu lượng tuyến lên với công suất ước tính là: P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR + (Tổng tích luỹ những thay đổi để truy nhập) -(Pmean + 73) = = NOM_PWR + INIT_PWR + SUM1 - (Pmean + 73) Một khi thông tin từ MS tới được BS thì BS sẽ căn cứ vào tỷ lệ lỗi được thông báo bởi MS và gửi đi thông báo điều khiển công suất vòng kín tới MS. Thông tin này được thực hiện bởi bit điều khiển công suất. Nếu bit điều khiển công suất bằng 0 có nghĩa là yêu cầu MS tăng công suất lên 1dB. Nếu bit điều khiển công suất là 1 tức là MS cần giảm công suất của nó 1dB. BS sẽ truyền bit điều khiển công suất cho mỗi MS riêng biệt với tốc độ 1,25 ms một lần (800bit/s). Điều này cũng có nghĩa là việc đo cường độ tín hiệu thu được từ MS của BS mất gần 1,25 ms. Khi nhận được các bit điều khiển công suất thì công suất đầu ra của MS là: P[dBm] = NOM__PWR + INIT_PWR + SUM1+SUM2 - (Pmean+73) Trong đó SUM2 (dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suất vòng kín. Việc ước tính công suất của MS chỉ mất 500 ms. Phạm vi biến đổi giá trị điển hình của các thông số điều khiển công suất như sau: Giá trị bình thường Phạm vi NOM_PWR INIT_PWR PWR_STEP 0 0 -8 7 -16 15 0 7 Như vậy phạm vi thay đổi tổng cộng của điều khiển công suất vòng hở có thể trong vòng ±24dB, còn với vòng kín là ±32dB. Ngoài ra MS trong hệ thống CDMA còn có thể tắt mở công suất khi truyền thông tin tuỳ thuộc vào tốc độ bit truyền dẫn. Khi tín hiệu thoại không tích cực MS ở trạng thái "đóng công suất ", khi đó công suất đầu ra giảm ít nhất 20 dB. Nhờ đó giảm nhiễu với người sử dụng khác, nếu việc giảm công suất 20dB làm công suất đầu ra nhỏ hơn mức nền tạp âm thì MS sẽ khoá công suất đầu ra tới mức nền tạp âm. Đo cường độ tín hiệu dẫn đường 1 Mức phát ~ Cường độ dẫn đường BS MS MS BS Hình 2.7 : Điều khiển công suất vòng hở tuyến lên Tăng /giảm công suất Giám sát chất lượng tín hiệu BS MS So sánh với chuẩn Liên hệ với những người sử dụng khác Phát lệnh điều khiển công suất BS MS Nhận lệnh Chuẩn Hình 2.8: Điều khiển công suất vòng kín tuyến lên 2.3.2. Điều khiển công suất tuyến xuống Thông báo chất lượng thông tin BS MS Giám sát chất lượng Giám sát chất lượng tín hiệu BS MS So sánh với chuẩn Liên hệ với những người sử dụng khác Điều chỉnh công suất Chuẩn Hình 2.9 : Điều khiển công suất vòng kín tuyến xuống Vì không có tín hiệu dẫn đường phát ra từ MS tới BS nên trong tuyến xuống chỉ sử dụng điều khiển công suất vòng kín tương tự tuyến lên. BS nhận tín hiệu thông tin do MS cung cấp về chất lượng tín hiệu. Thông tin này có thể ở dạng tốc độ lỗi khung mà MS đã đo trong kênh lưu lượng tuyến xuống và báo về BS theo chu kỳ. Hoặc MS chỉ thông báo khi tốc độ lỗi vượt quá một mức ngưỡng qui định nào đó. Các thông tin này được truyền đến BS trong kênh lưu lượng tuyến lên. Phạm vi biến đổi công suất của BS là ±4dB,(nhỏ hơn nhiều phạm vi biến đổi công suất tuyến lên), và phụ thuộc vào tốc độ lỗi khung. 2.4. Nguyên lý bộ thu tín hiệu đa luồng (máy thu RAKE). Sóng vô tuyến có thể đến máy thu từ nhiều đường khác nhau các tín hiệu này thường lệch pha nhau do có sự khác nhau về khoảng cách lan truyền giữa các luồng. Hiện tượng này thường sảy ra khi sóng mang được phản xạ nhiều lần từ các vật cản trên đường truyền. Những tín hiệu phản xạ này kết hợp với các sóng mang trực tiếp tạo ra sự thay đổi về cường độ tín hiệu thu được, có thể làm giảm nghiêm trọng đến tín hiệu thu, nhất là khi bộ thu đi qua những điểm cực tiểu có thể gây ra sự rơi cuộc gọi đối với các máy di động TDMA, analog. Trễ Tb giây Giữ tới Tb+DN Giữ tới Tb+DN Giữ tới Tb+DN Trễ Tb giây Trễ Tb giây Trễ Tb giây Giữ tới Tb+DN Luồng 1 Luồng 2 Luồng 3 Luồng N Coswt CT(t-D2) CT(t) CT(t-D3) CT(t-DN) Tb+DN Tb+DN Tb+DN Tb+DN Mạch quyết đinh Hình 2.10: Bộ thu tín hiệu đa luồng( Máy thu RAKE) Tuy nhiên trong máy thu CDMA hiện tượng đa đường Nhà nướcày lại có lợi. Bộ thu RAKE của máy thu CDMA lại có thể sử dụng tín hiệu từ các luồng khác nhau để cải thiện chất lượng của tín hiệu. Bộ thu RAKE có một số đầu thu có khả năng nhận tín hiệu từ các luồng khác nhau, xắp xếp lại các tín hiệu về mặt thời gian và cộng các tín hiệu này lại với nhau. Các tín hiệu thu được từ các luồng khác nhau sẽ được giữ lại dịch thời gian và cuối cùng được cộng lại với nhâu để tạo nên một tín hiệu tốt hơn bất kỳ một thành phẩn tín hiệu riêng biệt nào. Sự cộng các tín hiệu lại với nhau sẽ làm tăng cường độ của tín hiệu và tăng chất lượng thông tin. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được là rất thấp. Chương 3 kiến trúc phân tầng của hệ thống thông tin di động tế bào cdma 3.1. Cấu trúc chung - So sánh với mô hình mạng OSI. Cũng như các hệ thống thông tin khác, hệ thống CDMA cũng có thể phân tích theo mô hình OSI. Nhưng có khác là hệ thống CDMA chỉ bao gồm 3 lớp: Lớp vật lý, lớp tuyến (lớp liên kết dữ liệu), và lớp mạng (lớp xử lý điều khiển). Việc phân lớp này cho phép CDMA thực hiện điều chỉnh tính trực giao chức năng liên kết và truy nhập rõ ràng. Hệ thống được lắp đặt dễ dàng. Các kiểu lỗi phần mềm được giảm đi. Mạng Tuyến Vật lý Vật lý Vật lý Vật lý Tuyến Mạng Báo hiệu Báo hiệu Thoại, dữ liệu Thoại, dữ liệu Hình 3.1: Phân lớp giao thức CDMA. Lớp vật lý: Truyền dòng bit qua kênh vật lý, truy nhập đường truyền, duy trì đường truyền vật lý… nhờ các phương tiện chuyên dụng, các hàm, thủ tục. Lớp tuyến dữ liệu: Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu cùng các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu cần thiết. Lớp này phân dữ liệu thành các khung 20ms, truyền các khung theo trình tự, phát hiện lỗi, xác nhận việc nhận khung cho phía đối phương và có thể yêu cầu phía đối phương phát lại nếu phát hiện thấy lỗi trong dữ liệu. Có thể thực hiện truyền lại khung nếu đối phương yêu cầu. Lớp mạng: Nhận thông tin từ các host biến đổi chúng thành các gói, chọn đường, chuyển tiếp thông tin, điều khiển tuyến cho các gói, đảm trách xử lý cuộc gọi, kiểm soát luồng dữ liệu và cắt/hợp nếu cần. 3.2. Lớp vật lý. 3.2.1. Thiết lập kênh. Không giống như trong hệ thống TDMA, mỗi tần số được chia thành 8 khe thời gian như vậy là có 8 kênh được thiết lập. Trong hệ thống CDMA, thông qua mã hàm Walsh (ma trận Hadmard) có thể chia thành 64 kênh trong một dải thông tần. Hàm Walsh là những ma trận vuông đặc biệt được gọi là ma trận Hadmard. Ma trận này gồm có : cột đầu tiên toàn số 0, các cột sau đó có số 0 và số 1 là bằng nhau. Hàm Walsh có thể được mô tả bằng các khối có độ dài N = 2i , trong đó i là các số tự nhiên. Tiêu chuẩn IS95 CDMA sử dụng hàm Walsh để tạo thành một tập hợp gồm 64 hàm trực giao (còn gọi là mã hàm Walsh, được đánh số từ 0 đến 63). Có 6 ký hiệu mã C0, C1, C2, C3, C4, C5 làm thành 26 = 64 từ, mỗi từ được gán vào một ký hiệu Walsh. Các ký hiệu Walsh này làm thành 64 hàm trực giao. Ma trận 64´64 (64 mã Walsh, mỗi mã 64 chip) được tạo ra bằng cách sử dụng thuật toán đệ quy như sau: 20 H1 = 21 H2 = 22 H4 = H2N = 26 H64 = ... Trong đó là ma trận đảo của HN Một ký hiệu Walsh (một mã nhận dạng Walsh) là một hàng của ma trận H64 nói trên. Thời hạn một ký hiệu Walsh là: Thời hạn một chip Walsh là: Tại kênh hướng đi, mã hàm Walsh được sử dụng để tách rời tín h._.i BS đích (BS-B) BS-B gửi thông báo nhận biết chuyển vùng giữa các BS tới MSC MSC gửi thông báo nhận biết chuyển vùng giữa các BS tới BS-A BS-A gửi thông tin chỉ dẫn chuyển vùng tới MS MS gửi thông tin hoàn thành chuyển vùng tới BS-A BS-A gửi thông báo thông tin chuyển vùng tới MSC MSC xác nhận thông báo bằng báo nhận thông tin chuyển vùng BS-A gửi lệnh yêu cầu đo cường độ tín hiệu dẫn đường tới MS MS thông tin cường độ tín hiệu dẫn đường tới BS-A Lúc này MS thông tin với cả hai BS. Cả hai BS cùng thông tin với MSC. MSC sử dụng tín hiệu tốt nhất từ hai BS. Sau đó khi tín hiệu dẫn đường đã đạt một mức ngưỡng nào đó MS không cần thông tin với cả hai BS nữa lúc đó MS yêu cầu MSC loại bỏ một BS. Việc loại bỏ một BS có 3 trường hợp là: Loại bỏ BS-B, loại bỏ BS-B, hoặc kết nối với một trạm gốc khác trước khi hoàn tất quá trình chuyển giao. Việc kết nối với một trạm gốc khác trước khi kết thúc quá trình chuyển giao, xẩy ra khi trạm gốc B (BS-B) và trạm gốc A (BS-A) có tín hiệu dẫn đường bị giảm dưới mức ngưỡng ngay trong khi vẫn chưa kết thúc quá trình chuyển giao mềm, (MS vẫn liên lạc với cả BS-A và BS-B). Quá trình này lại lặp lại giai đoạn 1 chuyển giao mềm. Việc loại bỏ một trong hai BS-A hoặc BS-B như sau: Loại bỏ BS cũ (BS-A). MS xác định rằng cường độ tín hiệu dẫn đường BS-A là không đủ mạnh để tiếp tục là một BS trong chuyển giao mềm. MS gửi thông tin cường độ tín hiệu dẫn đường này tới BS-A, và thông tin yêu cầu loại bỏ BS này khỏi quá trình chuyển giao. BS-A gửi thông tin chỉ dẫn chuyển vùng tới MS chỉ thị rằng BS-A sẽ bị loại khỏi quá trình chuyển giao. MS gửi thông báo hoàn thành chuyển vùng tới BS-A BS-A gửi thông báo chuyển giao diện cơ sở tới BS-A cùng thông tin của cuộc gọi đã được ghi lại BS-B xác nhận thông báo bằng thông báo báo nhận chuyển giao cơ sở. BS-B gửi thông báo thông tin chuyển giao tới MSC MSC gửi thông báo xác nhận thông tin chuyển giao tới BS-B BS-B gửi lệnh yêu cầu đo cường độ dẫn đường tới MS MS gửi thông tin đo cường độ dẫn đường tới BS-B BS-A gửi thông báo tới MSC yêu cầu giải phóng nó khỏi chuyển giao mềm MSC xác nhận thông tin bằng cách gửi đi thông báo báo nhận việc giải phóng tuyến nối tới BS-A. Và từ lúc này MS sẽ thông tin với BS-B. Loại bỏ BS mới (BS-B). MS xác định rằng cường độ tín hiệu dẫn đường BS-B là không đủ mạnh để tiếp tục là một BS trong chuyển giao mềm. MS gửi thông tin cường độ tín hiệu dẫn đường này tới BS-A, và thông tin yêu cầu loại bỏ BS-B này khỏi quá trình chuyển giao. BS-A gửi thông tin chỉ dẫn chuyển vùng tới MS chỉ thị rằng BS-B sẽ bị loại khỏi quá trình chuyển giao. MS gửi thông báo hoàn thành chuyển vùng tới BS-A BS-A gửi thông báo giải phóng BS-B tới MSC MSC gửi thông báo giải phóng tới BS-B BS-A gửi thông báo thông tin chuyển giao tới MSC MSC gửi thông báo xác nhận thông tin chuyển giao tới BS- BS-B gửi thông báo yêu cầu được giải phóng tới MSC MSC báo nhận yêu cầu này của BS-B Sau khi BS-B đã giải phóng các kênh vô tuyến của nó cho cuộc gọi nó gửi thông báo xác nhận giải phóng BS tới MSC MSC gửi báo nhận này tới BS-A BS-A gửi lệnh yêu cầu đo cường độ dẫn đường tới MS MS gửi thông tin đo cường độ dẫn đường tới BS-A Lúc này MS chỉ thông tin với BS-A. Chương 4 CấU TRúC CHUNG và dung lượng CủA MạNG CDMA 4.1. Cấu hình chung của mạng thông tin di động tế bào CDMA. PSTN/ PLMN Access Network SMSC MSC/VLR HLR/ AuC IWF VMS AIN LAN Switch Internet DCN Packet Core Network AAA PDSN (FA) CAN BSC BSC LAPD 3G BTS 3G BTS 3G BTS 3G BTS Public Circuit Network Hình 4.1: Cấu hình chung mạng CDMA. Trong đó : MSC : Trung tâm chuyển mạch. VLR (Visitor Location Register): Bộ đăng ký thuê bao tạm trú. BSC : Bộ điều khiển trạm gốc. BTS : Trạm thu phát gốc. BSM : Bộ quản lý trạm gốc. PDSN(FA) : Mạng dịch vụ dữ liệu gói (đơn vị ngoại lai). HA: đơn vị thường trú. AAA : Nhận thực, quản lý và tính cước. HLR : Bộ đăng ký định vị thuê bao thường trú. AuC : trung tâm nhận thực. SMSC : Trung tâm dịch vụ bản tin ngắn. OMC : trung tâm điều hành và bảo dưỡng. VMS : Hệ thống thư thoại. FMS : Hệ thống thư fax. IWF : Chức năng liên kết. CAN : Mạng ATM trung tâm. SCP : Bộ xử lý trung tâm dịch vụ. SMS : Hệ thống quản lý dịch vụ. IP : Ngoại vi thông minh. MT : Thiết bị đầu cuối di động (máy di động). 4.1.1. Các thành phần của mạng gồm 3 phần chính: Mạng lõi mạch điện gồm: MSC/VLR. HLR/AuC. SMSC. VMS/FMS. IWF. WIN/PPS. Mạng lõi gói tin gồm: PDSN AAA HA ROUTER, DHCP, DNS Mạng truy cập sóng điện từ: BSC BTS MSC 4.1.1.1. MS (máy di động). a) Chức năng máy di động. Anten của máy di động được nối tới một bộ thu phát qua 1 bộ ghép đôi cho phép cả hai phát và thu cùng lúc bởi 1 anten. Tín hiệu nhận được chuyển đổi từ băng VRF (cao tần) 850 MHz thành băng IF (trung tần). Theo thiết kế tiêu chuẩn bộ tổng hợp tần số được sử dụng cho trao đổi này, bộ thu có thể được sắp xếp ở tần số bất kỳ trong băng tần được sử dụng cho điện thoại tế bào. Tín hiệu băng IF qua bộ lọc thông giải SAW với băng 1,25 MHz. Tín hiệu IF ra, được lọc bằng cách này, được chuyển đổi thành tín hiệu số qua một bộ biến đổi tương tự/số và gửi tới 4 bộ thu liên quan, một bộ được gọi là bộ thu tìm kiếm và còn lại là 3 bộ thu số liệu. Rất nhiều tín hiệu lưu lượng dưới sự tăng cường tín hiệu dẫn đường được tế bào lân cận phát nằm trong các tín hiệu IF được số hoá. Bộ thu tín hiệu thực hiện sự tương quan của các tín hiệu theo trình tự PN. Quá trình xử lý tương quan này làm tăng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đối với các tín hiệu thích ứng với trình tự PN phù hợp mà không làm tăng nó đối với các tín hiệu khác. Do đó tạo ra độ lợi xử lý. Đầu ra tương quan này được giải điều chế theo sự tương quan nhờ sự dụng sóng mang dẫn đường từ các trạm gốc lân cận làm chuẩn pha sóng mang. Trình tự của ký hiệu số liệu được mã hoá lấy ra từ quá trình xử lý giải điều chế này. Các tín hiệu đa đường có thể được xác định nhờ các tính chất của trình tự PN. Khi các tín hiệu tới bộ thu máy di động qua nhiều đường khác nhau, có thể có một sự chênh lệch thời gian nhận được tính toán theo phân chia chênh lệch khoảng cách đường dẫn với vận tốc ánh sáng. Trong trường hợp sự chênh lệch thời gian dài hơn thời gian 1 chip thì một số đường dẫn có thể được xác định thông qua xử lý tương quan. Bộ thu có thể lựa chọn trong cách dẫn sớm nhất hoặc 1 trong các đường dẫn sau đó và thực hiện dò tìm và thu. Trong trường hợp các bộ thu này được sử dụng chúng có thể dò tìm và thu 3 đường dẫn khác nhau song song và thu được 1 đầu ra được tổ hợp đa dạng. Bốn bộ thu giải điều chế nằm trong thiết kế hiện tại của các máy di động CDMA. Một bộ được sử dụng để tìm kiếm và 3 bộ còn lại được dùng làm bộ thu số liệu. Khi hoạt động trong 1 trạm gốc bộ thu tìm kiếm đo thẩm tra đa đường được tạo ra do phản xạ của địa hình và nhà cửa. Trong đó 3 đường dẫn mạnh nhất được phân bổ tới 3 bộ thu số liệu. Bộ thu tìm kiếm bảo đảm 3 đường dẫn mạnh nhất có thể được phân bố tới các bộ thu số liệu ngay cả khi môi trường đường dẫn bị thay đổi.Trong suốt thời chuyển vùng mềm giữa 2 trạm gốc, bộ thu tìm kiếm được sử dụng để xác định đường dẫn mạnh nhất ngoài 2 đường dẫn và 3 bộ thu số liệu được phân bố để giải điều chế các đường này. Quá trình xử lý giải điều chế sử dụng thông tin từ tất cả 3 bộ thu khi tổ hợp dẫn đến tăng đáng kể trở kháng giao thoa. Hệ thống CDMA áp dụng kiểu tổ hợp tốc độ lớn nhất xác định tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cho tất cả các đường dẫn được tổ hợp và đưa ra trọng số cho từng đường dẫn hơn là cộng chúng với nhau. Vì pha của mỗi đường được xác định thông qua điều chế dẫn đường trước khi tổ hợp nên sự tổ hợp này được thực hiện theo trật tự. Đầu ra của bộ tổ hợp các tốc độ khác nhau lớn nhất được chuyển tới bộ giải mã lấy ra 1 tốc độ đã được chèn vào từ các trình tự tín hiệu được tổ hợp trước đó và đầu ra được giải mã nhờ bộ giải mã chuẩn hoá hướng đi sử dụng thuật toán Viterbi. Bit giải mã được xử lý bởi bộ mã hoá tiếng nói hoặc bởi khách hàng số liệu. Tiếng nói của khách hàng di động truyền từ máy di động tới trạm gốc của bộ mã hoá tiếng nói số. Nó được chuyển thành mã có chuẩn hoá lỗi nhờ bộ mã hoá cuộn và được chèn vào cuối cùng. Kết quả các ký hiệu được mã hoá theo sóng mang PN và trong trường hợp này trình tự PN được chọn lọc bởi địa chỉ được ấn định cho mỗi lưu lượng. Đầu ra của bộ điều chế có công suất được điều khiển bởi các tín hiệu từ bộ điều khiển số và bộ thu tương tự. Nó được chuyển thành RF và thông qua bộ tổng hợp tần số sắp xếp các tín hiệu theo tần số ra riêng và sau đó được khuyếch đại tới mức đầu ra cuối cùng. Tín hiệu truyền dẫn đạt được bằng cách này được chuyển tới anten qua bộ ghép kép. 4.1.1.2. MSC (Trung tâm chuyển mạch di động). Đối với mỗi khối số liệu bộ mã hoá tiếng nói dự tính chất lượng tín hiệu được thu được từ trạm gốc thông thường trong khoảng 20 ms và sau đó nó truyền số liệu tới MSC. Dự tính chất lượng là tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu ở khoảng 20 ms. Đầu ra bộ mã hoá tiếng nói được chuyển tới MSC nhờ sử dụng các đường thoại chung hoặc các thiết bị vi ba. Trong trường hợp bộ thu đa dạng được sử dụng các tín hiệu có thông tin tương tự có thể được gửi đi từ 1 hay nhiều trạm gốc tới MSC. Vì giao thoa và nhiễu được tạo ra trong các đường dẫn từ máy di động tới trạm gốc tín hiệu từ 1 trạm gốc có thể có chất lượng cao hơn 1 trạm gốc khác. Chuyển mạch số của MSC cung cấp đường dẫn để dòng thông tin số liệu có thể được truyền từ 1 hay nhiều trạm gốc tới từng bộ chọn. Một bộ chọn và bộ mã hoá tiếng nói tương ứng được yêu cầu để xử lý từng cuộc gọi. Sau khi so sánh sự chỉ thị chất lượng tín hiệu kèm theo bít thông tin từ 1 hay nhiều trạm gốc bộ chọn, chọn bít của trạm gốc có chất lượng cao nhất nhờ bộ khung và gửi nó tới bộ mã hoá tiếng nói. Bộ mã hoá tiếng nói chuyển đổi tín hiệu tiếng nói số thành kiểu tín hiệu điện thoại PCM tiêu chuẩn với vận tốc 64kbps, kiểu tương tự hoặc các kiểu tiêu chuẩn khác. Bằng cách này nó được nối tới PSTN nhờ hệ thống chuyển mạch. Tín hiệu tiếng nói từ PSPN tới máy di động được đưa vào bộ mã hoá tiếng nói qua hệ thống chuyển mạch. Dòng bit thông tin đầu ra bộ mã hoá tiếng nói được chuyển tới 1 hoặc nhiều trạm gốc qua hệ thống chuyển mạch tiếp theo. Nếu máy di động không trong chuyển vùng mềm tín hiệu được chuyển tới 1 trạm gốc. Tuy nhiên nếu nó trong chuyển vùng mềm thì tín hiệu được truyền tới số lượng thích hợp các trạm gốc để được chuyển tới máy di động. Bộ điều khiển MSC phân bổ các cuộc gọi tới trạm gốc và tới các thiết bị của bộ mã hoá tiếng nói. Bộ điều khiển này cùng điều khiển với bộ điều khiển trạm gốc để phân bổ của bộ đếm thời gian với vùng đang tồn tại MSC không yêu cầu khẳng định các vùng đang tồn tại thông qua các tín hiệu nhắn tin. Phương pháp đăng ký dựa vào vùng được sử dụng rộng rãi để định nghĩa các danh giới vùng của hệ thống tế bào hoặc các danh giới giữa các hệ thống với nhau. Phương pháp đăng ký cắt nguồn được máy di động tương ứng thực hiện khi nguồn của máy di động tắt nguồn. Trong suốt quá thời gian tắt nguồn máy di động có thể đi ra ngoài vùng dịch vụ của hệ thống và kết quả sự đăng ký tắt nguồn không thể được thực hiện chính xác. Máy điện thoại cầm tay có thể được định vị trong các vùng có môi trường lan truyền vô tuyến kém hoặc có thể định hướng không chính xác, ngoài ra anten không thể được sắp đặt chính xác và do đó trạng thái thực hiện đăng ký tắt nguồn không rõ ràng hơn trường hợp các điện thoại trên các phương tiện được sử dụng. Mặc dù có sự không rõ ràng của nó nhưng sự đăng ký cắt nguồn được thực hiện chính xác có thể ngăn cản MSC nhắn tin cho máy di động một cách không cần thiết. Sự đăng ký dựa trên bộ đếm thời gian được máy di động thực hiện bất kỳ lúc nào kết thúc thời gian. Ngoài ra khi hoàn thành truy nhập hệ thống trạm gốc và máy di động định nghĩa thời gian của bộ định thời mới. Thời gian kết thúc của trạm gốc luôn luôn dài hơn thời gian kết thúc của máy di động. Trong trường hợp máy di động bị sự cố đối với thực hiện đăng ký cho tới khi thời gian của trạm gốc kết thúc, trạm gốc giả định rằng máy di động có thể kiểm soát hệ thống không lâu hơn hoặc đăng ký tắt nguồn của máy di động không thành công. Tóm lại khối trung tâm của hệ thống có chức năng sau: Chức năng xử lý cuộc gọi: Cuộc gọi thoại, cuộc gọi số liệu, và cuộc gọi quá giang. Dịch số. Nhắn tin. Bảo mật. Đăng ký định vị và chuyển giao. Giao tiếp trạm làm việc có chức năng bảo trì và vận hành. Gửi và xử lý đồ hoạ. Theo dõi thuê bao di động. Thống kê và tính cước. Điều khiển quá tải. Chức năng MAP (Phần ứng dụng di động). Chức năng liên kết làm việc với mạng. Giao tiếp với mạng PSTN /IN/Nhà cung cấp ở xa. VMF/FMS/IWF/HLR/SMSC/OMD (Máy chủ vận hành và bảo dưỡng trong mạng DCN)/Giao tiếp với hệ thống tính cước. Giao tiếp với BSC (3G IOS). 4.1.1.3. VLR ( Bộ đăng ký định vị thường trú). VLR là khối chức năng cung cấp thông tin khác nhau để cho các thuê bao di động trong MSC/VLR của hệ thống thông tin di động CDMA có thể thay đổi vị trí của chúng một cách tự do, thiết lập và giải phóng cuộc gọi, cung cấp các dịch vụ khác nhau. Các chức năng này gồm: Đăng ký định vị Thay đổi thông tin thuê bao di động Thẩm vấn vị trí Thẩm vấn định ttuyến tới thuê bao di động bị gọi Nhận thực SMS (Dịch vụ bản tin ngắn) NDSS (lựa chọn hệ thống nối trực tiếp đến mạng) 4.1.1.4. BSC (Bộ điều khiển trạm gốc). BSC nằm giữa MSC và BTS nó có nhiều chức năng khác nhau như quản lý trạng thái BTS, chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến, chức năng chuyển giao cứng và chuyển giao mềm giữa MS và BSC, điều khiển công suất. BSC còn có thể đổi dữ liệu thoại dạng EVRC sang dạng PCM và ngược lại, nó cũng triệt tiếng dội xảy ra do bộ hybird của thuê bao hữu tuyến và trì hoãn. Các chức năng chính của BSC: Điều khiển chuyển giao Truyền mẫu tin trong suốt Chuyển mã Chọn lựa Xử lý dịch vụ bổ xung Định tuyến gói Quản lý tài nguyên cuộc gọi Báo hiệu giữa MSC và BTS Xử lý 3G IOS Vận hành và bảo dưỡng… 4.1.1.5. BTS (Trạm thu phát gốc). BTS nằm giữa MT và BSC. Nhiệm vụ chức năng chủ yếu của nó là truyền dẫn vô tuyến, nó điều khiển và duy trì các cuộc gọi cho máy di động, giúp MT nhận được trạm gốc lúc ban đầu, gửi dữ liệu cần thiết, phân bổ kênh lưu lượng theo yêu cầu và tạo tuyến cho các cuộc gọi. Các chức năng đó gồm có: Quản lý tài nguyên các cuộc gọi và điều khiển cuộc gọi Truyền dẫn Xử lý lỗi Đo và thống kê Xử lý tín hiệu vô tuyến, đo và kiểm tra vô tuyến và TPTL( Transmit Power Tracking Loop: Vòng giám sát công suất phát) Định tuyến và truyền gói 4.1.1.6. BSM (Bộ quản lý trạm gốc). Thiết bị chính của BSM là trạm làm việc ( Workstation) và các thiết bị phụ trợ như máy in, X-terminal. BSM có chức năng điều khiển vận hành và bảo dưỡng các bộ xử lý cuộc gọi và bộ mã hoá thoại, chúng làm việc như là một bộ điều khiển của BSC và tất cả các thiết bị của BTS. BSM truy cập NMS qua giao diện mạng LAN và sử dụng giao thức TCP/IP. BSM cung cấp các chức năng sau: Vận hành và bảo dưỡng BTS và BSC Nạp chương trình cho BTS và BSC Thu thập và xử lý cảnh báo Quản lý và xử lý thông tin liên quan đến vận hành Giao diện với nhân viên điều hành Quản lý chất lượng Xử lý lỗi Xử lý thống kê Truyền dữ liệu thông qua giao diện với OMD 4.1.1.7. PDSN (Mạng dịch vụ dữ liệu dạng gói). PDSN truy nhập vào mạng vô tuyến thông qua giao thức mạng ANSI-41, và cung cấp chức năng giao diện internet bằng thủ tục IP đơn giản và giao diện internet bằng giao thức IP di động dựa trên giao diện tuyến (link) giao thức PPP tuỳ thuộc vào sự khởi tạo cuộc gọi dữ liệu gói của thiết bị di động MT, bên cạnh đó nó còn cung cấp các chức năng: như nhận thực và cho phép truy nhập mạng internet của thuê bao, chức năng truy cập server để tính cước. 4.1.1.8. HA (Home Agent). HA phân phối các gói đến các nút mạng di động. Nó hoạt động như một bộ định tuyến (router) trong mạng chủ của mạng di động mà nó có thông tin định vị hiện tại của các nút di động. HA được hỗ trợ các chức năng sau: Kiểm tra tính di động. Nhận thực dịch vụ dữ liệu gói . Định tuyến gói đến FA (PDSN). Quản lý và thông tin bảo mật với FA. 4.1.1.9. AAA (Nhận thức, Cho phép hỗ trợ tính cước). AAA có thể tạo thành từ máy micro/mini workstation trong mạng CDMA. Nó cung cấp các chức năng sau: Liên kết hoạt đông với FA (foreign agent) PDSN thông qua hệ thông bảo an để tính cước cho thuê bao và nhận thực uỷ thác. Cung cấp hồ sơ thuê bao và thông tin chất lượng dịch vụ đến FA(PDSN). Định địa chỉ IP động cho Simple IP/Mobile IP. 4.1.1.10. HLR (thanh ghi định vị thường trú). HLR là một thành phần mạng, nó xử lý thông tin về thuê bao di động hoặc các thành phần mạng cấu hình được yêu cầu với cơ sở dữ liệu thời gian thực dung lượng cao. HLR nhận các thông tin định vị của các thuê bao di động di chuyển giữa các vùng được điều khiển bởi VLR của hệ thống chuyển mạch và lưu trữ nó vào bộ nhớ cơ sở dữ liệu trong HLR theo thời gian thực. Đăng ký định vị và giải phóng. Xử lý cuộc gọi. Quản lý thông tin thuê bao. Nhận dạng thuê bao và liên quan đến kế hoạch đánh số. Thông tin liên quan đến hoạt động của thuê bao. Thông tin liên quan đến các dịch vụ bổ xung. Thông tin liên quan đến tính cước. Đăng ký và huỷ bỏ dịch vụ bổ xung. Quản lý, vận hành và bảo trì hệ thống. Giao tiếp với nhân viên điều hành. Quản lý hỗ trợ (MTP,SCCP,TCAP) lớp thấp báo hiệu số 7. Quản lý thông tin định tuyến. 4.1.1.11. AuC (Trung tâm nhận thực). AuC thi hành quản lý thông tin và quyết định giả thuật ... AuC bao gồm các chức năng sau: Nhận thực cuộc gọi đăng ký v trí. Nhận thực cuộc gọi xuất phát. Kết thúc cuộc gọi. Thủ tục trả lời yêu cầu đặc biệt. Thủ tục nâng cấp SSD, yêu cầu BS(Hệ thống trạm gốc). Nâng cấp thông số. 4.1.1.12. SMSC (Trung tâm dịch vụ bản tin ngắn). SMC (trung tâm bản tin ngắn) là một hệ thống trao đổi mẫu tin dạng mẫu tự giữa SME (Short Message Entity - thực thể bản tin ngắn) và mạng CDMA. Các loại đầu cuối bản tin ngắn SME thuộc VMS (Hệ thống thư thoại ), E-mail, InP (Nhà cung cấp thông tin) FAX, PC (máy tính cá nhân). SMC được nối với HLR và MSC /VLR thông qua CCS7 (báo hiệu kênh chung số 7), với hệ thống quảng bá trạm gốc CBS (Cell Broadcast System) thông qua TCP/IP hoặc X.25. Các chức năng gồm có: Đệ trình bản tin. Quản lý bản tin. Phân phối bản tin. Công nhận bản tin. Các dịch vụ nhấc máy. Chuyển bản tin ngắn xuất phát từ máy di động. Quảng bá cell. Tái phân phát bản tin. 4.1.1.13. OMC (Trung tâm vận hành và bảo dưỡng). OMC là khối chức năng tích hợp mà nhờ nó nhân viên điều hành mạng có thể giám sát và điều khiển hệ thống bởi các phương tiện truyền dẫn mạng số liệu. OMC chịu trách nhiệm với tất cả các hoạt động có bản chất kỹ thuật và quản lý, các hoạt động này cần phải thay đổi theo các thay đổi của điều kiên bên trong và bên ngoài. Điều này làm tăng hoạt động tích hợp và độ tin cậy của mạng do đó giảm thiểu các chi phí vận hành bảo dưỡng. Trung tâm OMC cung cấp các giao diện thân thiện cho các nhân viên điều hành làm việc với các phần phụ của mạng. OMC hoạt động như là một công cụ được tập trung để hỗ trợ chức năng quản lý mạng hàng ngày và cung cấp cơ sở dữ liệu cho công việc thiết kế, hoạch định và tối ưu mạng. Các chức năng chính của OMC gồm: Giám sát các trạng thái hệ thống Quản lý sự cố và cảnh báo Quản lý lỗi Quản lý chất lượng Quản lý bảo mật 4.1.1.14. VMS (Hệ thống thư thoại). Nếu thuê bao di động không nhận được bản tin trực tiếp thì hệ thống VMS sẽ lưu bản tin thoại lại và thông báo cho máy thuê bao biết để kiểm tra bản tin. VMS thực hiện các chức năng sau: Gửi bản tin. Kiểm tra trạng thái gửi bản tin. Gửi liên tục bản tin. Gán ngày gửi bản tin. Gán ngày xoá bản tin. Chuyển đổi bản tin. Thay đổi chức năng chuyển đổi bản tin. Thông báo kết thúc. Thông báo kết thúc đặc biệt. Chọn phương pháp và thứ tự nhận bản tin. 4.1.1.15. FMS (Hệ thống thư fax). Hệ thống FMS cho phép các thuê bao dịch vụ này có thể gửi fax đến nhiều thuê bao khác nhau cùng lúc thông qua hệ thống hộp thư thoại, kiểm tra hoặc nhận các bản tin đã lưu lại trong hệ thống và gửi đến thuê bao thư thoại. FMS gồm những chức năng sau: Gửi chung Dịch vụ board (Board service) Chức năng gửi Chức năng nhận 4.1.1.16. IWF (Chức năng liên kết làm việc). IWF cung cấp các chức năng cần thiết cho thuê bao di động có các dịch vụ dữ liệu truy cập vào mạng và thực hiện thông tin dữ liệu thông qua thiết bị đầu cuối dữ liệu. Nó bao gồm các chức năng sau: Liên kết làm việc với MSC (Frame Relay và xử lý ISDN tốc độ cơ bản PRI) Chuyển mạch cuộc gọi dữ liệu Các modem data/fax Xử lý thủ tục chuyển tiếp dữ liệu BSC Chuyển đổi thủ tục Xử lý cuộc gọi và quản lý tài nguyên 4.1.1.17. CAN (Mạng ATM trung tâm). CAN giao tiếp với nhiều BSC, PDSN để cấu hình mạng dữ liệu gói và cung cấp tín hiệu chuyển giao và lưu lượng chuyển giao giữa các BSC và đường số liệu cho giao tiếp internet . Mặc dù CAN không phải là node cấu hình chuẩn nhưng nó được cung cấp cho việc cải thiện hoạt động chung của mạng CAN có các chức năng sau: Cung cấp đường truyền ATM Giao tiếp BSC Giao tiếp thiết bị quản lý BSC Giao tiếp PSDN 4.1.1.18. SCP (Bộ xử lý điều khiển dịch vụ). SCP có chương trình luận lý dịch vụ và dữ liệu được yêu cầu cho cho các dịch vụ mạng thông minh, bộ xử lý điều khiển dịch vụ có các chức năng sau: Cung cấp chức năng WIN pha 1, pha 2 Cung cấp môi trường thực thi luận lý dịch vụ Cung cấp dữ liệu thuê bao có liên quan đến các dịch vụ mạng thông minh Cung cấp các chức năng vận hành và bảo dưỡng hệ thống 4.1.1.19. SMS (Hệ thống quản lý dịch vụ). SMS là một thành phần mạng thực hiện điều khiển quản lý dịch vụ, điều khiển cung cấp dịch vụ, điều khiển phát triển dịch vụ. 4.1.1.20. IP (Mạng ngoại vi thông minh). IP bao gồm các tài nguyên đặc biệt như thông báo khách hàng, nhận giọng nói, tổng hợp giọng nói, ghi âm thoại, thu tín hiệu DTMF, chuyển đổi thủ tục, thu phát fax.IP cung cấp giao diện linh hoạt giữa người sử dụng mạng thông minh. Chức năng: Thu, tái tạo, biên tập thoại Phân tích DTMF Gửi, nhận fax Giao diện với nhân viên khai thác Vận hành và bảo dưỡng hệ thống Hỗ trợ thủ tục WIN 4.1.1.21. MT (Thiết bị đầu cuối thuê bao). MT (còn gọi là MS: mobile station ) là hệ thống cung cấp các dịch vụ thông tin vô tuyến cho thuê bao đứng yên hoặc di động. MT chứa ME (Mobile equipment) để truyền tín hiệu vô tuyến và ứng dụng điều khiển và USIM (môđun nhận dạng dịch vụ của người sử dụng) để cung cấp dịch vụ và bảo mật cho người dùng. Chức năng của MT: Xử lý cuộc gọi Modem (Xử lý tín hiệu số băng tần gốc) Xử lý tín hiệu analog băng tần IF/RF Mã hoá hình ảnh và âm thoại Hỗ trợ môđun nhận thực người sử dụng Giao tiếp các thiết bị ngoại vi Giao tiếp người dùng Cung cấp các dịch vụ truyền thông đa dịch vụ như thoại, dữ liệu, hình ảnh. 4.1.2. Kết nối gữa các thành phần: 4.1.2.1.Giao tiếp giữa MSC và BTS Giao tiếp giữa MSC và BTS được thực hiện thông qua BSC. BSC nằm giữa MSC và BTS. Một BSC có thể nối với 16 BTS để thực hiện chức năng giao tiếp giữa các tín hiệu hữu tuyến và vô tuyến trên cơ sở các tiêu chuẩn IS-95 với máy động và nhằm xử lý các chức năng thông thường mà các BTS đòi hỏi. Các chức năng chính của BSC: Chức năng truy nhập lẫn nhau giữa MSC và MS Chức năng chuyển giao Chức năng tự bảo dưỡng của BSC Chức năng quản lý BTS 4.1.2.2. Giao tiếp giữa MSC và HLR Giao tiếp giữa MSC và HLR để thực hiện việc chuyển hoặc yêu cầu dữ liệu phục vụ cho: Đăng ký vị trí của thuê bao di động Yêu cầu thông tin thuê bao Quản lý thông tin thuê bao Đăng ký, huỷ đăng ký dịch vụ giá trị gia tăng Kích hoạt, không kích hoạt MS Chuyển, lưu trữ dữ liệu cước và quản lý mật khẩu thuê bao 4.1.2.3. Giao tiếp giữa các MSC Giao tiếp giữa các MSC dùng cho việc thu phát các thông tin để thiết lập cuộc gọi, các thông tin để đăng ký vị trí và chuyển giao dữ liệu giữa các MSC. Có các dịch vụ cơ bản và các dịch vụ gia trong chức năng thiết lập cuộc gọi giữa các MSC bao gồm thiết lập cuộc gọi bình thường, kiểm tra liên tục, thử lại tự động, huỷ bỏ, bản tin thiết lập cuộc gọi, phong toả, giải toả trung kế trong dịch vụ cơ bản và chuyển cuộc gọi, gọi 3 bên, gọi hội nghị, chờ cuộc gọi, truy tìm số khởi tạo cuộc gọi, cấm khởi tạo, hiển thị số khởi tạo, cấm hiển thị số khởi tạo và bảo lưu cuộc gọi trong các dịch vụ gia tăng. 4.1.2.4. Giao tiếp giữa MSC và PSTN Giao tiếp này cần thiết cho sự kết nối giữa mạng PSTN tới thuê bao di động và ngược lại trong trường hợp thiết lập cuộc gọi giữa thuê bao di động và thuê bao PSTN. (Nó cần thiết cho sự liên kết giữa mạng di động và mạng PSTN) 4.1.2.5. Giao tiếp giữa MSC/BSC/BTS và OMC OMC là hệ thống vận hành và bảo dưỡng thu thập thông tin về lỗi, trạng thái của MSC, BSC, BTS dữ liệu thống kê, dữ liệu cước..., cơ sở thuê bao và chức năng báo hiệu No7 qua mạng truyền dẫn số liệu. 4.1.2.6. Giao tiếp giữa MSC và VMS/FMS Giao tiếp giữa MSC và VMS/FMS là cần thiết để thu phát thông tin FAX và thoại giữa các thuê bao thông qua hộp thư thoại. 4.2. Dung lượng hệ thống CDMA. Trong hệ thống thông tin di động tế bào Cellular, để đánh giá về dung lượng của hệ thống thông thường người ta dựa vào các tiêu chuẩn sau: Số người sử dụng trên một độ rộng băng tần. Số người sử dụng trong một tế bào. Tổng số người sử dụng trên một vùng diện tích được bao phủ của các tế bào. Dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng ký thuật trải phổ bị giới hạn bởi nhiễu, trong khi dung lượng của các hệ thống thông tin vô tuyến truyền thống bị giới hạn bởi số kênh tín hiệu không gây ra nhiễu nhờ vào sự sắp xếp chúng theo thời gian hay theo tần số. Do dung lượng của hệ thống trải phổ phụ thuộc vào nhiễu nên việc điều khiển công suất là rất quan trọng đối với dung lượng của toàn hệ thống. Trong hệ thống CDMA thì dung lượng của nó được xác định theo công thức sau đây: Trong đó: N: Số người sử dụng trong hệ thống. Bss: độ rộng băng tần trải phổ. R: Tốc độ băng tần cơ bản lớn nhất. Eb/No: Tổng năng lượng bit trên mật độ tạp âm nhiễu. Vd: Hệ số tích cực của tiếng nói. CSec: Số sector trên một tế bào. Fr: Hệ số tái sử dụng tần số. f: Tỷ số của tổng nhiễu trung bình của các tế bào khác trên nhiễu trung bình của các người sử dụng khác trong cùng một tế bào. Từ công thức trên ta nhận thấy trong hệ thống CDMA số người sử dụng N luôn luôn tỷ lệ nghịch với tỷ số Eb/No. Tỷ số Eb/No càng nhỏ thì dung lượng của hệ thống càng lớn và ngược lại Eb/No càng lớn thì dung lượng của hệ thống càng nhỏ. Mặt khác ta thấy tỷ số Eb/No lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Các phương pháp điều chế được sử dụng, tỷ số lỗi bit BER (Bit Error Rate), tốc độ của dữ liệu thông tin, suy hao của đường truyền, các ảnh hưởng của các luồng với nhau và hiện tượng fading… Hệ thống CDMA đang được sử dụng và thử nghiệm trên toàn cầu hiện đang sử dụng tiêu chuẩn của tỷ số Eb/No là 6,5dB. Một đặc điểm nổi trội của ký thuật CDMA so với các phương thức đa truy nhập khác là CDMA cho phép phát hiện ra các thành phần đa luồng và sử dụng máy thu RAKE để tổ hợp các tín hiệu thực tế này để thu được các tín hiệu có tỷ số Eb/No tốt hơn. Tín hiệu đi sử dụng phương thức mã hoá trực giao, mã hoá này làm cho tăng khae năng chống nhiễu. Việc mã hoá khối cung cấp cho khả năng chống lại lỗi cụm và mã hoá xoắn cung cấp cho khả năng làm giảm giá trị Eb/No theo yêu cầu. Hệ thống CDMA có khả năng điều khiển công suất làm cho chất lượng thoại và tỷ số lỗi bit BER ổn định. Bảng tra cứu các từ viết tắt AMPF Advanced Mobied Phone System Hệ thống thông tin di động tiên tiến ACCH Associated control channel Kênh điều khiển liên kết BCCH Broadcoast control channel Kênh quảng bá điều khiển BSC Base Station Controler Bộ điều khiển chạm gốc BSS Base Station subsystem Phân hệ trạm gốc BHCA Busy Hour call Attempts Gọi trong giờ bận BCC Base Station colour Code Mã màu trạm gốc C/I Carrier To Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu CCITT International Telegraph And Uỷ ban quốc tế về điện thoại Telephone consulative commite điện tín CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CODEC Code And Decode Mã hoá và giải mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DCCH Dedicate Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCE Data communication Equipment Thiết bị truyền số liệu DTX Discontinous Transmission Truyền phát gián đoạn DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu ETS European Telecommunication Tiêu chuẩn viễn thông châu Stadard Âu ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông Stadard Institude châu âu FDMA Frequence Divition Mutiple Acess Đa truy nhập phân chia theo tần số FACCH Fast associate control channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FSK Frequency Shift Key Khoá điều chế dịch tần GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu Communication GOS Grade of Service Cấp độ phục vụ GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu IMTS Improved Mobied Telephone Systems Hệ thống điện thoại di động cải tiến IMSI International Mobile Subscriber số nhận dạng thuê bao di Identity động quốc tế ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ ITU International telecommunication Liên đoàn viễn thông quốc tế Union MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động PAGCH Paging and Acess Kênh choá nhận truy cập và nhắn tin PHC Paging Channel Kênh nhắn tin PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại công cộng có chuyển mạch RACH Random access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên SACCH Slow associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicate Control Kênh điều khiển dành riêng Channel SDMA Space Divition Mutiple Acess Đa truy cập phân chia theo không gian TACH Traffic and Associate Channel kênh lưu lượng và liên kết TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDMA Time Divition Mutiple Acess Đa truy cập phân chia theo thời gian TMN Telephone Management Network Mạng quản lý viễn thông ._.