Bài giảng Thông tin di động

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG PHẠM VĂN NGỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG TẬP BÀI GIẢNG (Lưu hành nội bộ) THÁI NGUYÊN 10/2009 Chương 1: Khái quát chung thông tin di động 1.1 Những đặc thù thơng 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, thông tin di động thực phát triển giới Để hiểu ta làm phép tính: Mỗi liên lạc hai người cần đường truyền độc lập, kênh giả sử có dải thơng 3kHz (trên thực tế lớn hơn) dải tần vô tuyến từ – 3GHz cho phép truyền 3.10 9/3.103 = 106 liên lạc lúc Để phục vụ hàng chục triệu người sử dụng máy di động lúc, chưa kể dải tần dành cho nhiều công việc khác Phương pháp để giải vấn đề để nhiều người dùng độc lập 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 đủ xa khoảng cách lý để sóng truyền đến nhỏ sóng truyền hai người Do để thích hợp cho việc quản lý người ta chia thành phần nhỏ gọi tế bào (cellular) Hai liên lạc hai tế bào đủ xa sử dụng dải tần số sóng điện từ thơng qua việc quản lý trạm trung tâm tế bào Về lý thuyết kích thước tế bào nhỏ phục vụ vơ số gọi lúc cần dải tần sóng vơ tuyến 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 qủa 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 1.2 Lịch sử phát triển thông tin di động: Để có tranh tồn cảnh phát triển thông tin di động ta điểm lại số mốc lịch sử phát triển thông tin di động giới Ta lựa chọn lịch sử phát triển thông tin di động nước Mỹ làm điển hình: − Năm 1946: Dịch vụ điện thợi di động công cộng giới thiệu lần đầu 25 thành phố Mỗi hệ thống dùng phát công suất lớn đặt ăng ten cao phủ sóng bán kính 50km kỹ thuật Push to talk (bán song công), dải rộng kênh truyền 120kHz (mặc dù băng tần tiếng nói 3khz) Đây chưa phải hệ thống tế bào, tần số chưa sử dụng lại tần số, sơ người phục vụ − Năm 1950: Độ rộng kênh thu hẹp lại 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng tăng gấp đôi − Năm 1960: Độ rộng kênh 30kHz − Từ năm 1950 – 1960: Xuất trung kế tự động, dịch vụ IMTS, hiệu suất sử dụng phổ so với hệ thống tế bào ngày − Trong khoảng 1950 – 1960: Lý thuyết mạng tế bào đời nhiên cơng nghệ lúc chưa đáp ứng − Năm 1976: Ở New York có 12 kênh phục vụ 543 khách hàng, dịch vụ chất lượng hay bị bận − Năm 1981 hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT450 trở thành hệ thống dịch vụ truyền thông di động tế bào Châu âu Hệ thống đời chủ yếu phát triển máy điệu thoại xe xách tay Là hệ thống kỹ thuật Analog, hoạt động băng tần 450MHz (453 – 457.5MHz từ MS – BTS 463 – 467.5MHz từ BTS – MS) sử dụng đa truy cập FDMA, điều chế FSK, độ rộng băng tần 25kHz cho phép hỗ trợ 180 kênh − Năm 1986 hệ thống NMT900 Tây âu, hệ thống hoạt động băng tần 900MHz − Năm 1983: Ra đời dịch vụ thông tin di động cải tiến (AMPS) công ty AT&T Đánh dấu đời điện thoại di động tế bào hệ FCC phân 40MHz phổ tần 800MHz, Năm 1989; FCC phân thêm 10MHz phổ cho hệ thống AMPS (824 – 849MHz từ MS – BTS 869 – 894MHz từ BTS – MS) cho dịch vụ kênh có độ rộng băng tần 30kHz, hệ thống có 832 kênh đúp, (kênh song công kênh độ rộng 2*30 = 60kHz) Trong 832 kênh có 40 kênh mang thông tin hệ thống Ở thành phố phân cho nhà cung cấp dịch vụ Hệ thống tế bào hoạt động môi trường hạn chê giao thoa, sử dụng lại tần số, truy cập theo tần số FDMA, để cực đại số người dùng dải tần tổ chức kênh hệ sau: Các kênh phát ngược Các kênh phát xuôi 99 99 102 79 … … 99 99 102 79 … … 0 824 – 849 MHz Số hiệu kênh ngược: Số hiệu kênh xuôi: 869 – 894 MHz Tần số: 0.030N + 825.0 MHz 0.030(N - 1023) + 825.0 MHz 0.030N + 870.0 MHz 0.030(N – 1023) + 870.0 MHz − Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS – 54, hỗ trợ người sử dụng kênh truyền 30kHz ( π / DQPSK ) Khi kỹ thuật nén tiếng nói xử lý tín hiệu phát triển tăng dung lượng lên lần (kết hợp với TDMA tồn song song với AMPS sở hạ tầng) đánh dấu đời thông tin di động hệ − Cũng năm 1991: hệ thống dựa kỹ thuật trải phổ phát triển Quancom theo chuẩn IS – 95 hỗ trợ nhiều người sử dụng dải tần 1.25MHz, phân biệt mã trải phổ trực tiếp (CDMA) Với AMPS yêu cầu SNR >= 18 dB CDMA yêu cầu thấp cho dung lượng cao Ngồi mã hóa tiếng nói tốc độ thay đổi phát tiếng nói đàm thoại điều khiển phát chí phát sóng nói làm giảm mơi trường giao thoa tiết kiệm pin − Năm 1991 hệ thống Mạng thông tin di động hệ đời Châu Âu với phổ tần 900MHz (890 – 912MHz uplink 935 – 960MHz downlink) sử dụng kỹ thuật TDMA/FDMA − Vấn đề tích hợp mạng sở hạ tần đặt từ đầu năm 1990 − Năm 1995: Chính phủ Mỹ cấp giấy phép dải tần 1800/2100MHz hứa hẹn phát triển cho dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) − Năm 2000: tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) thống số hướng chuẩn phát triển cho thông tin di động đa dịch vụ hệ 1.3 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 va mã số riêng − 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 (