Tổng quan về công nghệ 3G
3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third
Mạng 3G (công nghệ thế hệ thứ ba) là chuẩn công nghệ điện thoại di động cho phép truyền tải dữ liệu thoại và phi thoại như email, tin nhắn nhanh và hình ảnh Công nghệ này cung cấp hai hệ thống chuyển mạch: chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh, yêu cầu mạng truy cập vô tuyến hoàn toàn khác so với 2G Điểm mạnh của 3G so với 2G và 2.5G là khả năng truyền nhận dữ liệu, âm thanh và hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và di động ở nhiều tốc độ khác nhau Nhờ 3G, nhà cung cấp có thể mang đến dịch vụ đa phương tiện như âm nhạc chất lượng cao, video chất lượng, truyền hình số, dịch vụ GPS, email, video theo luồng và trò chơi nhiều người tham gia Thường có sự nhầm lẫn giữa 3G và UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
Mobile Telecommunications Systems), trên thực tế khái niệm mạng 3G là khái niệm chung, còn mạng 3G của châu Âu được gọi là UMTS
Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản Vào năm
Vào năm 2001, NTT Docomo đã trở thành công ty tiên phong ra mắt phiên bản thương mại của mạng W-CDMA Đến năm 2003, dịch vụ 3G đã chính thức xuất hiện tại châu Âu Tại châu Phi, mạng 3G được giới thiệu lần đầu tiên ở Maroc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana.
Alongside Europe, the International Telecommunications Union (ITU) established a research group, TG8/1, to study third-generation mobile communication systems This group initially named its system the Future Public Land Mobile Telecommunications System (FPLMTS) before later rebranding it as the Global Mobile Telecommunications System.
2000 (IMT-2000 – International Mobile Telecommunications for the year 2000)[7]
Chương 1 trình bày tổng quan về công nghệ 3G và khảo sát tình hình cung cấp dịch vụ 3G tại Việt Nam Các nhà phát triển UMTS tại châu Âu kỳ vọng rằng ITU sẽ chấp nhận toàn bộ các đề xuất của họ, nhằm sử dụng hệ thống UMTS làm nền tảng cho hệ thống IMT-2000 Tuy nhiên, vấn đề này không đơn giản, vì đã có tới 16 đề xuất khác nhau cho hệ thống thông tin di động IMT-2000.
Vào năm 1999, ITU đã phân loại 10 đề xuất cho các hệ thống mặt đất và 6 đề xuất cho các hệ thống vệ tinh thành 5 nhóm chính, từ đó xây dựng chuẩn IMT-2000 Đến năm 2007, WiMAX đã được bổ sung vào tiêu chuẩn IMT-2000.
ITU IMT-2000 Tên thông dụng Băng thông dữ liệu Mô tả Vùng sử dụng chính
TDMA Single-Carrie r (IMT-SC) EDGE (UWT-136) EDGE
Còn gọi là TDMA một sóng mang Là tiêu chuẩn được phát triển từ các hệ thống GSM/GPRS hiện có lên GSM 2+
Hầu hết trên thế giới, trừ Nhật Bản và Hàn Quốc
(IMT-MC) CDMA2000 EV-DO Còn gọi là CDMA đa sóng mang Đây là phiên bản 3G của hệ thống IS-95 (hiện nay gọi là cdmaOne)
Một vài quốc gia ở Châu Mỹ và Châu Á
HSPA Đây thực chất là 2 tiêu chuẩn "họ hàng"
Chuẩn IMT-DS, hay còn gọi là CDMA trải phổ dãy trực tiếp, được biết đến với tên gọi UTRA FDD hoặc WCDMA Trong khi đó, chuẩn IMT-TC, hay CDMA TDD, tương ứng với UTRA TDD, là hệ thống UTRA sử dụng phương pháp song công phân chia theo thời gian (Time-division duplex) UTRA là viết tắt của UMTS Terrestrial Radio Access.
(IMT-FT) DECT Đây là tiêu chuẩn cho các hệ thống thiết bị điện thoại số tầm ngắn ở châu Âu Châu Âu, Hoa
IP-OFDMA WiMAX (IEEE 802.16) Đây là tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách lớn Toàn cầu
Khảo sát tình hình cung cấp các dịch vụ 3G tại Việt Nam
Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp 4 giấy phép thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ 3G trên tần số 2,1GHz cho các doanh nghiệp Mobifone, Viettel, VNPT (Vinaphone) và liên danh EVN Telecom - Hanoi Telecom.
S-Fone, mặc dù không được cấp giấy phép 3G trên băng tần 2,1GHz, vẫn có khả năng triển khai một số dịch vụ 3G trên băng tần 900 MHz đã được cấp phép, nhờ vào việc sử dụng công nghệ CDMA.
Tính đến thời điểm hiện tại, trong số 5 doanh nghiệp và liên danh được cấp giấy phép 3G, đã có 4 doanh nghiệp chính thức cung cấp dịch vụ cho khách hàng.
- Vinaphone là nhà mạng đầu tiên triển khai cung cấp 3G ngày 12/10/2009
- Mobifone là nhà mạng thứ hai ra mắt dịch vụ 3G tại Việt Nam, MobiFone chính thức cung cấp dịch vụ từ ngày 15 tháng 12 năm 2009
- Viettel chính thức khai trương dịch vụ kể từ ngày 25/3/2010
- Liên danh EVN Telecom và Hanoi Telecom thì mới chỉ có EVN Telecom triển khai cung cấp dịch vụ từ 08/6/2010
Hiện nay, hầu hết các doanh nghiệp viễn thông tại Việt Nam đã triển khai mạng 3G, phủ sóng đến đa số dân cư Tốc độ truy cập dịch vụ 3G tại Việt Nam hiện đang sử dụng chuẩn WCDMA (HSPA), cho phép tốc độ tải xuống đạt tối đa 7,2 Mb/s.
Các dịch vụ 3G mà các doanh nghiệp hiện đang cung cấp cho khách hàng bao gồm:
Video Call là một ứng dụng truyền thống phổ biến của công nghệ 3G, cho phép người dùng thực hiện cuộc gọi video thay vì chỉ gọi điện thoại giọng nói Khi sử dụng dịch vụ này, hình ảnh video của người gọi sẽ được hiển thị trên màn hình di động, yêu cầu cả hai thiết bị phải có camera phía trước Các nhà mạng như Mobifone và Vinaphone đều cung cấp gói dịch vụ Video Call cho người dùng.
Dịch vụ Internet Mobile được cung cấp bởi Vinaphone và Mobifone, cho phép khách hàng truy cập 3G để đọc báo, xem video, tải ảnh và video, cũng như gửi và nhận email Đây là dịch vụ phổ biến nhất tại Việt Nam, đặc biệt thu hút những người làm việc di động, những người cần cập nhật thông tin nhanh chóng qua mạng.
Các di động Trung Quốc hỗ trợ ăng ten bắt sóng TV đang ngày càng phổ biến tại Việt Nam Nokia cũng đã giới thiệu những mẫu điện thoại như N77, N92 và N96 với khả năng truyền hình kỹ thuật số Tuy nhiên, dịch vụ Mobile TV của ba nhà mạng tại Việt Nam lại có những điểm khác biệt đáng chú ý.
Người dùng có thể truy cập trang web và xem các kênh truyền hình trực tiếp nhờ vào kết nối dữ liệu Ngoài ra, Mobile TV còn cung cấp nội dung theo yêu cầu, bao gồm video, phim và nhạc.
Vinaphone và Viettel gọi dịch vụ SIM 3G kết nối Internet cho laptop qua USB HSPA/HSDPA là Mobile Broadband, trong khi Mobifone gọi là Fast Connect Dịch vụ Mobile Broadband rất phù hợp cho người dùng di động cần truy cập Internet trên laptop ở những khu vực không có kết nối mạng.
Dịch vụ truy cập internet di động của các nhà mạng Việt Nam được gọi với những cái tên khác nhau: Vinaphone gọi là 3G Portal, Mobifone là Wap Portal 3G và Viettel sử dụng tên Websurf Đây là kênh tin tức do nhà mạng cung cấp, giúp người dùng cập nhật các báo điện tử và nội dung phù hợp với kích thước màn hình và hệ điều hành của từng loại thiết bị di động.
Chi tiết các dịch vụ của 3 doanh nghiệp Mobifone, Viettel và vinaphone:
- Video Call: Đàm thoại video
- Mobile TV: Xem truyền hình
- Mobile Broadband: Dùng USB model vào 3G
- Mobile camera: Xem video các ngã tư ở Hà Nội
- Video Call: Đàm thoại video
- Mobile TV: Truyền hình di động
- Mobile Broadband (Fast Connect): Dùng USB model vào 3G
- Wap Portal 3G: Cổng thông tin
- Video Call: Đàm thoại video
- Mobile TV: Truyền hình di động
- Mobile Broadband: Dùng USB model vào 3G
- Mclip: là dịch vụ cho phép xem trực tuyến hoặc tải clip về máy điện thoại di động
- Vmail: là dịch vụ gửi và nhận email trên điện thoại di động dưới hình thức
"Đẩy email về ứng dụng trên điện thoại di động" (hay còn gọi là Pushmail)
- Mstore: là một kho ứng dụng dành cho điện thoại di động được cung cấp bởi Viettel
- Imuzik 3G: là dịch vụ âm nhạc xây dựng trên nền tảng 3G giúp khách hàng có thể nghe nhạc, xem video clip, tải nguyên bài hát về điện thoại
Gameonline là dịch vụ cung cấp trò chơi cho điện thoại di động, cho phép khách hàng Viettel tương tác trực tiếp với máy chủ nội dung hoặc nhiều người chơi khác thông qua kết nối 3G với chất lượng tối ưu, hoặc EDGE/GPRS.
S-Fone, mặc dù không có giấy phép 3G, đã tận dụng công nghệ CDMA để cung cấp dịch vụ 3G tại 37 tỉnh thành trên toàn quốc Công nghệ CDMA2000-1x EV-DO đang được sử dụng và dự kiến đến cuối năm 2010, S-Fone sẽ nâng cấp từ Rev0 lên RevA/B nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ 3G và hướng tới phát triển công nghệ 4G trong tương lai.
Chất lượng dịch vụ mạng di động và mạng viễn thông có thể được đánh giá từ nhiều góc độ khác nhau, bao gồm cả nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng Các quan điểm đánh giá này có thể dựa trên các yếu tố kinh tế, kỹ thuật, hoặc sự kết hợp của cả hai Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, có thể sử dụng các thông số lý thuyết thông qua tính toán và mô phỏng, cũng như dựa vào các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế để đo đạc.
Trong phạm vu của luận văn này, chỉ xét theo quan điểm kỹ thuật và từ phía nhà cung cấp dịch vụ
Trong đánh giá chất lượng mạng viễn thông, có nhiều thông số quan trọng như xác suất lỗi bít trung bình và dung năng riêng của hệ thống Những thông số này không chỉ phản ánh hiệu suất của mạng mà còn liên quan chặt chẽ đến các tiêu chuẩn đo lường khác trong tương lai Việc tập trung vào xác suất lỗi bít và dung năng hệ thống giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng hoạt động và hiệu quả của mạng viễn thông.
Trong hệ thống thông tin di động, môi trường thường gặp hiện tượng fading khác nhau Để xác định xác suất lỗi bít trung bình, chúng ta sử dụng hàm sinh moment (MGF) nhằm mục đích trình bày một cách ngắn gọn và thống nhất Chi tiết về vấn đề này sẽ được phân tích ngay sau đây.
2.1 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình (SNR) [16]
MỘT VÀI THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO LÝ THUYẾT
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình (SNR) [16]
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) được coi là đại lượng đánh giá chất lượng phổ biến và dễ hiểu nhất của một hệ thống truyền thông số Thông thường, SNR được đo ở đầu ra của máy thu, liên quan trực tiếp đến quá trình tách sóng dữ liệu Trong số các phương pháp đo lường chất lượng hiện có, SNR là chỉ số dễ đánh giá và đáng tin cậy để xem xét chất lượng tổng thể của hệ thống Mặc dù thuật ngữ “nhiễu” trong SNR thường chỉ đến tiếng ồn nhiệt tại đầu vào máy thu, nhưng trong bối cảnh hệ thống thông tin liên lạc chịu ảnh hưởng của fading, SNR cần được tính toán dưới dạng trung bình.
"Trung bình" đề cập đến giá trị trung bình thống kê trong phân bố xác suất của fading Trong toán học, nếu xem SNR tức thời là một biến ngẫu nhiên tại đầu ra của đầu thu, bao gồm cả ảnh hưởng của fading, thì đó chính là SNR trung bình, được biểu diễn qua hàm mật độ xác suất (PDF) của tín hiệu.
Để tính toán SNR trung bình, cần xác định hàm mật độ xác suất Trong trường hợp có phản xạ từ nhiều vật, việc này trở nên phức tạp do sự khác nhau trong các phản xạ Các khái niệm liên quan đã được định nghĩa trong tài liệu [18].
Biểu thức (2.1) được viết dưới dạng hàm sinh moment (MGF) kết hợp với tín hiệu như sau:
CHƯƠNG 2 MỘT VÀI THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO LÝ THUYẾT
Việc lấy đạo hàm bậc 1 của MGF tại s=0 cho phép đánh giá SNR trung bình một cách nhanh chóng thông qua phép vi phân Trong các hệ thống xử lý thu phân tập, đặc biệt là tổ hợp tỷ lệ tối đa (MRC), đầu ra SNR được biểu diễn như tổng của các SNR riêng lẻ từ các kênh độc lập MGF có thể được biểu diễn dưới dạng tích của các MGFs tổ hợp cho từng kênh, giúp tính toán mô hình thống kê cho nhiều kênh fading theo công thức đóng Tuy nhiên, việc tính toán hàm mật độ xác suất (PDF) cho từng kênh, ngay cả khi chúng độc lập, vẫn rất phức tạp, đặc biệt khi các PDF có cùng dạng nhưng SNR trung bình khác nhau Do đó, phương pháp tiếp cận dựa trên MGF mang lại lợi ích lớn, cho phép đánh giá chất lượng mà không cần tìm các PDF bậc nhất của SNR đầu ra, mà có thể sử dụng các MGF để biểu diễn.
Tuy nhiên, việc áp dụng các điểm nêu trên trong cách tiếp cận dựa trên MGF không hề đơn giản, nhưng sẽ mang lại hiệu quả đáng kể.
Xác suất lỗi bit trung bình (BER) [17]
Tiêu chí đánh giá chất lượng thứ hai, xác suất lỗi bit trung bình (BER), được coi là tiêu chí khó khăn nhất và cũng là chỉ tiêu thể hiện rõ nhất bản chất của hệ thống Đây là một yếu tố quan trọng thường xuyên được nhắc đến trong tài liệu về đánh giá hiệu năng hệ thống Do đó, cần chú ý đặc biệt để phát triển một phương pháp đánh giá đơn giản và hiệu quả.
Sự phức tạp trong việc đánh giá BER trung bình chủ yếu xuất phát từ việc BER có điều kiện (trên fading) là hàm phi tuyến của SNR tức thời, điều này liên quan đến các sơ đồ điều chế/tách sóng mà hệ thống sử dụng Trong trường hợp đa kênh, mức trung bình thống kê của BER có điều kiện theo thống kê fading không đơn giản là trung bình của các giá trị đo chất lượng trên mỗi kênh như với SNR trung bình Tuy nhiên, phương pháp dựa trên MGF vẫn hữu ích trong việc đơn giản hóa phân tích và cho phép thống nhất trong một khuôn khổ chung Giả thiết rằng BER có điều kiện có dạng như trong trường hợp tách sóng kết hợp vi sai của điều biến dịch pha (PSK) hoặc tách sóng không kết hợp của khóa dịch tần trực giao (FSK), thì BER trung bình có thể được diễn đạt qua MGF của SNR do fading tức thời, phụ thuộc vào mô hình kênh fading đã giả định.
Mối liên hệ giữa hàm phi tuyến và tích phân có thể được biểu diễn qua hàm lũy thừa phụ thuộc vào tín hiệu, như thể hiện trong biểu thức (2.4) Cụ thể, chúng ta sẽ xem xét các hàm sinh theo loại Gauss-Q.
Để phù hợp với mục đích xét các hàm tùy ý của biến số tích phân, chúng ta nhận thấy rằng mối liên hệ trong biểu thức (2.6) có thể được thiết lập thông qua các hàm phi tuyến cổ điển như hàm Gauss và hàm Q Những hàm này đặc trưng cho mối quan hệ giữa tín hiệu và các phương pháp tách sóng như khóa dịch pha (PSK) và khóa dịch tần trực giao (FSK) Mối liên hệ phi tuyến giữa và tín hiệu có thể được kế thừa từ biểu thức (2.6) mà không cần sử dụng dạng khác Một ví dụ điển hình là xác suất lỗi ký hiệu có điều kiện (SER) liên quan đến tách sóng kết hợp và tách sóng kết hợp vi sai của M-PSK Khi lấy trung bình theo fading và thay đổi thứ tự của hàm tích phân trong (2.6), chúng ta có thể thấy rõ hơn mối liên hệ này.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các biểu thức dưới dấu tích phân trong (2.7), cho thấy rằng chúng có thể được diễn đạt dưới dạng biểu thức đóng trong nhiều trường hợp cụ thể Trong những tình huống hiếm hoi, biểu thức này có thể trở thành một tích phân đơn với giới hạn hữu hạn, trong đó các hàm sơ cấp được sử dụng Do (2.5) và (2.7) bao gồm nhiều loại điều chế/tách sóng và các mô hình kênh fading khác nhau, chúng ta gọi phương pháp đánh giá xác suất lỗi trung bình này là “phương pháp thống nhất dựa trên MGF” và các dạng liên hệ mới về xác suất lỗi có điều kiện được gọi là “các dạng mong muốn”.
Không phải tất cả các vấn đề truyền thông trên kênh fading đều phù hợp với mô tả trước đó Vẫn tồn tại những kỹ thuật đơn giản và chính xác để đánh giá xác suất lỗi hệ thống trong các trường hợp này, đặc biệt là trong trường hợp nhị phân đối xứng.
Một ứng dụng khác của phương pháp dựa trên MGF liên quan đến hệ thống thông tin sử dụng các bộ điều biến nhị phân đối xứng, trong đó cơ chế quyết định thực hiện so sánh biến quyết định với một ngưỡng không Lớp này không chỉ áp dụng cho hệ thống chưa mã hóa mà còn đánh giá xác suất lỗi cặp PEP trong hệ thống mã hóa sửa lỗi Về mặt toán học, biến quyết định được biểu thị và BER có điều kiện tương ứng, giả định rằng một bit dữ liệu dương đã được phát Trong đó, PDF và CDF tương ứng của biến này được xem xét, cho thấy rằng biến quyết định có thể nhận cả giá trị âm và dương.
SNR fading tức thời, có thể nhận các giá trị dương Như vậy, tương tự như với (2.6), các BER có điều kiện (2.8) có thể được biểu diễn như sau:
Hiện nay, MGF của biến quyết định được xác định thông qua biến đổi Laplace với đối số ngược lại Để hiểu rõ hơn về sự phụ thuộc vào tín hiệu, chúng ta xem xét một lớp con của bài toán, trong đó biến quyết định có điều kiện tương ứng với dạng bình phương của các biến ngẫu nhiên Gauss phức độc lập Ví dụ, điều này có thể là tổng độ lớn bình phương của L biến phức độc lập, tương đương với một biến ngẫu nhiên có 2L bậc tự do Dạng toàn phương này thường xuất hiện trong bài toán thu (L)-kênh của các điều chế nhị phân, với bộ tách sóng kết hợp hoặc không kết hợp Trong trường hợp này, MGF có thể được biểu diễn dưới dạng lũy thừa và có dạng tổng quát như sau.
Và nếu ta đặt rồi thay (2.10) vào (2.9) và tính trung bình trên các kết quả fading bằng BER) trung bình, ta có:
Trong đó: là MGF không có điều kiện của biến quyết định, cũng có dạng tích là:
Cuối cùng, do các MGF của biến quyết định có thể được biểu diễn thông qua MGF của biến fading (SNR) như trong (2.13), chúng ta có thể đánh giá BER trung bình chỉ dựa vào sự hiểu biết về MGF, tương tự như trong (2.7).
Các thí dụ khác có thể xem trong tài liệu [19]
Để đánh giá chất lượng hệ thống vô tuyến trong điều kiện fading, việc tính toán SNR và BER là rất quan trọng Các thông số này có thể được tính toán một cách thống nhất và đơn giản thông qua hàm sinh moment, cho phép áp dụng cho nhiều trường hợp khác nhau như kênh truyền, phương pháp điều chế và mã hóa cụ thể.
Dung năng riêng của hệ thống thông tin di động [20]
Dung năng riêng là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng hệ thống thông tin di động, phản ánh hiệu suất phổ của hệ thống Định nghĩa dung năng riêng là tốc độ truyền tối đa mà hệ thống có thể đạt được với một xác suất lỗi bít nhỏ tùy ý qua kênh truyền Đơn vị đo của dung năng riêng là Bit/s/Hz, đặc biệt trong trường hợp kênh truyền có nhiễu Gauss.
Thì xuất phát từ lượng thông tin tương hỗ:
Xác suất xuất hiện cặp tín hiệu, xác suất xuất hiện tin tại nơi phát vào kênh, và xác suất xuất hiện tin tại nơi thu của kênh là những yếu tố quan trọng trong việc đánh giá dung năng của kênh Những xác suất này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền tải thông tin và độ tin cậy của kênh truyền Việc hiểu rõ các xác suất này giúp tối ưu hóa quá trình truyền tin và nâng cao chất lượng dịch vụ.
Cho trường hợp kênh Gauss thì dung năng riêng của kênh sẽ là: Đại lượng của C là: bit/s/Hz
Trong bài viết này, h đại diện cho đáp ứng xung của kênh, trong khi P là công suất phát trung bình W thể hiện độ rộng băng thông của kênh, và mật độ công suất nhiễu một phía cũng được đề cập.
Dung năng riêng của kênh phụ thuộc vào tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR), tỷ lệ công suất phát và nhiễu cho mỗi đơn vị băng thông, đặc biệt là tỷ lệ với bình phương đáp ứng xung của kênh Trong trường hợp kênh SISO (Single Input Single Output), để tăng dung năng, các hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output) với nhiều anten phát và thu được sử dụng.
Ta có sơ đồ hệ thống như hình: x y
Hình 2- 1: Sơ đồ kênh MIMO
Như vậy, liên hệ giứa tín hiệu thu và phát là:
Trong đó: y: vecto tín hiệu thu x: vecto tín hiệu phát H: ma trận kênh
Trong hệ thống truyền thông, việc đáp ứng xung tín hiệu từ anten phát m đến anten thu n (với m từ 1 đến M và n từ 1 đến N) là rất quan trọng Khi có thông tin về trạng thái kênh, tức là biết H, ta có thể xác định dung năng của kênh Tuy nhiên, khả năng tăng dung năng sẽ phụ thuộc vào việc nắm bắt thông tin này ở phía phát, phía thu, hay cả hai Việc hiểu rõ trạng thái kênh giúp tối ưu hóa quá trình xử lý thông tin, từ đó thu được nhiều dữ liệu hơn và giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực giữa các kênh.
Trong trường hợp biết thông tin về trạng thái kênh cả ở phía phát và phía thu
Khi đó dung năng của kênh tính theo công thức nhờ sử dụng kỹ thuật phân tập thu phát kinh điển:
Như vậy, dung năng hệ thống trong hệ thống SISO được tăng lên cỡ M.N lần
Nếu biết thông tin trạng thái kênh ở phía phát và thu Ta dùng thuật toán
“Rót nước” , có thể phân thành những kênh song song và sẽ phân bố công suất nhiều, ít cho những kênh tùy theo trạng thái kênh tốt hay xấu
Khi đó dung năng của kênh sẽ là:
Với các trị riêng ứng với kênh song song thứ i
Khi các đáp ứng xung kênh là trực giao, ta có:
Khi tổng công suất phát không thay đổi cho các anten, dung năng của hệ thống sẽ tăng tuyến tính theo số lượng anten phát, hoặc giảm nếu số anten thu ít hơn.
Trong tài liệu [16], các bài toán cụ thể và phương pháp khác được trình bày chi tiết Hai thông số quan trọng là BER trung bình và dung năng riêng được giới thiệu trong phần này, cùng với các yếu tố khác có ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Những thông số này đã được các nhà soạn thảo tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam xem xét khi xác định các tiêu chí đánh giá chất lượng, mà chúng ta sẽ phân tích trong các phần tiếp theo.
Trong lĩnh vực mạng 3G, ETSI đã phát triển nhiều tiêu chuẩn quan trọng liên quan đến mạng lưới, thiết bị đầu cuối, kết nối và chất lượng dịch vụ Đặc biệt, bộ tiêu chuẩn ETSI TS 102 250-x (với x từ 1 đến 7) tập trung vào các khía cạnh chất lượng dịch vụ trong mạng 3G, nhằm đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của dịch vụ.
- ETSI TS 102 250-1: Xác định các khía cạnh về chất lượng dịch vụ
Tiêu chuẩn này xác định các vấn đề về chất lượng dịch vụ cho mạng GSM và 3G, với mỗi dịch vụ cụ thể đi kèm một bộ chỉ tiêu chất lượng dịch vụ tương ứng Các chỉ tiêu này được đánh giá dựa trên các đặc tính định lượng của những vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ mà người sử dụng cuối có thể nhận biết.
ETSI TS 102 250-2 định nghĩa các tham số chất lượng dịch vụ (QoS) và cách tính toán chúng cho các dịch vụ phổ biến trong mạng GSM và 3G Các chỉ tiêu kỹ thuật được nêu trong ETSI TS 102 250-1 là cơ sở để lựa chọn bộ tham số Khái niệm và định nghĩa về các tham số này được chia thành hai phần: khái niệm trừu tượng và mô tả chung về phương pháp đo tại các điểm kích hoạt tương ứng Phương pháp đo được mô tả trong tiêu chuẩn không phụ thuộc vào bất kỳ hạ tầng nào, và các khái niệm đã được hài hòa trong tiêu chuẩn được coi là điều kiện tiên quyết để so sánh chất lượng dịch vụ và kết quả đo.
ETSI TS 102 250-3 outlines the fundamental procedures for utilizing Quality of Service (QoS) measurement equipment, specifically focusing on GSM networks This standard details the essential protocols for conducting QoS measurements, including the necessary setups and parameters required for accurate assessment.
- ETSI TS 102 250-4: Các yêu cầu đối với thiết bị đo chất lượng dịch vụ
Tiêu chuẩn này xác định các yêu cầu tối thiểu cho thiết bị đo chất lượng dịch vụ trong mạng GSM và 3G, nhằm đảm bảo rằng các giá trị và điểm lật cần thiết để tính toán các tham số chất lượng dịch vụ được xác định theo quy định trong Phần 2 (ETSI TS 102 250).
2) để có thể đo theo các thủ tục nêu trong Phần 3 (ETSI TS 102 250-3) Thiết bị đo đáp ứng các yêu cầu tối thiểu sẽ cho phép thực hiện các phép đo một cách tin cậy và liên tục.
CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO CÁC CHUẨN QUỐC TẾ
Chỉ tiêu về mạng truy cập
Chỉ tiêu về mạng truy cập có nhiều điểm nhưng luận văn này tôi đề cập đến một số chỉ tiêu thường đo kiểm sau:
- Giao thức chuyển gia (Handover –HO)
- Sóng vô tuyến: RX level ; RX Qual; C/I ; FER (Frame Error rate); BER; vùng phủ sóng…
- Kênh vô tuyến: DCH, TCH…
3.1.1 Giao thức chuyển giao (Handover – HO)
Hệ thống phân loại các quá trình chuyển giao cuộc gọi thành những loại sau:
Chuyển giao trong nội bộ tế bào (Intra-cell Hand Over)
Chuyển giao liên tế bào (Inter-cell Hand Over)
Chuyển giao trong nội bộ MSC (Intra-MSC Hand Over)
Chuyển giao liên MSC (Inter-MSC Hand Over)
Intra-cell Hand Over: Thủ tục chuyển giao thực hiện giữa hai kênh vật lý của cell đang phục vụ
Intra-cell Hand Over không được áp dụng khi thuê bao di chuyển sang cell khác, trừ khi mức nhiễu trên kênh riêng cao, lúc này cần thực hiện chuyển giao sang một kênh vật lý khác.
Chuyển giao liên tế bào (Inter-cell Hand Over) là quá trình mà thiết bị di động (MS) được chuyển sang một kênh vô tuyến mới thuộc một tế bào khác, nhưng vẫn được quản lý bởi cùng một bộ điều khiển trạm gốc (BSC).
Intra-MSC Hand Over: Chuyển mạch kênh vô tuyến giữa hai BSC của cùng một tổng đài di động MSC
Inter-MSC Hand Over: Chuyển mạch kênh vô tuyến giữa hai tổng đài di động MSC
Trong tình huống này, MSC ban đầu nắm giữ quyền điều khiển toàn bộ cuộc gọi và quản lý truy cập mạng cho đến khi cuộc gọi kết thúc Cuộc gọi được chuyển tiếp từ MSC ban đầu trực tiếp đến MSC đích.
3.1.1.2 Các chỉ tiêu chuyển giao
Tỷ lệ thành công handover đến (Incoming HO Successful Rate - IHOSR)
IHOSR được định nghĩa như là tỷ lệ giữa số lần nhận handover thành công và tổng số lần được yêu cầu chấp nhận handover
IHOSR = T ổng handover vào thành công / Tổng handover vào
(IHOSR = Incoming HO Success / Total Incoming HO request by BSS)
IHOSR của một cell đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng của khu vực mà nó phục vụ Khi IHOSR thấp, tỷ lệ rơi cuộc gọi ở các cell lân cận sẽ tăng cao, đồng thời ảnh hưởng xấu đến chất lượng thoại Nếu một lần chuyển giao (handover) không thành công, cuộc gọi có thể bị rơi hoặc phải thực hiện thêm một lần handover khác, dẫn đến việc tín hiệu thoại bị gián đoạn và người nghe sẽ cảm thấy cuộc trò chuyện bị đứt quãng.
IHOSR còn phản ánh cả chất lượng phần cứng của cell, chẳng hạn tắt TRXs trên cell
Tỷ lệ thành công handover ra (Outgoing HO Successful Rate - OHOSR)
OHOSR được định nghĩa như là tỷ lệ giữa số lần handover ra thành công và tổng số lần được yêu cầu handover
OHOSR = T ổng handover thành công / Tổ ng s ố l ầ n quy ết đị nh handover
(OHOSR = HO Success / Total HO request by BSS )
Dựa trên chỉ số OHOSR, chúng ta có thể đánh giá mức độ đầy đủ trong việc định nghĩa tế bào lân cận và chất lượng của các cell xung quanh Tỷ lệ OHOSR cao sẽ góp phần cải thiện tỷ lệ rơi cuộc gọi TCDR và nâng cao chất lượng thoại Hơn nữa, chỉ số OHOSR còn cho phép đánh giá vùng phủ sóng của các cell, từ đó giúp đưa ra các điều chỉnh cần thiết.
Có rất nhiều nguyên nhân để hệ thống cân nhắc handover, tuy nhiên ta có thể kể ra một số nguyên nhân chính sau đây:
• Handover do quỹ: hệ thống tính toán dự trữ công suất cho tế bào đang phục vụ và các tế bào lân cận để cân nhắc handover
• Đây cũng là một trong những nguyên nhân chính
Mức thu tín hiệu quá thấp, dưới -90dB, có thể dẫn đến việc hệ thống xem xét thực hiện handover Khi tín hiệu vượt quá giới hạn này, khả năng phục vụ của tế bào sẽ bị ảnh hưởng, gây ra sự cần thiết phải chuyển giao kết nối để duy trì chất lượng dịch vụ.
• Do chất lượng trên tế bào đang phục vụquá thấp, vượt quá giới hạn (đường xuống hoặc đường lên)
• Do đặt trước định thời (timing advance) vượt quá giới hạn (đường xuống hoặc đường lên)
• Do quá nhiễu trên tế bào đang phục vụ (đường xuống hoặc đường lên)
3.1.2 Chỉ tiêu về sóng vô tuyến
Chỉ số RF đo lường mức độ tín hiệu trung bình tại đầu vào của máy thu MS Trong chế độ nhàn rỗi, chỉ số này phản ánh cường độ tín hiệu nhận được từ các kênh vật lý BCCH (Kênh điều khiển quảng bá) Trong quá trình truyền nhận, chỉ số RF thể hiện cường độ tín hiệu trên kênh ARFCN hiện tại được sử dụng cho việc vận chuyển TCH/SDCCH (TCH: kênh lưu lượng).
Chỉ số này rất quan trọng để xác định chính xác kích thước tế bào trong quá trình nhảy tần và điều khiển công suất áp dụng cho các TCH, đồng thời hỗ trợ đánh giá vùng phủ sóng tổng thể.
Các ngưỡ ng d ựa trên RxLeV
Biên độ chuyển giao là yếu tố quan trọng đảm bảo sự chồng chéo giữa hai tế bào, giúp duy trì chất lượng thông tin liên lạc Đặc biệt, biên độ này chịu ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh.
-Trong môi trường trong nhà, chuyển giao là không cần thiết, biên độ chuyển giao là 0dB
-Trong môi trường ngoài trời, biên độ chuyển giao thường là 2dB
Trong môi trường tàu cao tốc như TGV, biên độ chuyển giao thường đạt 2 dB Tuy nhiên, một hạn chế đáng chú ý là chiều dài chồng chéo lớn hơn trong trường hợp này.
600 m giữa hai tế bào lân cận
Biên độ thiết kế: khắc phục hai lỗi có thể xuất hiện trong quá trình thiết kế và dự đoán:
- Lỗi dự đoán của công cụ dự đoán S/W
- Lỗi đánh giá mất thâm nhập - trong trường hợp của một dịch vụ trong nhà
- Một giá trị tích lũy cho biên độ thiết kế với một xác suất 90% là 6 dB
Việc thiết kế và dự báo cho một khu vực phục vụ của tế bào sẽ được thực hiện dựa trên quỹ công suất, có thể là cân bằng hoặc không cân bằng, với đường xuống (DL) tốt hơn so với đường lên (UL) khi DL – UL > 0 Ngược lại, nếu đường xuống kém hơn đường lên (DL - UL < 0), các ngưỡng thiết kế sẽ được điều chỉnh theo giá trị tối đa, cụ thể là 0 hoặc DL-UL [dBm].
Các xem xét trên chỉ áp dụng cho phương pháp sử dụng công cụ dự đoán dựa trên cường độ tín hiệu đường xuống Ngưỡng thiết kế là giá trị ngưỡng được sử dụng để thiết kế các tế bào, được xác định là cường độ tín hiệu dự đoán tại giới hạn của tế bào, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ bên trong tế bào và sự chuyển giao hiệu quả với các tế bào lân cận.
Theo kiến nghị của ETSI TS 102 250 thì thường chia RxLever chia thành 5 mức:
- Mức tốt (dBm): -70 ≤ Rx Level < 0
- Mức khá (dBm): -80 ≤ Rx Level < -70
- Mức bình thường (dBm): -90 ≤ Rx Level < -80
- Mức trung bình (dBm): -100 ≤ Rx Level < -90
- Mức yếu (dBm): -120 ≤ Rx Level < -100
Còn trong mạng 3G thì chỉ số Rx Lever được xem như gần chỉ số RSCP (Received Signal Code Power)
Theo kiến nghị của ETSI TS 102 250 thì thường chia RSCP chia thành 5 mức:
- Mức bình thường (dBm): -100 ≤ RSCP < -90
- Mức trung bình (dBm): -110 ≤ RSCP < -100
3.1.2.2 RxQual Đây là một thước đo chất lượng tiếng nói dựa trên phân tích BER RxQual thu được bằng cách chuyển đổi tỷ lệ lỗi bit (BER) sang thang điểm từ 0 - 7 (xem GSM 05.08) Nói cách khác, RxQual là một phép đo rất cơ bản: nó chỉ đơn giản là phản ánh BER trung bình trong một thời gian nhất định (0.5s cho các công cụ TEMS)
Trong các vùng nông thôn có độ nhiễu thấp, ngay cả khi trường thu rất thấp, chất lượng tiếng nói vẫn có thể được duy trì tốt Ngược lại, tại các khu vực đô thị, dù trường thu có tốt đến đâu, độ nhiễu cao vẫn gây cản trở cho việc truyền thông hiệu quả.
RxQual Khoảng BER Giá trị BER tiêu biểu
Bảng 3- 1: Chuyển đổi giữa RxQual và BER
Truyền thông chất lượng tốt được xác định bởi giá trị tham số RxQual, với giá trị lớn hơn 4 cho các ô không có nhảy tần số và lớn hơn 5 cho các ô có nhảy tần số.
Trong mạng 2G và 3G thì RxQual có những điều lưu ý sau:
Theo kiến nghị của ETSI TS 102 250 trong quá trình đo kiểm thì thường chia RxQual chia thành 5 mức(ứng với 7 mức BER như trên):
Trong mạng 3G thì RxQual gần như chỉ số EcNo.Theo kiến nghị của ETSI
TS 102 250 thì trong quá trình đo kiểm thường chia EcNo chia thành 5 mức:
- Mức khá : -9 (dB) ≤ EcNo < -5 (dB)
- Mức bình thường : -11 (dB) ≤ EcNo < -9 (dB)
- Mức trung bình : -15 (dB) ≤ EcNo < -11 (dB)
Chỉ tiêu chất lượng dịch vụ
Theo định nghĩa của ITU trong kiến nghị E.800, chất lượng dịch vụ (QoS) được hiểu là tổng hợp các chỉ tiêu dịch vụ, phản ánh mức độ hài lòng của người dùng đối với dịch vụ viễn thông.
Dịch vụ viễn thông bao gồm các hoạt động của doanh nghiệp giúp khách hàng truyền tải và nhận thông tin qua mạng lưới viễn thông công cộng.
Chất lượng dịch vụ (QoS) được đánh giá thông qua hai loại chỉ tiêu: định tính và định lượng Chỉ tiêu định tính phản ánh cảm nhận của khách hàng về dịch vụ, trong khi chỉ tiêu định lượng được thể hiện qua các số liệu đo lường cụ thể.
Chúng ta sẽ nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ dưới đây
- Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công
- Tỷ lệ cuộc gọi bị rơi
Dịch vụ thoại thấy hình (cho mạng 3G)
- Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công
- Tỷ lệ cuộc gọi bị rơi
Dịch vụ nhắn tin ngắn
Dịch vụ tải dữ liệu: Tốc độ tải dữ liệu trung bình
3.2.1 Cuộc gọi được thiết lập thành công (dịch vụ thoại và dịch vụ thoại thấy hình)
-Định nghĩa: Cuộc gọi được thiết lập thành công là tỷ số cuộc gọi được thiết lập thành công trên tổng số cuộc gọi
-Công thức xác định:[1] ỷ ệ ộ ọ ượ ế ậ ố ộ ọ ổ ố ộ ọ ử
Hiện nay, hầu hết các quốc gia đều sử dụng phương pháp đo mô phỏng cuộc gọi và thiết bị đo lường được lắp đặt trên các phương tiện di chuyển để kiểm tra các chỉ tiêu này.
Phương pháp đo kiểm có nước bao gồm việc thực hiện từ máy di động đến máy cố định và ngược lại, cũng như từ máy di động đến máy di động trong cùng một mạng Đối với dịch vụ thoại thấy hình, việc đo kiểm được thực hiện từ máy di động đến máy di động trong cùng một mạng Tuy nhiên, nhiều quốc gia không quy định rõ khoảng cách giữa các cuộc gọi liên tiếp Theo khuyến nghị ETSI TS 102 250-5, khoảng cách tối thiểu giữa các cuộc gọi liên tiếp trong chế độ đo di động là 30 giây.
- Chỉ tiêu : Theo TCN 68-186:2006 Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công ≥ 92%
3.2.2 Cuộc gọi bị rơi (dịch vụ thoại hoặc dịch vụ video call)
- Định nghĩa: Tỷ lệ cuộc gọi bị rơi là tỷ số giữa cuộc gọi bị rơi trên tổng số cuộc gọi được thiếp lập thành công
Phương pháp đo lường dựa trên chỉ tiêu Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công, yêu cầu thực hiện ít nhất 1500 cuộc gọi thử nghiệm Theo tiêu chuẩn ITU-T E421, với mức chất lượng kỳ vọng là 95% cho tỷ lệ cuộc gọi thành công và 5% cho tỷ lệ cuộc gọi bị rơi, thời gian mỗi cuộc gọi cần duy trì là 120 giây, và khoảng cách tối thiểu giữa hai cuộc gọi liên tiếp từ cùng một máy chủ là 30 giây.
Chất lượng thoại được định nghĩa là chỉ số tổng hợp đánh giá chất lượng âm thanh trong kênh thoại, được xác định thông qua việc tính điểm trung bình theo thang điểm MOS.
1 đến 5 theo khuyến nghị P.800 của Liên minh Viễn thông quốc tế ITU
- Công thức xác định [1]: ấ ượ ạ đ ể ấ ượ ì ổ ố đ ể ủ á ộ ọ ổ ố ộ ọ
- Chỉ tiêu: Chất lượng thoại trung bình phải ≥ 3
Phương pháp đo lường được áp dụng là phương pháp mô phỏng, tuân thủ theo Khuyến nghị ITU-T P.862 và chuyển đổi sang điểm MOS theo Khuyến nghị ITU-T P.862.1 Để đảm bảo tính chính xác, tối thiểu cần thực hiện 1000 cuộc gọi mẫu vào các thời điểm khác nhau trong ngày, với khoảng cách tối thiểu 30 giây giữa hai cuộc gọi liên tiếp xuất phát từ cùng một máy chủ.
Chất lượng video (dịch vụ video call)
MOS_VQO (Mean Opinion Score – Visual Quality Objective) là thang điểm đánh giá chất lượng hình ảnh, tương tự như thang điểm đánh giá chất lượng dịch vụ thoại, với giá trị từ 1 đến 5 điểm.
+ W A (t); W B (t): mẫu video gửi từ bên A (hoặc B)
+ Z A (t); Z B (t): dữ liệu video nhận được tại bên A (hoặc B) của mẫu video W A (t); W B (t) ban đầu
- Công thức xác định [12]: ấ ượ đ ể ấ ượ ì ổ ố đ ể ủ á ộ ọ ổ ố ộ ọ
- Phương pháp đo: thực hiện mô phỏng ít nhất 1000 cuộc gọi Khoảng cách giữa 2 cuộc gọi liên tiếp ít nhất là 30s
Hiện tại, chưa có tiêu chuẩn chính thức về chất lượng video cho dịch vụ điện thoại hình ảnh từ các tổ chức quốc tế Một số nhà sản xuất thiết bị đã phát triển các thuật toán riêng để đánh giá chất lượng này và đề xuất với các tổ chức tiêu chuẩn hóa ETSI đã đưa ra khuyến nghị ETSI TR liên quan đến vấn đề này.
Nhóm các chuyên gia về chất lượng video (VQEG) đã phát triển dự thảo phiên bản 1.16 của tài liệu 102 493 V1.1.1 (2005-08) nhằm hướng dẫn đo kiểm và đánh giá chất lượng video trong dịch vụ video telephony Trong đó, một thuật toán quan trọng được giới thiệu là Mô hình khách quan để đánh giá chất lượng video (VQuad - Objective Model for Video Quality Assessment).
Tốc độ tải dữ liệu trung bình
Chất lượng video (tại bên A) [MOS_VQO] =
Chất lượng video (tại bên B) [MOS_VQO] ố độ ả ữ ệ ì ổ ượ ủ á é đ ổ ờ ả ữ ệ ủ á é đ
Để thực hiện phương pháp đo tải dữ liệu, cần tiến hành ít nhất 300 phép thử với file dữ liệu có định dạng nén hoặc các định dạng như *.mp3, *.mp4, với dung lượng từ 10MB đến 50MB Khoảng cách giữa hai lần đo liên tiếp phải tối thiểu là 30 giây Gói cước sử dụng cho phép đo phải là gói có tốc độ cao nhất mà doanh nghiệp cung cấp, và thiết bị đo phải có khả năng kết nối với tốc độ cao nhất mà doanh nghiệp công bố, không bị giới hạn tốc độ.
4.1 Các tiêu chuẩn về chất lượng dịch vụ của Việt Nam và khảo sát việc đo kiểm các chỉ tiêu chất lượng 3G tại các nước:
Việt Nam hiện chưa có tiêu chuẩn nhà nước, chỉ có tiêu chuẩn ngành Một số điểm chính trên tiêu chuẩn này sẽ được trình bày dưới đây
4.1.1.1 Tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ
Vào năm 2006, Bộ Bưu chính, Viễn thông (hiện nay là Bộ Thông tin và Truyền thông) đã ban hành tiêu chuẩn TCN 68-186: 2006 về chất lượng dịch vụ điện thoại trên mạng viễn thông di động mặt đất Tiêu chuẩn này quy định các chỉ tiêu chất lượng cho dịch vụ điện thoại trên mạng viễn thông di động mặt đất (PLMN), áp dụng cho tất cả các công nghệ mạng di động, bao gồm cả dịch vụ điện thoại trên mạng 3G.
Các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ của TCN 68-186: 2006 bao gồm: a) Chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật
- Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công: là tỷ số giữa số cuộc gọi được thiết lập thành công trên tổng số cuộc gọi
- Tỷ lệ cuộc gọi bị rơi: là tỷ số giữa số cuộc gọi bị rơi trên tổng số cuộc gọi được thiết lập thành công
Chất lượng thoại là chỉ số tổng hợp phản ánh chất lượng truyền tải âm thanh trên kênh thoại, được xác định thông qua điểm số trung bình theo thang điểm MOS từ 1 đến 5, dựa trên Khuyến nghị P.800 của Liên minh Viễn thông Thế giới ITU.
- Độ chính xác ghi cước:
+ Tỷ lệ cuộc gọi bị ghi cước sai: là tỷ số giữa số cuộc gọi bị ghi cước sai trên tổng số cuộc gọi
Cuộc gọi bị ghi cước sai bao gồm:
Cuộc gọi ghi cước nhưng không có thực;
Cuộc gọi có thực nhưng không ghi cước;
