Thông tin di động với công nghệ tiên tiến cdma2000

Điển hình là phiênbản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A đợc QUALCOM đa ra và đợc Hiệp hội công nghệ viễnthông TIA phê chuẩn.Một hệ thống thông tin trải phổ có thể đợc định nghĩa nh sau: Hệ thố

Viện đại học mở hà nội Khoa công nghệ Điện tử -thông tin

Đồ án tốt nghiệp

Khoá 2005 – 2008 / Hệ cao đẳng chính quy 2008 / Hệ cao đẳng chính quy

Thầy hớng dẫn : TS Nguyễn Vũ Sơn Sinh viên thực hiện : Trần Thị Oanh

Lớp : CĐ2B

Hà Nội 10/ 2008 Mục lục

Viện đại học mở hà nội 1

Lời nói đầu 5

Giới thiệu 6

Phần I công nghệ gsm và Hệ thống ttdđ thế hệ 3 8

Chơng 1: Công nghệ GSM 8

I Tổng quan về mạng GSM 8

II Lịch sử mạng GSM 8

III Giao tiếp RADIO 9

IV.Cấu trúc mạng GSM : 10

Chơng 2: Tổng Quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 15

1 H nh trình từ mạng thông tin di động 2G lên 3G ành trình từ mạng thông tin di động 2G lên 3G 15

2 Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 16

3 Hệ thống thông tin di động cdma2000 và Công ty S-phone: 18

Phần II: công nghệ cdma2000 21

Chơng 1 Hệ thống thông tin di động cdma2000 21

1 Nguyên lý CDMA và kỹ thuật trải phổ 21

1.1 Nguyên lý CDMA 21

1.2 Các kỹ thuật trải phổ tín hiệu 24

1.2.1 Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp DS-SS (Direct Sequence Spread Spectrum) 24

1.2.1.1 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK 24

1.2.1.2 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK 27

1.2.2 Ký thuật trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) 30

2 CDMA 2000 31

2.1 Thế hệ 3G 31

2.2 Kiến trỳc giao thức: 32

3 Cỏc thành phần khỏc của kiến trỳc giao thức 33

4 Tốc độ trải phổ 1 và 3 .35

chơng 2: các chức năng vận hành cơ bản 37

I ĐIỀU KHIỂN CễNG SUẤT 37

1 Giới thiệu 37

2 Điều khiển cụng suất đường xuống: 37

2.1 Vũng trong (Inner Loop) và vũng ngoài (Outer Loop): 37

2.2 Điều khiển cụng suất của đa kờnh lưu lượng hướng xuống 39

3 Điều khiển cụng suất đường lờn: Vũng hở 41

3.1 Diều khiển cụng suất đa kờnh hướng lờn 41

3.1.1 Kờnh truy nhập tăng cường (R-EACH) 41

3.1.2 Kờnh điều khiển chung đường lờn (R-CCCH) 42

3.1.3 Kờnh lưu lượng hướng lờn 44

4 Điều khiển cụng suất hướng lờn: Vũng kớn 44

4.1 Vũng trong và vũng ngoài: 44

4.2 Điều khiển cụng suất của đa kờnh hướng lờn 45

4.2.1 Kờnh truy nhập tăng cường (R-EACH) 45

4.2.2 Kờnh điều khiển chung đường lờn (R-CCCH) 46

4.2.3 Cỏc kờnh lưu lượng đường lờn 46

II CHUYỂN GIAO 47

1 Giới thiệu 47

2 Chuyển giao mềm 47

3 Chuyển giao “rỗi” (Idle Handoff) 48

4 Chuyển giao cổng truy nhập (Access Entry Handoff) 48

5 Chuyển giao truy nhập (Access Handoff) 49

6 Chuyển giao thăm dũ truy nhập 50

III HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG 51

1 Quản lý mó 51

2 Mã Turbo 51

3 Phát phân tập 54

3.1 Phát phân tập trực giao (Orthogonal Transmit Diversity) 54

3.2 Trải phổ Không gian-Thời gian (Spreading Space Time) 56

Chơng 3 Phơng pháp quy hoạch mạng 58

1 Mở đầu 58

2 Dự báo lu lợng 59

3 Thiết kế vô tuyến cho mạng tổ ong/PCS 59

4 Quy hoạch mạng vô tuyến 60

5 Thiết kế đờng truyền vô tuyến 60

7 Quy hoạch phủ sóng 62

8 Suy hao đờng truyền 64

8.1 Mở đầu 64

8.1.1 Mô hình giải tích 64

8.1.2 Các mô hình thực nghiệm 64

8.1.3 Các mô hình cho môi trờng trong nhà 69

8.2 Mô hình IMT2000 73

8.2.1 Mô hình môi trờng trong nhà 73

8.2.2 Môi trờng giữa trong, ngoài nhà và vỉa hè 73

8.2.3 Môi trờng xe cộ 74

9 Tối u mạng 74

Ch ơng 4 CẤU TRÚC MẠNG 76

1 Cỏc phần tử mạng 77

1.1 Nỳt phục vụ số liệu gúi (PDSN) 77

1.2 Nhận thực, Trao quyền và Thanh toỏn (AAA) 77

1.3 Home Agent (HA) 77

1.4 Bộ định tuyến 78

1.5 Bộ ghi định vị thường chỳ(HLR) 78

1.6 Trạm thu phỏt gốc (BTS) 78

1.7 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC) 79

2 Cỏc giao thức: 79

3 Simple IP 80

4 Mobile IP: 81

5 Kết luận 83

chơng 5: lựa chọn giải pháp lỹ thuật và triển khai trên mạng lới của s - fone 84

1 Triển khai mạng CDMA trờn thế giới 84

2 Triển khai mạng lưới CDMA tại Việt Nam 84

3 Lựa chọn giải phỏp kỹ thuật và triển khai mạng lưới của S-Fone 85

3.1 Cấu trỳc mạng cdma2000 1x của S-Fone: 86

3.1.1 Cấu trỳc mạng lừi chuyển mạch kờnh: 88

3.1.2 Cấu trúc mạng lõi chuyển mạch gói 89

3.1.3 Mạng truy nhập vô tuyến: 90

3.2 Lựa chọn giải pháp kỹ thuật cho mạng: 91

KÕt kuËn 102

Lời nói đầu

Truyền thông di động – 2008 / Hệ cao đẳng chính quy một ngành công nghiệp khổng lồ của thế giới đang vậnhành với những công nghệ tiên tiến nhất đang phát triển không ngừng.Vốn tiếp cận nhanhvới các công nghệ trên Thế Giới, ngành Viễn Thông Việt Nam hiện nay đã và đang tiến b-

ớc trên cả ba con đờng GSM, CDMA,WIMAX

GSM là chuẩn điện thoại di động phổ biến nhất Thế Giới áp dụng cho khoảng 70%

số ngời sử dụng điện thoại di động hiện nay Hiệp hội GSM đang nỗ lực quảng bá chochuẩn thế hệ thứ ba tốc độ cao dành cho điện thoại thấy hình với tên gọi WCDMA(Wideband code division multiple access) – 2008 / Hệ cao đẳng chính quy CDMA băng rộng

CDMA - Đa truy nhập phân chia theo mã là công nghệ trải phổ cho phép nhiềutần số đợc sử dụng đồng thời; mã hoá từng gói tín hiệu số bằng một mã khoá duynhất và gửi đi Hiện có hơn 50 quốc gia trên Thế Giới triển khai ứng dụng công nghệCDMA với trên 100 mạng, và đến tháng 7/2008 Thế giới đã có gần 180triệu thuê baoCDMA 2000 Hiện nay ở Việt Nam có 7 nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di

động.Trong đó, S-Telecom (S-Fone), EVN Telecom sử dụng công nghệ CDMA,Mobifone, Vinaphone, Gtel và Vietel sử dụng công nghệ GSM, Hà Nội Telecom (HTMobile) chuyển từ công nghệ CDMA sang eGSM

Thế kỷ 21 đợc xem nh kỷ nguyên của thông tin kỹ thuật số với các dòng bítdịch chuyển toàn cầu, kết nối toàn thế giới Và con ngời đã phải thừa nhận sự lệthuộc của mình vào thế giới đa truyền thông kỹ thuật số (Multimedial) kỳ diệu này.Truyền thông di động cũng không nằm ngoài vòng kết nối đó với hàng loạt côngnghệ tiên tiến tham gia phục vụ con ngời.Với tầm quan trọng và tính thiết thực của

công nghệ truyền thông nên em đã chọn đề tài nghiên cứu là Thông tin di động với

công nghệ tiên tiến CDMA2000 làm bản đồ án tôt nghiệp của mình.

Đồ án đợc chia làm 2phần nh sau:

+Phần I: Công nghệ GSM và hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (2 chơng)+Phần II : công nghệ CDMA2000 (5 chơng)

Em xin chân thành cám ơn sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo : TS Nguyễn VũSơn và các thầy cô trong khoa đã giúp em hoàn thành đồ án này

50 năm trớc đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện

ở các dạng sử dụng đợc và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điềuvận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung l ợng rất thấp so vớicác hệ thống hiện nay, cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử

dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm

1980 Cuối những năm 1980 ngời ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tơng tự khôngthể đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu nh không loại bỏ đợc các hạnchế cố hữu của các hệ thống này: (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lợng thấp (2)Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trờng pha đinh

đa tia (3) không đáp ứng đợc các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng (4) Khôngcho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng (5) Không đảmbảo tính bí mật của các cuộc gọi (6) Không tơng thích giữa các hệ thống khác nhau, đặcbiệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng đợc máy di động của mình ở nớckhác

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹthuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thờigian (TDMA) đầu tiên trên thế giới đợc ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM GSM đợcphát triển từ năm 1982 khi các nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch

vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Năm 1985 hệ thống số đợc quyết

định Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã đợc lựa chọn ở Việt Nam hệthống thông tin di động số GSM đợc đa vào từ năm 1993

ở Mỹ khi hệ thống AMPS tơng tự sử dụng phơng thức FDMA đợc triển khai vàogiữa những năm 1980, các vấn đề dung lợng đã phát sinh ở các thị trờng di động chínhnh: New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến lợc nâng cấp hệ thống này thành

hệ thống số: chuyển th nh hệ thống TDMA đành trình từ mạng thông tin di động 2G lên 3G ợc ký hiệu là IS- 54

Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lợng của AMPS tốt hơn Rất nhiều hãng của

Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này đã pháttriển ra một phiên bản mới: IS - 136, còn đợc gọi là AMPS số (D-AMPS)

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ

đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ mành trình từ mạng thông tin di động 2G lên 3Gtrớc đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Đợc thành lập vào năm 1985,

Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận đợcnhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệthống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom đã đa ra phiên bản CDMA đầu tiên đợc gọi là IS - 95 A Các mạng CDMA thơng mại đã đợc đa vào khai thác tại Hàn Quốc và HồngKông CDMA cũng đã đợc mua hoặc đa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, TrungQuốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật Tổng công ty B uchính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA

ở Nhật vào năm 1993 NTT đa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của

n-ớc này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System)

Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên,các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây

số cũng đợc nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là:

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS (PersonalHandy Phone System) của Nhật cũng đã đợc đa vào thơng mại.

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thông tin di động vệtinh: Global Star và Iridium cũng đợc đa vào thơng mại trong năm 1998

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về cả dịch vụviễn thông mới, các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba Hiện nay cóhai tiêu chuẩn đã đợc chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-CDMA và cdma2000 W-CDMA đợc phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và cdma2000 đợc phát triển lên từ IS-95 thế hệ

2 ở thế hệ này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩnduy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệthống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đ-

ợc gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lợngcao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắnSMS, Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM đợc xâydựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhàcung cấp thiết bị khác nhau Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đa ra tính năng roamingcho thuê bao của mình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũngphát triển thêm tính năng truyền dữ liệu nh GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn do

sử dụng EGDE

II Lịch sử mạng GSM

Vào đầu những năm 1980 tại châu âu ngời ta phát triển một mạng điện thoại di độngchỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó đợc chuẩn hóa bởi (CEPT :European Conference of Potstal and Telecommunication Administrations) và tạo ra Groupspecial mobile (GSM) với mục đích sử dụng cho toàn châu âu

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM đợc xây dựng và đa vào sử dụng

đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinia ở Finland

Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM đợc chuyểncho viện viễn thông Châu âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)),các tiêu chuẩn , đặc tính phase 1của công nghệ GSM đợc công bố vào năm 1990 Đếncuối năm 1993 đã có hơn 1triệu thuê bao sử dụng mạg GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụtrên 48 quốc gia

III Giao tiếp RADIO

GSM là mạng điện thoại di động do đó các máy điện thoại di động kết nối với mạngbằng cách tìm kiếm, kết nối với ác cell gần nó nhất Các mạng di động GSM hoạt độngtrên 4 băng tần Hầu hết thì hoạt động ở băng 900Mhz và 1800Mhz.Vài nớc ở Châu Mỹthì sử dụng băng tần 850Mhz và 1900Mhz do băng 900Mhz và 1800Mhz ở nơi này đã bị

sử dụng trớc

Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400Mhz hay 450Mhz chỉ có ởScandinavia sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc khác Các mạng sửdụng băng tần 900Mhz thì đờng uplink sử dụng tần số trong dải 890- 915 Mhz và đờngdownlink sử dụng tần số trong dải 935- 960 MHz Họ chia các băng tần này thành 124kênh với độ rộng băng thông 25Mhz, Mỗi kênh cácch nhau một khoảng 200KHz.

Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (time division multiplexing ) đểchia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate Có 8 khe thời gian gộp lại gọi thành mộtkhung TDMA, Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh là 270.833 kbit/s và khoảng thời giancủa một khung là 4,615m

Công suất phát của máy điện thoại đợc giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng GSM850/900MHz và tối đa là 1 watts đối với băng GSM 1800/1900Mhz Mạng GSM sử dụng

2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi làfull rate (13kbps) và haft rate (6kbps) Để nén họ sử dụng hệ thống có tên là linearpredictive coding (LPC) Vào năm 1997 thì họ cảI tiến thêm cho mạng GSM là bộ mãGSM-EFR sử dụng full rate 12,2kbps

Có tất cả bốn kích thcớc cell siet trong mạng GSM đó là macro, micro,pico vàumbrella Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trờng Macro cell đợc lắptrên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lại đợc lắp ở các khu thành thị, khudân c,pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chụcmét trở lạinó thơng fđợc lắp để tiếpsóng trong nhà Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng trống giữa

ác cell

Bán kính phủ sóng của 1 cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi anten,thờng thì

nó có thểtừ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhất củamọt trạm GSM là 32km (32 dặm) Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trờikhông thể phủ sóng tới nh nhà ga, sân bay,siêu thị thì ngời ta sẽ ding các trạm pico đểchuyển tiếp sóng từ các anten ngoài trời vào

IV.Cấu trúc mạng GSM :

Cấu trúc chung một mạng GSM

Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hàng cho nên nó kháphức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần nh sau:

- Trạm gốc và các phần điều khiển nó Base Station Subsystem (BSS).

- Mạng và hệ thống chuyển mạch Network and Switching Subsystem (phần này

gần giống với mạng điện thoại cố định ) ĐôI khi ngời ta còn gọi nó là mạng lõi (corenetwork)

- Phần mạng GPRS (GPRS core network) phần này là phần lắp thêm để cung cấpdịch vụ truy cập internet

- Và một số phần khác phục vụ việc cung cấp dịch vụ cho mạng GSM nh gọi haynhắn tin SMS

- Máy điện thoại – 2008 / Hệ cao đẳng chính quy Mobile Equipment

- Thẻ SIM– 2008 / Hệ cao đẳng chính quySubscriber identity module

Mỗi hệ thống nói trên chứa một sơ đồ khối chức năng, ở đó đã thực hiện tất cả cácchức năng của hệ tổng, các khối chức năng đợc thực hiện ở các thiết bị phần cứng khácnhau

Hệ thống đợc thực hiện là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảmbảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việctập hợp tại các kênh vô tuyến , các kênh này khác với kênh đợc sử dụng ở các ô lân cận đểtránh nhiễu giao thoa Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điều khiển một nhóm BTS BSC

điều khiển các chức năng nh chuyển giao và điều khiển công suet Một trung tâm chuyển

mạch các nghiệp vụ di động (MSC) phục vụ một số bộ điều khiển trạm gốc MSC điềukhiển các cuộc gọi đến và từ chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN) mạng số liên kết

đa dịch vụ (ISDN), mạng di động mặt đất công cộng (PLMN) các mạng số liệu công cộng(PDN) và có thể là choc năng các mạng riêng Các khối nói trên đều tham gia vào việc nốithông giữa một trạm di động (MS) và chẳng hạn một thuê bao ở PSTN, mạng cố định.Nếu không thể thực hiện một cuộc gọi đến MS Ta sẽ không cần bất cứ thiết bị nào khác,vấn đè nảy sinh khi ta muốn thực hiện một cuộc gọi đến cuối ở MS, ngời khởi đầu gọi hầu

nh không biết MS đợc gọi ở đâu Vì thế cần có một số các cơ sở dữ liệu ở mạng để theodõi MS Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng kívị trí thờng trú (HLR) khi một ngờinào đó mua một đăng ký từ một hãng khai thác GSM, ngời này sẽ đợc đăng ký ở HLRcủa hãng này.HLR chứa các thông tin về thuê bao nh các dịch vụ bổ sung các thông sốnhận thực Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí của MS, nghĩa là hiện thời MS đang ở vùngMSC nào, thông tin này thay đổi khi MS di chuyển,MS sẽ gửi thông tin về vị trí(MSC/VLR) đến HLR của mình nhờ vậy đảm bảo phơng tiện để thu một cuộc gọi

Khối có tên là trung tâm nhận thực (AUC) đợc nối đến HLR Chức năng của AUC

là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và khoá mã đẻ sử dụng cho bảo mật, bộ ghi

định vị tạm trú (VLR) là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tát cả các MS này từ HLR,

đông thời HLR sẽ đợc thông báo răng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốnthực hiện một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR nh một HLR phân bố.VLR cũng sẽ chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở cùng MSC

Nếu một ngời nào đó ở mạng cố định (PSTN) muốn thực hiện một cuộc gọi đếnmột thuê abo GSM, tổng đài ở PSTN sẽ nối cuộc gọi này đến một MSC có trang bị mộtchoc năng gọi là choc năng cổng Tổng đài MSC này đợc goi là tổng đài MSC cổng(GMSC) và nó có thể là một tổng đài MSC bất kỳ ở mạng GSM Trạm di động là mộtthiết bị có thể đợc đặt trên ôtô hay xách tay, ở GSM có một khối nỏ đợc gọi là môdulnhận dạng thuê bao (SIM) là một khối vật lý tách riêng chẳng hạn là một card Ic, còn đợcgọi

là card thông minh Sim cùng với thiết bị trạm hợp thành trạm di động Không có Sim,

MS không thể thâm nhập đến mạng di động trừ trờng hợp goi khẩn Khi liên kết đăng kýthuê bao với card sim chứ không với MS, Đăng ký thuê bao có thể sử dụng trạm MS kháccủa chính mình Điều này làm nảy sinh vấn đề về MS bị mất cắp, Chúng ta cần một cơ sởdữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị Thanh ghi nhận dạngthiết bị (EIR) đợc nối vớiMSC qua một đờng báo hiệu, nó cho phếp MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị bằng cáchnày , có thể cấm một MS có dạng không đợc chấp thuận.Cấn nhớ rằng việc nhận thực

đăng ký thuê bao đợc thực hiện bằng các thông số AUC

Là loại dịch vụ phi thoại giá trị gia tăng mới cho phép gửi và nhận thông tin qua mạng

điện thoại di động Nó bổ sung cho dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh CSD (CircuitSwitched Data) và bản tin ngắn SMS hiện nay

Tiêu chuẩn GSM đợc thiết kế ban đầu chỉ tính đến việc truyền dẫn theo phơng thứcchuyển mạch kênh nên việc đa thêm các kỹ thuật chuyển mạch gói bổ sung vào GSM đ-

ơng nhiên đòi hỏi những thay đổi căn bản về mặt chức năng và hoạt động Điểm hạn chếlớn nhất của chuyển mạch kênh trong thông tin vô tuyến nói chung và trong GSM nóiriêng là các tài nguyên vô tuyến khá hạn hẹp và một khi đã bị chiếm để phục vụ cho di

động thì không thể sử dụng đồng thời cho một hoạt động khác, ngay cả khi không có dữliệu nào đợc truyền đi Chuyển mạch gói cũng đợc phát triển thành một kỹ thuật tiêuchuẩn trong thông tin di động 3G

Việc tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) đã phát triển và tiêu chuẩn hóa GPRScho dữ liệu gói trong các hệ tống GSM, Tai Mỹ, GPRS cũng đợc hiệp hội Công nghiệpviễn thông (TIA) chấp thuận nh tiêu chuẩn dữ liệu gói cho các hệ thống TDMA/IS- 136.Với GPRS, tài nguyên giao diẹn vô tuyến đợc phát động Cấp phát động tài nguyên có vẽ

nh xung đột với cấu trúc chuyển mạch kênh 16Kbpc hoặc 64kbps mỗi kênh hiện nay củaGSM Trong trờng hợp cuộc nối cần cho phép tốc độ truyền thay đổi từ vài byte mỗi giâytới hơn 100kbps và ngợc lại thì việc cấp phát kênh trở nên vô cùng phức tạp Điều đó đòihỏi việc sử dụng một cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói riêng cho GPRS trong hệ thôngGSM Việc sẵn có một thành phần chuyển mạch kênh trung gian trong mạng GSM hiệnnay hầu nh không có ý nghĩa gì do tính linh hoạt của việc truyền dẫn gói End- to end.Mạng GSM hiện tại không cung cấp đủ chức năng hỗ trợ chuyển mạch gói Vì vậy, cấutrúc mạng GSM thông thờng đã mở rộng với một lớp các thực thể mạng logic mới theokhuyến nghị của ESTI các nút hỗ trợ GPRS viết tăt là GSN (GPRS Support node)

Phân chia theo chức năng logic , nút hỗ trợ GPRS gồm có hai loại

+ Nút hỗ trợ GPRS dịch vụ viết tắt là SGSN (Serving GPRS Support node) : Cóchức năng chính là phát hiện máy di động GPRS mới xuất hiện trong vùng phục vụ vủa

nó, thực hiện thủ tục đăng ký thuê bao di động mới và ghi lại vị trí của các thuê bao đó

+ Nút hỗ trợ GPRS cổng viết tắt là GGSN (Gateway GPRS Support node) : Hoạt

động nh một giao diện logic giữa một GSM PLMN với các mạng dữ liệu gói PDN (packetdata network) bên ngoài và duy trì các thông tin định tuyến đợc dùng để chuyển tải cácdơn vị dữ liệu gói PDU (Packet data unit) từ một máy chủ tơng ứng tới nút SGSN hiện

đang phục vụ thuê bao di động đó.Trên hớng ngợc lại , gói tin do SGSN thu đợc sẽchuyển tới GGSN và đợc định tuyến tới mạng PDN tơng ứng

 Đặc điểm chủ yếu của GPRS :

a. Đặc điểm dịch vụ : GPRS cho phép thuê bao gửi và nhận dữ liệu theo cách truyềndữ liệu gói kết cuối – 2008 / Hệ cao đẳng chính quy kết cuối mà không sử dụng bất kỳ tài nguyên mạng chuyểnmạch kênh nào Điều này cho phép GPRS hoạt động độc lập và phù hợp nhất với

đặc tính lu lợng đột biến của thông tin dữ liệu

b. Đặc điểm về ngời sử dụng : Cho phép tốc độ tối đa lên tới 171,2 kb/s đạt đợc vớiGPRS khi sử dụng toàn bộ 8 khe thời gian đồng thời nên dữ liệu đợc truyền đInhanh hơn, tức thời và hiệu quả GPRS hỗ trợ kết nối ngay nhờ đó thông tin có thểnhận hoặc truyền tức thời ngay khi có yêu cầu Với GPRS, không cần thiết lập bất

cứ kết nối quay số kiểu modem nào Vì thế, ngời sử dụng GPRS thờng đợc coi nh “

luôn luôn kết nối” Tính tức thời là một trong các u điểm của GPRS Các ứng dụngmới cao cấp hơn tạo điều kiện cho sự xuất hiện của nhiều ứng dụng mà cho đếnnay mạng GSM cha thể cung cấp do hạn chế về tốc độ dữ liệu 9,6kb/s trongchuyển mạch kênh cũng nh hạn chế về độ dài bản tin 160 ký tự trong SMS GPRScho phép thực hiện toàn bộ các ứng dụng internet quen thuộc từ trình duyệt cho

đến trò truyện trên mạng Các ứng dụng mới khác bao gồm truyền file và tự độnghoá gia đình, một khả năng cho phép truy nhập và điều khiển từ xa các thiết bịmáy móc gia đình

c. Đặc điểm về mạng lới : Một điểm chú ý là GPRS không chỉ là dịch vụ đợc pháttriển cho mạng di động trên cơ sở chuẩn GSM Các hệ thống theo tiêu chuẩnTDMA/IS- 136 khá phổ biến tại Châu Âu có khả năng nâng cấp để hỗ trợ GPRS

Đó là thoả thuận về một định hớng hội nhập chung thông tin 3G giữa các hiệp hộicông nghiệp hỗ trợ kai tiêu chuẩn mạng trên đây

d. Đặc điểm hạn chế của GPRS : Mặc dù rõ ràng GPRS là một dịch vụ dữ liệu di

động quan trọng tạo ra những cải thiện đáng kể về hiệu quả phổ, khả năng và chứcnăng so với dịch vụ phi thoại hiện nay Tuy nhiên, một điều cần thiết phảI ghi nhận

là GPRS vẫn có những đặc điểm hạn chế nh : Dung lợng tế bào hạn chế cho tất cảngời ding.Tốc độ thực tế còn thấp Trễ chuyển tiếp

 Giải pháp cho mạng GPRS cho mạng GSM Việt Nam:

+ Triển khai mới các nút GSN trong phân hệ NSS thuộc PLMN

+ Sửa lỗi, nâng cấp các phần tử mạng GSM hiện tại nh MSC/VLR, HLR, SMS/GMSC,BSS để hỗ trợ GPRS

+ Liên kết đối tác liên doanh với các nhà cung cấp thiết bị mạng máy tính nh DSCCommunication, Xylan Corperation hay Cisco Đây là giảI pháp đợc Alcatel, Siememns

và Motorola lựa chọn

+ Tự thiét kế, chế tạo các nút GSN riêng Đây là giải pháp mà Erisson lựa chọn

GSM (900)NMT(900

hệ ba Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai

đoạn này đợc gọi là thế hệ 2.5

Bảng 1.1 Tổng kết một số nét chính của các nền tảng công nghệ thông tin di động

từ thế hệ một đến thế hệ baThế hệ thông tin

di động

Hệ thống Dịch vụ chung Chú thíchThế hệ 1 (1G)

Thế hệ 2 (2G)

Trung gian (2.5G)

Thế hệ ba (3G)

AMPS,TACS, NMT

GSM, IS-136,IS-95

GPRS,EDGE,cdma2000-1x

cdma2000,WCDMA

Tiếng thoại

Chủ yếu cho dịch vụtiếng và bản tin ngắn

Trớc hết là dịch vụtiếng có đa thêm cácdịch vụ gói

Các dịch vụ tiếng và

số liệu gói đợc thiết

kế để truyền tiếng và

số liệu đa phơngtiện Là nền tảngthực sự của thế hệ ba

CDMA, CDMA kết hợpvới TDMA, băng rộng, sửdụng trồng lấn lên hệthống hai hiện có nếukhông sử dụng phổ tầnmới

Hình 1.1 Chỉ ra quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động

từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

IS-95 008)(1900)

(J-STD-EDGE

IS-95 CDMA

1 G

IS-136 TDMA(800)  Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Thông tin di động 3G- cdma2000

Hình 1.1 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

2 Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng dựa trên cơ sở tiêu chuẩnchung IMT-2000 Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:3.0

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế nh sau:

 Đờng lên: 1885-2025 MHz

 Đờng xuống: 2110-2200 MHz

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

 Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến

 Tơng tác với mọi loại dịch vụ viển thông

 Sử dụng các môi trờng khai thác khác nhau:

 Môi trờng ảo

 Đảm bảo các dịch vụ đa phơng tiện

 Dễ dàng hổ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi trờng hoạt động của IMT-2000 đợc chia thành 4 vùng:

 Vùng 1: Trong nhà, ô picô, Rb2Mbps

 Vùng 2: thành phố,ô micro, Rb384kbps

 Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb144 kbps

 Vùng 4: Toàn cầu, Rb=9,6 kbps

Bảng 1.2 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Dịch vụ di

động Dịch vụ di độngDịch vụ thông Di động dịch vụ/di động cá nhân/ di động đầu cuối

tin định vị Dịch vụ theo dõi di động/dịch vụ theo dõi di động thông minh

Dịch vụ viễn

thông

Dịch vụ âm thanh -Dịch vụ âm thanh chất lợng cao (16-64 kbps)-Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps)

-Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps)

Dịch vụ số liệu

-Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình(64-144 kbps)-Dịch vụ số liêu tốc độ tơng đối cao(384-2 Mbps)-Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2 Mbps)

Dịch vụ đa

ph-ơng tiện

-Dịch vụ video (384 kbps)-Dịch vụ hình chuyển động (384 kbps-2Mbps)-Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥2 Mbps)Dịch vụ I

Nternet Dịc vụ Internet đơn giản Dịch vụ thâm nhập Wed (384kbps-2 Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian thực Dịch vụ Internet (384 kbps-2 MbpsDịch vụ Internet

đa phơng tiện Dịch vụ Wedsite đa phơng tiện thời gian thực (≥2

Mbps)

Mô hình tổng quát của mạng IMT2000 đợc cho ở hình 1.2

Kí hiệu: TE= thiết bị đầu cuối

UI= Giao diện ngời sử dụngCác dạng máy đầu cuối bao gồm:

 Thoại có hình chất lợng cao

Đầu cuối giống nh may TV

 Đầu cuối kết hợp TV và máy tính

 TV cầm tay có khả năng thu đợc MPEG

Đầu cuối số liệu gói

tu y ế n + Đ iề u k h iể n th â m

n h ậ p v ô tu y ế n

M ạ n g lõ i

+ Đ iề u k h iể n c u ộ c g ọ i + Đ iề u k h iể n c h u y ể n

m ạ c h d ịc h v ụ + Đ iề u k h iể n tà i n g u y ê n

q u y đ ịn h + Q u ả n lý d ịc h v ụ + Q u ả n lý v ị trí + Q u ả n lý n h ậ n th ự c

 PC vở ghi có cửa thông tin cho phép:

 Điện thoại thấy hình

 Văn bản, hình ảnh, thâm nhập cơ sở dữ liệu video

 Đầu cuối PDA

 PDA tốc độ thấp

 PDA tốc độ cao hoặc trung bình

 PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi

 Máy nhắn tin hai chiều

 Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

3 Hệ thống thông tin di động cdma2000 và Công ty S-phone:

Cdma2000 là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 đợc xây dựng dựa trên tiêuchuẩn IMT-2000 Hệ thống này đợc phát triển từ hệ thống di động IS-95 thế hệ hai theosơ đồ sau:

Hình 1.3: Hành trình từ IS-95 lên cdma2000.

cdma2000 đợc phát triển tại khu vực Bắc Mỹ và một số quốc gia khác nh Hàn quốc,HongKong, Thailand, Trung Quốc, và bắt đầu đợc triển khai đầu tiên tại Việt nam vàonăm 2002-2003 qua nhà cung cấp dịch vụ S-phone

S-phone là dự án kết hợp giữa SPT (Công ty viễn thông Saigon) và công ty SLD(

đ-ợc thành lập tại Singapore gồm các thành viên SK Telecom, LG Electronic và Dong AhElecomm) theo hình thức hợp đồng Hợp tác kinh doanh, cung cấp dịch vụ điện thoại di

động vô tuyến cố định và các dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng công nghệ cdma2000-1xtrên phạm vi toàn quốc

Đề án thông tin di động CDMA của SPT sẽ sử dụng công nghệ CDMA thế hệ ba,trong đó giai đoạn một sử dụng IS - 2000 1 x với dung lợng truyền dẫn 144 Kbps

Đề án chia thành hai pha Pha 1 (3 năm) bảo đảm phủ sóng cho tất cả các thànhphố, thị xã, các vùng dân c và công nghiệp dọc đờng trục Bắc Nam Tổng số thuê bao ởgiai đoạn này là 150.000 thuê bao Giai đoạn 2 (2 năm): mở rộng vùng phủ sóng tuỳ theonhu cầu và mật độ thuê bao yêu cầu cho đến khi đạt đợc tổng số thuê bao dự kiến là700.000 đến 1.000.000 gồm cả 100.000 thuê bao WLL

Phân bố tần số của đề án cdma2000 của SPT nh sau:

SPT Call link VINAPHONE MOBIPHONE

(8MHz) use

WLL CDMA AMPS Vitel

(5MHz) (6MHz) (6MHz) (4MHz) GSM Not GSM

(8MHz) uuse (8MHz)

Hình 1.4: Phân bố tần số của đề án cdma2000 của SPT.

Tín hiệu dữ liệu băng hẹp Kênh thông tin băng rộng

Nh chúng ta đã biết thì mọi kỹ thuật điều chế và giải điều chế ngoài việc nhằm mục

đích truyền đợc tín hiệu đi xa với những khoảng cách lớn còn phải thoả mãn yêu cầu cókhả năng chống nhiễu càng lớn càng tốt và thông tin đợc bảo mật trong suốt quá trìnhtruyền từ phía phát sáng phía thu Một trong những kỹ thuật điều chế và giải điều chế sốthoả mãn đợc hầu hết các điều kiện trên và có hiệu quả cao là kỹ thuật trải phổ tín hiệu

Lý thuyết về trải phổ đã đợc xây dựng và áp dụng trong hệ thống thông tin quân sự của

Mỹ trong suốt thời gian xảy ra thế chiến thứ II và cả thời gian sau đó Kỹ thuật trải phổ

đ-ợc sử dụng nh mục đích đã nêu ở trên là bảo mật thông tin và chống lại ảnh hởng củanhiễu cố ý, mặt khác nó có một đặc điểm lớn nữa là có thể hoạt động tốt trong môi trờng

đa đờng và nhiễu mạnh Những năm gần đây thì các hệ thống trải phổ đã đợc đa ra thơngmại hoá để khai thác trên một số nớc trên thế giới nh: Mỹ, Hồng Kông, Hàn Quốc v.v

đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị tại Bắc Mỹ Điển hình là phiênbản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A đợc QUALCOM đa ra và đợc Hiệp hội công nghệ viễnthông (TIA) phê chuẩn

Một hệ thống thông tin trải phổ có thể đợc định nghĩa nh sau: Hệ thống thông tin trảiphổ là một hệ thống thông tin dùng để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ các tín hiệu số liệuthông tin bằng việc sử dụng mã trải phổ có độ rộng phổ lớn hơn gấp nhiều lần so với độrộng phổ của tín hiệu số liệu thông tin Quá trình trải phổ tín hiệu ngời ta điều chế (nhân)tín hiệu thông tin tốc độ R (bit/s) với mã trải phổ có tốc độ Rp (chip/s) trong đó Rp >> R.trong trờng hợp này mã trải phổ là độc lập so với tín hiệu số liệu thông tin Xung phát ở

đầu ra sẽ rất hẹp do đó phổ tín hiệu sẽ rất lớn Tuy nhiên cần chú ý là để phân biệt một bítthông tin dữ liệu với một bít của mã trải phổ thì ngời ta gọi một bit thông tin của mã trảiphổ là một chip Vì Rp >> R nên trong mã trải phổ một bít dữ liệu đợc trải bởi nhiều chipmã

Một hệ thống đợc định nghĩa là trải phổ nếu nó thoả mãn đầy đủ các yêu cầu sau:

1- Tín hiệu sau trải phổ chiếm một độ rộng băng tần truyền dẫn tín hiệu (haynói chính xác hơn là phân lợng phổ) lớn gấp nhiều lần so với độ rộng băng tối thiểu cầnthiết để truyền đi dữ liệu thông tin mong muốn

2- Việc trải phổ số liệu thông tin đợc thực hiện bởi tín hiệu trải phổ thờng đợcgọi là tín hiệu mã trải phổ, tín hiệu này là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin

3- Tại đầu thu, việc nén phổ để khôi phục lại dữ liệu ban đầu đợc thực hiện bởi

sự tơng quan giữa tín hiệu trải phổ thu đợc với bản sao đợc đồng bộ của tín hiệu trải phổ

đã đợc sử dụng ở phía phát

Phổ của tín hiệu tr ớc khi trải phổ

f

Phổ của tín hiệu sau trải phổ và nhiễu

 Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Thông tin di động 3G- cdma2000

Hình 2.1: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ.

Thông thờng ngời ta chia các hoạt động của khối thu và phát ra làm 2 bớc Tại đầuphát, bớc thứ nhất là trải phổ tín hiệu, ở bớc này tín hiệu dữ liệu băng hẹp qua phép tínhtrải phổ sẽ làm cho phổ của tín hiệu đợc trải ra trên một băng tần rất rộng Bớc thứ hai làthực hiện điều chế dữ liệu để truyền đi Tại đầu thu, bớc thứ nhất là thực hiện nén phổ, tínhiệu băng rộng đợc biến đổi để trở về dạng tín hiệu băng hẹp ban đầu Bớc thứ hai tiếptheo là thực hiện giải điều chế tín hiệu băng hẹp bằng các phơng pháp giải điều chế thôngthờng

Nguyên lý tổng quát của một hệ thống thông tin trải phổ có nền tảng là côngnghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) theomô hình 2.1

Tại đầu phát: Tín hiệu thông tin số liệu băng hẹp cần truyền đi đ ợc tạo ra từ các

hệ thống băng hẹp là quá trình điều chế sơ cấp, sau đó tín hiệu này đ ợc nhân với mãtrải phổ

Tại đầu thu: Tín hiệu băng tần rộng đợc thu tại máy thu đợc nén phổ nhờ việc nhânvới bản sao đợc đồng bộ của tín hiệu trải phổ đã đợc sử dụng ở phía phát

Nhờ vào các đặc điểm nh đã nói ở trên, kỹ thuật trải phổ tín hiệu đã có nhiều ứngdụng trong thực tế Các loại ứng dụng của kỹ thuật trải phổ tín hiệu là:

 Thiết kế các hệ thống thông tin có tính chống nhiễu cao, nhiễu bị nén với hệ sốbằng hệ số trải phổ tín hiệu

 Các ứng dụng trong định vị và đo tốc độ chính xác tỷ lệ với độ rộng tín hiệu trảiphổ

 Hệ thống thông tin có tính ẩn cao đối với các bộ thu tín hiệu trái phép, tỷ lệ với

hệ số trải phổ

 Hệ thống thông tin đa truy nhập với số ngời sử dụng lớn cùng chung một băngtần phổ tín hiệu, trong cùng một vùng sử dụng, số ngời truy nhập song song tỷ lệ với tham

số trải phổ

Tín hiệu Nhiễu

f0 f0

Hình 2.2 - Phổ trong quá trình phát và thu CDMA

1.2 Các kỹ thuật trải phổ tín hiệu

Có hai loại kỹ thuật trải phổ chính là trải phổ dãy trực tiếp và trải phổ nhảy tần.Cùng với hai phơng pháp trải phổ trên là kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian và các kỹ thuậttrải phổ đợc kết hợp với hai kỹ thuật trên, đó là kỹ thuật DS/FH, FH/TH, DS/FH/TH v.v Tuy nhiên ở đây chúng ta chỉ xét đến hai kỹ thuật cơ bản là kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp

và kỹ thuật trải phổ nhảy tần

1.2.1 Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp DS-SS (Direct Sequence Spread Spectrum)

Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp sử dụng mã trực tiếp băng rộng để điều chế tín hiệusóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu gốc Dãy mã đợc sử dụng có tốc độ cao hơn nhiều(tốc độ chip) so với tốc độ bit thông tin, mỗi bit thông tin của tín hiệu số đợc truyền đi nhmột chuỗi ngẫu nhiên của chip Các hệ thống trực tiếp dãy trực tiếp còn gọi là hệ thốnggiả tạp âm Trong thời gian gần đây các hệ thống DS-SS đã đợc ứng dụng trong các hệthống thông tin thơng mại

Trong các hệ thống DS-SS có thể sử dụng điều biên (AM), điều tần (FM), điều pha (PM) để điều chế tín hiệu DS-SS băng gốc trên sóng mang cao tần RF Phơng thức thông thờng đợc sử dụng là dùng khoá dịch pha PSK (Phase Shift Keying) Ta đi xét phơng pháp trải phổ dãy trực tiếp dùng khoá dịch pha hai mức BPSK (Binary Phase Shift Keying).

1.2.1.1 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK

Bộ điều

Đây là loại điều chế đơn giản nhất của trải phổ dãy trực tiếp Trong kỹ thuật trải phổdãy trực tiếp BPSK ngời ta sử dụng điều chế dịch pha nhị phân nh phơng pháp điều chếtrải phổ, điều đó có nghĩa là lần điều chế thứ nhất điều chế dữ liệu theo phơng pháp điềuchế số thông thờng, lần điều chế thứ hai ngời ta sử dụng mã trải phổ để điều chế tín hiệusóng mang đã đợc điều chế bởi tín hiệu (điều chế lần thứ nhất) theo kiểu BPSK

Trớc tiên ta đi xét tín hiệu sóng mang s(t):

s(t) = A.cos0t (2-1)Trong đó:

+ A: biên độ đỉnh của sóng mang

Sd(t) = 2.P cos[0t + d(t)] với 0t Ts (2-3)

Trong đó:

+ d(t): pha của sóng mang

+ Ts: độ rộng một chip (hay một ký hiệu) của dữ liệu điều chế d(t)

Tín hiệu Sd(t) này chiếm độ rộng băng tần từ 1/2 đến 2 lần tốc độ dữ liệu trớc đó vàphụ thuộc vào đặc điểm của việc điều chế

Trải phổ dãy trực tiếp sử dụng kỹ thuật BPSK bằng mã trải phổ C(t) có dạng xung tínhiệu NRZ và chỉ có các giá trị mức bằng + 1 và có tốc độ dòng gấp N lần tốc độ dòng dữliệu d(t) Việc điều chế trải phổ đợc thực hiện bằng phép nhân đơn giản giữa sóng mang

đã đợc điều chế Sd(t) với hàm mã C(t)

Tín hiệu phát đi có dạng:

St(t) = 2.P cos[0t + C(t) + d(t)] với 0  t  T (2-4)

Nh vậy bây giờ pha của tín hiệu sóng mang phát đi phụ thuộc vào 2 thành phần:

+ C(t): phụ thuộc vào mã giả ngẫu nhiên C(t)

+ d(t): phụ thuộc vào dòng dữ liệu d(t)

Trên cơ sở của phơng trình (2-3) ta xây dựng đợc sơ đồ bộ điều chế nh sau:

Dữ liệu nhị

phân d(t) Sd(t) St(t)

Bộ điềuchế pha

Lọc thông dải Bộ giải điều chế pha

Sóng mang 2.P cos(0t) Mã trải phổ C(t)

Hình 2.3: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp

Do tính chất của dãy mã giả ngẫu nhiên trải phổ C(t) có dạng xung NRZ có các giátrị là +1 nên từ phơng trình (2-3) ta có:

Sóng mang 2.P cos(0t) Mã trải phổ C(t)

Hình 2.4: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp đơn giản.

Khi này thì tín hiệu phát đi có thể đợc viết lại là:

C(t - Td)

Hình 2.5: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản.

Do việc diều chế tín hiệu ở phía phát đợc thực hiện qua 2 lần diều chế Do đó tại đầuthu quá trình giải diều chế cũng phải thực hiện theo 2 quá trình ngợc lại với phía phát:

 Quá trình 1: Thực hiện nhân tín hiệu diều chế thu đợc với mã trải phổ có sẵn ở đầuthu (quá trình này thực chất là quá trình nén phổ tín hiệu) Sau quá trình này thì tín hiệuthu đợc sẽ có dạng sau:

SR(t) = 2P C(t - T’d).C(t - Td) cos [0(t - Td) + d(t - Td) + ] (2-8)Trong đó:

Td: Thời gian trễ do truyền dẫn

T’d: Thời gian trễ truyền dẫn do phía thu dự đoán

Nếu T’d = Td thì điều đó có nghĩa là mã trải phổ phía thu đợc đồng bộ chính xác vớimã trải phổ của phía phát Khi đó ta có: C(t - Td).C(t – 2008 / Hệ cao đẳng chính quy T’d) = 1

Nếu bỏ qua thành phần pha ngẫu nhiên  thì tín hiệu thu đợc sau bộ nén phổ là:

S*R(t) = 2P cos[0(t-Td) + d(t-Td)] (2-9)

Ta thấy S*R(t) chính là Sd(t) bị trễ đi một khoảng thời gian là Td

 Quá trình 2: Tín hiệu S*R(t) đợc đa đến bộ giải diều chế pha để tách trở lại tín hiệuban đầu

Trong trờng hợp ta đang xét thì lần điều chế thứ nhất đối với dữ liệu thông tin làquá trình điều chế pha số thông thờng, còn điều chế trải phổ lần thứ 2 là diều chế BPSK

Sau đây ta xét quá trình điều chế mà cả hai quá trình điều chế đều sử dụng phơngpháp điều chế BPSK (Phơng pháp này còn đợc gọi là phơng pháp điều chế BPSK cải tiến) Điều chế dữ liệu lần 1 có dạng:

Sd(t) = 2P cos[0t + d(t)./2] với 0 t  Tb (2-10)Trong đó: Tb là độ rộng một tín hiệu hay một bit

Do điều chế BPSK nên độ dịch pha là  Dữ liệu d(t) mang giá trị +1 Trong kýhiệu BPSK một ký hiệu điều chế đợc thay bởi một bit Do vậy:

TS = Tb với TS là độ dài một ký hiệu điều chế

Do đó phơng trình (2-10) có thể đợc viết lại nh sau:

Sd(t) = 2P cos0t với 0  t  Tb (2-11)Lúc này tín hiệu này đợc đa qua điều chế lần thứ 2 dạng BPSK, và nó sẽ có dạngsau:

S(t) = 2P C(t).d(t).cos0t với 0  t  Tb (2-12)

Do vậy quá trình điều chế 2 lần đợc thay thế bằng quá trình điều chế duy nhất thôngqua việc nhân mã trải phổ C(t) với dãy dữ liệu d(t)

1.2.1.2 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK

Ngoài phơng pháp điều chế tín hiệu dịch pha nhị phân (BPSK) còn có nhiều phơngpháp điều chế dịch pha khác Với phơng pháp dịch pha nhị phân, góc pha của sóng mang

bị dịch cố định là 0 hay 1800 tuỳ thuộc vào giá trị của dữ liệu Do vậy nếu cả 2 quá trình

điều chế (dữ liệu và trải phổ) đều áp dụng phơng pháp này thì ngời ta có thể thay bằngmột bớc điều chế dịch pha nhị phân cho tích của dữ liệu và mã trải phổ Còn đối với ph-

ơng pháp điều chế pha 4 mức (QPSK) thì góc pha của sóng mang bị dịch đi nằm tại mộttrong 4 giá trị là 0, +900 và 1800

Điều chế pha 4 mức QPSK thực hiện tổ hợp 2 bit của tín hiệu thành một ký hiệu điềuchế và quyết định một trạng thái pha sóng mang Do vậy cùng với một độ rộng băng tần

truyền dẫn, sử dụng phơng pháp điều chế QPSK sẽ có tốc độ bit tăng gấp đôi so với phơngpháp điều chế BPSK.

Quy luật về trạng thái pha của phơng pháp điều chế QPSK nh sau:

Bộ điều chế pha Bộ tạo lai

cầu ph ơng

I(t)

S

(t)

Q(t)

Hình 2.6: Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức

Trong đó bộ lai cầu phơng thực hiện tạo ra 2 tín hiệu có lệch pha nhau là 1800

(trực giao với nhau) từ tín hiệu điều chế pha ban đầu Hai tín hiệu này có công thức

nh sau:

Tín hiệu thứ nhất:

I (t) = 2P cos[0t + d(t)] (2-14)Tín hiệu thứ hai:

Q (t) = 2P sin[0t + d(t)] (2-15)

Đồng thời tín hiệu giả ngẫu nhiên C(t) cũng đợc tách thành hai tín hiệu C1(t) và tín

hiệu C2(t) với tốc độ bit bằng một nửa tốc độ bít của dòng nhị phân ban đầu Dòng bit của

tín hiệu C1(t) chứa các giá trị bít nằm ở các vị trí chẵn trong dòng bit của tín hiệu C(t) và

ngợc lại thì dòng bit của tín hiệu C2(t) chứa các gia trị bit nằm ở các vị trí lẻ trong dòng

bít của tín hiệu C(t) Nh vậy hai tín hiệu I(t) và Q(t) bây giờ bị trải phổ dịch pha nhị phân

bởi hai mã trải phổ có tốc độ bằng nửa tốc độ mã ban đầu Kết quả tín hiệu trải phổ đầu ra

thu đợc bằng cách cộng hai tín hiệu trải phổ này với nhau và có dạng sau:

x(t)=C1(t).I(t)+C2(t).Q(t)= S C1(t).cos[0t+d(t)]+ S C2(t).cos[0t+d(t)] (2-16)

Nh vậy với bớc điều chế trải phổ sử dụng phép điều chế pha 4 mức, tín hiệu sóng

mang bị điều pha bởi dữ liệu lại một lần nữa bị điều chế pha QPSK Bớc điều chế sóng

mang bởi dữ liệu có thể là điều chế pha nhị phân hay điều chế pha 4 mức giống nh bớc

điều chế trải phổ Khi đó dầu thu khôi phục lại dữ liệu theo chiều ngợc lại và phải tuân

theo đúng phép giải điều chế BPSK hay QPSK Với phơng thức điều chế pha 4 mức thì ta

có thể gửi nhiều dữ liệu hơn vào sóng mang và do đó tiết kiệm đợc đờng truyền dẫn so với

phơng thức điều chế pha nhị phân

1.2.2 Ký thuật trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

Ký thuật trải phổ nhảy tần là ký thuật trong đó có sử dụng một bộ phát mã PN để

điều khiển bộ tổng hợp tần số Hệ thống FH đợc coi nh là việc điều chế gián tiếp vào mã

trải phổ Hệ thống FH sẽ tạo ra hiệu quả của việc trải phổ bằng cách nhảy tần giả ngẫu

nhiên giữa các tần số vô tuyến f1, f2, f3 … fn với n có thể rất lớn fn với n có thể rất lớn

Trong hệ thống FH nếu tốc độ nhảy tần lớn hơn tốc độ của bit thông tin thì đợc gọi

là hệ thống nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping)

Nếu tốc độ nhảy tần nhỏ hơn tốc độ của bit thông tin thì đợc gọi là hệ thống nhảytần chậm SFH (Slow Frequency Hopping)

Các hệ thống sử dụng ký thuật trải phổ nhảy tần đã đợc dùng từ rất lâu trong các hệthống thông tin quân sự

Chúng ta thấy rằng, đối với một hệ thống trải phổ dãy trực tiếp sử dụng mã trải phổ

để trải phổ trực tiếp sóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu Phổ tần công suất của tín hiệu

có dạng (Sĩnx/x)2, và đợc phân bố đều trên toàn bộ băng tần trải phổ Tuy nhiên các hệthống trải phổ dãy trực tiếp thờng gặp phải một số nhợc điểm sau:

+ Việc đồng bộ mã trải phổ giữa đầu phát và đầu thu là rất khó khăn

+ Độ rộng băng của tín hiệu trải phổ bị hạn chế trong khoảng vài trăm MHz do sựkhó khăn trong quá trình đồng bộ

Trái lại hệ thống trải phổ nhảy tần có thể khắc phục đợc những nhợc điểm trên, hệthống trải phổ nhảy tần đợc sử dụng trong thông tin quân sự của Mỹ từ những năm 50 Sovới hệ thống trải phổ dẫy trực tiếp thì nó có những u điểm sau:

+ Mã trải phổ không trực tiếp tham gia vào trong quá trình trải phổ tín hiệu sóng

mang đã đợc diều chế mà nó chỉ đợc sử dụng để điều khiển bộ tổng hợp tần số dể tạo racác giá trị tần số nhảy tần cho sóng mang

+ Tại các thời điểm có sự nhảy tần số thì bộ tạo mã trải phổ sẽ đa ra một đoạn cóchứa K bit của mã để điều khiển bộ tổng hợp tần số làm cho bộ tổng hợp tần số này sẽnhảy sang hoạt động ở một tần số tơng ứng với mã K bit của mã đa vào ứng với K bit thìmã sẽ cho ta 2K giá trị tần số khác nhau, đoạn K bit này đợc gọi là một từ tần số và có 2K

giâ trị tần số khác nhau

+ Có các giá trị tần số này đợc xuất hiện một cách ngẫu nhiên tại đầu ra của mỗi

bộ tạo mã trải phổ Do đó 2K giá trị tần số này đợc tạo ra dới sự điều khiển của 2K giá trị

từ tần số cũng mang tính ngẫu nhiên

+ Phổ của tín hiệu nhảy tần có bề rộng giống nh sóng mang đã đợc diều chế bởi dữliệu, nó chỉ khác là băng tần của phổ tần này nhận những giá trị trung tâm khác nhau phụthuộc vào giá trị tần số đợc bộ tổng hợp tần số tạo ra trong mỗi lần nhảy tần

Tuy nhiên nếu xét trên toàn bộ cả quá trình diều chế sóng mang đã đợc diều chế bởidữ liệu thì phổ tần của tín hiệu nhảy tần sẽ lần lợt chiếm toàn bộ miền giá trị của băng tầntrải phổ Đối với các hệ thống trải phổ nhảy tần thì độ rộng phổ của băng tần trải phổ cóthể đạt đợc giá trị rất lớn cỡ vài GHz

Phía phát Phía thu

Hình 2.7: Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần

Nguyên lý hoạt động của hệ thống nh sau:

Tại đầu phát: Dữ liệu d(t) đợc diều chế với sóng mang nhờ bộ diều chế khoá dịch tầnMFSK, và đầu ra là sóng mang đã đợc diều chế bởi dữ liệu Bộ nhịp mã sẽ điều khiển bộtạo mã trải phổ các giá trị tần số khác nhau và độc lập ứng với các chip mã Các từ tần sốnày lại điều khiển bộ diều chế nhảy tần làm cho sóng mang đã đợc diều chế ở đầu vàonhảy sang hoạt động ở một tần số mới tơng ứng với giá trị của từ tần số điều khiển.

Tại đầu thu: Tín hiệu thu đợc sẽ đợc đa vào bộ giải diều chế nhảy tần dới sự điềukhiểu của bộ tạo mã trải phổ tại phía thu để tái tạo lại đợc tín hiệu sóng mang đã đợc diềuchế, sau đó tín hiệu sóng mang đợc tái tạo lại đợc đa vào bộ giải điều chế MFSK để táitạo lại dữ liệu ban đầu

2 CDMA 2000

2.1 Thế hệ 3G

Vào giữa những năm 1990, Hiệp hội viễn thụng Quốc tế ITU đó tiến hành nghiờncứu và đưa ra cỏc chuẩn của hệ thống thụng tin khụng dõy thế hệ mới Một phõn nhúmcủa ITU là IMT-2000 (International Mobile Telecommunications – 2000) đó thiết lập cỏcyờu cầu đối với thế hệ 3G Theo đú, tốc độ bit của hệ thống khụng dõy 3G sẽ như sau(đối với cả chuyến mạch kờnh và chuyển mạch gúi):

- Tốc độ nhỏ nhất trong mụi trường xe cộ là 144 Kb/s

- Tốc độ nhỏ nhất trong mụi trường người đi bộ là 384 Kb/s

- Tốc độ nhỏ nhất trong mụi trường văn phũng – picocell là 2 Mb/s

Thờm vào đú, trong tất cả cỏc mụi trường, hệ thống vừa phải hỗ trợ cả tốc độ đốixứng (tốc độ kờnh hướng lờn bằng hướng xuống) và bất đối xứng (tốc độ hướng lờn khỏchướng xuống)

Một số chuẩn và hệ thống như UMTS (Universal Mobile TelecommunicationSystem) được thực hiện trờn một phổ 3G mới (Chõu Âu) Trong khi đú, một vài chuẩn và

hệ thống khỏc như IS-2000 lại phỏt triển 3G trờn nền phổ cũ của hệ thống 2G (Bắc Mỹ)

2.2 Kiến trỳc giao thức:

IS-2000 được cấu tạo nờn bởi chức năng của bốn lớp giao thức khỏc nhau:

- Tầng vật lý (Layer 1): Tầng này cú nhiệm vụ truyền và và nhận bit thụng qua mụitrường vật lý Khi mụi trường vật lý là khụng khớ, tầng này sẽ biến đổi cỏc bit sang cỏcdạng súng (điều chế) để thực hiện việc truyền tin Trong điều chế, tầng vật lý cũng baogồm chức năng lập mó để thực hiện chức năng điều khiển lỗi tại cỏc bit và cỏc khung

- Phõn lớp điều khiển truy nhập (MAC – sublayer) (Layer 2): phõn lớp MAC điềukhiển truy nhập của lớp cao hơn vào mụi trường vật lý

- Phõn lớp điều khiển bỏo hiệu liờn kết truy nhập (LAC – sublayer) (Layer 2 ):phõn lớp LAC cú chức năng trao đổi cỏc bản tin bỏo hiệu Khi cỏc bản tin bỏo hiệu

cung cấp các chức năng báo hiệu quan trọng thì chúng phải được phát và thu chínhxác Phân lớp LAC hoạt động với chức năng đảm bảo việc phân phối các bản tin báohiệu là đáng tin cậy.

- Tầng trên (Layer 3): tầng trên có chức năng điều khiển rộng khắp hệ thống IS –

2000 Nó thực hiện việc điều khiển như một điểm mà tại đó xử lý và tạo ra các bản tinbáo hiệu mới Các bản tin thông tin (thoại và số liệu) cũng qua tầng này

Reverse link: Kênh hướng lên

Forward link: Kênh hướng xuống

MAC sublayer – Medium Access Control sublayer: Phân lớp điều khiển truy nhập SRBP – Signalling Radio Burst Protocol: Giao thức cụm báo hiệu vô tuyến

LAC sublayer – Signalling Link Access Control: Phân lớp điều khiển liên kết truy nhập.

Reverse link: coding and modulation Forward link: demodulation and decoding

Common channel multiplex

sublayer

Dedicated channel multiplex sublayer

Signaling LAC

Voice services Data services

Signaling Data burst

Data burst

RL FL

Hình 2.8 Kiến trúc giao thức sử dụng trong IS-2000

3 Các thành phần khác của kiến trúc giao thức

- Kênh vật lý: Kênh vật lý là các con đường liên kết giữa tầng vật lý và các phân

lớp ghép kênh chung/chuyên dụng Các kênh này được ký hiệu bằng chữ Hoa

- Kênh Logic: Kênh logic là con đường kết nối giữa các phân lớp ghép kênh

chung/chuyên dụng với các lớp cao hơn Kênh logic mang các đơn vị logic của báo hiệuhoặc thông tin Kênh logic được ký hiệu bằng chữ thường

- Đơn vị dữ liệu: đơn vị dữ liệu là các đơn vị logic của báo hiệu và thông tin được

trao đổi giữa thục thể SRBP/RLP và các thực thể lớp cao hơn Có hai dạng đơn vị dữliệu: đơn vị dữ liệu tải trọng (PDU) và đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU) SDU là đơn vị dữliệu được gửi từ người yêu cầu dịch vụ tới nhà cung cấp dịch vụ; còn PDU là đơn vị dữliệu được thừa nhận bởi nhà cung cấp dịch vụ

F-SCH Forward supplemental channel R-SCH Reverse supplemental channel

F-SCCH Forward supplemental code CH R-SCCH Reverse supplemental code CH

F-FCH Forward fundamental channel R-FCH Reverse fundamental channel

F-DCCH Forward didecated control CH R-DCCH Reverse didecated control CH

F-PCH Paging channel

F-QPCH Quick paging channel

R-ACH Access channel

R-EACH Enhanced access channel

F-CCCH Forward common control CH R-CCCH Reverse common control CH

F-BCCH Broadcast control channel

F-CPCCH Common power control CH

F-CACH Common assignment channel

F-SYNCH Sync channel

F-PICH Forward pilot channel R-PICH Reverse pilot channel

F-TDPICH Transmit diversity pilot channel

F-APICH Auxiliary pilot channel

F-ATDPICH Auxiliary transmit diversity pilot

channel

Các kênh logic trong IS – 2000:

Channel

Channel

f-csch Forward common signaling

channel

f-dsch Forward didecated signaling

channel

f-dtch Forward didecated trafic

channel

4 Tốc độ trải phổ 1 và 3.

Tốc độ trải phổ 1(“1x”) được định nghĩa là sử dụng một lần tốc độ chip của IS-95(tức là 1.2288 Mc/s) Chuẩn IS-2000 cũng hỗ trợ cả tốc độ trải phổ 3 (“3x”) được sửdụng khi cần tốc độ dữ liệu cao hơn Tốc độ trải phổ 3 có hai thuộc tính lựa chọn: trảiphổ trực tiếp (DS) và đa sóng mang (MC)

1,25 MHz

1,25 MHz

Forward link Reverse link

MS

Base

staion

Hình 2.9 Tốc độ trải phổ 1

Trên đường xuống, tốc độ trải phổ 3 sử dụng thuộc tính MC bằng cách dùng 3 sóngmang RF riêng rẽ, mỗi phổ có tốc độ chip là 1,2288 Mc/s Trong trường hợp này, tốc độ

dữ liệu bằng 3 lần tốc độ sóng mang riêng rẽ nhận được ở máy di động Trên đường lên,tốc độ 3 sử dụng thuộc tính DS Trải phổ trực tiếp DS cho phép máy di động trải phổ trựctiếp dữ liệu trên một băng tần rộng hơn sử dụng tốc độ chip 3,6864 Mc/s Để thích ứngvới các hệ thống 3G khác như UMTS, tín hiệu trải phổ tốc độ 3 có 625 KHz dải tần bảo

vệ ở mỗi bên, như vậy tống dải tần sẽ là 5 MHz

3,75 MHz

3,75 MHz

Forward link Reverse link

Base

staion

MS

Hình 2.10: Tốc độ trải phổ 3

1,25 MHz

3,75 MHz

Forward link Reverse link

Base

staion

MS

Hình 2.11: Tốc độ trải phổ 3 trên đường xuống và tốc độ trải phổ 1 tại đường lên.

Máy di động sẽ chỉ phải thu và giải điều chế sóng mang 1x chứ không phải 3x Điềunày làm cho máy di động không quá phức tạp Ngoài ra, máy di động cũng có thể phát ởtốc độ 1x Trường hợp này xảy ra khi tốc độ yêu cầu đối với dòng xuống lớn hơn dònglên

Các dải tần rộng hơn như 6x, 9x, 12x được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ

dữ liệu cao hơn

CHƯƠNG 2 CÁC CHỨC NĂNG VẬN HÀNH CƠ BẢN

I ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

1 Giới thiệu

- Chuẩn IS-2000 được xây dựng với rất nhiều chức năng điều khiển công suất(ĐKCS) mới nhằm tăng tốc độ và độ chính xác cũng như dung lượng và chất lượngmạng Về dung lượng, ĐKCS nhanh và chín xác làm giảm thiểu sự thay đổi công suấtcủa đa máy phát và tối thiểu sự biến thiên công suất trong cùng dải thông, và như thế chophép nhiều người sử dụng trong hệ thống hơn Về mặt chất lượng, ĐKCS nhanh và chínhxác đảm bảo mỗi người sử dụng dùng chung tài nguyên công suất có chất lượng phục vụ

ổn định và đầy đủ

- ĐKCS trong IS-95 có hai giới hạn Đầu tiên, hệ thống chỉ có thể điều khiển côngsuất trên kênh vật lý (kênh lưu lượng hướng xuống và kênh lưu lượng hướng lên) Thứhai, tốc độ ĐKCS là không đối xứng giữa đường lên và đường xuống Tức là tốc độĐKCS (vòng kín) đường lên là 800 lần/s và tốc độ ĐKCS (vòng kín) đường xuống chỉ là

50 lần /s

- Chuẩn IS-2000 phá vỡ hai giới hạn này Đầu tiên, hệ thống có thể ĐKCS đa kênhvật lý trên các đường xuống và lên Thứ hai, hệ thống có thể ĐKCS (vòng kín) ở cảđường xuống và đường lên với tốc độ 800 lần/s

2 Điều khiển công suất đường xuống:

2.1 Vòng trong (Inner Loop) và vòng ngoài (Outer Loop):

- Khi MS bắt đầu nhận kênh lưu lượng hướng xuống và liên lạc với BS, MS sẽ liêntục giám sát kênh hướng xuống và chất lượng đường truyền Nếu chất lượng đườngtruyền bắt đầu xấu đi thì MS sẽ yêu cầu BS tăng công suất thống qua kênh hướng lên.Nếu chất lượng đường truyền quá tốt, tức là có vượt quá công suất tín hiệu đường xuống,thì MS sẽ yêu cầu BS giảm công suất phát

- Theo lý thuyết, FER là chỉ số xác định chất lượng đường truyền, nhưng sẽ mất khánhiều thời gian để MS có thể thu thập đủ bit để tính FER Do đó, tỷ số tín hiệu/tạp âmđược đo để xác định chất lượng đường truyền do Eb/N0 được tính khá nhanh

Điều khiển công suất vòng kín đường xuống thực hiện như sau:

1 MS giám sát liên tục Eb/N0 trên đường xuống

2 Nếu Eb/N0 quá cao (tức là vượt quá một ngưỡng nào đó) thì MS yêu cầu

BS giảm công suất phát

3 Nếu Eb/N0 quá thấp (tức là nằm dưới một ngưỡng nào đó) thì MS yêu

cầu BS tăng công suất phát

MS yêu cầu BS tăng hoặc giảm công suất bằng cách sử dụng các bit ĐKCS (PCB)được ghép vào kênh R-PICH Các bit PCB không được chống lỗi vì BS cần thu thập cácbit này nhanh để ĐKCS.

Phần trên mô tả vòng trong (Iner Loop) của điều khiển công suất vòng kín kênhhướng xuống Giả định rằng trong vòng trong tồn tại một ngưỡng Eb/N0 cho trước đểquyết định công suất tăng hay giảm Nhưng do môi trường là di động nên nên mối quan

hệ giữa Eb/N0 và FER thay đổi liên tục, do đó ngưỡng Eb/N0 phải được điều chỉnh động

để giữ chỉ số FER chấp nhận được Việc điều chỉnh động ngưỡng Eb/N0 (setpoint Eb/N0)được coi như vòng ngoài của điều khiển công suất vòng kín

R-PICH Transmitter

Eb/No estimate

RCVR

Demod FER

estimate

Adjust Eb/No setpoint

Decision:

If estimate> setpoint then PCB = 1

Decision:

If estimate< setpoint then PCB = 0

OUTER LOOP Eb/No

estimat e

PCB

FER estimate

Eb/No setpoint

Rx Antenna

Tx Antenna Mobile station

Eb/No estimat e

Hình 4.1 Chức năng ĐKCS đường xuống tại máy di động

Decision:

If PCB = 0 then Power down

If PCB = 1 then Power up

RCVR Demod

Tx Antenna

Rx Antenna Base Station

Transmitter Forward trafic

channel

Power Control decision s

Hình 4.2 Chức năng ĐKCS đường xuống tại tạm gốc

2.2 Điều khiển công suất của đa kênh lưu lượng hướng xuống

Các bit PCB được kênh R-PICH mang, sử dụng kênh con điều khiển công suất(power control subchannel) Kênh con điều khiển công suất là một cấu trúc được quyđịnh bởi R-PICH (hoặc một cụm kênh vật lý khác) để tải các bit PCB

Thêm vào đó, cấu trúc kênh con điều khiển công suất cũng cho phép ĐKCS nhiềuhơn một kênh lưu lượng hướng xuống Một kênh R-PICH được chia thành 16 đoạn gọi làcác nhóm điều khiển công suất Mỗi nhóm ĐKCS kéo dài 1,25 ms Như vậy với tốc độtrải phổ 1 thì mỗi nhóm ĐKCS bao gồm 1536 chip Chuẩn IS-2000 chỉ ra rằng, 1152 chipđầu tiên của một nhóm điều khiển công suất mang tín hiệu pilot, và 384 chip cuối cùngmạng bit điều khiển công suất Nếu bit ĐKCS là ‘0’ thì 384 chip này đầu là ‘0’ Còn nếubit ĐKCS là ‘1’ thì 384 chip là ‘1’

All 0s Or All 1s

All 0s Or All 1s

All 0s Or All 1s

All 0s All 0sOr

All 1s

1152 chips chips384

Bảng dưới đưa ra 7 cấu hình được xác định từ 7 phương thức hoạt động ĐKCShướng xuống khi kênh R-PICH hoạt động theo phương thức ‘không cửa’ (nongated).Kênh con điều khiển công suất của R-PICH được chia thành 2 loại: kênh con ĐKCS sơcấp và thứ cấp

Bên cạnh đó, kênh con điều khiển công suất sơ cấp và thức cấp còn được sửdụng để truyền các bit chỉ định xoá (EIB) và các bit xác định chất lượng (QIB).Trong cấu hình vô tuyến từ 3 tới 6, MS sử dụng EIB để báo với BS rằng khung F-FCH hay F-DCCH nhận được là kém Trong cấu hình 2, MS dùng EIB để báo với

BS là khung F-FCH nhận được là tồi Mặt khác, MS dùng QIB để báo cho BS biếtrằng khung F-DCCH nhận được là kém

Các phương thức hoạt động ĐKCS hướng xuống

FPC_

MOD Primary PC Subchannel Secondary PC Subchannel Primary Secondary

E on

R-PICH R-PICH on Outer Loop Inner Loop Inner Loop

000 PCB @ 800Hz Not used F-DCCH,

F-FCH, F_SCH

F-FCH orF-DCCH Not applicable

001 PCB @ 400Hz PCB @ 400Hz F-DCCH,

FCH, SCH

F-F-FCH orF-DCCH F-SCH

010 PCB @ 200Hz PCB @ 600Hz F-DCCH,

F-FCH, F_SCH

F-FCH orF-DCCH F-SCH

110 PCB @ 400

Hz

EIB @ 50 Hz for F-

SCH( 20ms);

EIB @ 25 Hz for F-

SCH( 40ms);

EIB @ 12.5

Hz SCH( 80ms);

forF-F-DCCH,F-FCH

F-FCH orF-DCCH

Not applicable

SCH( 20ms);

EIB @ 25 Hz for F-

SCH( 40ms);

EIB @ 12.5

Hz SCH( 80ms);

forF-Not applicable forF-Not

applicable Not applicable

3 Điều khiển công suất đường lên: Vòng hở

3.1 Diều khiển công suất đa kênh hướng lên

Khi một BS di chuyển trong một cell, tổn hao đường truyền giữa MS và BS liên tụcthay đổi, vì thế công suất nhận được tại MS cũng liên tục thay đổi Trong điều khiển côngsuất vòng hở, MS liên tục giám sát công suất nhận được và hiệu chỉnh công suấtphát.Việc điều khiển công suất vòng hở chỉ được thực hiện nhở MS chứ không bao gồm

BS Trong chuẩn IS-2000, MS có thể điều khiển công suất vòng hở theo 3 loại kênhhướng lên:

- R-EACH

- R-CCCH

- Kênh lưu lượng hướng lên: R-DCCH, R-FCH, R-SCH

Đối với mỗi kênh, ĐKCS vòng hở được thực hiện theo hai bước riêng biệt Đầutiên, MS tính toán công suất phát kênh pilot của R-PICH Sau đó, MS tính toán công suấtphát trên kênh mã của chính các kênh hướng lên

Điều khiển công suất vòng hở của các kênh vật lý hướng lên

R-channel

3.1.1 Kênh truy nhập tăng cường (R-EACH)

- Việc truyền kênh R-EACH gồm hai phần: (1) phần preamble và (2) phầnheader/dữ liệu R-EACH Trong suốt thời gian phát preamble của R-EACH, MS (hoạtđộng ĐKCS vòng hở của R-PICH) tính toán công suất phát của R-PICH theo công thứcsau:

Pt,R-PICH = -pr + (tổng các hệ số hiệu chỉnh)

Pt,R-PICH : công suất phát vòng hở

pr: công suất thu được tại MS

Kênh R-PICH cũng được tích cực trong suốt thời gian phát phần header và data củaR-FACH; công suất phát R-PICH được tính như sau:

Pt,R-PICH = - pr + (tổng các hệ số hiệu chỉnh) + (tổng các hệ số hiệu chỉnh ĐKCS vòng kín)

Nếu hệ thống điều khiển công suất vòng kín trên EACH thì công suất phát PICH cũng bao gồm cả (tổng các hệ số hiệu chỉnh ĐKCS vòng kín) Bằng việc điềukhiển công suất R-PICH trong kh truyền header/data của R-EACH, MS cũng điều khiểncông suất của header/data R-EACH.

R-Phần header/data của R-EACH bao gồm dữ liệu báo hiệu Công suất phát này đượctính như sau:

Pt,R-EACH = - Pt,R-PICH + (tổng các hệ số tăng ích)

với Pt,R-PICH là công suất phát của R-PICH trong thời gian truyền khungheader/data của R-EACH

Các hệ số tăng ích được dùng để điều chỉnh công suất phát kênh mã R-EACH dựatrên sự thay đổi của các thông số như tốc độ truyền dữ liệu và chiều dài khung

Như vậy, công suất phát kênh mã R-EACH rõ ràng phụ thuộc vào công suất pháthiện tại của R-PICH

3.1.2 Kênh điều khiển chung đường lên (R-CCCH)

Việc truyền-CCCH cũng bao gồm hai phần: (1) preamble và (2) data R-CCCH.Phần preamble là kênh Pilot hướng lên Do đó, MS điều khiển công suất vòng hở của R-PICH trong suốt thời gian truyền preamble của R-CCCH MS tính cong suất phát R-PICH theo công thức sau:

Pt,R-PICH = - pr + (tổng các hệ số hiệu chỉnh)

Kênh R-PICH cũng được tích cực trong thời gian truyền header và data R-CCCH:

Pt,R-PICH = - pr + (tổng các hệ số hiệu chỉnh) + (tổng các hệ số hiệu chỉnh ĐKCS vòng kín)

Nếu hệ thống ĐKCS vòng kín trên R-CCCH thì công suất phát R-PICH cũng baogồm (tổng các hệ số điều khiển công suất vòng kín)

Bằng việc ĐKCS R-PICH trong thời gian truyền data và header của R-CCCH Côngsuất phát kênh mã R-CCCH trong thời gian tuyền khung data:

Pt,R-CCCH = Pt,R-PICH + (tổng hệ số tăng ích)

Tổng hệ số tăng ích ở đây xác định các hệ số được sử dụng trong R-EACH Như vậy, côngsuất phát kênh mã R-CCCH phụ thuộc vào công suất phát hiện thời của R-PICH.

Rx Antenna

Tx Antenna Mobile station

∑

Reverse trafic channel

GF s

GF s

∑

Close loop corrections

GF s

∑

Close loop corrections

GF s

∑

Close loop corrections

GF s

Pt,R-PICH to be used for R-EACH

Pt,R-PICH to be used for R-CCCH

Pt,R-PICH to be used for reverse trafic channel

RCVC

P r

Pt,R-PICH

Hình 4.4 Điều khiển công suất hướng lên CF: hệ số hiệu chỉnh – GF: hệ số tăng ích

3.1.3 Kênh lưu lượng hướng lên

Trong thời gian truyền các kênh lưu lượng hướng lên (bao gồm R-DCCH, R-FCH

và R-SCH), kênh R-PICH cũng được tích cực để hỗ trợ giải điều chế liên kết Do đó, MSđiều khiển công suất R-PICH trong thời gian phát các kênh lưu lượng hướng lên Côngsuất phát R-PICH được tính như sau: