Giáo án môn thông tin di động Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Giáo trìnhmôn thông tin di động 2019 1 MỤC LỤC Chương 1 Cơ sở thiết kế hệ thống thông tin di động tế bào[.]
Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT MỤC LỤC Chương 1: Cơ sở thiết kế hệ thống thông tin di động tế bào 1.1 Tổng quan thông tin di động 1.1.1 Đặc thù thông tin di động 1.1.2 Một số hệ thống thông tin di động giới 1.1.3 Khải quát số hệ thống thông tin di động giới 1.2 Tế bào việc phân bổ tần số 10 1.2.1 Lựa chọn tế bào 10 1.2.2 1.2.3 Phân chia kênh truyền 11 Kích thước nhóm N 11 1.3 Nhiễu kênh dung lượng hệ thống 13 1.4 Nhiễu kênh lân cận kế hoạch phân chia kênh truyền 16 1.5 Tái sử dụng tần số 18 1.6 Chiến lược phân kênh chuyển giao 21 1.7 Trung kế cấp độ dịch vụ 23 1.7.1 Kênh chung 23 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5 Cấp độ dịch vụ 24 Tổng đài không nhớ gọi bị chặn – Công thức Erlang B 24 Tổng đài nhớ gọi bị chặn – Công thức Erlang C 30 Hiệu suất trung kế 33 1.8 Nâng cao dung lượng hệ thống tế bào 33 1.8.1 1.8.2 1.8.3 Chia nhỏ tế bào 33 Sử dụng Anten định hướng 34 Phân vùng tế bào 35 1.9 Cơ sở kỹ thuật cân 36 1.10 Kỹ thuật phân tập 40 1.10.1 Cơ sở kỹ thuật phân tập (tổ hợp tỷ số cực đại) 40 1.10.2 Các dạng phân tập 41 1.10.3 Phân tập phát 41 1.10.4 Phân tập thu 43 1.10.5 Bộ thu RAKE 43 1.10.6 Ghép xen (interleaving) 44 Chương 2: Hệ thống thông tin di động - GSM 46 2.1 Đặc điểm chung hệ thống GSM 46 Giáo trìnhmơn thơng tin di động - 2019 Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT 2.2 Kiến trúc hệ thống GSM 46 2.2.1 Hệ thống chuyển mạch – SS (NSS – Hệ thống chuyển mạch mạng) 48 2.2.2 Hệ thống trạm gốc – BSS 49 2.2.3 Hệ thống vận hành bảo dưỡng OSS 51 2.2.4 Trạm di động - MS 52 2.3 Cấu trúc địa lý mạng GSM 53 2.3.1 Vùng mạng 54 2.3.2 Vùng phục vụ MSC 54 2.3.3 Vùng định vị LA 54 2.3.4 Tế bào (Cell) 55 2.4 Kiến trúc vô tuyến GSM 55 2.5 Các loại kênh GSM 58 2.5.1 2.5.2 Kênh lưu lượng 58 Các kênh điều khiển 59 2.6 Báo hiệu mạng GSM 60 2.7 Cuộc gọi GSM 65 2.7.1 Cuộc gọi từ MS 65 2.7.2 Cuộc gọi từ mạng cố định đến MS 66 2.8 Chuyển giao 67 2.8.1 Chuyển giao hai BTS thuộc BSC 68 2.8.2 Chuyển giao BTS thuộc BSC khác MSC 69 2.8.3 Chuyển giao BTS thuộc tổng đài MSC khác 70 2.8 Cấu trúc khung 70 2.9 Xử lý tín hiệu GSM 73 2.10 Cấu trúc mạng GPRS dựa mạng GSM 76 2.10.1 Gateway GSN (GGSN) – Nút hỗ trợ GPRS cổng 78 2.10.2 Serving GSN (SGSN) – Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ 79 2.10.3 Đơn vị điều khiển liệu gói PCU ( Packet Control Unit ) 81 2.10.4 HLR, VLR, AUC EIR 81 2.10.5 BSS (Base Station System) 82 2.10.6 Thiết bị di động MS 82 2.11 Các loại kênh mạng GRPS 84 2.11.1 Các kênh logic gói 84 2.11.2 Kênh lưu lượng logic gói 86 Giáo trìnhmơn thơng tin di động - 2019 ThS Phạm Văn Ngọc Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT 2.11.3 Kênh lưu lượng liệu gói 86 2.12 Quản lý di động GPRS 87 2.12.1 Các trạng thái máy di động 87 2.12.2 Quản lý vị trí máy di động 88 2.13 Hệ thống đánh số mạng 88 Chương 3: Mã trực giao kỹ thuật trải phổ 91 3.1 Dãy giả ngẫu nhiên (PN) 91 3.1.1 3.1.2 Tạo dãy m (PN) 91 Tính chất chuỗi MLSR 94 3.1.3 3.1.4 Hàm tương quan tín hiệu mã giả ngẫu nhiên 95 Dãy Gold 96 3.2 Mã trực giao 97 3.3 Tổng quan kỹ thuật trải phổ 98 3.4 Trải phổ dãy (chuỗi) trực tiếp (DS – SS) 100 3.5 Hoạt động trải phổ dãy trực tiếp 104 3.6 Trải phổ nhảy tần (FH – SS) 106 3.7 Hoạt động trải phổ nhảy tần 108 3.8 Trải phổ theo nhảy thời gian TH (Time Hopping) 110 3.9 Hệ thống trải phổ đa sóng mang - MC DS – CDMA 110 3.9.1 Mơ hình hệ thống MC DS – CDMA 111 3.9.2 Máy phát 112 Kênh truyền 114 3.9.3 Máy thu 115 Chương 4: Hệ thống thông tin di dộng 3G – UMTS 118 4.1 Giới thiệu chung 118 4.1.1.Khái niệm UMTS 118 4.1.2 Khả cải tiến UMTS 118 4.1.3.Các phiên UMTS-WCDMA 119 4.1.4 Băng tần số cấp phát cho WCDMA-UMTS 119 4.2 Kiến trúc hệ thống 3G – UMTS 121 4.2.1 Thiết bị người sử dụng 121 4.2.2 Mạng truy cập vô tuyến UMTS 122 4.2.3 Mạng lõi 124 4.2.4 Hệ thống hỗ trợ, vận hành vô tuyến lừi (OSS-RC) 126 4.3 Các kênh WCDMA 126 Giáo trìnhmơn thơng tin di động - 2019 ThS Phạm Văn Ngọc Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT 4.3.1 Các kênh logic, LoCH 126 4.3.2 Các kênh truyền tải, TrCH 127 4.3.3 Các kênh vật lý 129 4.3.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH 134 4.3.5 Thí dụ báo hiệu thiết lập gọi sử dụng kênh logic truyền tải 134 4.4 Giao diện mạng UMTS 135 4.5 Điều khiển công suất 136 4.5.1 Thí dụ điều khiển cơng suất vịng hở cho PRACH 137 4.5.2 Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên 137 4.5.3 Điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống 139 4.6 Điều khiển chuyển giao 139 4.6.1 Chuyển giao cứng 141 4.6.2 Chuyển giao mềm/ mềm 141 4.6.3 Chuyển giao HSDPA 143 4.7.1 Mơ tả Cuộc gọi hồn chỉnh cho dịch vụ CS (voice + Video) 146 4.7.2 Mô tả Cuộc gọi Data R99 hoàn chỉnh 151 Chương 5: Hệ thống thông tin di động 4G – LTE 155 5.1 Kiến trúc mạng 4G 155 5.1.1 Giới thiệu LTE 155 5.1.2 Cấu trúc LTE 159 5.2 Kiến trúc giao thức 163 5.3 Chất lượng dịch vụ 169 5.3.1 Khái niệm QoS 169 5.3.2 Kiến trúc QoS 173 5.3.3 Thách thức chất lượng dịch vụ mạng di động 4G 175 5.3.4 Bảo mật dịch vụ 176 5.4 Các giao diện E – UTRAN 178 5.5 Các kênh mạng 4G 180 Giáo trìnhmơn thơng tin di động - 2019 ThS Phạm Văn Ngọc Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Chương 1: Cơ sở thiết kế hệ thống thông tin di động tế bào 1.1 Tổng quan thông tin di động 1.1.1 Đặc thù thông tin di động Nói đến thơng tin di động nói đến việc liên lạc thơng qua sóng điện từ năm 1897 Gugliemo Marconi thực liên lạc từ đất liền với tàu biển sóng điện từ Đến năm 1980 thơng tin di động thực phát triển giới Để hiểu ta làm phép tính: Mỗi liên lạc hai người cần đường truyền độc lập, giả sử kênh có dải thơng 3kHz (trên thực tế lớn hơn) dải tần vơ tuyến từ – 3GHz cho phép truyền 3.109/3.103 = 106 liên lạc lúc Để phục vụ hàng chục triệu người sử dụng máy di động lúc, chưa kể dải tần dành cho nhiều cơng việc khác phát thanh, truyền hình, thông tin hàng không … Phương pháp để giải vấn đề tăng số lượng người sử dùng dải tần vô tuyến hạn chế là: Một liên lạc di động sử dụng dải tần liên lạc di động khác với điều kiện hai liên lạc phải khoảng cách đủ xa để sóng vơ tuyến truyền đến nhỏ sóng truyền hai người dùng Do để thích hợp cho việc quản lý người ta chia vùng phục vụ thành phần nhỏ gọi tế bào (Cellular) Khi hai liên lạc hai tế bào đủ xa sử dụng dải tần số sóng vơ tuyến thông qua việc quản lý trạm trung tâm Về lý thuyết kích thước tế bào nhỏ phục vụ vơ số gọi lúc cần dải tần hạn chế Phương pháp gọi phương pháp sử dụng lại tần số Tóm lại, đặc thù thơng tin di động là: Phục vụ đa truy cập – gắn liền với thiết kế mạng tế bào, hệ kéo theo liên quan đến vấn đề là: Chuyển giao, chống nhiễu, quản lý di động, quản lý tài nguyên vô tuyến, bảo mật,… Những điều khác nhiều với mạng vô tuyến cố định đỏi hỏi phát triển công nghệ 1.1.2 Một số hệ thống thông tin di động giới Hệ thống thông tin di động giới phân thành loại sau là: Hệ nhắn tin - điện thoại kéo dài - điện thoại tế bào đó: Hệ nhắn tin: loại hình thơng tin di động bán song công người dùng nhận tin nhắn chiều với thiết bị thu đơn giản radio mã số riêng Giáo trìnhmơn thơng tin di động - 2019 ThS Phạm Văn Ngọc Bộ môn Điện tử viễn thông Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT Điện thoại kéo dài: thiết bị cầm tay kết nối vô tuyến với máy chủ đặt nhà, máy chủ kết nối với mạng điện thoại công cộng (PSTN) Tầm vô tuyến kéo dài hẹp (