Huyen giao mem trong he thong cdma dung tieu 183828

Lời mở đầu Hiện sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng vai trò quan trọng thiếu đợc, định nhiều mặt hoạt động xà hội, giúp ngời nắm bắt nhanh chóng giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật đa dạng phong phú Bằng bớc phát triển thần kỳ, thành tựu công nghệ Điện Tử - Tin Học - Viễn Thông làm thay ®ỉi cc sèng ngêi tõng giê tõng , tạo trào lu "Điện Tử - Tin Häc - ViƠn Th«ng " mäi lÜnh vùc năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 Lĩnh vực Thông Tin Di Động không nằm trào lu Cùng với nhiều công nghệ khác Thông Tin Di Động không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin ngày tăng số lợng chất lợng, tạo nhiều thuận lợi miền thời gian nh không gian Chắc chắn tơng lai Thông Tin Di Động đợc hoàn thiện nhiều để thoả mÃn nhu cầu thông tin tự nhiên ngời Nhng tình hình Vệt Nam, mạng di động GSM với công nghệ TDMA trở nên tải bộc lộ nhiều nhợc điểm đòi hỏi phải đợc thay tơng lai gần Chính việc nghiên cứu công nghệ CDMA nói chung việc ứng dụng thông tin di động nói riêng yêu cầu cấp bách nhằm có hiểu biết sâu sắc kỹ thuật, kinh tế xu hớng triển khai CDMA giới Từ có biện pháp triển khai thông tin di động CDMA có hiệu điều kiện nớc ta cho giai đoạn cụ thể Một u điểm bật công nghệ CDMA khả chuyển giao mềm điều khiển công suất Nhờ hệ thống CDMA có đợc chất lợng nh độ tin cậy cao, có khả chống nhiễu fading tốt Trên sở kiến thức đà tích luỹ đợc qua năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tháng thực tập Đài GSM - Trung tâm Dịch vụ viễn thông KV I, em đà hoàn thành đồ án tốt nghiệp với bố cơc nh sau: Ch¬ng I : Giíi thiƯu tỉng quan hệ thống thông tin di động tế bào Chơng II : Tổng quan công nghệ CDMA Chơng III: Chun giao mỊm hƯ thèng CDMA dïng tiªu chn IS 95 (cdmaONE) Chơng IV: Điều khiển công suất hệ thống CDMA Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, bị hạn chế mặt thời gian, am hiểu cha sâu, cha đợc tiếp xúc với thực tế Vì chắn luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Em mong đợc góp ý kiến thầy cô, ban để đồ án đợc hoàn thiện Hà Nội ngày tháng năm 2004 Sinh viên: Phạm anh tuấn ch-ơng I Giíi thiƯu tỉng quan vỊ hƯ thèng th«ng tin di động tế bào I.1 Tổng quát chung Thuật ngữ "thông tin di động" đà có từ lâu đợc hiểu nh cung cấp cách lu động trình thông tin Thông tin di động thực đợc nhiều dịch vụ di động nh: truyền thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin Trớc mạng lới thông tin di động chủ yếu đợc sử dụng lĩnh vực quân ngày đà đợc thơng mại hoá đợc đa vào sử dụng rộng rÃi Mạng vô tuyến tế bào (cellular) ứng dụng lĩnh vực viễn thông có nhu cầu lớn phát triển nhanh Ngày chiếm thị phần lớn không ngừng tăng toàn thuê bao giới Trong tơng lai lâu dài, hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng kỹ thuật số đầy triển vọng trở thành phơng thức thông tin vạn Thông tin di động từ lúc sơ khai với phơng pháp thông tin điểm-điểm đến điện thoại không dây với loại hình thông tin có đặc tính chung phục vụ cho nhu cầu kéo dài mạng cố định qua hệ thống vô tuyến Bớc phát triển hệ thống thông tin di động tạo từ mạng nhỏ có số thuê bao hạn chế ngày đợc mở rộng phạm vi hoạt động Từ năm 80 hệ thống thông tin di động tế bào đợc nghiên cứu ứng dụng khai thác, với hệ thống vùng phục vụ thông tin đợc chia thành ô (cell) nhỏ, cell có trạm thu phát (TRX) đảm nhiệm Toàn hệ thống có hay nhiều chuyển mạch điều hành chúng đợc kết nối với thành mạng thống cho phép gọi đợc chuyển vùng từ cell đến vùng cell khác, từ nớc đến nớc khác I.2 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động Thông tin di động đợc ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ năm 20 băng tần 2MHz Sau chiến thứ xuất thông tin di động điện thoại dân dụng (1939-1945) với kỹ thuật FM băng sóng 150MHz Năm 1948, hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đời Richmond Indian Từ năm 60, kênh thông tin di động có dải tần số 30Khz với kỹ thuật FM băng tần 450MHz đa hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gÊp lÇn so víi ci thÕ chiÕn thø Quan niệm cellular cuối năm 40 với Bell thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn Anten đặt cao, cell có diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ, cell cách đủ xa sử dụng lại tần số Tháng 12/1971 đa hệ thống cellular kỹ thuật tơng tự, sử dụng phơng pháp điều tần FM, dải tần 850MHz Tơng ứng sản phẩm thơng nghiệp AMPS với tiêu chuẩn AT & T MOTOROLAR Mỹ đề xuất sử dụng đợc đời vào năm 1983 Đầu năm 90 hệ thông tin di động tế bào đà bao gồm hàng loạt hệ thống nớc khác nh: TACS, NMTS, NAMTS, C, Tuy nhiên hệ thống không thoả mÃn đợc nhu cầu ngày tăng nhu cầu sử dụng trớc hết dung lợng Mặt khác tiêu chuẩn hệ thống không tơng thích làm cho chuyển giao không đủ rộng nh mong muốn (việc liên lạc biên giới không thể) Những vấn đề đặt cho hệ thông tin di động tế bào phải lựu chọn giải pháp kỹ thuật: kỹ thuật tơng tự hay kỹ thuật số Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số lựa chọn kỹ thuật số Trớc hết kỹ thuật số bảo đảm chất lợng cao môi trờng nhiễu mạnh khả tiềm tàng dung lợng lớn Sử dụng kỹ thuật sè cã u ®iĨm sau: Sư dơng kü tht ®iỊu chÕ sè tiªn tiÕn nªn hiƯu st sư dơng phỉ tần cao Mà hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày thấp cho phép ghép nhiều kênh thoại dòng bít tốc độ chuẩn Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu dành tỉ lệ tin tức lớn cho ngời sử dụng áp dụng kỹ thuật mà hoá kênh mà hoá nguồn kỹ thuật truyền dÉn sè HƯ thèng sè chèng nhiƠu kªnh chung CCI (Cochannel Interference) chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent-Channel Interference) hiệu Điều cuối làm tăng dung lợng hệ thống Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng tần số hiệu Có nhiều dịch vụ nhận thực, số liệu, mật mà hoá kết nối với ISDN Điều khiển truy nhập chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lợng tăng, báo hiệu liên tục dễ dàng xử lý phơng pháp số Hệ thống thông tin di động tế bào hệ thứ hai có ba tiêu chuẩn chính: GMS, IS - 54 (bao gồm tiêu chuẩn AMPS), JDC Tuy nhiên hệ thông thông tin di động hệ thứ hai tồn số nhợc điểm nh sau: Độ rộng dải thông băng tần hệ thống bị hạn chế nên việc ứng dụng dịch vụ liệu bị hạn chế, đáp ứng đợc yêu cầu phát triển cho dịch vụ thông tin di động đa phơng tiện cho tơng lai, đồng thời tiêu chuẩn cho hệ thống hệ thứ hai không thống Mỹ Nhật sử dụng TDMA băng hẹp Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhng hệ thống đợc coi nh tổ hợp FDMA TDMA ngời sử dụng thực tế dùng kênh đợc ấn định tần số khe thời gian băng tần Do việc thực chuyển mạng toàn cầu gặp phải nhiều khó khăn Bắt đầu từ năm cuối thập niên 90 hệ thống thông tin di ®éng thÕ hƯ thø ba ®êi b»ng kỹ thuật đa truy nhập CDMA TDMA cải tiến Lý thuyết CDMA đà đợc xây dựng từ năm 1950 đợc áp dụng thông tin quân từ năm 1960 Cùng với phát triển công nghệ bán dẫn lý thuyết thông tin năm 1980, CDMA đà đợc thơng mại hoá từ phơng pháp thu GPRS Ommi-TRACKS, phơng pháp đà đợc đề xuất hệ thống tổ ong QUALCOM - Mỹ vào năm 1990 Trong thông tin CDMA nhiều ngời sử dụng chung thời gian tần số, mà PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với tơng quan chéo thấp đợc ấn định cho ngêi sư dơng Ngêi sư dơng trun tÝn hiƯu nhê tr¶i phỉ tÝn hiƯu trun cã sư dơng m· PN đà ấn định Đầu thu tạo dÃy giả ngẫu nhiên nh đầu phát khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngợc tín hiệu đồng thu đợc So với hai hệ thống thông tin di động thứ thứ hai hệ thống thông tin di động hệ thứ ba hệ thống đa dịch vụ đa phơng tiện đợc phủ khắp toàn cầu Một đặc điểm chuyển mạng, hoạt động lúc, nơi thực đợc Điều có nghĩa thuê bao di động đợc gán mà số nhận dạng thông tin cá nhân, máy nơi nào, quốc gia giới định vị đợc vị trí xác thuê bao Ngoài hệ thống thông tin di động hệ thứ ba hệ thống đa dịch vụ, thuê bao thực dịch vụ thông tin liệu cao thông tin đa phơng tiện băng rộng nh: hộp th thoại, truyền Fax, truyền liệu, chuyển vùng quốc tế, Wap để truy cập vào mạng Internet, đọc báo chí, tra cứu thông tin, hình ảnh Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thống thông tin di động hệ thứ ba cung cấp dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp dịch vụ điện thoại thấy hình I.3 Câú hình hệ thống thông tin di động Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm có ba phần máy di động MS (Mobile Station), trạm gốc BS (Base Station), Tổng đài di ®éng (MSC) HƯ thèng ®iƯn tho¹i di ®éng tỉ ong bao gồm máy điện thoại di động ô tô (hay xách tay), BS MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động) Máy điện thoại di động (MS) bao gồm thu/phát RF, anten ®iỊu khiĨn, BS bao gåm c¸c bé thu/ph¸t RF ®Ĩ kết nối máy di động với MSC, anten, điều khiển, đầu cuối số liệu nguồn MSC sử lý gọi đến từ BS cung cấp chức điều khiển trung tâm cho hoạt động tất BS cách hiệu để truy nhập vào tổng đài mạng điện thoại công cộng Chúng bao gồm phận điều khiển, phận kết nối gọi, thiết bị ngoại vi cung cấp chức thu thập số liệu cớc cuội gọi đà hoàn thành Các máy di động, BS MSC đợc liên kết với thông qua đờng kết nối thoại số liệu Mỗi máy di động sử dụng cặp kênh thu/phát RF Vì kênh lu lợng không cố định kênh RF mà thay đổi thành tần số RF khác phụ thuộc vào di chuyển máy di động suốt trình gọi nên gọi đợc thiết lập qua kênh đà đợc xác định vùng Cũng từ quan điểm hệ thống điện thoại di động mà thấy tất kênh đà đợc xác định bận đà đợc kết nối cách đồng thời với máy di động Bộ phận điều khiển MSC, trái tim hệ thống tổ ong, điều khiển, đặt quản lý toàn hệ thống Tổng đài tổ ong kết nối đờng đàm thoại để thiết lập gọi máy thuê bao di động với thuê bao cố định với thuê bao di động trao đổi thông tin báo hiệu đa dạng qua đờng số liệu MSC BS Với hệ thống này, máy phát thờng có công suất lớn nhiều (500W) so với máy di động (25W) Và đơng nhiên anten máy di động thờng mức thấp nhiều so với anten phát Để cự ly thông tin hệ thống đợc nh theo hai chiều, ngời ta thờng dùng trạm đầu xa chứa máy thu Các trạm đầu xa thu nhận tín hiệu phát máy di động gửi chuyển tiếp tín hiệu trở lại điều khiển hệ thống ®Ĩ xư lý Trong ®ã, ®èi víi m¹ng tế bào ngời ta lại bố trí máy thu/phát vô số tế bào nhỏ phạm vi vùng bao phủ Các máy thu/phát đợc điều khiển xử lý trung tâm tổng đài, cho thuê bao di chuyển cell mà dịch vụ đợc trì Điều cho phép tái sử dụng lại tần số tạo điều kiện để mạng tế bào có tiềm dung lợng lớn nhiều so với hệ thống thông tin di động trớc Các thông tin thoại báo hiệu máy di động BS đợc truyền qua kênh RF, đờng kết nối thoại số liệu cố định đợc sử dụng để truyền thông tin thoại báo hiệu BS MSC Tới PSTN mạng khác Tới PSTN mạng khác Tuyến kết nối MSC#2 MSC#1 Cell A I.4 Các phơng pháp đa truy nhập thông tin di động Cell B I.4.1 Nguyên tắc chung Hình 1.3: Hệ thống tế bào điển hình Để làm tăng dung lợng dải vô tuyến dùng lĩnh vực đó, cho phép nhiều ngời khai thác chung tài nguyên thời điểm, chẳng hạn nh thông tin di động ngời ta phải sử dụng kỹ thuật đa truy nhập Hiện có ba hình thức đa truy nhập khác là: Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) Đa truy nhập phân chia theo thêi gian TDMA (Time Division Multiple Access) §a truy nhËp ph©n chia theo m· CDMA (Code Division Multiple Access) Liên quan đến việc ghép kênh dải thông mà kênh mạch chiếm băng tần Trong hệ thống ghép kênh sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều có nghĩa kênh vô tuyến đợc nhiều thuê bao dùng chung khách hàng đợc gán cho tần số riêng I.4.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số Đối với hệ thống tế bào sử dụng kỹ thuật ghép kênh FDMA, chia toàn băng tần đợc phân phối cho nhà khai thác mạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành kênh rời rạc Vì kênh thờng có độ rộng dải 30 KHz, hệ thống có tất 832 kênh khả dụng Mỗi đàm thoại cần sử dụng hai tần số, nhà khai thác có 416 cặp tần số khả dụng Mỗi cặp gán cho thuê bao mạng tế bào vào lúc Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA phức tạp so với thiết bị sử dụng kỹ thuật ghép kênh khác nói chung giá thành rẻ Tuy nhiên, kênh cần dùng máy phát máy thu riêng biệt Cho nên FDMA đòi hỏi nhiều thiết bị vị trí trạm gốc Kỹ thuật FDMA có khả sử dụng đợc với hệ thống truyền dẫn số (Digital) lẫn hệ thống truyền dẫn tơng tự (Analog) Sau minh hoạ kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào analog Hoa Kỳ: Thoại analog 30 KHz kênh Thoại analog 30 KHz kênh 832 Hình 1.4: Kỹ thuật FDMA TTDĐ Nh vậy, kênh chiếm dải thông đáp ứng cho đàm thoại Tần số kênh khác nhng thời gian nhiều máy vô tuyến truy nhập tới đợc I.4.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian Với TDMA kênh vô tuyến đợc chia thành khe thời gian Từng đàm thoại đợc biến đổi thành tín hiệu số sau đợc gán cho khe thời gian Số lợng khe kênh thay đổi lµ mét nhiƯm vơ cđa thiÕt kÕ hƯ thèng Cã hai khe thời gian cho kênh, thờng nhiều hơn, điều có nghĩa TDMA có khả phục vụ số lợng khách hàng nhiều vài lần so với kỹ thuật FDMA với đại lợng dải thông nh TDMA hệ thống phức tạp FDMA, tiếng nói phải đợc số hoá mà hoá, sau đợc lu trữ vào nhớ đệm để gán cho mét khe thêi gian trèng vµ ci cïng míi phát Do việc truyền dẫn tín hiệu không liên tục tốc độ truyền dẫn phải lớn vài lần tốc độ mà hoá Ngoài ra, có nhiều thông tin chứa dải thông nên thiết bị TDMA phải đợc sử dụng kỹ thuật phức tạp để cân tín hiệu thu nhằm trì chất lợng tín hiệu Hình vẽ dới minh hoạ kỹ thuật TDMA, kênh analog 30 KHz dùng cho mạng tế bào hỗ trợ đợc ba kênh digital Các đờng truyền âm analog đàm thoại qua biến đổi A/D sau chiếm khe thời gian kênh analog 30 kHz (1) Bé biÕn ®ỉi A/D (2) Bé biÕn ®ỉi A/D (3) Bé biÕn ®ỉi A/D (4) Bé biÕn ®ỉi A/D (5) Bé biÕn ®ỉi A/D (6) Bé biến đổi A/D 30 kHz kênh 30 kHz kênh 832 Hình 1.5: Kỹ thuật TDMA I.4.4 Đa truy nhập phân chia theo mà Trong kỹ tht CDMA, tÝn hiƯu mang th«ng tin (vÝ dơ nh tiếng nói) đợc biến đổi thành tín hiệu digital, sau ®ã ®ỵc trén víi mét m· gièng nh m· ngÉu nhiªn TÝn hiƯu tỉng céng, tøc tiÕng nãi céng víi mà giả ngẫu nhiên, đợc phát dải tần rộng nhờ kỹ thuật gọi trải phổ Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng đòi hỏi kênh có dải thông tơng đối rộng (Thờng 1,25 MHz) Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết CDMA chứa đợc số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có dải thông tổng cộng nh Hình vẽ dới minh hoạ kỹ thuật CDMA Dải thông tăng từ 30 KHz lên 1,25 MHz, nhng dải thông xấp xỉ 20 đàm thoại Mỗi đờng thoại analog trớc hết đợc biến đổi thành digital nhờ biến đổi A/D nh với TDMA Tuy nhiên sau thêm bớc chèn mà đặc biệt qua tạo mà Sau tín hiệu đợc phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải thông không chiếm khe thời gian riêng dải (1) Bộ biến đổi A/D Tạo mà (20) Bộ biến đổi A/D Tạo (1) (20) mà Bộ biến đổi A/D Tạo mà Bộ biến đổi A/D Tạo m· 1,25 MHz kªnh 1,25 MHz kªnh 20