Thông tin di động đã được sử dụng khá lâu. Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và công nghệ vô tuyến đã được biết đến. Hơn 50 năm trước đây, dịch vụ di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở dạng sử dụng được, vậy khi đó nó mới chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống vận hành. Các hệ thống điện thoại đầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng thấp so với các hệ thống ngày nay. Cuối cùng các hệ thống thoại tổ ong điều song công sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu càng tăng của người sử dụng vào tương lai nếu không loại bỏ được các
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO I Lịch Sử Phát Triển Của Thông Tin Di Động: Thông tin di động sử dụng lâu Mặc dù khái niệm tổ ong, kỹ thuật trải phổ, điều chế số công nghệ vô tuyến biết đến Hơn 50 năm trước đây, dịch vụ di động đến đầu năm 1960 xuất dạng sử dụng được, sửa đổi thích ứng hệ thống vận hành Các hệ thống điện thoại tiện lợi dung lượng thấp so với hệ thống ngày Cuối hệ thống thoại tổ ong điều song công sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) xuất vào năm 1980 Cuối năm 1980 người ta nhận thấy hệ thống tổ ong tương tự đáp ứng nhu cầu tăng người sử dụng vào tương lai không loại bỏ hạn chế cổ hữu hệ thống như: Phân bổ tần số hạng chế, dung lượng thấp Thoại ồn, nhiễu xảy máy di động chuyển dịch Không đáp ứng dịch vụ khách hàng Không cho phép giảm đáng kể giá thành thiết bị, sở hạ tầng Khơng đảm bảo tính bảo mật gọi Khơng tương thích hệ thống khác nhau, đặc biệt Châu Âu Giải pháp để loại bỏ hạn chế phải sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động, cung với kỹ thuật đa truy cập Một số ưu điểm thông tin di động số Cellular: Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao Số hố tín hiệu thoại với tốc độ bít ngày thấp,cho phép nhiều kênh thoại vào dịng bít tốc độ chuẩn Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, tỷ lệ lớn cho tin tức người sử dụng Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh, mã hoá nguồn truyền dẫn số SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hệ thống chiếm nhiều kênh chung CCI (Cochannel Interference) kênh kề (Adjacert Channel Interfernce) hiệu Điều làm tăng dung lượng hệ thống Nhận thực, truyền số liệu kết nối ISDN Điều khiển truy cập chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, diện tích cell nhỏ hơn, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu dễ dàng xử lý phương pháp số Đặc điểm mơ hình điện thoại di động tế bào cell việc sử dụng lại tần số, diện tích cell nhỏ thực tế, tăng trưởng cell chiếm mức chất lượng giảm sút mức, người ta thực việc chia tách cell thành cell nhỏ hơn, người ta sử dụng công suất nhỏ mẩu sử dụng tỷ lệ xích nhỏ Các hệ thống cung cấp thêm nhiều loại hình dịch vụ như: Thơng tin thoại, âm hình ảnh, hội nghị truyền hình, giáo dục từ xa, … thơng suốt phạm vi tồn cầu II Tổng Quan Về Hệ Thống Thông Tin Di Động Tế Bào: Tổng Quan: Toàn vùng phục vụ hệ thống điện thoại di động tổ ong chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi ô, ô có trạm gốc phụ trách điều khiển tổng đài cho thuê bao trì gọi cách liên tục di chuyển ô Trong hệ thống thông tin di động tổ ong tần số mà máy di động sử dụng không cố định, kênh mà kênh tín hiệu đàm thoại xác định nhờ kênh báo hiệu, máy di động đồng vấn đề tần số cách tự động Vì kề nên sử dụng tần số khác nhau, cịn xa khoảng định tái sử dụng lại tần số Để cho phép máy di động di trì gọi liên tục di chuyển tổng đài phải điều khiển kênh báo hiệu, kênh lưu lượng theo di chuyển máy di động để chuyển đổi tần số máy thích hợp cách tự động SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Hiệu sử dụng tần số hệ thống thơng tin di động tăng lên kênh RF BS kề định vị có hiệu nhờ việc tái sử dụng lại tần số, dụng lượng thuê bao phục vụ tăng lên Mơ Hình Hệ Thống Thông Tin Di Động Tế Bào: Hệ thống thông tin di động tế bào gồm bốn phần chính: Phân hệ chuyển mạch BSS (Base Station Subsystem), trạm di động MS (Mobile Station), hệ hỗ trợ khai thác OSS (Operation And Support Support Subsystem) Phân hệ chuyển mạch SS: Phân hệ chuyển mạch bao gồm trung tâm chuyển mạch MSC (Mobile Switching Center), trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center), ghi nhận thiết bị ERI (Equiqment Identification Register) Phân hệ trạm gốc BSS: Phân hệ trạm gốc bao gồm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller), điều khiển nhóm trạm gốc vô tuyến gốc BTS (Base Tranceiver Station) Mỗi trạm gốc BTS quản lý cell BTS có chức chủ yếu chuyển giao điều khiển công suất Trạm thuê bao MS: MS cung cấp giao diện với người sử dụng (Micro, hình, bàn phím…), giao diện với thiết bị đầu cuối khác MS gồm hai phần chủ yếu: Module nhận dạng thuê bao SIM (Subcriber Identify Module), phần chứa thiết bị thu, phát gọi ME (Mobile Equitment) SIM phần chứa Hardware Software lien quan đến giao tiếp Phân hệ hổ trợ khai thác OSS: Phân hệ hỗ trợ khai thác OSS xây dựng nguyên lý TMN (TeleCommunication Management Networt - mạng quản lý viễn thơng) OSS có ba chức chính: chức khai thác bảo dưỡng, chức quản lý thuê bao, chức quản lý MS, BS, MSC liên kết với thông qua đường kết nối thoại số liệu Mỗi MS sử dụng cặp kênh thu, phát RF, kênh lưu lượng khơng cố định kênh RF mà thay đổi tần số RF khác phụ thuộc SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí vào di chuyển máy di động suốt trình thực gọi, nên gọi thiết lập qua kênh thiết lập qua vùng Bộ điều khiển MSC phận hệ thống thơng tin di động tế bào Nó quản lý điều khiển tồn hệ thống SS AUC ISDN VLR HLR EIR PSTN MSC PLMN CSPD BSS BSC BTS MS Hình 1.1: Mơ hình hệ thống thông tin tế bào SVTH: Trương Văn Thông OMS Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG II: CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG I Hệ Thống Thơng Tin Di Động Thế Hệ Thứ Nhất: Tổng Quan: Hệ thống xuất vào đầu năm 80, dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự, có hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ thoại tiên tiến Bao gồm hệ thống thông tin di động tổ ong tương tự: AMPS: hệ thống thoại tiên tiến, đời năm 1983, Mỹ sản xuất NAMPS: Narrow AMPS băng thông hẹp, hãng motorola đề xướng thực TACS: (Total Access Communication System): hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ, kỹ tượng tự Anh Chỉ tiêu ban đầu mở rộng thành Extended TACS Hệ thống thơng tin truy nhập tồn mở rộng Hệ thống dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), tức kênh gán cho băng tần nhóm cell Thực hiên loại hình dịch vụ: Sử dụng công nghệ điều chế FM để truyền dẫn thoại báo hiệu số cho thông tin điều khiển Mạng có phạm vi cung cấp dịch vụ nước Băng tần hoạt đông khoảng từ: 450 đến 900MHz Tất hệ thống cellular thuộc hệ sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA), kênh phân cho tần số nhóm cell SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Các Tham Số Hệ Thống: Tham số hệ thống AMPS TACS Tham Số Hệ Thống AMP TAC S S Tần số trạm gốc BTS (MHz) 869 ÷ 894 917 ÷ 95 Tần số máy phát di động MS (MHz) 824 ÷ 849 872 ÷ 905 Khoảng cách máy thu máy phát 45 45 Khoảng cách tần số kênh (MHz) 30 30 Tổng số kênh 832 1320 Tốc độ phát data (KPBS) 10 Bán kính trung bình (Km) ÷ 20 ÷ 20 Điều chế tín hiệu âm tần FM FM Độ lệch tần số (KHz) ±12 ±9,5 Điều chế tín hiệu điều khiển FSK FSK (MHz) II Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Hai: Tổng Quan: Sự phát triển nhanh số lượng thuê bao, nhiều nhu cầu dịch vụ mà hệ thứ khơng đáp ứng thúc đẩy tiến trình phát triển hệ di động thứ hai (2G) Thế hệ thứ hai đời nhằm cải tiến chất lượng thoại, khả phủ sóng đồng thời tăng dung lượng hệ thống Hệ thống chủ yếu sử dụng kỹ thuật nén mã hoá phối hợp với kỹ thuật số Các tiêu chuẩn hệ thống 2G định nghĩa thiết kế để hỗ trợ thoại truyền liệu tốc độ thấp, chương trình duyệt internet (wap) Các kỹ thuật truy nhập như: TDMA, CDMA sử dụng FDMA hệ thống SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Các Hệ Thống Thông Thông Tin Chủ Yếu Ở Thế Hệ 2G: GSM: (Global System for Mobile Communication): Đây hệ thống thơng tin di động tồn cầu, đời Châu Âu Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Hệ thống GSM phát triển năm 1982 nước Bắc Âu gởi kiến nghị đến CEPT để qui định số dịch vụ viễn thông chung Châu Âu băng tần 900Mhz CDMA IS – 95: (Code Division Mutilple Access): Công nghệ sử dụng trải phổ trước áp dụng quân đội Đa truy nhập phân chia theo mã IS-95 Lý thuyết trải phổ trở thành động lực cho phát triển nhiều ngành vô tuyến công nghiệp như: Thông tin cá nhân, thông tin đa thâm nhập làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ hàng đầu việc giảm tắc nghẽn gây bùng nổ máy điên thoại di động cố định đầu cuối số liệu vô tuyến TDMA IS – 136: đa truy nhập phân chia theo thời gian Các Hệ thống thông tin di động hầu hết điều dùng kỹ thuật nén, mã hoá phối hợp với kỹ thuật số Các phương pháp đa truy nhập như: TDMA, FDMA, CDMA Cung cấp loại hình dịch vụ như: Nhận thức, số liệu, mật mã hoá, đặc biệt kết nối với mạng ISDN, đồng thời cung cấp loại hình dịch vụ giải trí đa phương tiện Mạng có khả sử dụng ngồi nước Tần số hoạt động khoảng từ: 824 ÷ 960Mhz III Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Ba (3G): Tổng Quan: Dựa yêu cầu dịch vụ thông tin di động, dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi nhà khai thác phải đưa hệ thống thông tin di động Trong bối cảnh ITU đưa đề án tiêu chuẩn hố hệ thống thơng tin di động hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm phục vụ mục tiêu sau: Tốc độ truy cập cao để đảm bảo dịch vụ băng thông rộng truy cập internet nhanh, dịch vụ đa phương tiện SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ đánh số cá nhân toan cầu, điện thoại vệ tinh Các chức mở rộng đáng kể khả phủ sóng hệ thống thơng tin di động Tương thích với hệ thống thơng tin di động có, để đảm bảo tính bảo mật với phát triển liên tục thông tin di động Các Hệ Thống Cơ Bản: CDMA – 2000: (Code Division Multiple Access – 2000): Đây hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã – 2000 WCDMA: Đây hệ thống CDMA băng thông rộng Công nghệ IMT- 2000: (International Mobile Telecommunication 2000): Đây hệ thống viễn thông di động quốc tế -2000 Hệ thống chủ yếu sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Cung cấp băng thơng rộng Phục vụ loại hình dịch vụ: Cung cấp băng tần rộng để truy cập internet tốc độ cao, truyền hình ảnh chất lương tốt Phạm vi sử dụng mạng là: Mạng sử dụng tốt nước toàn giới Sử dụng tần số quy định quốc tế 2Ghz SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí CHƯƠNG III: CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Việc phân chia kênh liên lạc cho MS gọi kỹ thuật đa thâm nhập Có ba kỹ thuật đa truy nhập sử dụng như: FDMA, TDMA, CDMA I FDMA (Frequency Division Multiple Access): Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số: Kỹ thuật sử dụng phân chia tín hiệu miền tần số Mỗi trạm mặt đất phát sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang trạm khác, sóng mang chúng khơng chồng lấn lên nhờ băng thơng phịng vệ thích hợp Phương pháp cho phép tất trạm mặt đất truyền dẫn liên tục không cần điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị sử dụng đơn giản Tuy nhiên kênh truyền dẫn phân chia theo thước đo vật lý nên phương pháp thiếu linh động việc thay đổi cách phân phối kênh, có tượng nhiễu xuyên điều chế Đặc điểm hệ thống FDMA là: Mỗi MS cấp phát kênh suốt thời gian thông tuyến Mỗi kênh FDMA mang mạch thoại thời điểm Dung lượng kênh bị lãng phí thời gian rỗi Chi phí cho hệ thống lớn FDMA địi hỏi có mạch lộc xác để loại bỏ can nhiễu kênh lân cận Tái sử dụng lại tần số SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí T f -3/T -2/T -1/T F0 1/T 2/T 3/T Hình 3.29: Phổ tín hiệu BPSK - Sơ đồ khối giải điều chế số BPSK: Input BPSK LPF BPF CR Output Binary Sin c t Hình 3.30: Sơ đồ khối giải điều chế BPSK Tín hiệu BPSK ngõ vào có dạng ±Sin ct đưa qua lọc thông băng BPF tách thành hai đường Một đường đưa đến khôi phục sóng mang CR để khơi phục lại sóng mang, sau sóng mang đưa tới giải điều chế cân để phục vụ cho việc giải điều chế Một đường đưa tới điều chế cân để nhân với tín hiệu sóng mang khơi phục Sin ct Giả sử tín hiệu BPSK đầu vào Sin ct (ứng với mức logic 1) lúc tín hiệu ngõ điều chế cân là: (Sin ct)*( Sin ct) = Sin2 ct = ½ +1/2 * Cos2 ct Tín hiệu đưa qua lọc thông thấp thành phần tần số cao c bị lọc, đầu loc thơng thấp cịn thành phần chiều ½ V DC tương ứng với mức logic Tương tự tín hiệu BPSK ngõ vào - Sin ct (ứng với mức logic 0) tín hiệu ngõ lọc LPF là: -1/2 V DC tương ứng với mức logic SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MƠ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP TRẢI PHỔ HỆ THỐNG THU PHÁT DS-SS SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí I Mơ Hình Hệ Thống Máy Thu Phát Trải Phổ: Dưới mơ hình hệ thống trải phổ trực tiếp đơn giản, chuỗi liệu ban đầu đem đến khâu điều chế Sau tín hiệu đem trải phổ cách cho nhân với chuỗi PN Tần số PN cao nhiều lần tín hiệu liệu Sau tín hiệu phát Binary data mk Modulator BPSK Sss(t) Sd(t) P(t) PN Sóng mang fc Hình 4.1: sơ đồ phát DS-SS Ở phần thu ta thực trình ngược lại Trước hết thực nén phổ sau đem tín hiệu nén phổ giải điều chế BPSK, cuối khơi phục lại tín hiệu gốc Sss(t) Bandpass filter Demodulator BPSK mk Data p(t) PN Sóng mang fc Hình 4.2: Sơ đồ khối thu DS-SS SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Cần ý mơi trường ln thay đổi Nên có nhiễu thu tín hiệu trải phổ ta cần tìm cách triệt nhiễu để khơi phục lại tín hiệu ban đầu Đây lược đồ phổ tiến trình trên: 1/2PT f0 Hình 4.3: Phổ data diều chế với tần số sóng mang f0 1/2PTc f0 Hình 4.4: Phổ data trải phổ Nhiễu CW Tín hiệu phát Hình 4.5: Tín hiệu nhận có nhiễu SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Tín hiệu sau nén phổ Nhiễu sau giãn phổ Hình 4.6: Phổ Tín hiệu trước lọc nhiễu Hình 4.7: Tín hiệu sau nén phổ qua lọc Tín hiệu Nhiễu Hình 4.8: Phổ Tín hiệu nhiễu cuối thu SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí II Kết Quả Mơ Phỏng: Giao diện chính: SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Sơ đồ thu phát hệ thống trải phổ: SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dạng sóng phổ liệu: SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dạng sóng phổ liệu sau điều chế BPSK: Do tần số sóng mang fc lớn nên chu kỳ sóng mang nhỏ so với chu kỳ bít chuỗi liệu Do khơng thấy đảo pha tín hiệu điều chế BPSK SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dạng sóng phổ chuỗi giả PN: SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dạng sóng tín hiệu trải phổ: SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dạng sóng phổ tín hiệu nén phổ: SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Dạng sóng phổ tín hiệu sau giải điều chế: SVTH: Trương Văn Thơng Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu hệ thống thông tin đa truy nhập CDMA tương đối đầy đủ nguyên lý hệ thống thông tin di động CDMA, kết mô kỹ thuật trải phổ trực tiếp Matlab cho thấy kết quả, minh họa xác bên phát lẫn bên thu Tuy nhiên số giới hạn thời gian, lẫn kiến thức phần mềm Matlab nên em chưa thể trình bày đầy đủ vấn đề như: Chưa trình bày trình xử lý gọi hệ thống CDMA Chưa mô phương pháp trải phổ nhảy tần, dịch thời gian để minh họa rõ cho phần lý thuyết trình bày Chưa thiết kết lọc BPF để thu liệu nguồn có nhiễu kênh truyền Chưa kịp thay đổi chuỗi giả ngẫu nhiên PN chuỗi m khác Hướng phát triển đề tài cải tiến , tìm hiểu cơng nghệ mới: Hệ thống thông tin di động nhà(indoor): WLAN(Wireless LAN), WPAN(Wireless Pesonal Local Area), WCDMA… Hệ thống thơng tin di động ngồi trời(outdoor): 3GPP, 3GP2, IMT_2000, IMT-2000, 4G…… Xu hướng phát triển hệ thống thông tin di động tập hợp hệ thống lại với nhau, tạo hệ thống thông tin di đơng chung tồn cầu người sử dụng nhiều loại hình dịch vụ khác nơi Do đề tài rộng nên Luận Văn thực hết tất vấn đề Kính mong q thầy thơng cảm Em xin chân thành cảm ơn SVTH: Trương Văn Thông Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TÀI LIỆU THAM KHẢO HỆ THỐNG CDMA One CDMA2000-1x, NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN INTRODUCTION TO SPREAD SPECTRUM COMMUNICATIONS, Roger L Peterson – RogerE Ziemer – David E Borth LẬP TRÌNH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG , Th.s NGUYỄN HỊANG HẢI – Th.s NGUYỄN VIỆT ANH HỆ THỐNG VIỄN THÔNG , VŨ ĐÌNH THÀNH LUẬN VĂN KHĨA TRƯỚC SVTH: Trương Văn Thông