Nghiên cứu công nghệ CDMA2000 1XEV-DO và đề xuất một số giải pháp ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CDMA2000 1XEV-DO VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Mà SỐ: NGUYỄN THÁI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS. HÀ QUỐC TRUNG HÀ NỘI 2006 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của chính bản thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết, và hiểu biết thực tế của em, không sao chép. Tác giả luận văn Nguyễn Thái Trường MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 1 MỤC LỤC........................................................................................................ 2 CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. 7 DANH MỤC BẢNG........................................................................................ 9 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1 PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN LÊN 3G............................................................................................................. 3 CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN... 3 I.1 Giới thiệu chung .................................................................................... 3 I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA ............................................................ 3 I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống ........................................................... 3 I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi...................................................... 7 I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá........................................... 8 I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin .................................................. 8 I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng............................................................... 8 I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin .......................................................... 8 I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu ................................................. 9 I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng ................................................................. 9 I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay ............................................... 9 I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x .................................... 11 PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO............................... 14 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO.............................. 14 II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO ............................................. 14 II.2 Các đặc điểm mới của 1xEVDO ........................................................ 17 II.2.1 Tăng tốc độ cụm dữ liệu ........................................................... 17 II.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO........................................ 18 II.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến....................................... 19 II.2.4 Phân cực marco qua việc lựa chọn vô tuyến ............................ 19 II.2.5 Ghép kênh hiệu quả khi sử dụng phân cực đa người dùng....... 20 II.2.6 Các tính năng khác của EV-DO................................................ 22 II.2.7 Lý do lựa chọn 1x EVDO ......................................................... 24 II.3 Giao diện vô tuyến của 1x EV-DO .................................................... 26 II.3.1 Đường xuống ............................................................................ 26 II.3.2 Đường lên ................................................................................. 35 II.4 Cơ chế hoạt động của 1x EV-DO....................................................... 37 II.4.1 Điều khiển công suất................................................................. 37 II.4.2 Điều khiển tải trong 1x EVDO ................................................. 39 II.4.3 Cơ chế bảo mật của 1xEVDO................................................... 41 II.4.4 Chuyển giao .............................................................................. 42 II.5 Cơ chế xử lý cuộc gọi......................................................................... 51 II.5.1 Các trạng thái của AT ............................................................... 51 II.5.2 Các thủ tục xử lý ....................................................................... 53 II.5.3 Quá trình thực hiện cuộc gọi dữ liệu gói .................................. 58 II.5.4 Thủ tục báo hiệu cuộc gọi 1x EVDO........................................ 62 PHẦN III: GIẢI PHÁP CHO MẠNG 1X EV-DO VIỆT NAM ............... 65 CHƯƠNG III: THỰC TRẠNG MẠNG CDMA 2000 VIỆT NAM ......... 65 III.1 Thực trạng mạng CDMA 2000 ......................................................... 65 III.2 Các khó khăn và tồn tại..................................................................... 65 III.3 Phương hướng giải quyết chung ....................................................... 66 CHƯƠNG IV: MỘT SỐ GIẢI PHÁP CỤ THỂ ........................................ 67 IV.1 Thiết kế mạng CDMA 2000 1x EV-DO........................................... 67 IV.1.1 Giả thiết thông số đầu vào....................................................... 67 IV.1.2 Tính toán thông lượng cho các loại hình thuê bao.................. 68 IV.1.3 Tính toán cấu hình card kênh cho BTS................................... 70 IV.1.4 Tính toán đơn vị dịch vụ dữ liệu gói cho PCF........................ 71 IV.1.5 Tính toán dung lượng trung kế................................................ 71 IV.1.6 Tính toán dung lượng báo hiệu ............................................... 71 IV.1.7 Tính toán độ dự trữ đường truyền và xác suất phủ sóng......... 74 IV.2 Vấn đề chuyển vùng cho mạng CDMA 2000 Việt Nam.................. 79 IV.2.1 Định nghĩa chuyển vùng ......................................................... 79 IV.2.2 Các lợi ích của việc roaming................................................... 79 IV.2.3 Nguyên tắc thực hiện roaming ................................................ 80 IV.2.4 Vấn đề roaming của mạng CDMA Việt Nam........................ 84 PHẦN IV: KẾT LUẬN................................................................................. 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 92 CÁC TỪ VIẾT TẮT AAA Authentication, Authorization, and Accounting AN Access Network ANSI American National Standards Institute AT Access Terminal BHCA Busy Hour Call Attempts BHSM number of Busy Hour Short Message BSC Base Station Controller BTS Base Trasciever Station CCS7 Common Channel signaling System 7 CDMA Code Division Multiple Access DRC Data Rate Control EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution EV-DO Evolution Data Optimized EV-DV EVolution Data and Voice FCH Fundamental Channel FER Frame Error Ratio GSM Globle System for Mobile Communication HA Home Agent HLR Home Location Register IMSI International Mobile Station Identity IS-2000 Interim Standard -2000 IS-856 Interim Standard -856 IS-95 Interim Standard 95 ISUP ISDN User Part MAC Medium Access Control MDN Mobile Directory Number MO Mobile Originated MSC Mobile Swiching Center MSU Message Signalling Unit MT Mobile Terminated PCF Packet Control Function PCM Pulse Code Modulation PDSN Packet Data Serving Node PN Pseudo Noise PPP Point-to-Point Protocol PSK Phase-Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Modulation RA Reverse Activity RAN Radio Access Network RLP Radio Link Protocol RPC Reverse Power Control RRI Reverse Rate Indicator RSSI Received Signal Strength Indication R-UIM Removable User Identity Module SCH Supplemental Channel SMSC Short Message Service Center TCH Traffic CHannel TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol TDMA Time Division Multple Access TIA/EIA Electrical Industries Association/Telecommunications Industry Association TLDN Temporary Locator Directory Number UATI Unicast Access Termination Identifier UMTS Universal Mobile Telecommunications System VLR Visited Location Register WCDMA Wideband Code Division Multiple Access DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000. ............................. 10 Hình 1.2 Lộ trình phát triển của các công nghệ............................................. 11 Hình 1.3 Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới ................... 12 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO. ............................................. 14 Hình 2.2 1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt.................................. 15 Hình 2.3 Minh hoạ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO...................................... 18 Hình 2.4 Thông lượng hệ thống khi sử dụng phân cực đa người dùng......... 21 Hình 2.5 So sánh khả năng cung cấp dịch vụ của các công nghệ ................. 25 Hình 2.6 Tối đa thông lượng nhờ sử dụng hiệu quả công suất phát BTS. .... 26 Hình 2.7 Chu kỳ của kênh điều khiển đường xuống. .................................... 27 Hình 2.8 Cấu trúc khe thời gian đường xuống của 1xEVDO. ...................... 27 Hình 2.9 Cấu trúc kênh đường xuống của 1xEV-DO. .................................. 28 Hình 2.10 RPC và DRCLock được ghép kênh theo thời gian......................... 29 Hình 2.11 Các cấu trúc tốc độ đường xuống của 1xEVDO. ........................... 30 Hình 2.12 Cấu trúc gói tin lớp vật lý của kênh lưu lượng đường xuống. ....... 31 Hình 2.13 Kênh điều khiển được ghép kênh theo thời gian............................ 32 Hình 2.14 AT lựa chọn sector có tốc độ cao để gửi yêu cầu phục vụ ............. 34 Hình 2.15 Cấu trúc khe thời gian đường lên của 1xEVDO............................. 35 Hình 2.16 Cấu trúc kênh đường lên của 1xEV-DO......................................... 35 Hình 2.17 Các cấu trúc tốc độ đường lên của 1xEVDO. ................................ 37 Hình 2.18 Điều khiển công suất vòng kín ....................................................... 38 Hình 2.19 Thêm một pilot vào active set......................................................... 45 Hình 2.20 Chuyển giao soft handoff ảo........................................................... 47 Hình 2.21 Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái trống ..................... 52 Hình 2.22 Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái kết nối................... 53 Hình 2.23 Thủ tục khởi tạo. ............................................................................. 54 Hình 2.24 Thủ tục đăng ký. ............................................................................. 54 Hình 2.25 Thủ tục sắp xếp phiên. .................................................................... 55 Hình 2.26 Thủ tục yêu cầu kết nối................................................................... 56 Hình 2.27 Thủ tục sắp xếp kết nối ................................................................... 56 Hình 2.28 Thiết lập phiên PPP. ....................................................................... 57 Hình 2.29 Thủ tục chuyển giao soft/softer ...................................................... 58 Hình 2.30 Chu trình xử lý cuộc gọi dữ liệu gói............................................... 59 Hình 2.31 AT khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ............................................. 59 Hình 2.32 AT kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ............................ 60 Hình 2.33 AN kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ ........................... 61 Hình 2.34 AT tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ........................................ 61 Hình 2.35 AN tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ........................................ 62 Hình 2.36 Khởi tạo cuộc gọi bởi AT ............................................................... 62 Hình 2.37 Tái kích hoạt kết nối bởi AN .......................................................... 63 Hình 2.38 Tái kích hoạt kết nối bởi AT.......................................................... 63 Hình 2.39 Giải phóng kết nối bởi AT.............................................................. 64 Hình 2.40 Giải phóng phiên bởi AT................................................................ 64 Hình 4.1 Mô hình kết nối roaming giữa hai mạng ........................................ 80 Hình 4.2 Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi thoại ................................... 81 Hình 4.3 Quá trình xử lý roaming cho nhắn tin............................................. 82 Hình 4.4 Quá trình nhận thực cho cuộc gọi dữ liệu gói roaming.................. 83 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ. ................................ 4 Bảng 1.2 So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ....................................... 4 Bảng 2.1 So sánh thông lượng giữa các công nghệ. ...................................... 17 Bảng 2.2 So sánh tốc độ download giữa các công nghệ. ............................... 24 Bảng 2.3 So sánh giữa công nghệ CDMA 2000 1x và 1xEV-DO................. 25 Bảng 4.1 Thông số giả thiết cho thoại 1x. ..................................................... 68 Bảng 4.2 Thông số giả thiết cho dữ liệu gói 1x. ............................................ 69 Bảng 4.3 Thông số giả thiết cho dữ liệu kênh 1x. ......................................... 69 Bảng 4.4 Thông số giả thiết cho dữ liệu 1xEV-DO ...................................... 70 Bảng 4.5 Bán kính phủ sóng đường xuống của 1x EV-DO........................... 76 Bảng 4.6 Xác suất phủ sóng đường lên của 1x EV-DO................................. 76 Bảng 4.7 Kết quả tính toán cho đường lên (Reverse Link). .......................... 77 Bảng 4.8 Kết quả tính toán cho đường xuống (Forward Link)...................... 78 LUẬN VĂN CAO HỌC Lời nói đầu Nguyễn Thái Trường - 1 - LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ CDMA trước đây chủ yếu được quân đội Mỹ sử dụng với mục đích quân sự. Từ năm 1985, Chính phủ Mỹ cho phép Qualcomm phát triển thành công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã dành được nhiều kết quả nghiên cứu, ứng dụng về công nghệ này. Năm 1995, Qualcomm đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A. Hệ thống thông tin di động CDMA IS-95 dựa trên công nghệ điều chế trải phổ. Công nghệ và lý thuyết trải phổ đã trở thành động lực phát triển và được ứng dụng cho nhiều ngành công nghiệp vô tuyến như truyền thông cá nhân, truyền thông đa truy nhập truyền thông thuê bao vô tuyến ở mạng nội hạt, truyền thông vệ tinh, định vị toàn cầu, ra đa xung... Hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần cao và khả năng truy nhập là những yếu tố đã làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ quản lý tắc nghẽn hàng đầu trong các mạng điện thoại vô tuyến di động với số lượng thuê bao ngày càng lớn. Đáp ứng các yêu cầu của thực tế, các phiên bản mới của CDMA như CDMA 20001x, CDMA 2000 1xEV-DO đã được đưa vào ứng dụng trong thông tin di động và đã được nhiều nhà khai thác lựa chọn với nhiều ưu điểm như: dung lượng mạng lớn, tính năng cải thiện chất lượng thoại, dễ dàng phát triển mạng và khả năng truyền số liệu tốc độ cao, đáp ứng được các dịch vụ tiên tiến sử dụng băng thông rộng như truyền số liệu tốc độ cao, các dịch vụ giải trí multimedia.... Tuy nhiên việc sử sụng các công nghệ CDMA mới nói chung và ở Việt nam nói riêng gặp một số khó khăn, ví dụ như khả năng roaming bị hạn chế, không tương thích với các công nghệ hiện có ... Đây là một vấn đề rất được quan tâm trong hoạt động tác nghiệp, nghiên cứu hàng ngày của tôi. Vì những lý do trên, tôi đã lựa chọn Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO để thực hiện đề tài nghiên cứu tốt nghiệp cao học của mình. LUẬN VĂN CAO HỌC Lời nói đầu Nguyễn Thái Trường - 2 - Luận văn “Nghiên cứu công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO và đề xuất một số giải pháp ứng dụng” sẽ được chia làm 3 phần với 4 chương trong đó phần 1 sẽ tập trung nghiên cứu về công nghệ CDMA 2000 1x và CDMA 2000 1xEV-DO; phần 2 là một số đề xuất ứng dụng cho mạng CDMA với các giải pháp về thiết kế mạng và roaming cho các mạng CDMA Việt Nam; phần 3 là một số kết luận tóm tắt về luận văn. Cụ thể: Chương I: “Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển” sẽ trình bày về các ưu điểm của công nghệ CDMA 2000 so với các công nghệ di động khác và xu hướng phát triển lên 3G để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng và dịch vụ của khách hàng. Chương II: “Công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO” sẽ tập trung nghiên cứu về cấu trúc, cơ chế hoạt động và các điểm mới của CDMA 2000 1x EV- DO. Chương III: “Thực trạng mạng CDMA 2000 tại Việt Nam” sẽ giới thiệu sơ lược về hệ thống mạng CDMA Việt Nam hiện nay, các khó khăn, tồn tại và những phương hướng giải quyết chung để thúc đẩy mạng CDMA phát triển. Chương IV: “ Một số giải pháp cụ thể” sẽ đề xuất một giải pháp ứng dụng cụ thể gồm giải pháp về thiết kế một hệ thống CDMA 2000 1xEV-DO tiêu chuẩn và đề xuất roaming cho mạng CDMA Việt Nam. Do khả năng và kiến thức còn hạn chế nên cuốn luận văn này chắc chắn sẽ không khỏi có những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những góp ý của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn đọc để hoàn thiện cuốn luận văn này. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 3 - PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN LÊN 3G CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN I.1 Giới thiệu chung Thông tin di động đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. Sự ra đời của thông tin di động số GSM đã tạo nên bước ngoặt lớn, đem tới cho con người những lợi ích không thể phủ nhận được về thời gian, chi phí, tính tiện dụng... Trên thế giới, GSM chiếm 70% số thuê bao di động, 30% còn lại chia sẻ bởi các công nghệ TDMA khác như IS-95 (CDMA), AMPS, IS96, PDC... Tuy nhiên, khi nhu cầu về thông tin di động của con người ngày càng tăng, ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ, chất lượng, loại hình, chi phí ... thì GSM đã bộc lộ những nhược điểm không thể đáp ứng được các yêu cầu này. Trước tình hình đó, xu thế tất yếu của thông tin di động là phải phát triển công nghệ mới, khắc phục nhược điểm của thông tin di động thế hệ 2, đem lại những dịch vụ di động cao cấp hơn, đưa thông tin di động phát triển lên một tầm cao mới - đó là thông tin di động thế hệ 3 mà một trong những đại diện là công nghệ CDMA2000. Trong các phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về các đặc điểm của công nghệ CDMA2000, lý do nó được lựa chọn làm công nghệ của thế hệ thứ ba và phiên bản công nghệ thê hệ thứ 3 của CDMA2000. I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống Với dải tần là 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là 5MHz), còn CDMA 2000 có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 4 - mang là 1,25MHz). Như vậy với 62 kênh lưu lượng TCH/sóng mang thì W- CDMA có tối đa 124TCH/sector còn CDMA 2000 1x có tới 266TCH/sector. TDMA GSM GSM WCDMA CDMA 2000 1x Erl 37 21 ÷ 35 29 ÷ 47 111 ÷ 176 230.9 ÷ 328.7 User/Sector 48 29 ÷ 44 38 ÷ 58 124 ÷ 190 245 ÷ 343 Re-use 7/21 4/12 3/9 1/1 1/1 Bảng 1.1 So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ. Với các giả định như trên từ bảng so sánh trên ta thấy dung lượng thoại của CDMA 2000 1x là lớn nhất trong các công nghệ TDMA, GSM, W- CDMA và do đó số người sử dụng cùng một lúc là lớn nhất. GPRS EDGE WCDMA CDMA 2000 1x CDMA 2000 1xEV-DO Lưu lượng trung bình (Kbps) 256 768 1800 2450 11060 Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 3/9 1/1 1/1 1/1 Bảng 1.2 So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ. Qua bảng trên ta thấy dung lượng số liệu của CDMA 2000 1x và 1xEV-DO lớn hơn rất nhiều so với các công nghệ trên nền GSM khác như GPRS, EDGE và thậm chí cả W-CDMA. Nhờ khả năng truyền số liệu tốc độ cao mà CDMA 2000 có thể đưa ra một mức giá dịch vụ truyền số liệu rất cạnh tranh. Tái sử dụng tần số Công nghệ CDMA sử dụng một tần số duy nhất cho tất cả các trạm với độ rộng băng thông lớn vì vậy dung lượng của mạng CDMA lớn hơn rất LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 5 - nhiều so với dung lượng của GSM và các công nghệ khác vì số người sử dụng trong một sector của hệ thống CDMA tương đương với số người sử dụng trên toàn bộ một kênh CDMA 1,25MHz. Giảm tỷ số Eb/N0 Các hệ thống số chia ô đều sử dụng mã sửa lỗi. Các hệ thống điều chế băng hẹp thường sử dụng các phương thức ít phức tạp hơn để tốn ít dải băng tần hơn. Do đó, để giữ chất lượng âm thanh tốt thì nhà khai thác phải cần một tỷ số Eb/N0 cao(năng lượng bít/công suất nhiễu), dẫn tới họ phải giới hạn số lượng người sử dụng trên hệ thống nên làm hạn chế dung lượng. Trong khi đó, CDMA sử dụng phương pháp mã hoá sửa lỗi tiên tiến nên yêu cầu tỷ số Eb/N0 không cao. Việc sử dụng tỷ số Eb/N0 thấp hơn để đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng thoại khiến cho hệ thống CDMA có dung lượng lớn hơn, cần ít công suất truyền tải hơn so với các hệ thống băng hẹp. Mã hoá tốc độ biến đổi Sự phát hiện ra tính linh động của thoại là một thay đổi khác giúp tăng dung lượng hệ thống CDMA. IS-95 CDMA đã lợi dụng tính linh động của thoại bằng cách sử dụng các bộ mã hoá có tốc độ biến đổi. Trong một cuộc nói chuyện qua điện thoại, một người chỉ thực sự nói trong khoảng 35% thời gian cuộc gọi, 65% còn lại là nghe người kia nói hoặc là thời gian im lặng nếu như người kia không nói. Nguyên tắc của bộ mã hoá có tốc độ biến đổi là nó chỉ hoạt động ở tốc độ cao và cung cấp chất lượng thoại tốt nhất khi có sự hoạt động của tiếng nói. Khi không phát hiện thấy tiếng nói thì bộ mã hoá sẽ hạ thấp tốc độ mã hoá vì không có lý do gì phải mã hoá sự im lặng ở tốc độ cao. Khi đó, tốc độ mã hoá có thể giảm xuống đến 4 hoặc 2 hoặc 1Kbps. Bởi vậy, bộ mã hoá có tốc độ biến đổi chỉ sử dụng hết LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 6 - dung lượng kênh khi thực sự cần thiết. Vì mức nhiễu giao thoa do tất cả những người sử dụng gây ra trực tiếp quyết định dung lượng của hệ thống và sự phát hiện ra tính linh động của thoại đã làm giảm mức nhiễu trong hệ thống nên dung lượng có thể đạt tới giá trị cực đại. Điều khiển công suất Một yếu tố then chốt quan trọng để nâng cao dung lượng của CDMA là điều khiển công suất. Mục đích thiết kế chủ yếu của một hệ thống CDMA là để tất cả những người sử dụng cùng nhận được một mức công suất như nhau từ trạm gốc và để mức công suất này càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì được cuộc gọi có chất lượng cao. Bất kỳ một công suất nào lớn hơn nhu cầu sẽ chỉ làm tăng thêm mức nhiều toàn bộ trên kênh CDMA một cách không cần thiết và sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống. Bởi vậy, việc điều khiển công suất càng chính xác thì dung lượng càng lớn. Trong CDMA, trạm gốc liên lạc với trạm di động MS, chỉ dẫn cho trạm di động điều chỉnh tăng giảm công suất.Trạm di động chỉ truyền đủ công suất để duy trì đường nối, do vậy công suất truyền dẫn trung bình của CDMA thấp hơn nhiều so với công suất truyền dẫn của hệ thống tương tự. Ô liên tục đo đạc tín hiệu nhận được từ máy di động và so sánh với mức công suất thiết kế và sau đó quyết định sẽ tăng hay giảm công suất truyền dẫn của một trạm di động xác định. Công việc này được tiến hành cứ mỗi 1,25ms một lần, tức 800lần/1 giây. CDMA điều chỉnh mức công suất lên xuống theo 84 mức của 1dB. Phương thức này bảo đảm rằng cho dù mobile có ở gần hay xa ô thì mỗi mobile vẫn nhận được một mức công suất như nhau. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 7 - I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi Các hệ thống điện thoại cellular sử dụng công nghệ CDMA cung cấp âm thanh có chất lượng cao hơn và ít xảy ra rớt cuộc gọi hơn các hệ thống hoạt động dựa trên những công nghệ khác. Có nhiều đặc tính tồn tại trong hệ thống CDMA đã tạo ra khả năng đó như: • Các phương pháp sửa lỗi tiên tiến làm tăng khả năng chính xác cho các khung nhận được. • Các bộ mã hoá tinh vi cho phép mã hoá tốc độ cao và giảm tạp âm nền. • CDMA sử dụng ưu điểm của nhiều loại phân tập khác nhau để nâng cao chất lượng thoại như: o Phân tập tần số (bảo vệ khỏi fađing chọn lọc tần số). o Phân tập không gian (dùng 2 anten nhận). o Phân tập đường truyền (sử dụng bộ thu Rake để khắc phục sự thu nhận một tín hiệu qua nhiều đường gây ra “nhiễu giao thoa” và thậm chí còn nâng cao chất lượng âm thanh). o Phân tập thời gian (dùng cài xen và mã hoá). • Thực hiện chuyển giao soft để góp phần làm tăng chất lượng thoại bằng cách cung cấp một kết nối “make before break”. Quá trình chuyển giao softer giữa các sector của cùng 1 cell cũng cung cấp những lợi ích tương tự. • Điều khiển công suất chính xác, bảo đảm cho tất cả các mobile đều có mức công suất gần bằng mức công suất tối ưu để có thể đạt được một chất lượng thoại tốt nhất. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 8 - I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá Tất cả thuê bao sử dụng chung một sóng mang CDMA, cùng chia sẻ một phổ tần số với nhau. Hệ số sử dụng lại tần số bằng 1 là một yếu tố quan trọng đã làm cho dung lượng của CDMA lớn hơn nhiều so với các công nghệ khác, đồng thời nó còn làm cho việc thiết kế hệ thống đơn giản hơn. Nhà khai thác sẽ không phải lập kế hoạch sử dụng tần số - một công việc hết sức phức tạp trong hệ thống tương tự và TDMA. Quan trọng hơn, kể cả việc điều chỉnh lại tần số để mở rộng cũng được loại bỏ. Nếu nhà khai thác muốn thêm một cell hay một kênh mới thì không cần phải thiết lập lại toàn bộ tần số của hệ thống. I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin Thông tin trong CDMA được bảo mật rất cao, việc xâm nhập bất hợp pháp vào tín hiệu CDMA là cực kỳ khó. Đó là vì các khung thông tin đã số hoá được trải phổ trên một nền phổ rộng. Hơn thế nữa, trong tương lai CDMA có các kế hoạch mã hoá số mới để tạo ra các mức bảo mật và an toàn hơn nhiều. I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng Một cell CDMA có vùng phủ sóng lớn hơn nhiều so với cell tương tự hay số khác vì CDMA sử dụng thiết bị thu có độ nhạy lớn hơn các kỹ thuật khác. Do đó, để phủ sóng cùng một vùng địa lý như nhau thì số cell CDMA phải dùng sẽ ít hơn. Tuỳ thuộc vào nhu cầu tải của hệ thông và nhiễu giao thoa mà việc giảm số cell có thể tới 50% so với GSM. I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin Do việc điểu khiển công suất chính xác và các đặc tính khác của hệ thống, các máy mobile CDMA thường chỉ truyền công suất bằng một phần LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 9 - nhỏ công suất so với các máy tương tự và TDMA. Điều này cho phép các thuê bao tăng thời gian sử dụng pin của máy mobile. I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu Một kênh CDMA băng rộng cung cấp tài nguyên chung mà tất cả các mobile trong hệ thống cùng dùng chung, tuỳ theo ứng dụng là truyền thoại, dữ liệu, fax hay ứng dụng khác. Tại một thời điểm bất kỳ, phần dải thông không được sử dụng bởi mobile này thì có thể được cung cấp cho một mobile khác. Điều này làm cho CDMA thực sự linh hoạt và được khai thác để tạo ra các khả năng mạnh hơn như dịch vụ dữ liệu tốc độ cao. I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng Không giống như việc nâng cấp mạng GSM (2G) lên thế hệ thứ 3 là EDGE hay W-CDMA thì cần phải lắp thêm một hệ thống trạm BTS mới (với EDGE) hay cả một mạng CDMA (với W-CDMA) chạy song song với mạng cũ, CDMA 2000 1x khi phát triển mạng lên 3G - CDMA 2000 1xEV là khá đơn giản, chúng ta sẽ chỉ phải lắp thêm các card thu phát mới cho 1xEV và nâng cấp phần mềm hệ thống. Như vậy so với việc phát triển GSM Æ W- CDMA thì việc phát triển từ CDMA 2000 1x lên CDMA 2000 1xEV đòi hỏi lắp thêm ít thiết bị hơn, đơn giản hơn mà vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng đã triển khai. I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay Với những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ di động khác, CDMA đã có những phát triển rất nhanh chóng trong những năm gần đây. Hầu hết các nhà khai thác mới đều lựa chọn công nghệ CDMA cho hệ thống của mình, không những thế các nhà khai thác GSM hiện hữu cũng triển khai công nghệ CDMA 2000 để có thể cung cấp các dịch vụ 3G. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 10 - Tính đến tháng 8 năm 2006 thì đã có gần 200 nhà khai thác trên 72 nước và vùng lãnh thổ sử dụng công nghệ CDMA 2000 với tổng số thuê bao đạt khoảng 275 triệu thuê bao trong đó khu vực châu Mỹ La Tinh và châu Á Thái Bình Dương là hai khu vực có số thuê bao lớn nhất, chiếm khoảng 80% tổng số thuê bao. CDMA 2000 đang là công nghệ có tốc độ tăng trưởng thuê bao lớn nhất hiện nay, mỗi tháng CDMA 2000 có khoảng 8.5 triệu thuê bao mới. Dự kiến số lượng thuê bao CDMA 2000 sẽ đạt khoảng 350 triệu thuê bao vào cuối năm 2006 và đạt khoảng 450 thuê bao vào năm 2009. Với 275 triệu thuê bao như hiện nay CDMA chiếm 13% thị phần thuê bao di động trên toàn thế giới (trên tổng số 2 tỷ thuê bao di động hiện nay). Với tốc độ phát triển thuê bao vượt trội như hiện nay, dự báo thị phần thuê bao CDMA sẽ đạt 18% vào năm 2009. Hình 1.1 Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 11 - I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x Ngày nay nhu cầu sử dụng các ứng dụng di động không chỉ dừng lại ở thoại, nhắn tin mà người sử dụng còn mong muốn có nhiều các dịch vụ truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, thư điện tử, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao... cùng nhiều các ứng dụng tiên tiến khác. Điều này đặt ra cho các nhà khai thác dịch vụ phải nâng cấp hệ thống mạng để có khả năng các dịch vụ truy cập dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng. Dù sử dụng công nghệ nào thì các nhà khai thác cũng tìm cách để nâng cấp hệ thống mạng của mình và cụ thể là tiến tới hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G), thứ 4 (4G)…để nâng ._.cao khả năng truyền dữ liệu nhằm đáp ứng được các dịch vụ tiên tiến cho khách hàng. Hình 1.2 Lộ trình phát triển của các công nghệ. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 12 - Trong tiến trình phát triển lên công nghệ không dây thế hệ tiếp theo (3G) nổi lên hai hướng phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T công nhận đó là CDMA 2000 và W-CDMA: • Phát triển lên 3G CDMA từ các công nghệ TDMA, GSM: TDMA, GSM Æ GPRS Æ EDGE Æ W-CDMA. • Phát triển lên 3G CDMA từ IS-95: IS-95A Æ IS-95B Æ CDMA 2000 1x Æ CDMA 2000 1xEV Xem xét 2 hướng phát triển trên chúng ta thấy để có thể tiến tới thế hệ di động thứ 3 một cách hoàn chỉnh thì hướng xuất phát từ GSM Æ W-CDMA có một sự thay đổi lớn về mặt thiết bị cũng như là băng tần. Trong khi đó thì hướng xuất phát từ CDMA Æ CDMA 2000 1xEV có sự phát triển dễ dàng hơn với việc bổ sung phần cứng và nâng cấp phần mềm. Hình 1.3 Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới Hiện nay các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA đều định hướng phát triển mạng di động tới công nghệ CDMA 1xEV-DO nhằm nâng cao tốc LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển Nguyễn Thái Trường - 13 - độ, chất lượng, độ tin cậy và sự đa dạng của dịch vụ di động đối với khách hàng và công nghệ CDMA cũng là công nghệ dẫn đầu trong xu hướng phát triển lên 3G hiện nay. Với sự thành công của 1x EV-DO thì các nhà nghiên cứu cũng đã tạm dừng triển khai một phiên bản khác của 3G CDMA là 1x EV-DV để tập trung cho 1x EV-DO. CDMA 2000 1x EV-DO là thế hệ phát triển tiếp theo của CDMA 2000 1x (hay 1xRTT), tiêu chí của công nghệ là dựa trên nền của IS-856, được xây dựng để nhằm tối ưu hoá khả năng truyền số liệu vô tuyến, vì vậy 1xEV-DO còn được biết đến với các tên như: CDMA IS-856, CDMA High - speed Data Rate (HDR) hay CDMA Evolution of Data Optimazation. Để trả lời cho câu hỏi tại sao các nhà khai thác đều có xu hướng phát triển lên công nghệ 1x EV-DO và công nghệ 1x EV-DO có những ưu điểm gi so với CDMA2000, trong chương tiếp theo chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu các đặc điểm, tính năng và cơ chế hoạt động của hệ thống 1x EV-DO. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 14 - PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO Về cấu trúc mạng CDMA 1xEV-DO không khác nhiều so với CDMA 2000 1x, việc nâng cấp từ CDMA 2000 1x lên 1xEV-DO là khá dễ dàng. Phần mạng lõi không cần phải nâng cấp hay thay thế phần cứng, chỉ cần nâng cấp phần mềm để hỗ trợ 1xEV-DO. BTS, BSC, PDSN chỉ cần cắm thêm card, nâng cấp phần mềm. Bên cạnh đó cần trang bị một số phần tử mới để điều khiển, quản lý 1xEV-DO như AN-AAA, RNC... Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO như hình dưới đây: Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 15 - Chức năng của các thành phần mạng cũng tương tự như ở hệ thống 1x2000 tuy nhiên tên gọi của chúng có sự thay đổi để dễ dàng phân biệt giữa các công nghệ. CDMA2000 1X Term CDMA 1xEV-DO Term BSC (Base Station Controller) AN (Access Network) BTS (Base Transceiver Station) AP (Access Point) MS (Mobile Station) AT (Access Terminal) Vì thoại và dữ liệu có những yêu cầu rất khác nhau nên sẽ không hiệu quả nếu kết hợp 2 dịch vụ này trên cùng một sóng mang. Vì vậy để tối ưu hoá cho việc truyền dữ liệu hệ thống 1xEV sử dụng một CDMA carrier riêng rẽ, tuy nhiên nó hoàn toàn tương thích với công nghệ CDMA2000 1x. Nghĩa là cần 1 sóng mang cho thoại và 1 sóng mang cho dữ liệu. 1xEV-DO yêu cầu một sóng mang riêng biệt để tối ưu cho việc truyền tải dữ liệu, nâng tốc độ đường xuống tới 2,4Mbps và đường lên tới 153,6Kbps đối với phiên bản 0. Đối với phiên bản A, tốc độ đường xuống đạt tới 3,1Mbps và đường lên tới 1,8Mbps. Sóng mang này tương tự như sóng mang CDMA 2000 1x, độ rộng là 1,25MHz. Hình 2.2 1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt Đứng về khía cạnh của Nhà khai thác, đặc biệt khi nhằm mục đích cung cấp các dịch vụ số liệu vô tuyến, có hai vấn đề cần phải quan tâm đó là: LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 16 - • Năng lực của hệ thống: số lượng thuê bao có thể được phục vụ trong mỗi cell site sử dụng một quỹ tài nguyên tần số cố định (ví dụ 1,25 MHz băng thông). • Mức độ của các dịch vụ được cung cấp: thông lượng dữ liệu trung bình có thể cung cấp được cho mỗi thuê bao. Ngày nay, hầu hết các ứng dụng Internet như: duyệt web, email, video streaming… luôn yêu cầu các băng thông bất đối xứng, tỷ lệ thông thường giữa download và upload là khoảng 6 đến 8 lần cho nên vấn đề tối ưu hoá kênh đường xuống là một vấn đề rất quan trọng cần phải được xem xét khi cung cấp các dịch vụ Internet không dây. Có hai hệ số quan trọng để xác định hiệu năng của kênh đường xuống là: • Tốc độ cụm dữ liệu (Burst Data rate): đây là tốc độ nhận dữ liệu của thuê bao từ trạm BTS, khi hệ thống nằm ở trạng thái chịu tải cao thì chỉ một số ít thuê bao được kích hoạt dịch vụ, tốc độ cụm dữ liệu được xác định thông qua thông lượng thực tế của thuê bao. • Hiệu suất ghép kênh: Đây là hệ số để xác định khả năng cung cấp tài nguyên của hệ thống cho mỗi thuê bao trong tổng số nhiều thuê bao cùng đăng nhập vào mạng. Khi hệ thống được kích hoạt ở chế độ chịu tải, tại mỗi thời điểm sẽ có nhiều thuê bao cố gắng kết nối vào mạng, thông lượng thực tế của mỗi thuê bao được xác định thông qua hệ số này. Nhìn chung việc cải thiện hai yếu tố trên sẽ là điều kiện trực tiếp làm tăng dung lượng của hệ thống cũng như là mức độ dịch vụ có thể cung cấp. Ở đây chúng ta sẽ thảo luận một cách chi tiết tại sao 1x EV-DO có thể vượt trội hơn so với các công nghệ khác ở hai vấn đề trên. Hệ thống 1xEV-DO có thể cung cấp hiệu suất sử dụng băng thông tốt hơn từ 3 đến 4 lần so với 1xRTT và W-CDMA đó là nhờ khả năng tăng tốc LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 17 - độ cụm dữ liệu và cải thiện hiệu suất ghép kênh. Bảng sau đưa ra so sánh về thông lượng dữ liệu giữa các công nghệ. Bảng 2.1 So sánh thông lượng giữa các công nghệ. II.2 Các đặc điểm mới của 1xEVDO II.2.1 Tăng tốc độ cụm dữ liệu Một yêu cầu luôn luôn phát sinh từ phía khách hàng là tốc độ dữ liệu nhận được phải luôn ở mức cao nhất và thời gian kết nối tới mạng phải nhanh nhất, để giải quyết được vấn đề này hệ thống phải đáp ứng được: • Khả năng tương thích tốc độ dữ liệu theo điều kiện kênh khi điều kiện kênh truyền luôn thay đổi một cách nhanh chóng do sự di chuyển của thuê bao di động cũng như là do fading của tín hiệu. • Cung cấp các kỹ thuật mã hoá và điều chế đa mức tiên tiến. • Sử dụng các kỹ thuật phân tập tiên tiến để giảm fading. Bằng việc sử dụng kỹ thuật vượt cao hơn cho cả ba vấn đề trên, EV-DO có thể cung cấp tốc độ cụm trung bình lên tới 600 – 1200 Kbps trên mỗi thuê bao. Tức là cao hơn ít nhất 2 lần so với các chuẩn 3G hiện nay là 1xRTT và W-CDMA (với cùng một phổ tần) LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 18 - II.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO Thông thường, các hệ thống CDMA được thiết kế để cung cấp tốc độ không đổi từ 8-16Kbps cho mỗi cuộc gọi thoại. Nếu tốc độ giảm xuống dưới mức này, dù chỉ tạm thời thì cuộc gọi vẫn có thể bị rơi. Trái lại, đối với dữ liệu gói thì việc duy trì tốc độ dữ liệu không đổi là không quan trọng, miễn là duy trì được mức chất lượng tối thiểu nào đó. Tuy nhiên hệ thống sẽ cố gắng cung cấp tốc độ dữ liệu lớn nhất có thể tại bất kỳ thời điểm nào tuỳ theo điều kiện kênh truyền của các thuê bao. Các hệ thống dữ liệu gói 3G hiện tại như 1xRTT và W-CDMA được tối ưu cho tốc độ dữ liệu cố định, không có cơ chế thích ứng tốc độ dữ liệu hiệu quả dựa trên chất lượng kênh truyền của thuê bao. Điều này dẫn tới dung lượng bị giảm đáng kể. Ví dụ, 1 người sử dụng chỉ được phục vụ với tốc độ 32Kbps dù điều kiện kênh truyền cho phép tốc độ cao hơn nhiều. Hình 2.3 Minh hoạ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 19 - Còn hệ thống 1x EV-DO sử dụng cơ chế thích ứng tốc độ hiệu quả cho phép BTS thích ứng nhanh (cứ mỗi vài ms) tốc độ dữ liệu cho mỗi người sử dụng tích cực. Điều này cho phép BTS cung cấp cho mỗi người sử dụng tốc độ dữ liệu cao nhất mà tình trạng kênh truyền cụ thể của họ cho phép. Tuỳ theo tốc độ dữ liệu từ 38,4Kbps đến 2,45Mbps, BTS EV-DO sẽ lựa chọn cách điều chế đa mức phù hợp như QPSK, 8-PSK, 16-QAM. Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO còn bao gồm một cơ chế Hybrid ARQ rất tinh vi có khả năng loại bỏ sự ước lượng sai tốc độ dữ liệu từ đầu cuối, đặc biệt trong những tình huống di động cao. II.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến Mã Turbo là một phát minh quan trọng trong lĩnh vực mã hoá điều khiển lỗi, nó cho phép các hệ thống thông tin vận hành gần với giới hạn Shanon. Giống như các chuẩn giao diện vô tuyến 3G khác, EV-DO sử dụng mã Turbo mạnh với độ dư thừa là 100-400%. Đối với đường xuống, độ dư thừa tối đa của nó trong EV-DO lớn hơn 33% so với 1xRTT. Bên cạnh đó, EV-DO còn sử dụng điều chế nhiều mức (8PSK và 16- QAM). Các chuẩn 3G hiện tại bị giới hạn ở QPSK. Sử dụng điều chế mức cao hơn cho phép EV-DO hoạt động với hiệu suất dải thông cao hơn. II.2.4 Phân cực marco qua việc lựa chọn vô tuyến Sự quan trọng của phân cực marco chống lại phađinh được biết tới trong thông tin cellular. Trong các hệ thống CDMA tập trung vào thoại như 1xRTT và W-CDMA, phân cực marco được đạt được nhờ sử dụng chuyển giao mềm. Trong chuyển giao mềm ở đường xuống, nhiều BTS phát cùng khung liên kết vô tuyến cho phép máy cầm tay kết hợp các tính hiệu thu được để tăng độ tin cậy, chống lại phađinh. Tuy nhiên, vì phải sử dụng nhiều tài LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 20 - nguyên vô tuyến để gửi cùng một khung nên lợi ích thực tế của chuyển giao mềm ở đường xuống đối với dung lượng hệ thống thấp hơn so với phân cực marco. Bên cạnh việc sử dụng quá nhiều tài nguyên vô tuyến, chuyển giao ở đường xuống trong các hệ thống dữ liệu gói sẽ đẩy việc sắp xếp gói từ BTS tới bộ điều khiển mạng vô tuyến. Điều này gây ra trễ và làm giảm đáng kể hiệu suất sắp xếp gói. EV-DO khắc phục nhược điểm này bằng cách sử dụng sơ đồ phân cực marco, mỗi đầu cuối thực hiện đo chất lượng tín hiệu pilot nhận được từ tất cả các bộ thu phát vô tuyến quanh đó và sau đó gửi thông tin về trạm thu phát vô tuyến mà nó yêu cầu tới mạng. Nhờ đó, mạng có thể điều khiển trạm thu phát vô tuyến được yêu cầu phục vụ thuê bao để đạt tốc độ dữ liệu cao nhất. Sau đó, trạm thu phát vô tuyến phối hợp với bộ điều khiển mạng vô tuyến để đảm bảo các gói được phân phối chính xác đến trạm thu phát vô tuyến phục vụ và trạm thu phát vô tuyến phục vụ này sẽ sắp xếp các gói để truyền với tốc độ dữ liệu được lựa chọn bởi dầu cuối thuê bao. II.2.5 Ghép kênh hiệu quả khi sử dụng phân cực đa người dùng Đối với Wireless Internet, các BTS cần chia thông lượng đường xuống sẵn có giữa tất cả thuê bao tích cực theo cách ghép kênh nào đó. Hiệu quả của việc ghép kênh có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất hệ thống, đặc biệt trong giờ bận. Trong các hệ thống CDMA cellular tập trung vào thoại, 1 BTS đơn có thể hỗ trợ nhiều cuộc gọi thoại bằng cách cấp phát công suất phát và không gian mã sẵn có (ghép kênh phân chia theo mã) giữa tất cả các cuộc gọi. Các hệ thống gói 3G hiện tại cũng sử dụng cách tiếp cận tương tự để hỗ trợ nhiều người sử dụng dữ liệu tích cực. Những hệ thống như vậy thường cấp phát nhiều tài nguyên vô tuyến (công suất) cho người sử dụng khi họ đang ở những vùng có chất lượng kênh thấp để duy trì tốc độ dữ liệu không đổi nào đó. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 21 - Cách tiếp cận này hoàn toàn thích hợp cho thoại nhưng thực tế là không thích hợp cho dữ liệu gói vì 1 người sử dụng khi có chất lượng kênh thấp thì có thể nhường đáng kể dải thông cho những người khác. Để cải thiện hiệu suất ghép kênh, EV-DO sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian dựa vào gói. BTS có một bộ sắp xếp để xác định thứ tự các gói sẽ được truyền. Bộ sắp xếp này được chọn làm sao cho có ảnh hưởng lớn nhất tới hiệu suất của toàn hệ thống. Một tính năng rất quan trọng của EV-DO là khả năng sắp xếp gói dựa vào chất lượng kênh của người sử dụng. Điều này làm cải thiện hiệu suất ghép kênh đáng kể đối với bộ sắp xếp luân chuyển. Nhờ phục vụ các thuê bao tích cực khi tình trạng kênh của họ tương đối tốt nên thông lượng đánh giá từ phía người sử dụng được cải thiện tương đối (hình 2.4). Đây được gọi là sự phân cực đa người dùng. Phân cực đa người dùng phụ thuộc vào một số yêu tố, nhưng có thể dễ dàng đạt tới 50-100% chỉ với một số người sử dụng tích cực. Hình 2.4 Thông lượng hệ thống khi sử dụng phân cực đa người dùng LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 22 - II.2.6 Các tính năng khác của EV-DO II.2.6.1 Đường lên có khả năng thích ứng tốc độ Mặc dù đường lên tương đối ít quan trọng trong Wireless Internet, tuy nhiên người ta vẫn mong muốn đạt được hiệu suất cao ở đường lên để hỗ trợ các ứng dụng một cách hiệu quả như upload các file đính kèm email và hội nghị truyền hình qua IP. Ngược lại với đường xuống, đường lên của EV-DO sử dụng đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Đường lên cung cấp hiệu suất dải thông cao và rất đơn giản cho hoạt động của đầu cuối thuê bao. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng CDMA rất hấp dẫn đối với đường lên của các hệ thống dữ liệu gói vì nó hỗ trợ ghép kênh thống kê và có trễ thấp đối với việc truyền các báo đáp TCP. Một ưu điểm nổi bật của EV-DO so với 1xRTT và W-CDMA đối với đường lên là khả năng thích ứng tốc độ. EV-DO hỗ trợ các tốc độ dữ liệu từ 9,6Kbps tới 153,6Kbps. Với điều khiển thích ứng tốc độ, BTS có thể điều khiển tốc độ dữ liệu của các đầu cuối cả đối với từng đầu cuối và toàn bộ các đầu cuối, do đó làm tăng tổng thông lượng đường lên trong khi điều khiển giao thoa. Khi được sử dụng đúng cách, việc điều khiển tốc độ như vậy cho phép BTS đạt được thông lượng đường lên lớn hơn 50% so với các hệ thống 3G tập trung vào thoại. II.2.6.2 Luôn hoạt động Luôn hoạt động là một tính năng quan trọng đối với bất cứ hệ thống truy cập Internet tốc độ cao nào. Điều đó có nghĩa là khi một đầu cuối sẵn sàng nhận hay truyền dữ liệu thì nó có thể thực hiện ngay lập tức mà không phải làm thủ tục kết nối dài dòng. Trong tất cả các hệ thống truy cập không dây di động, 1 đầu cuối thuê bao hoặc ở trạng thái tích cực hoặc ở trạng thái chờ và nó chỉ truyền hay nhận gói ở trạng thái tích cực, hai trạng thái này cần vì các lý do sau: LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 23 - • Cho phép đầu cuối không tích cực vào trạng thái chờ để tiết kiệm pin. • Giảm thiểu phần mào đầu địa chỉ đối với các khung đường xuống. • Quản lý chất lượng đường lên và xuống tốt hơn. Trong EV-DO, khi 1 đầu cuối ở trạng thái tích cực thì nó được gọi là có “kết nối” với mạng. Khái niệm kết nối này giống với 1 cuộc gọi trong các hệ thống thoại nhưng khác ở một số điểm quan trọng. Đối với thoại, cuộc gọi thông thường kết thúc trong vài phút. Còn đối với dữ liệu gói, kết nối này rất ngắn và có thể được thiết lập hay ngắt vài lần trong 1 phiên dữ liệu gói. Một tính năng quan trọng của EV-DO là khả năng hỗ trợ thiết lập và ngắt nhanh kết nối. Các đầu cuối có thể thiết lập các kết nối bằng việc gửi 1 bản tin yêu cầu rất ngắn tới BTS. Vì bản tin này có định dạng đặc biệt cho dữ liệu gói nên nó ngắn hơn các bản tin tương tự được sử dụng trong các hệ thống 3G tập trung vào thoại. EV-DO còn có khả năng kết nối lại nhanh cho phép mạng thiếp lập lại nhanh chóng kết nối với 1 thuê bao. Tính năng này cực kỳ hữu ích, đặc biệt với các ứng dụng dữ liệu gói cố định. II.2.6.3 Phối hợp hoạt động EV-DO là một chuẩn quốc tế được hỗ trợ bởi một số chuẩn thành phần bao gồm 3GPP2, TIA, CDG và ITU. Điều này đảm bảo sự phối hợp hoạt động giữa các đầu cuối/máy cầm tay và mạng vô tuyến. Còn có 1 chuẩn mạng cho EV-DO gọi là EV-DO Interoperability Specification (IOS) xác định các giao diện giữa các thành phần khác nhau của mạng EV-DO. Chuẩn này bao gồm giao diện giữa mạng truy cập vô tuyến và các thiết bị mạng khác như PDSN, AAA servers cũng như các giao diện giữa các mạng truy cập vô tuyến EV-DO của các nhà cung cấp khác LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 24 - nhau. Các chuẩn này cho phép các nhà khai thác không dây tự do hơn trong việc chọn lựa nhà cung cấp. EV-DO còn hỗ trợ giao tiếp với các mạng thoại 1xRTT và CDMA IS- 95A/B cho phép máy cầm tay dual-mode (CDMA/EV-DO) có thể nhận và thực hiện các cuộc gọi thoại ngay khi đang tham gia 1 phiên dữ liệu EV-DO. Các kỹ thuật mô tả ở trên đem lại cho 1xEV-DO thông lượng mỗi người sử dụng và dung lượng thuê bao cao nhất so với công nghệ 2,5G hay 3G. II.2.7 Lý do lựa chọn 1x EVDO Từ các phân tích trên cho thấy, dung lượng dữ liệu của CDMA 1xEV- DO lớn hơn rất nhiều so với CDMA 2000 1x và các công nghệ trên nền GSM khác như GPRS, EDGE và thậm chí cả W-CDMA. Nhờ khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao mà CDMA 1xEV-DO có thể đưa ra một mức giá dịch vụ truyền dữ liệu rất cạnh tranh. Các hình dưới đây đưa ra một ví dụ minh hoạ về tốc độ download dữ liệu của các công nghệ, qua đó ta có thể hình dung ra sự vượt trội của 1xEV-DO về khả năng truyền tải dữ liệu. Bảng 2.2 So sánh tốc độ download giữa các công nghệ. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 25 - Bảng 2.3 So sánh giữa công nghệ CDMA 2000 1x và 1xEV-DO. Nhờ sự vượt trong trội khả năng truyền tải dữ liệu, 1xEV-DO cho phép nhà khai thác cung cấp các dịch vụ dữ liệu cao cấp như game online, Video on demand, truyền hình ảnh thời gian thực, định vị vị trí, duyệt Web, download tốc độ cao... và nhiều ứng dụng cao cấp khác trong tương lai như quảng bá đa phương tiện số qua vệ tinh... Hình 2.5 So sánh khả năng cung cấp dịch vụ của các công nghệ LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 26 - II.3 Giao diện vô tuyến của 1x EV-DO II.3.1 Đường xuống II.3.1.1 Tối đa công suất phát Trong hệ thống 1xEVDO kênh dữ liệu được ghép theo thời gian nên nó không cần phải chia sẻ công suất như trong hệ thống IS 95 hoặc CDMA 2000, do đó kênh dữ liệu sẽ được BTS phát với toàn bộ công suất để có thể cung cấp một tỷ số năng lượng trên nhiễu (Eb/Nt) lớn nhất, điều này cho phép truyền tốc độ dữ liệu lớn hơn Hệ thống 1xEVDO sử dụng đường lên chung cho tất cả AT và chỉ phục vụ 1 AT tại một thời điểm. Khi được phục vụ, AT sẽ nhận toàn bộ công suất truyền của sector. AT tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu trên sóng mang C/I của nó và gửi yêu cầu về tốc độ dữ liệu cao nhất mà nó có thể hỗ trợ tại thời điểm hiện tại về BTS. Hình 2.6 Tối đa thông lượng nhờ sử dụng hiệu quả công suất phát BTS. II.3.1.2 Cấu trúc khung đường xuống Đường xuống của 1xEV được cấu trúc để tối đa thông lượng dữ liệu của sector, không có sự xác định trước khe thời gian cho thuê bao mà được sắp xếp linh hoạt, động phụ thuộc vào điều kiện kênh truyền (C/I) của AT. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 27 - Hình 2.7 Chu kỳ của kênh điều khiển đường xuống. Hình 2.8 Cấu trúc khe thời gian đường xuống của 1xEVDO. Đường xuống được cấu trúc thành khung có độ dài 26,67 ms. Trong 1 khung có 16 khe thời gian, mỗi khe thời gian dài 2048 chip hay 1,67ms. Mỗi khung bao gồm 2 nửa khung, mỗi nửa khung là 8 khe thời gian. Mỗi khe thời gian chia làm 2 nửa khe, mỗi nửa khe chứa 1 cụm pilot dài 96 chip và ở giữa LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 28 - nửa khe. Trong mỗi khe, các kênh Pilot, MAC, lưu lượng hay điều khiển được ghép kênh theo thời gian. Tất cả các kênh TDM này được phát với công suất cực đại của sector. II.3.1.3 Cấu trúc kênh đường xuống Trong hệ thống 1xEVDO một kênh đơn đường xuống được chia thành 4 kênh ghép theo thời gian: • Kênh Pilot • Kênh điều khiển MAC • Kênh lưu lượng • Kênh điều khiển Hình 2.9 Cấu trúc kênh đường xuống của 1xEV-DO. II.3.1.4 Kênh Pilot 1xEV sử dụng cụm pilot, tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói theo cụm. Cụm pilot không được truyền trên 1 kênh riêng biệt như với CDMA 2000 1x mà được chèn vào đường xuống ở những khoảng thời gian xác định trước. Cụm pilot của 1xEVDO được truyền với công suất cao nhất mà sector có thể LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 29 - để cung cấp tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR của pilot cao nhất có thể cho phép AT ước lượng được chính xác ngay cả khi điều kiện kênh truyền thay đổi liên tục. Các cụm pilot có độ rộng là 96 chip và nằm ở giữa các nửa khe. II.3.1.5 Kênh điều khiển truy nhập phương tiện MAC MAC Channel được truyền trong 2 cụm MAC của mỗi nửa khe và bao gồm 3 kênh con là: kênh điều khiển công suất đường lên RPC, kênh DRCLock và kênh tích cực đường lên RA kênh RA (truyền bit tích cực đường lên RAB). Các kênh con này được điều chế BPSK vào các kênh I hoặc Q với một mã Wash 64 trực giao và mỗi mã Wash này được xác định duy nhất bởi chỉ mục MAC (MAC index) có giá trị từ 0 - 63 Hình 2.10 RPC và DRCLock được ghép kênh theo thời gian. • Điều khiển công suất đường lên RPC: dùng cho mục đích điều khiển công suất, nó chỉ dẫn AT biết phải tăng hay giảm công suất phát. • Khoá điều khiển tốc độ động DRCLock: chỉ thị liệu BTS có thể nhận được DRC mà AT gửi không. • Bít tích cực đường lên RAB: chỉ dẫn AT biết phải tăng hay giảm tốc độ truyền trên kênh lưu lượng đường lên. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 30 - o RAB = 0: AT được phép tăng tốc độ dữ liệu đường lên. o RAB = 1: AT phải giảm tốc độ dữ liệu đường lên. o Tốc độ nhanh chậm mà AT tăng/giảm tốc độ dữ liệu được xác định bởi cấp độ mà AT đó được ấn định. Vì vậy, các thuê bao khác nhau sẽ có những cấp độ dịch vụ (class of service) khác nhau. II.3.1.6 Kênh lưu lượng/Dữ liệu: Trong hệ thống 1xEV có khả năng cung cấp nhiều tốc độ truyền dữ liệu tương ứng với cách mã hoá khác nhau tuỳ theo điều kiện kênh truyền. Các kênh lưu lượng được truyền với tốc độ biến đổi theo 12 mức từ 38,4Kbps tới 2,4576Mbps. Mã hoá gói Tỷ lệ mã Kiểu điều chế Số khe thời gian Thời gian truyền (ms) Số bít Tốc độ dữ liệu (Kbps) 1/5 QPSK 16 26,67 1024 38,4 1/5 QPSK 8 13,33 1024 76,8 1/5 QPSK 4 6,67 1024 153,6 1/5 QPSK 2 3,33 1024 307,2 1/5 QPSK 1 1,67 1024 614,4 1/3 QPSK 4 6,67 2048 307,2 1/3 QPSK 2 3,33 2048 614,4 1/3 QPSK 1 1,67 2048 1228,8 1/3 8PSK 2 3,33 3072 921,6 1/3 8PSK 1 1,67 3072 1843,2 1/3 16QAM 2 3,33 4096 1228,8 1/3 16QAM 1 1.67 4096 2457,6 Hình 2.11 Các cấu trúc tốc độ đường xuống của 1xEVDO. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 31 - Cứ mỗi 1,67ms AT sẽ đo lường chất lượng kênh truyền C/I để xác định sector phục vụ tốt nhất và yêu cầu tốc độ dữ liệu thích hợp và căn cứ vào tốc độ yêu cầu đó hệ thống sẽ lựa chọn phương pháp điều chế thích hợp. Hình 2.12 Cấu trúc gói tin lớp vật lý của kênh lưu lượng đường xuống. Kích cỡ gói tin kênh lưu lượng đường xuống được truyền bao gồm 4 mức là 1024 bit, 2048 bit, 3072 bit và 4096 bit và một gói tin lớp vật lý đường xuống có thể chứa 1, 2, 3 hoặc 4 gói tin ở lớp MAC tuỳ theo tốc độ truyền dẫn, khi đó kích cỡ gói tin nhận được từ lớp MAC sẽ cố định là 1002 bit. II.3.1.7 Kênh điều khiển 1xEV kết hợp kênh đồng bộ và tìm gọi của IS-95/1x thành 1 kênh điều khiển đơn, nó được trộn lẫn với dữ liệu lưu lượng để truyền đi. Kênh điều khiển được truyền đi sau mỗi 256 khe thời gian (413,17 ms) với độ dài là LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 32 - 13,33 ms (8 khe thời gian). Cũng giống như kênh lưu lượng mỗi khe thời gian được chia làm 2 nửa khe có độ rộng là 1024 chip, trên đó các kênh điều khiển điều chế dữ liệu, kênh pilot, kênh MAC được ghép xen theo thời gian. Kênh điều khiển được truyền ở tốc độ 38,4Kbps hoặc 76,8Kbps. Đặc tính điều chế của kênh điều khiển 38,4Kbps giống với kênh lưu lượng 38,4Kbps. Đặc tính điều chế của kênh điều khiển 76,8Kbps giống với kênh lưu lượng 38,4Kbps trừ việc gói được truyền trong 8 khe thời gian. Hình 2.13 Kênh điều khiển được ghép kênh theo thời gian II.3.1.8 Đặc điểm của đường xuống Điều khiển tốc độ truyền dữ liệu đường xuống • Tốc độ điều khiển biến đổi từ 1 tới 8 khe thời gian, quy định bởi chiều dài của DRC (1, 2, 4, 8). • AT yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu đường xuống bằng cách đo mức tín hiệu pilot từ tất cả các sector đang tích cực đối với nó trong Acticve Set. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 33 - • Sau đó, AT tính toán và xác định tốc độ dữ liệu đường xuống tối đa có thể được hỗ trợ dựa vào mức tín hiệu pilot đường xuống đo được và tỷ lệ lỗi bít gói yêu cầu. • Tiếp theo, AT chỉ ra tốc độ đường xuống yêu cầu trên DRC đường lên bằng tham số DRC. • Điều khiển tốc độ dữ liệu DRC gồm 2 phần: o DRC Rate: là 1 trường 4 bít, chỉ thị 13 tốc độ từ 0 tới 2,4576Mbps. o DRC Cover: là trường 3 bít, chỉ ra sector nào được lựa chọn bởi AT để truyền dữ liệu đường xuống. • AT phát DRC liên tục trong mỗi khe thời gian (1,66ms). • Modem đường lên của BTS giải mã DRC trong mỗi khe thời gian, nếu DRC Cover thu được cho thấy BTS này có sector yêu cầu bởi AT và nếu DRC Rate được giải mã thành công thì thông tin DRC sẽ được gửi tới modem đường xuống để chuyển tới bộ sắp xếp kế hoạch truyền. • Sector được AT yêu cầu phục vụ phải truyền ở tốc độ DRC Rate AT yêu cầu trên kênh đường xuống (hoặc chọn không truyền). Chọn lựa sector phục vụ ở đường xuống • AT đo mức tín hiệu pilot từ tất cả các sector đang tích cực đối với nó trong Active Set. • AT chọn sector có mức pilot mạnh nhất và mã hoá trong trường DRC cover. • Trong suốt quá trình truyền gói, AT phải hướng DRC yêu cầu vào sector mà nó yêu cầu được phục vụ. • BTS điều khiển để tối thiểu trễ khi thay đổi DRC cover đối với quá trình chuyển giao softer/soft ảo. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 34 - • AT chỉ có thể thay đổi DRC cover đối với chuyển giao softer trong mỗi chu kỳ softerHODelay slots (mặc định là 64 khe thời gian), đối với chuyển giao soft trong mỗi chu kỳ softHODelay slots (mặc định là 128 khe thời gian). Hình 2.14 AT lựa chọn sector có tốc độ cao để gửi yêu cầu phục vụ Lập kế hoạch truyền dẫn đường xuống Do điều kiện đường truyền của AT thay đổi rất lớn, ngay cả khi AT không di chuyển, do đó mà yêu cầu về tốc độ đường xuống cũng biến đổi rất nhanh. Vì vậy, việc lập kế hoạch truyền dẫn rất quan trọng, đã tận dụng ưu điểm của việc phân cực đa người dùng bằng cách phục vụ trước những người sử dụng đang trong điều kiện truyền dẫn tốt và trì hoãn phục vụ người sử dụng có điều kiện truyễn dẫn kém. Khi điều kiện được cải thiện thì quay trở lại phục vụ họ. Tối đa tổng thông lượng sector trong khi vẫn duy trì sự công bằng giữa tất cả người sử dụng trong sector đó. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 35 - II.3.2 Đường lên II.3.2.1 Cấu trúc khe thời gian Đường lên được truyền theo đơn vị truyền dẫn là gói với 5 kích thước khác nhau. Mỗi gói luôn được truyền trong 1 khung 16 khe thời gian và sử dụng phương pháp điều chế BPSK. Hình 2.15 Cấu trúc khe thời gian đường lên của 1xEVDO. II.3.2.2 Cấu trúc kênh đường lên Hình 2.16 Cấu trúc kênh đường lên của 1xEV-DO. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 36 - II.3.2.3 Kênh truy cập Kênh truy cập bao gồm 2 kênh con: • Kênh pilot: Phục vụ cho việc giải điều chế ở BTS • Kênh dữ liệu: AT sử dụng để khởi tạo đường truyền dẫn dữ liệu đường lên. II.3.2.4 Kênh lưu lượng đường lên Kênh lưu lượng bao gồm 4 kênh con: • Kênh Pilot: Phục vụ cho việc giải điều chế ở BTS • Kênh MAC: Bao gồm 2 kênh con o Chỉ thị tốc độ đường lên RRI: chỉ thị cho BTS biết tốc độ trên kênh dữ liệu đường lên. o Điều khiển tốc độ dữ liệu DRC: chỉ ra sector phục vụ được lựa chọn và tốc độ dữ liệu yêu cầu ở đường xuống. • Kênh báo nhận ACK: cho mạng truy cập AN biết AT có nhận thành công gói ở mức lớp vật lý đường xuống không. Một bit 0 được truyền nếu như gói được nhận thành công, ngược lại bit 1 sẽ được truyền. • Kênh dữ liệu (cho lưu lượng): sử dụng để truyền dữ liệu đường lên. Dữ liệu đường lên được truyền trong các khung có độ rộng 26,67ms theo 5 mức tốc độ biến đổi từ 9,6 ÷ 153,6 Kbps như hình sau: Mã hoá gói Tỷ lệ mã Kiểu điều chế Số khe thời gian Thời gian truyền (ms) Số bít Tốc độ dữ liệu (Kbps) 1/4 BPSK 16 26,67 256 9,6 1/4 BPSK 16 26,67 512 19,2 LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO Nguyễn Thái Trường - 37 - 1/4 BPSK 16 26,67 1024 38,4 1/4 BPSK 16 26,67 2048 76,8 1/2 BPSK 16 26,67 4096 153,6 Hình 2.17 Các cấu trúc tốc độ đường lên của 1xEVDO. II.4 Cơ chế hoạt động của 1x EV-DO II.4.1 Điều khiển công suất Trong hệ thống 1x EVDO đường xuống được ghép kênh theo thời gian và được phát với toàn bộ công suất nên việc điều khiển công suất là không được thực hiện. Ở đường xuống lựa chọn phương thức ghép kênh theo mã tương tự như ở hệ thống 1x do đó điều khiển công suất ở 1x EVDO được áp dụng cho đường xuống nhằm mục đích giảm nhiễu và tăng dung lượng hệ thống. II.4.1.1 Điều khiển công suất vòng mở Điều khiển công s._.MỘT SỐ GIẢI PHÁP CỤ THỂ IV.1 Thiết kế mạng CDMA 2000 1x EV-DO IV.1.1 Giả thiết thông số đầu vào Để hiểu được phương pháp thiết kế mạng, sau đây sẽ xét một ví dụ tính toán thiết kế mạng CDMA 2000 1x EV-DO với quy mô 100.000 thuê bao và 50 BTS EVDO. Các thông tin đầu vào: • Dung lượng mạng: 100.000 thuê bao Tham số Giá trị Thuê bao thoại 1x 90.000 Thuê bao dữ liệu 1x 8.000 Thuê bao dữ liệu kênh 2.000 Thuê bao 1x EV-DO 50.000 Tổng số thuê bao 100.000 • Số lượng BTS: 50 BTS Æ mỗi BTS phục vụ 100.000/50 = 2000 thuê bao • Vùng phủ sóng: khu vực đô thị. • Dự trữ suy hao do phản xạ đa đường qua các toà nhà cao tầng: từ kết quả khảo sát địa hình, mức suy hao kiến nghị là 10 dB. • Chiều cao anten khuyến nghị: tối thiểu 30 m. Các giả thiết về lưu lượng • Traffic Direction: o Mobile-to-Mobile: 20% o Between Mobile and PSTN: 80% LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 68 - • BHSM/Subscriber : 0,6 (0,1 MO/0.,5 MT) o Average number of character per SMS message: 60 bytes o Subscriber penetration: 50% • Erlang/Trunk: 0.7 Erl IV.1.2 Tính toán thông lượng cho các loại hình thuê bao Tham số cho dịch vụ thoại Giá trị Giao diện vô tuyến CDMA 2000 1x Tần số hoạt động 450 MHz Block A Kiểu bộ Vocoder 8 Kbps EVRC Tỷ lệ chuyển giao soft và softer 35 % Cấp phục vụ của giao diện vô tuyến - GoS 2 % GoS của giao diện MSC-PSTN 1 % Tỷ lệ lỗi khung thoại mục tiêu - FER 2 % BHCA/thuê bao 1 call/thuê bao Thời gian trung bình 1 cuộc gọi 72 s Thông lượng trung bình của thuê bao thoại 0.02 Erlang Bảng 4.1 Thông số giả thiết cho thoại 1x. Thông lượng trung bình thuê bao thoại được tính như sau: Sv = BHCA. t/3600 = 72/3600 = 0.02Erl Tham số cho dịch vụ dữ liệu gói 1x Giá trị Tỷ lệ thuê bao (%) 8 % Tỷ lệ lỗi khung dữ liệu mục tiêu - FER 5 % Thông lượng trung bình của mỗi thuê bao trong giờ bận 0,1Kbps/Subs LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 69 - Tham số cho dịch vụ dữ liệu gói 1x Giá trị Số ngày trung bình của 1 tháng 28 ngày Độ thâm nhập BHCA (tham khảo: 10% of 10 giờ/ngày) 10 % Data Vol/Sub/Month 12,6 MB Thông lượng đường lên trong giờ bận 20bps Bảng 4.2 Thông số giả thiết cho dữ liệu gói 1x. Dịch vụ dữ liệu gói PDS sử dụng 2 kênh là Fundamental Channel (FCH) với tốc độ dữ liệu là 9,6kbps và Supplemental Channel (SCH) với tốc độ dữ liệu lớn hơn. Chúng ta giả thiết rằng 42,24% dữ liệu sẽ được xử lý bằng FCH và 57,76% được xử lý bằng SCH. - Thông lượng FCH/1 thuê bao = FCH data throughput of single cell/ (Basic rate of FCH data) = 20bps*42.24%/9600 = 0,00088 Erl - Thông lượng SCH/1 thuê bao = SCH data throughput of single cell/ (Basic rate of SCH data* Utilization of data demodulation resource) = 20bps*57.76%/9600/1.47 = 0,00082 Erl - Tổng thông lượng cho dịch vụ PDS/1 thuê bao = 0,0017 Erl. Tham số cho dịch vụ dữ liệu kênh 1x Giá trị Tỷ lệ thuê bao 2 % Erlang/thuê bao 0,02 Erlang Thời gian trung bình 1 cuộc gọi 90 s BHCA/thuê bao 1 Thông lượng đường lên trong giờ bận 144kbps Bảng 4.3 Thông số giả thiết cho dữ liệu kênh 1x. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 70 - Thông lượng dịch vụ dữ liệu kênh CDS/1 thuê bao = CDS data throughput of single cell/ (Basic rate of CDS data) = 144bps/14400bps = 0,01 Erlang Tham số cho dịch vụ dữ liệu 1x EV-DO Giá trị Giao diện vô tuyến 1xEV-DO Tỷ lệ thuê bao 50% Số lượng thuê bao luôn on-line 90% Thời gian phiên dữ liệu PPP (phút) ALWAYS ON Mobile IP Penetration of attached subscriber 20 % Thông lượng dữ liệu trung bình cho mỗi thuê bao 1 Kbps Dung lượng dữ liệu trung bình cho mỗi thuê bao 450 KB/h Thông lượng đường lên giờ bận 200 bps Bảng 4.4 Thông số giả thiết cho dữ liệu 1xEV-DO Thông lượng cho 1xEV-DO = Data throughput of single cell/ (Basic rate of data) = 200/9600 = 0,02 Erl. IV.1.3 Tính toán cấu hình card kênh cho BTS IV.1.3.1 Cấu hình Channel Element (CE) cho 3G 1x Dung lượng thoại/cell (Erl) = 2000*90%*0,02 = 36 Erl Dung lượng dữ liệu kênh/cell (Erl) = 2000*2%*0,01 = 0,4 Erl Dung lượng dữ liệu gói/cell = 2000*8%*0,0017 = 0,272 Erl Tổng cộng: 36 + 0,4 +0.272 = 36,672 Erl Tra bảng Erlang B với Gos = 2% ta được CE = 46 + 3 (kênh chung) = 49 CE. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 71 - IV.1.3.2 Cấu hình CE cho 1x EV-DO Dung lượng dữ liệu gói/cell = 1000*90%*0,02 = 18 Erl Tra bảng Erlang B với Gos = 2% ta được CE = 25 + 3 (kênh chung) = 28 CE. IV.1.4 Tính toán đơn vị dịch vụ dữ liệu gói cho PCF Chức năng điều khiển gói PCF thực hiện chức năng định tuyến các gói dữ liệu tới PDSN. Đơn vị dịch vụ dữ liệu gói được xác định bằng cách tra bảng Erlang với lưu lượng xử lý cho dịch vụ dữ liệu gói và cấp độ phục vụ Gos = 1% Theo như tính toán ở phần trên, lưu lượng dịch vụ dữ liệu gói = 20 + 0,272 = 20,272 Erl. Æ Đơn vị dịch vụ dữ liệu gói mà PCF phải hỗ trợ là: 30. IV.1.5 Tính toán dung lượng trung kế Theo như tính toán ở trên thì tổng tải xử lý bởi BSC cho lưu lượng dữ liệu kênh là: 90.000*0,02 + 2000*0,01 = 1820 Erl Trong đó 1 kênh PCM E1 hỗ trợ lưu lượng là 0,7Erlang Æ số kênh PCM E1 là 1820/0,7 = 2600 Vậy số luồng E1 cần thiết là: 2600/30 = 85 E1. IV.1.6 Tính toán dung lượng báo hiệu Để tính toán được số lượng link báo hiệu giữa các phần tử mạng lõi chúng ta cần biết các tham số các bản báo hiệu được trao đổi trong mạng. 1) Maximum message length for A interface (uni-directional): • Location update: 152 bytes • Authentication: 47 bytes LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 72 - • Voice call: 222 bytes • SMS call: 283 bytes • Inter-MSC handoff: 140 bytes 2) Maximum message length for C interface (uni-directional): MSC->HLR: • Registration (REGNOT): 168 bytes • Authentication request: 151 bytes • Location request or Response to Route request: 164 bytes HLR->MSC: • Response to registration (REGNOT): 141 bytes • Authentication Response: 87 bytes • Route request or Response to location request: 196 bytes 3) Maximum message length (uni-directional) for normal call: • VLR->HLR: (Response to route request): 176 bytes • HLR->MSC: (Response to location request): 196 bytes 4) Maximum message length (uni-directional) for registration: • CurrentVLR->HLR (Registration request): 168 bytes • Previous VLR->HLR: (Registration cancellation): 98 bytes 5) Maximum message length (uni-directional) for SMS call (average length per SMS message, MT or MO: 60 bytes) • MSC->SMSC: MO 176 bytes • SMSC->MSC: MT 171 bytes • SMSC->HLR: MT 82 bytes 6) ISUP message: • Average number of characters per MSU: 35 bytes • Average number of MSU per call: 7.5 LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 73 - IV.1.6.1 Báo hiệu giữa MSC - BSC (IS-41) Lưu lượng báo hiệu/thuê bao = A*152+B*47*10%+C*222 +D*283+E*140 A: Location update BH/Sub: 3 B: Authentication BH/Sub: 5 C: BHCA/Sub: 3 D: BHSM/Sub. 0,6 E: Inter-MSC handoff BH/Sub: 0,1 Tổng cộng = 456+237.5+666+169.8+14=1329Bytes Giả thiết mỗi link báo hiệu có dung lượng tải là 0,2 Erl thì nó có thể hỗ trợ số lượng thuê bao là: 3600*8000*0,2/1329 = 4334 thuê bao. Vậy số link báo hiệu (một chiều) cần thiết để phục vụ cho 100.000 thuê bao là: 100.000/4334 =23 link báo hiệu. IV.1.6.2 Báo hiệu giữa MSC - HLR (IS-41) Lưu lượng báo hiệu giờ bận/thuê bao = A*168+B*151+C*196=1847 A: Registration BH/Sub: 3 B: Authentication BH/Sub: 5 C: BHCA/Sub: 3 Giả thiết mỗi link báo hiệu có dung lượng tải là 0,2 Erl thì nó có thể hỗ trợ số lượng thuê bao là: 3600*8000*0,2/1847 = 3119 thuê bao. Vậy số link báo hiệu (một chiều) cần thiết để phục vụ cho 100.000 thuê bao là: 100.000/3119 =32 link báo hiệu. IV.1.6.3 Báo hiệu giữa MSC - SMSC (IS-41) Lưu lượng báo hiệu giờ bận/thuê bao: LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 74 - =BHSM (MO) * 176 + BHSM(MT)*171 = 0.1*176 + 0.5*171=103,1 Bytes Giả thiết mỗi link báo hiệu có dung lượng tải là 0,4 Erl thì nó có thể hỗ trợ số lượng thuê bao là: 3600*8000*0,4/103,1=111736 thuê bao Vậy số link báo hiệu (một chiều) cần thiết để phục vụ cho 100.000 thuê bao là: 100.000/111736 =0,895 ~ 1 link báo hiệu. IV.1.6.4 Báo hiệu giữa HLR - SMSC (IS - 41) Lưu lượng báo hiệu giờ bận/thuê bao = BHSM(MT)*82= 0,5*82=41 Bytes Giả thiết mỗi link báo hiệu cho SMS có dung lượng tải là 0,4 Erl thì nó có thể hỗ trợ số lượng thuê bao là: 3600*8000*0,4/41=280976 thuê bao Vậy số link báo hiệu (một chiều) cần thiết để phục vụ cho 100.000 thuê bao là: 100.000/280976 =0,356 ~ 1 link báo hiệu. IV.1.6.5 Báo hiệu giữa MSC - PSTN (ISUP) Số lượng đường link báo hiệu phụ thuộc vào số trung kế thoại nối tới PSTN. Một link báo hiệu có thể hỗ trợ số trung kế là: (3600*8000*0.2/(3*7.5*(35/2))*0,02/0.7 = 418 trunk Vậy số link báo hiệu cần thiết là 2600/418 = 6,2 ~ 7 link báo hiệu IV.1.7 Tính toán độ dự trữ đường truyền và xác suất phủ sóng Dựa vào các tham số thiết kế giả thiết, số liệu thống kê và khảo sát thực tế, độ dự trữ đường truyền (Link Budget) và xác suất phủ sóng cho các dịch vụ 3G1x và EVDO đối với địa hình đô thị thể hiện ở các bảng dưới đây. Mô hình truyền sóng Okumura-Hata: LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 75 - [ ] FactorCorrection dHHaHfBAL basemobilebase + ∗∗−+−∗−∗+= )log()log(55.69.44)()log(82.13)log( ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ << <<= MHzfMHz MHzfMHz A 2000150030.46 150015099.69 ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ << <<= MHzfMHz MHZfMHz B 2000150090.33 150015016.26 { } { } ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ −∗−∗−∗ +∗∗= RuralSuburbanUrbanfHf DenseUrbanH Ha mobile mobile m ,,:8.0)log(56.17.0)log(1.1 :4.5)75.11(log(2.3 )( 2 ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ +∗ − −= )(,:4.5))28/(log(2 )(:1 )(:3 )(,:0 2 CommonRuralSubUrbanf MumbaiUrban MumbaiDenseUrban DelhiUrbanDenseUrban FactorCorrection Trong đó: L : Suy hao đường truyền [ dB] f : Tần số [MHz] hbase : Độ cao trạm gốc [m] hmobile : Độ cao anten máy thu [m] d : Bán kính phủ sóng [km] Correction Factor : Hệ số điều chỉnh cho từng khu vực Dự trữ fading được xác định trong các tính toán đường truyền được thiết kế để phủ sóng 95% vùng dịch vụ và 90% biên của các cell vùng dịch vụ. Bán kính cell được xác định theo các công thức trong mô hình Okumara - Hata với giả thiết chiều cao anten trạm gốc là 30m và chiều cao anten thuê bao là 1,5m. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 76 - Với kết quả độ dữ trữ đường truyền tính toán được ta xác định được bán kính phủ sóng cho đường xuống và xác suất phủ sóng đường lên (trong trường hợp thuê bao ở ngoài trời) cho từng tốc độ dữ liệu như sau: Tốc độ kênh lưu lượng dịch vụ 1x EVDO (Kbps) 3G 1x 9,6 19,2 38,4 76,8 153,6 Bán kính phủ sóng (km) 8,3 8,3 7,5 6,6 5,6 4,1 Bảng 4.5 Bán kính phủ sóng đường xuống của 1x EV-DO Tốc độ kênh lưu lượng 1x EVDO 38,4 76,8 153,6 307,2 614,4 921,6 1228,8 1843,2 2457,6 Xác suất phủ sóng (%) >95 >95 95 78 53 33 25 10 3 Bảng 4.6 Xác suất phủ sóng đường lên của 1x EV-DO LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 77 - Bảng 4.7 Kết quả tính toán cho đường lên (Reverse Link). LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 78 - Bảng 4.8 Kết quả tính toán cho đường xuống (Forward Link). LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 79 - IV.2 Vấn đề chuyển vùng cho mạng CDMA 2000 Việt Nam IV.2.1 Định nghĩa chuyển vùng Chuyển vùng (roaming) là khả năng cho phép thuê bao di động của một mạng di động truy cập và thực hiện cuộc gọi trên mạng của hệ thống khác đã có thỏa thuận kết nối với hệ thống mà ở đó thuê bao đăng ký. "Nhà khai thác gốc" là bên cung cấp dịch vụ di động cho các thuê bao của họ trong một khu vực địa lý nhất định hoặc có quyền thiết lập và khai thác dịch vụ điện thoại di động. "Nhà khai thác khách" là bên cho phép thuê bao roaming truy cập và sử dụng hạ tầng mạng của họ. Chuyển vùng có 2 loại là chuyển vùng trong nước là chuyển vùng quốc tế. Chuẩn ANSI-41 được TIA/EIA phát triển và được triển khai đầu tiên tại Mỹ đã được mở rộng và là chuẩn đang được sử dụng để cung cấp khả năng roaming cho mạng CDMA một cách rộng rãi. Chuẩn ANSI-41 đưa ra các tiêu chuẩn cho các quá trình báo hiệu và trao đổi thông tin giữa các phần tử mạng của các hệ thống khác nhau để có thể cung cấp các ứng dụng chuyển vùng. IV.2.2 Các lợi ích của việc roaming a. Đối với khách hàng sử dụng dịch vụ: - Thỏa mãn tốt hơn nhu cầu khách hàng: thuê bao di động có thể di chuyển sang vùng phủ sóng của nhà khai thác khác (trong nước hoặc quốc tế) mà không lo gián đoạn dịch vụ - Thuê bao chỉ trả cước dịch vụ roaming cho nhà khai thác gốc. b. Đối với nhà khai thác dịch vụ: - Tiết kiệm chi phí đầu tư mà vẫn đạt được hiệu quả về vùng phủ sóng. Đây là một yếu tố vô cùng quan trọng để có thể thu hút được thuê bao - Tăng lưu lượng thông tin của hai mạng, do đó sẽ tăng doanh thu LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 80 - IV.2.3 Nguyên tắc thực hiện roaming a. Điều kiện thực hiện roaming Điều kiện cần để các hệ thống CDMA có thể roaming được với nhau cũng như roaing với các hệ thống khác là các phần tử mạng chính như MSC, HLR... phải hỗ trợ các tính năng phục vụ cho quá trình roaming. Cụ thể: MSC phải hỗ trợ các tính năng: - Chuẩn ANSI và ITU Global Title Translation (GTT) - Phần mở rộng cho các định dạng số khác nhau - Kết nối báo hiệu giữa ANSI và mạng báo hiệu số 7 CSS7 HLR phải hỗ trợ các tính năng: - R-UIM - GTT (thích ứng cho các nước khác nhau) - Định dạng chuẩn quốc tế cho MDN và TLDN MSC MSC PDSN AAA AAA PDSN CCS7 Network IP Network Home Network Visited Network Hình 4.1 Mô hình kết nối roaming giữa hai mạng Trong mạng CDMA vấn đề roaming bao gồm roaming cho tất cả các dịch vụ thoại, nhắn tin và cuộc gọi dữ liệu gói. Do vậy điều kiện tiếp theo đó LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 81 - là các tổng đài phải được kết nối với nhau bằng báo hiệu số 7 và mạng báo hiệu số 7 sẽ thực hiện truyền dẫn các bản tin ANSI-41 giữa hai mạng; các thành phần mạng gói (PDSN, AAA Server) cũng phải kết nối với nhau bằng giao diện TCP/IP và đều sử dụng thủ tục nhận thực giống nhau (ví dụ như chuẩn RADIUS). Ngoài các vấn đề về kỹ thuật các nhà khai thác CDMA cần phải thỏa thuận với nhau về vấn đề cước phí, hình thức thanh toán, đối soát cước phí và các thông tin trao đổi để phục vụ công tác chăm sóc khách hàng và tiếp thị. b. Các dịch vụ roaming Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi thoại: 1. Thuê bao di động khỏi tạo cuộc gọi từ mạng chủ 2. MSC chủ truy vấn tới HLR để xác định vị trí của thuê bao bị gọi 3. Yêu cầu định tuyến được gửi đến MSC khách đang phục vụ 4. Một số TLDN được gán cho thuê bao bị gọi 5. Số TLDN này được gửi lại mạng chủ 6. MSC chủ định tuyến cuộc gọi theo TLDN đó và cuộc gọi được thiết lập Hình 4.2 Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi thoại LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 82 - Quá trình xử lý roaming cho dịch vụ nhắn tin: 1. SMSC nhận được một bản tin nhắn 2. SMSC gửi bản tin yêu cầu INSI-41 SMS Request tới HLR 3. HLR gửi lại trạng thái hợp lệ và địa chỉ định tuyến trong bản tin SMS_Adress parameter. 4. SMSC đánh địa chỉ cho bản tin nhắn và gửi tới MSC khách đang phục vụ 5. MSC khách chuyển bản tin đó tới thuê bao roaming 6. Các bước 2 - 5 sẽ được lặp lại nếu không tìm thấy thuê bao. Hình 4.3 Quá trình xử lý roaming cho nhắn tin Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi dữ liệu gói: Để có thể thực hiện được dịch vụ chuyển vùng dữ liệu gói thì như đã nói ở trên hai hệ thống dữ liệu gói của hai mạng phải được kết nối với nhau và đều hỗ trợ chức năng roaming. Khi một thuê bao di chuyển vùng sang mạng khác và thực hiện cuộc gọi dữ liệu gói thì PDSN khách đang phục vụ sẽ gửi yêu cầu nhận thực từ AAA Server khách. AAA Server khách sẽ biết được đây là thuê bao roaming bằng cách phân tích số nhận dạng IMSI, vì vậy AAA Server khách sẽ phải gửi LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 83 - bản tin yêu cầu nhận thực tới AAA Server chủ. Quá trình nhận thực cho dịch vụ roaming dữ liệu gói cụ thể như sau: BSC/PCF PDSN FAAA TCH Establish A11 Registration Request A11 Registration Reply HAAA Begin PPP Establish RADIUS Access Request FAAA checked no local user, need proxy to HAAA RADIUS Access Request (Proxy) RADIUS Access Accept RADIUS Access Accept (proxy) Complete PPP Establish Accounting Request (start) Accounting Request (start) Accounting Response Accounting Response User Data over PPP Interim Accounting Information (Optional) Realse Order A11 Registration Request (Lifetime =0) A11 Registration Reply RADIUS Accounting (Stop) Clear RN Resouse MS Hình 4.4 Quá trình nhận thực cho cuộc gọi dữ liệu gói roaming LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 84 - 1. Kênh dịch vụ cho thuê bao roaming được khởi tạo 2. RN gửi bản tin đăng ký tới PDSN để thiết lập kênh dữ liệu gói 3. PDSN gửi bản tin phản hồi xác nhận hoàn thành thiết lập kênh 4. Phiên PPP bắt đầu được khởi tạo 5. PDSN gửi yêu cầu nhận thực tới AAA Server khách 6. AAA Server khách chuyển tiếp bản tin yêu cầu tới AAA Server chủ 7. Sau khi nhận thực xong AAA Server chủ gửi lại bản tin Acess- Acept 8. AAA Server khách gửi bản tin phản hồi đó cho PDSN 9. PDSN gửi bản tin hoàn thành nhận thực đến thuê bao và phiên PPP được thiết lập 10. PDSN gửi bản tin kế toán tới AAA Server khách 11. AAA Server khách chuyển tiếp bản tin này đến AAA Server chủ 12. Thuê bao bắt đầu dịch vụ dữ liệu gói qua phiên PPP IV.2.4 Vấn đề roaming của mạng CDMA Việt Nam IV.2.4.1 Roaming trong nước Việt Nam có 3 nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA 2000 1x là SFone (STelecom), EVNTelecom và Hanoi Telecom, trong đó SFone và Hanoi Telecom sử dụng băng tần 800 Mhz còn EVNTelecom sử dụng băng tần 450Mhz. Do đó việc roaming giữa các mạng CDMA của Việt nam gặp rất nhiều khó khăn vì các mạng sử dụng giải băng tần không giống nhau. Để thực hiện roaming giữa mạng của EVNTelecom với hai mạng còn lại chỉ có thể thực hiện khi tất cả các đầu cuối là loại dual band (450Mhz và 800 Mhz). Để thực hiện được điều này cần sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 85 - khai thác và đòi hỏi một nguồn kinh phí khá lớn, do đó vấn đề roaming trong nước của EVNTelecom là khó khả thi. Còn đối với hai mạng còn lại là SFone và Hanoi Telecom do cùng sử dụng băng tần là 800Mhz nên việc thực hiện roaming là dễ dàng hơn và có tính khả thi cao. Với vai trò là những nhà khai thác mới tham gia vào thị trường di động Việt Nam chưa lâu thì việc thực hiện roaming giữa hai mạng này sẽ tạo cho họ có một khả năng cạnh tranh lớn hơn so với các nhà khai thác GSM đã có thị phần rất lớn tại Việt Nam. Trên thực tế việc kết nối phục vụ cho roaming giữa hai mạng sẽ cần phải xem xét kỹ lưỡng về cấu trúc và qui hoạch của từng mạng, tuy nhiên về cơ bản việc kết nối giữa 2 mạng được thực hiện qua những bước sau: 1. Kết nối hai mạng CDMA bằng đường truyền báo hiệu số 7 2. Khai báo các điểm báo hiệu cho hai mạng CDMA này. 3. Kết nối các AAA Server của hai mạng với nhau bằng giao thức TCP/IP 4. Khai báo địa chỉ IP cho các thành phần mạng gói và thực hiện cấu hình các router để các AAA Server có thể định tuyến IP lẫn nhau. IV.2.4.2 Roaming quốc tế Hiện nay ngày càng nhiều các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA đã tạo thuận lợi cũng như khuyến kích các nhà khai thác CDMA tiến hành roaming quốc tế. Tính đến thời điểm hiện nay có khoảng 30 nhà khai thác CDMA 450 và CDMA 800 đã triển khai thương mại (và rất nhiều các nhà khai thác đang tiến hành thử nghiệm) là điều kiện rất thuận lợi cho các nhà khai thác CDMA Việt Nam trong việc tiến hành roaming quốc tế, đặc biệt là các nhà khai thác trong khu vực Đông Nam Á như Thái Lan, Indonesia, Trung Quốc, Đài Loan, Lào, Campuchia. LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 86 - Country Operator Frequency Technology Cambodia Cambodia Shinawatra Co. Ltd. 450 MHz CDMA2000 1X China China Telecom 450 MHz CDMA2000 1X Indonesia PT Sampoerna Telekomunikasi 450 MHz CDMA2000 1X Laos Lao Telecommunications 450 MHz CDMA2000 1X Pakistan Great Bear International Services 450 MHz CDMA2000 1X Argentina Telecom Argentina 450 MHz CDMA2000 1X Brazil Unicel Telecomunica 450 MHz CDMA2000 1X Peru Valtron 450 MHz CDMA2000 1X Azerbaijan Aztrank LCC 450 MHz CDMA2000 1X Belarus BelCel JV 450 MHz CDMA2000 1X Czech Republic Eurotel Praha 450 MHz CDMA2000 1X Kyrgystan AkTelLLC 450 MHz CDMA2000 1X Kyrgystan WinLine 450 MHz CDMA2000 1X Latvia Telekom Baltija 450 MHz CDMA2000 1X Moldova JSC Moldtelecom 450 MHz CDMA2000 1X Portugal Radiomovel 450 MHz CDMA2000 1X Russia Kuzbass Cellular Communications KCC) 450 MHz CDMA2000 1X Russia Moscow Cellular Communications 450 MHz CDMA2000 1X Russia Regional Technical Center 450 MHz CDMA2000 1X Russia SibirTelecom 450 MHz CDMA2000 1X Russia SOTEL-Video 450 MHz CDMA2000 1X Russia Tele-North JSC 450 MHz CDMA2000 1X Russia UralWestcom 450 MHz CDMA2000 1X Russia Volga Telecom 450 MHz CDMA2000 1X Russia ZAO Tver Cellular Communications 450 MHz CDMA2000 1X Tajikistan JSC Tajiktelecom 450 MHz CDMA2000 1X Kenya Telkom Kenya Ltd. 450 MHz CDMA2000 1X LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 87 - Country Operator Frequency Technology Madagascar Telecom Malagasy S.A. (Telma) 450 MHz CDMA2000 1X Mozambique Telecomunicações de Mozambique 450 MHz CDMA2000 1X Bảng 4.9 Tình hình triển khai CDMA 450 trên thế giới (8-2006) Country Operator Frequency Technology Australia Hutchison Telecomms Australia 800 MHz CDMA 2000 1x Bangladesh Onetel Communications Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Bangladesh RanksTel 800 MHz CDMA 2000 1x China China Unicom 800 MHz CDMA 2000 1x Guam Guamcell 800 MHz CDMA 2000 1x India Bharat Sanchar Nigam Ltd. (BSNL) 800 MHz CDMA 2000 1x India HFCL Infotel Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x India Mahangar Telephone Nigam Ltd. (MTNL) 800 MHz CDMA 2000 1x India Reliance Infocomm Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x India Shyam Telelink Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Indonesia PT Bakrie Telecom 800 MHz CDMA 2000 1x Indonesia PT Mobile-8 Telecom 800 MHz CDMA 2000 1x Indonesia PT Indosat 800 MHz CDMA 2000 1x Mongolia SkyTel 800 MHz CDMA 2000 1x Nepal Nepal Telecom 800 MHz CDMA 2000 1x Saipan Saipancell Communications 800 MHz CDMA 2000 1x Sri Lanka Sri Lanka Telecom Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Sri Lanka Suntel 800 MHz CDMA 2000 1x Taiwan Asia Pacific Broadband Wireless Communications Inc. 800 MHz CDMA 2000 1x LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 88 - Country Operator Frequency Technology Thailand Hutchison CAT 800 MHz CDMA 2000 1x Canada SaskTel 800 MHz CDMA 2000 1x United States ACS Wireless 800 MHz CDMA 2000 1x United States ALLTEL 800 MHz CDMA 2000 1x United States Bluegrass Cellular 800 MHz CDMA 2000 1x United States Carolina West Wireless 800 MHz CDMA 2000 1x United States CellCom 800 MHz CDMA 2000 1x United States Eloqui Wireless 800 MHz CDMA 2000 1x United States Illinois Valley Cellular 800 MHz CDMA 2000 1x United States Midwest Wireless 800 MHz CDMA 2000 1x United States Rural Cellular Corporation 800 MHz CDMA 2000 1x United States Sagebrush Cellular 800 MHz CDMA 2000 1x Bermuda Bermuda Digital Communications 800 MHz CDMA 2000 1x Jamaica Oceanic Digital Jamaica 800 MHz CDMA 2000 1x Mexico IUSACELL 800 MHz CDMA 2000 1x Nicaragua Movistar Nicaragua 800 MHz CDMA 2000 1x Peru Movistar Peru 800 MHz CDMA 2000 1x Azerbaijan Caspian American Telecom LLC 800 MHz CDMA 2000 1x Kazakhstan JSC ALTEL 800 MHz CDMA 2000 1x Ukraine CST Invest 800 MHz CDMA 2000 1x Ukraine Intertelecom 800 MHz CDMA 2000 1x Uzbekistan Perfectum Mobile 800 MHz CDMA 2000 1x Angola Movicel Telecomunicações Lda. 800 MHz CDMA 2000 1x Cote d’Ivoire Arobase Telecom S.A. 800 MHz CDMA 2000 1x Ghana Kasapa Telecom Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Kuwait Ministry of Communications, Kuwait 800 MHz CDMA 2000 1x LUẬN VĂN CAO HỌC Chương IV:Một số giải pháp cụ thể Nguyễn Thái Trường - 89 - Country Operator Frequency Technology Nigeria Independent Telephone Network Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Nigeria Intercellular Nigeria Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Nigeria Rainbownet Ltd. 800 MHz CDMA 2000 1x Rwanda Terracom 800 MHz CDMA 2000 1x Ugand MTN Uganda Ltd 800 MHz CDMA 2000 1x Yemen Yemen Telecom 800 MHz CDMA 2000 1x Bảng 4.10 Tình hình triển khai CDMA 800 trên thế giới (8-2006) Về nguyên tắc roaming quốc tế cũng tuân thủ nguyên tắc roaming giữa hai nhà khai thác bất kỳ. Rất nhiều nhà khai thác CDMA trên thế giới đã có những thành công trong việc tiến hành thỏa thuận roaming với các nhà khai thác trên thế giới như China Unicom, KDDI (Japan), Sprint(US), Verizon Wireless (US), Vivo (Brazil)... LUẬN VĂN CAO HỌC Kết luận Nguyễn Thái Trường - 90 - PHẦN IV: KẾT LUẬN Trong các mạng thông tin di động, xu hướng phát triển, nâng cấp mạng là một yêu cầu tất yếu khi nhu cầu của khách hàng ngày càng cao về các ứng dụng, dịch vụ. Trong điều kiện hiện nay khi nhu cầu của người sử dụng về các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao đang tăng cao là cơ hội để các nhà khai thác mạng sử dụng công nghệ CDMA đầu tư nâng cấp, mở rộng và phát triển mạng nhằm cung cấp cho khách hàng những ứng dụng vượt trội mà các nhà khai thác GSM hiện nay chưa có khả năng cung cấp để làm tăng khả năng cạnh tranh của các nhà khai thác CDMA. Mặc dù công việc phát triển mạng lưới là rất cần thiết với sự phát triển của các mạng thông tin di động, nhưng trong thực tế triển khai công việc này, xuất hiện nhiều khó khăn, đòi hỏi người thực hiện phải có trình độ am hiểu hệ thống một cách sâu sắc cũng như kinh nghiệm vững vàng. Với một công nghệ mới như CDMA 2000 1xEV-DO thì việc triển khai, phát triển mạng có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu và giải quyết. Trong thời gian thực hiện đề tài của mình, tôi đã nghiên cứu những vấn đề sau: - Nghiên cứu về công nghệ CDMA 2000 và CDMA 2000 1x EV-DO, các ưu điểm như dung lượng mạng lớn, tính năng cải thiện chất lượng thoại, dễ dàng phát triển mạng… đã làm cho công nghệ CDMA có những phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. - Phân tích khảo sát thực trạng của mạng CDMA tại Việt Nam, chỉ ra các khó khăn tồn tại. - Đưa ra một số đề xuất ứng dụng cho các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA Việt Nam để tăng cường khả năng cạnh tranh của các nhà khai thác CDMA, thúc đẩy công nghệ CDMA phát triển. Cụ thể là giải pháp thiết kế cho một mạng CDMA 2000 1xEV-DO tiêu chuẩn và đề xuất LUẬN VĂN CAO HỌC Kết luận Nguyễn Thái Trường - 91 - phương án roaming trong nước cũng như quốc tế cho mạng CDMA Việt Nam. Trong quá trình thực hiện đề tài, do thời gian có hạn nên có một số vấn đề chưa được đề cập đến một cách chi tiết. Rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong suôt quá trình thực hiện đề tài vừa qua. Xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Hà Quốc Trung người trực tiếp hướng dẫn tôi làm bản luận văn này. Học viên NGUYỄN THÁI TRƯỜNG LUẬN VĂN CAO HỌC Tài liệu tham khảo Nguyễn Thái Trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nhà xuất bản Bưu điện (2002), Thông tin di động thế hệ 3. 2. Nhà xuất bản Bưu điện (2003), CDMA one và CDMA 2000 3. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (2004), Hệ thống thông tin 3G và xu hướng phát triển. Tiếng Anh 1. Airvana 1xEV Technical White Paper - Airvana Inc (2001), All - IP 1xEV-DO Wireless Data Network, pp. 17 - 25. 2. CDMA Development Group (2006), “CDMA 2000 Market Fact 08-2-06”, “CDMA Tracks May06”, “EV-DO RevA”, pp. 9 - 11. 3. Nie Jimin, Huawei Technologies Co., Ltd. (2005), Introduction to EV- DO Call Flow, pp. 52 - 64. 4. Qualcomm Inc. (2001), 1xEV/IS-856 TIA/EIA Standard - Air link Over view, pp. 26 - 36. 5. Qualcomm Corp. (2003), 1xEV-DO Web Paper. 6. Zeng Shuhui, Huawei Technologies Co., Ltd. (2005), Introdution to EV-DO Call Processing, pp. 37 - 64. 7. LUẬN VĂN CAO HỌC Tóm tắt luận văn Nguyễn Thái Trường TÓM TẮT LUẬN VĂN Công nghệ 1xEV-DO là xu hướng phát triển của các nhà khai thác thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA2000 để cung cấp các ứng dụng tiên tiến có tốc độ truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, mobile internet. Luận văn "Nghiên cứu công nghệ CDMA2000 1xEV-DO và đề xuất một số giải pháp ứng dụng" trình bày các đặc điểm mới, cơ chế hoạt động của công nghệ 1x EV-DO, đề xuất giải pháp thiết kế mạng và roaming cho hệ thống 1xEV-DO. Luận văn bao gồm các phần sau: ‚ Giới thiệu về công nghệ thông tin di động CDMA2000 và các ưu điểm. ‚ Nghiên cứu CDMA 2000 1x EV-DO, các đặc điểm mới và cơ chế hoạt động. ‚ Phân tích khảo sát thực trạng của mạng CDMA tại Việt Nam, chỉ ra các khó khăn tồn tại. ‚ Đưa ra một số đề xuất ứng dụng cho các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA Việt Nam, cụ thể là giải pháp thiết kế cho một mạng CDMA2000 1xEV-DO tiêu chuẩn và đề xuất phương án roaming trong nước cũng như quốc tế cho mạng CDMA Việt Nam. Từ khoá: Công nghệ CDMA2000 1x Công nghệ CDMA 2000 1xEVDO Giao diện vô tuyến 1xEVDO Cơ chế xử lý cuộc gọi 1xEVDO Thiết kế mạng CDMA2000 1xEVDO ._.