Do an he thong chuyen mach 193017

Lời nói đầu Thông tin di động ny đà trở thành dịch vụ kinh dnh thiếu đợc củ tất nhà thác viễn thông Đối vơí khách hàng viễn thông với nhà dnh nghiệp thông tin di động trở thành phơng tiện quen thuộc Các dịch vụ thông tin di động không hạn chế ch khách hàng giàu có mà đng phát triển ch đối tợng khách hàng viễn thông với phát triển củ đất nớc công nghệ thông tin có ớc phát triển tuyệt vời với phát triển củ nghành khác nh, điện tử, tin học, qung học công nghệ viễn thông đà đng mng ®Õn chȯ cȯn ngêi tÊt nh÷ng øng dơng trȯng tÊt nghành kinh tế, giá dục, văn học, y học, thông tin quảng Các quốc gi Các quốc gi ci viễn thông tin học nghành mũi nhọn đợc đầu t thích đáng trng nghiên cứu trng ứng dụng công nghệ thông tin làm đòn ẩy để kích thích phát triển củ nghành kinh tế quốc dân khác Đi với phát triển củ công nghệ thông tin thông tin di động ny đng đợc phát triển tăng cờng ằng cách đ thêm dịch vụ nh thông tin số liệu tốc độ c, hình ảnh tốc độ thấp, hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ ch truyền hình Các quốc gi Để làm đợc điều thông tin di động số ăng hẹp đng đợc chuyển thông tin di động số ăng rộng số nớc phát triển giới số thuê di động đà chiếm 70% tổng thêu , nớc t số thuê di động đà chiếm 10% tổng số thêu Với su há mạng thâm nhập thuê để đáp ứng tính di động trng hạt động kinh tế-xà hội củ cn ngời trng kỷ XXI dự tỷ trọng thuê di động trng tổng số thuê không ngừng tăng nhnh đạt tới 50% tổng số thêu đầu kỷ XXI Nớc t hi mạng thông tin di động tổ ng số đại the tiêu chuẩn GSM đng đợc thác hiệu Mạng di động mạng có s tổ hợp hàn chỉnh củ nhiêu công nghệ tiên tiến thuật tán lý thuyết đại nh kỹ thuật định vị, xử lý tiếng nói, điều chế số, sử lý tín hiệu số Các quốc gi Vì việc nghiên cứu tìm _ _ hiểu mạng thông tin di động để có đợc nhìn ản n đầu đòi hỏi phải có lỗ lực lớn thơì gin công sức tinh thần đồ án củ em nhằm mục đích cung cấp làm sáng tỏ kiến thức ản tổng qun mạng thông di động GSM cách thức gi tiêp giữ máy đầu cuối di động Các quốc gi Cuốn đồ án nằm trng khuôn khổ hạn hẹp củ luận án tốt nghiệp lại ị hạn chế thời gin chắn không tránh khỏi thiếu sót trng ý thøc cịng nh trȯng thùc tÕ kü tht v× ngơì viết mng nhận đợc ý kiến ®ãng gãp tõ phÝȧ ®éc gi¶ ®Ĩ néi dung cn đồ án đợc nâng c hàn thiện nữ cuối em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đức Thuận đà giúp đỡ em tận tình trng trình thực tập nh trình làm ®å ¸n _ _ Chơng I Khái quát thông tin vô tuyến di động 1.1 Lịch sử phát triển: Và cuối kỷ 19, thí nghiệm củ nhà ác học ngời ý Mȧreȯni Gugliehnȯ (1874 – 1937, gi¶i NȯЬel vËt lý năm 1909) đà ch thấy thông tin vô tuyến thực giữ máy thu phát x nhu di động Thông tin vô tuyến lúc sử dụng mà Mrse, mÃi ch tới năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thnh đuợc thiết lập, thạt tiên ch cảnh sát Đến năm 1933 sở cảnh sát yne, New jersey thiết lập đợc hệ thống thại vô tuyến di động tuơng đối hàn chỉnh giới Hồi thiết ị điên thại di động cồng kềnh, nặng hàng chục kg, đầy tạp âm tốn nguồn d dùng đèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn Công tác trng dải thấp củ ăng VHF, thiết ị liên lạc đợc với khảng cách vài chục dặm Su quân đội đà sử dụng thông tin di ®éng ®Ĩ triĨn khȧi vµ chØ huy chiÕn ®Êu cã hiệu Các dịch vụ di động trng đời sống nh cảnh sát, cứu thuơng, cứu hả, hànghải, hàng không Cũng đà sử dụng thông tin di động để hạt động củ đợc thuận lợi Chất lợng thông tin di động hồi Đó đặc tuyến truyền dẫn sóng vô tuyến dẫn đến tín hiệu thu đợc tổ hợp nhiều thành phần củ tín hiêu đợc phát đi, khác nhu iên độ ph thời gin giữ chậm Tổng vec tơ củ tín hiệu làm ch đờng tín hiệu thu đợc ị thăng giáng mạnh nhnh Khi trạm di động hành tiến , mức tín hiệu thu thờng ị thy đổi lớn nhnh làm ch chất lợng đàm thại ị suy giảm trông thấy Tất nhiên, tất đặc tính truyền dẫn ngày ny tồn sng hồi chúng đợc chống lại ằng kỹ nghệ trng thời kỳ sơ Trng ngày ny công nghệ án dẫn sử dụng hàng triệu đèn án dẫn ch việc lại ỏ ảnh hởng sấu củ đặc tính truyền dẫn hồi máy thu phát thờng không 10 đèn điện tử _ _ ăng tần sử dụng đợc ởi công nghệ đơng thời ch thông tin vô tuyến khn Các ăng sóng chung dài đà đợc sử dụng ch phát thnh trng ăng tần số thấp c (LF HF) ị chiếm ởi dich vụ thông tin tàn cầu Công nghệ ngày ch thích hợp để đạt đợc chất lợng liên lạc c ăng sóng VHF UHF Khái niệm tái dụng tần số đà đợc nhận thức sng không đợc áp dụng để đạt đợc nguời sử dụng c D đó, suốt nhiều năm chất lợng củ thông tin di động nhiều s với thông tin hữu tuyến d công nghệ không thích hợp nhà tổ chức thông tin đà không sử dụng độ rộng dải tần ăng tần số c Trng mạng điện thại tơng tự cố định thơng mại đng đợc số há nhờ phát minh r dụng cụ điện tử có kích thớc nhỏ é tiêu thụ nguồn tình trạng củ vô tuyến điện iến đổi chậm chạp Các hệ thống vô tuyến di động nội ộ mặt đất đà đầu đợc sử dụng sng mức độ phục vụ nhóm chuyên iệt ch phải ch cá nhân trng cộng đồng Mặc dầu ell Lrtries đà thi nghén ý đồ mạng tế ngy từ năm 1947, sng mÃi ch tới tận năm 1979 công ty mẹ củ không làm khởi đầu việc áp dụng hệ thống vô tuyến tế Thời kỳ ấp ủ lâu dài d phải chờ đợi phát triển cần thiết trng công nghệ Chỉ ch tới có mạch tích hợp thiết kế đợc cách tuỳ chọn, ộ vi sử lý, mạch tổng hợp tần số, chuyển mạch nhnh dung lợng lớn Mạng vô tuyến tế đợc iến thành thực Những năm thập kỷ 80 đà chứng kiến r đời củ số hệ thống vô tuyến tế tơng tự thờng đợc gọi mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng (PLMR Pulie Lnd Mile Rdi) Làm việc giải UHF, mạng ch thấy thy đổi vợt ậc độ phức tạp củ hệ thống thông tin liên lạc dân Chúng ch phép ngời sử dụng có đợc đàm thại trng di động với ất kỳ đối tợng nà có nối tới mạng điện thại chuyển mạch công cộng PSTN (Pulic Switched Telephn Netwrk) hặc mạng đ dịch số ISDN (Integrted Services Digitl Newrk) Trng năm 90 đng có ớc tiến nữ trng thông tin di động với việc áp dụng mạng tế số (Digitl cellulr System) hệ thống không giây số (Digitl _ _ Cȯrdless Telecȯmmunicȧtiȯn System) Ngài dịch vụ điện thại truyền thống, hệ vô tuyến di động số hệ thứ hi cung cấp mảng dịch vụ khác nh tiÕng nãi, trun sè liƯu, trun fȧx, trun c¸c tin nhắn Ngày ny thông tin di động đng phát triển mạnh mẽ phạm vi tàn giới, ngày tiến tới chi sẻ thị trờng thy mảng dịch vụ thông tin cố định Hình Phác ch chúng t khí cạnh dự tơng qun giữ dịch vụ thông tin di động thông tin cố định trng tơng li gần châu Âu, trng ch thấy từ năm 1998 trở lợi nhuận từ dịch vụ thông tin di động kịp vợt nhnh lợi nhuận thu đợc từ dịch vụ cố định 450 400 350 300 Fixed Service Supphers Module Service Supphers 250 200 150 100 50 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Hình1 Dự lợi nhuận số lại hình dịch vụ thông tin (châu Âu) 1.2 Đặc điểm truyền sóng trng thông tin di động: Đặc điểm truyền sóng trng thông tin vô tuyến di động tín hiệu thu đợc máy thu ị thy đổi s với tín hiệu đà ị phát tần số iên độ, ph thơi gin giữ chậm Các thy đổi có tính chất phức tạp Sự tác động củ chúng tới chất lợng liên lạc phụ thuộc hàng lạt yếu tố khác nhu nh đị hình khảng cách liên lạc, giải tần, khí qun tèc ®é trun tin _ _ tốc độ di chuyển củ trạm di động, mật độ thuê đơn vị diện tích , ăng ten, công suất phát, sơ đồ điều chế Tuy ản chung t chi cách vắn tắt ảnh hởng truyền sóng thành ảnh hởng củ hiệu ứng dpler, tổn h đờng truyền ph ding 1.2.1 Hiệu ứng dpler: Là thy đổi thy đổi tần số củ tín hiệu thu đợc s với tín hiệu đà đợc phát đi, gây ởi chuyển động tơng đối giữ máy thu máy phát trng qú trình truyền sóng Gỉ sử sóng mng không ị điều chế có tần số fc đợc phát tới máy thu đng di động với vận tốc v Tại máy thu, tần số củ tín hiệu nhận đợc the ti sóng thứ i f=fc+fm.cs trng i góc tới cđȧ tiȧ sãng thø i sȯ víi híng chun ®éng củ máy thu, fm lợng dịch tần Dpler fm = v.fc/c với c vận tốc ánh sáng Nh trng trờng hợp máy thu đứng im s với máy phát (v=0) hặc máy thu đng chuyển động vu«ng gãc víi gãc tíi cđȧ tÝn hiƯu (cȯsi =0 ) tần số liệu thu đợc có thy đổi s với tần số tín hiệu phát Hiệu ứng dpler sẩy r mạnh máy thu di động the phơng củ ti sóng tới (csi = 1) Điều thờng sảy r trng thông tin di động máy thu đặt xe di chuyển x lộ, ăng ten trạm phát đợc ố chí dọc the x lộ (đợc gán cầu vợt ngng qu x lộ chẳng hạn) 1.2.2 tổn h đờng chuyền: Là lợng suy giảm mức điện thu s với mức điện phát mức điện trung ình củ tín hiệu thu giảm dần the khảng cách d công suất củ tín hiệu đơn vị diện tích củ mặt sóng cầu giảm dần khảng cách giữ ăng ten thu phát, d hấp thụ củ môi trờng truyền Tổn h đờng truyền phụ thuộc tần số ức xạ, đị hình, tính chất môi trờng mức độ di động củ chớng ngại vật, độ c ăng ten, lại ăng ten Trng thông tin v« _ _ tuyến tế à, trng nhiều trờng hợp tổn h đờng truyền tuân the luật mũ tức tăng tỉ lệ với luỹ thừ củ khảng cách Về nguyên tắc tổn h đờng truyền hạn chế kích thớc tế cự ly liên lạc sng trng nhiều trêng hỵp tȧ cã thĨ lỵi dơng tÝnh chÊt tỉn h đờng truyền để phân chi hiệu tế ch phép tái dụng tần số cách hữu hiệu làm tăng hiệu sử dụng tần số 1.2.3 Ph-ding: Trng quÃng cách tơng đối ngắn mức tín hiệu thu trung ình ci số, nhiên mức điện tức thời củ tín hiệu thu ăng ten lại thy đổi nhnh với lợng tiêu iểu tới 40 d Những thy đổi nhnh mức điện thu tức thời đợc gọi ph-ding nhnh Giả sử trạm cố định phát sóng ngng không ị điều chế, trạm thu di động thu đợc không thành phần sóng mng đà đợc phát mà tổ hợp ti sóng d tín hiệu ị phản xạ, nhiễu xạ ởi c ốc, tán xạ, trớng ngại vật linh tinh khác trớc tới máy thu Thực tế trng hầu hết môi trờng ti sóng thu đợc máy thu di động phải chịu thy đổi (phụ thuộc đờng củ nó) ph, thời gin giữ chậm riêng, iên độ nh dịch tần dpler Kết tín hiệu mà trạm di động thu đợc khác cách ản với sóng mng đà phát Trng trờng hợp nghiêm trọng, tổng vec tơ củ tín hiƯu tíi theȯ nhiỊu tiȧ cã thĨ gi¶m tíi mét giá trị thấp Hiện tợng gọi ph ding nhiều ti máy di động di chuyển, mức thu ị ph - ding the quÃng cách nử ớc sóng dọc the hành trình củ ph ding sâu xảy r, tín hiệu thu đợc giảm tới không, tỉ số tín/ tạp nhỏ không, đầu r máy thu hàn tàn tuỳ thuộc nhiễu củ kênh Trng thức tế sóng mng đợc diều chế Trng thông tin di động số ảnh hởng củ đặc tính truyền dẫn phụ thuộc tỷ lệ số giữ độ dài dấu _ _ (SymЬȯl) trải giữ chậm (Dely Spred) củ kênh vô tuyến iến đổi the thời gin Độ trải giữ chậm xem nh độ dài củ tín hiệu thu đợc xung cực hẹp đợc truyền Nếu số liệu đợc truyền với tốc độ thấp chúng giải đợc dễ dàng phần thu Đó lµ sù Ьµnh tríng dȯ trun theȯ nhiỊu tiȧ cđȧ mét xung sè liƯu th× kÕt thóc tríc xung tiếp the đợc phát Tuy t tăng tốc độ truyền số liệu lên mÃi tới lúc dấu số liệu trải hẳn sng dấu số liệu lân cận, tạ r xuyên nhiễu giữ dấu ISI (InterSyml Interference) Nếu mạch sn ằng kênh nhằm lại ỏ ISI tỷ lệ lỗi ER (ít Err Rti) lớn tới mức chấp nhận đợc Giả sử t cø trun sè liƯu víi tèc ®é lín sȯng ®ȧ máy di động lại gần trạm cố định đồng thơì giảm cách thích hợp công suất phát tức thu hẹp kích thớc tế trải giữ chậm củ ti nhìn chung nhỏ ISI không đáng kể d không cần sn ằng kênh Ph ding đợc gọi phẳng xảy r nh nhu suốt dải tần số củ kênh Ph ding chọn lọc the tần số xảy r đồng trng giải tần số củ kênh, gây lên ISI Nh kích thớc tế có ảnh hởng qun trọng tới đặc điểm truyền sóng Đối với tế có kích thớc lớn mạch sn ằng uộc ngy truyền tốc độ thấp (vài chục k/s) ngợc lại với siêu vi tế (Piccell) trng trải giữ chậm nhỏ 1s nhiều, ph ding phẳng ngy với tốc độ số liệu vài M/s, mạch sn ằng không cần thiết cần nhấn mạnh thêm việc có đợc đờng truyền nhìn thẳng LS (Line f Sight) giữ máy thu máy phát (thờng sảy r trng vi tế à) có ý nghĩ cải thiện chất lợng liện lạc đặc iệt 1.3 Phân lại hệ thống thông tin vô tuyến di động: The cấu trúc đặc điểm phơng thức truy nhập hệ thống thông tin vô tuyến di động đợc phân chi thành nhiều lại khác nhu The cấu _ _ tróc, chóng thêng đợc phân chi thành: hệ thống mạng tế hệ thống viễn thông không dây vành vô tuyến đị phơng The đặc tính, hệ thống vô tuyến di động đợc phân chi thành hệ thống liên tục (nlgue) hệ thống số (Digitl) Trng thông tin di động, phơng thức đ truy nhập (ghép kênh) su thờng đợc sử dụng: Đ truy nhập the tần số FDM (Frequency Divisin Multiple ccess) đ truy nhËp theȯ thêi giȧn TDMȦ (Time Divisiȯn Multiple Ȧccess) vµ ®ȧ truy nhËp theȯ m· CDMȦ(Cȯde Divisiȯn Multiple Ȧccess) Dȯ khuân khổ có hạn trng phần em điểm qu đặc yếu củ lại hệ thống vô tuyến di động the phân lại nêu 1.3.1 Phân lại the cấu trúc: - Mạng tế (Cellulr Mile Rdi): Việc liên lạc trng thông tin vô tuyến di động tế đợc tiến hành giữ hệ thống trạm gốc cố định S (se Sttin) đợc ố trí the vùng đị lý trạm di ®éng MS (MȯЬile Stȧtiȯn) diƯn tÝch ®Þȧ lý trȯng ®ã MS liên lạc trức tiếp với S đợc gọi tế (Cell) ci iên củ tế đợc xác định ởi khảng cách cực đại mà MS r khỏi S mà liên lạc ch chở lên chấp nhận đợc lý thuyết tế thờng đợc Ьè chÝ cã d¹ng tỉ ȯng víi kÝch thíc thÝch hợp ch phép tái dụng tần số nhằm đạt đợc mật độ ngời sử dụng thích hợp trng thực tế hình dáng thực kích thớc tế phụ thuộc đị hình công suất phát, mật độ ngời sử dụng, lại ăng ten độ c củ ăng ten Thônng thờng trng đị hình nông thôn tế có án kính tới 35km, trng đô thị cn số vài km chí vài trăm mét đến 1km Mạng vô tuyến tế đợc dùng để tổ chức PLMR, GSM, IS 54/IS 136, IS95 (CDM) Là hệ thống vô tuyến tế tiêu iểu - Viễn thônng không dây CT (Crdless Telecmmunictin ): _ _ Các mạng không dây đợc thiết kế ch mạng di động phủ sóng khảng cách tơng đối nhỏ nh trng môi trờng công sở nhà máy D kích thớc tế nhỏ tốc độ chuyền số liệu c mà không cần mạch sn ằng phức tạp, chí không thiết phải áp dụng mà há kênh Các mạng không dây tiêu iểu DECT (Digitl Eurpen Cidless Telecmmunictin ) củ châu Âu, CT củ nh - Vành vô tuyến đị phơng (Wireless Lcl Lp): Đợc sử dụng để nối thêu điện thại tới mạng điện thại công cộng ằng thiết ị vô tuyến Chất lợng liên lạc, độ n tàn thông tin củ vành vô tuyến điạ phơng tơng tự nh mạng hữu tuyến Tuỳ lĩnh vực áp dụng cự li liên lạc 200m đến 500m trng đị hình đô thị tới 20km trng vùng nông thôn Thủ tục lắp đặt nhnh chóng, lắp đặt, ả trì điều phối rẻ Tại vùng nông thôn hặc ngại ô hẻ lánh nơi có mật độ thuê thấp việc đặt đờng dây thuê điện thại không thấy kinh tế vành vô tuyến đị phơng trở nên hiệu 1.3.2 Phân lại the đặc tính: - Vô tuyến di động liên tục: Là hệ thống điện thại vô tuyến di động hệ thứ nhất, tín hiệu thại tín hiệu liên tục điều chế FSK (Frequency Shift Keying) Ghép kênh chủ yếu the tần số kênh điều khiển đà dợc số há - vô tuyến di động số : Cả tín hiệu thại lẫn kênh điều khiển dều tín hiệu số Ngài dịch vụ điện thại truyền thống hệ thống vô tuyến di động số ch phép thác lạt dịch vụ khác nh truyền tin ngắn, tuyền fx, truyền liệu Tốc độ truyền c có khả mà há thông tin 1.3.3 Phân lại the phơng thức đ truy nhập : _ _