GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1
Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hỗ trợ dịch vụ thoại tương tự, sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để truyền dữ liệu thoại và áp dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Băng thông của hệ thống được chia thành các băng có độ rộng W ch, với khoảng bảo vệ giữa các kênh để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tần số sóng mang Khi người dùng gửi yêu cầu tới BS, BS sẽ ấn định một kênh chưa sử dụng cho cuộc gọi, và kênh này sẽ được giành riêng cho người dùng trong suốt thời gian cuộc gọi Khi cuộc gọi kết thúc, kênh sẽ được ấn định lại cho người dùng khác Hình 1.1 mô tả quá trình này với năm người dùng duy trì cuộc gọi.
- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.
- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể.
- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS).
Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản nhưng không đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng cao của người dùng về dung lượng và tốc độ Để khắc phục những hạn chế này, hệ thống di động thế hệ 2 đã ra đời, cải thiện đáng kể cả về dung lượng và các dịch vụ cung cấp.
Băng tần hệ thống Khoảng bảo vệ
Ng ười dùng 1,4 Người dùng 2,5
Hình 1.1 Khái niệm về hệ thống FDMA:
(a) Phổ tần của hệ thống FDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh
Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:
- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)
- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA).
1.2 1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA
Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần, với mỗi dải tần phục vụ cho N kênh liên lạc Mỗi kênh liên lạc tương ứng với một khe thời gian trong chu kỳ khung Các thuê bao chia sẻ kênh thông qua việc cài xen thời gian, trong đó mỗi thuê bao được cấp phát một khe thời gian trong cấu trúc khung Hình 1.2 minh họa quá trình truy cập của hệ thống TDMA với 3 kênh và 5 người dùng.
Hình 1.2 Khái niệm về hệ thống TDMA:
(a) Phổ tần của hệ thống TDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi
Băng tần hệ thống Phổ
- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.
Liên lạc song công sử dụng các dải tần khác nhau để truyền tín hiệu, với một băng tần dành cho tín hiệu từ trạm gốc đến máy di động và băng tần còn lại cho tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần số này cho phép các thiết bị thu và phát hoạt động đồng thời mà không bị can nhiễu.
- Giảm số máy thu phát ở BTS.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM)
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA có cấu trúc phức tạp hơn so với kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số trong máy di động tương tự chỉ có khả năng xử lý tối đa 10^6 lệnh mỗi giây, trong khi máy số TDMA cần phải xử lý hơn 50 x 10^6 lệnh mỗi giây.
1.2 2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA
Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho phép nhiều người dùng chiếm cùng một kênh vô tuyến để thực hiện cuộc gọi mà không gây nhiễu lẫn nhau Mỗi người dùng được phân biệt bằng một mã đặc trưng duy nhất Kênh vô tuyến CDMA được tái sử dụng trong từng ô (cell) của mạng, và các kênh này cũng được phân biệt thông qua mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN).
- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA.
Việc sử dụng chung tần số cho các thuê bao MS giúp đơn giản hóa thiết bị truyền dẫn vô tuyến, cho phép thay đổi kế hoạch tần số một cách dễ dàng Điều này làm cho việc chuyển giao trở nên linh hoạt và khả năng điều khiển dung lượng ô trở nên hiệu quả hơn.
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3
Hệ thống thông tin di động đã chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 thông qua giai đoạn trung gian 2,5, sử dụng công nghệ TDMA và CDMA, cho phép chồng lên phổ tần của thế hệ hai Các mạng như GPRS, EDGE và CDMA2000 1x đã được triển khai Ở thế hệ thứ 3, các hệ thống này hướng tới việc hòa nhập thành một tiêu
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã có nhiều tiêu chuẩn được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA và CDMA2000 đã được ITU phê duyệt.
Băng tần hệ thống Phổ
Hình 1.3 Khái niệm về hệ thống CDMA:
(a) phổ tần; (b) mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng;
Người dùng 1 Ng ười dùng
Vào những năm đầu của thập kỷ 2000, các kênh thông tin di động đã được đưa vào hoạt động, sử dụng công nghệ CDMA Công nghệ này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn cầu cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-
- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95
Hình 1.4 trình bày lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ 2G đến 3G.
Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:
Hình 1.4 Lộ trình phát triển từ 2G đến 3G
Thông tin di động thế hệ thứ 3, dựa trên nền tảng IMT 2000, đã chính thức được triển khai từ năm 2001 Mục tiêu của IMT 2000 là cung cấp nhiều khả năng mới, đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ 2.
- Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:
+ 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng.
+ 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương
- Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):
+ Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:
+ Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:
Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.
Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông
+ Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh.
+ Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment trên cơ ) sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.
Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.
Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.
+ Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.
Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo
Hệ thống thông tin di động đã trải qua giai đoạn chuyển tiếp từ thế hệ 3 sang thế hệ 4, với thế hệ 3,5 được gọi là HSDPA Công nghệ 4G, thế hệ thứ tư của truyền thông không dây, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ cao, định hình chuẩn mực cho các thiết bị không dây trong tương lai Theo nghiên cứu của NTT DoCoMo, điện thoại 4G có khả năng nhận dữ liệu với tốc độ lên tới 100 Mb/giây khi di chuyển và 1 Gb/giây khi đứng yên, giúp người dùng tải và truyền hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G không chỉ hỗ trợ truyền tải các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến mà còn thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng mạnh mẽ cho mạng không dây nội bộ (WLAN) và nhiều ứng dụng khác.
Thế hệ 4 sử dụng kỹ thuật OFDM (truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao), cho phép gửi nhiều tín hiệu cùng lúc trên các tần số khác nhau Kỹ thuật này chỉ cần một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập, từ vài chục đến vài ngàn tần số Thiết bị 4G áp dụng công nghệ SDR (Software Defined Radio) để tối ưu hóa băng thông, sử dụng đa kênh đồng thời Hệ thống chuyển mạch của mạng 4G chỉ sử dụng chuyển mạch gói, giúp giảm thiểu độ trễ trong quá trình truyền và nhận dữ liệu.
Chương 1 đã trình bày một cách khái quát về những nét đặc trưng cũng như sự phát triển của các hệ thống thông tin di động thế hệ 1, 2 và 3, đồng thời đã sơ lược những yêu cầu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba, IMT 2000, nổi bật với ưu điểm vượt trội so với các thế hệ trước, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tốc độ bit và tính di động của người dùng Mặc dù chưa xác định chính xác khả năng di động và tốc độ bit tối đa, dự đoán cho thấy hệ thống có thể đạt tốc độ lên đến 100 km/h và tốc độ bit từ 1 đến 10 Mbit/s Thế hệ thứ tư tiếp tục cải thiện tốc độ này.
34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng.
MẠNG GSM VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CẤP LÊN 3G
Đặc điểm chung
GSM được phát triển độc lập với phần cứng, tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống Điều này giúp các nhà thiết kế phần cứng sáng tạo tính năng mới và cho phép các công ty vận hành mạng lựa chọn thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau.
GSM với tiêu chuẩn thông số toàn Châu Âu mới sẽ khắc phục hạn chế về dung lượng hiện tại Nhờ vào việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ, dung lượng sẽ tăng từ 2 đến 3 lần, giúp số lượng thuê bao được phục vụ gia tăng đáng kể.
Lưu động hoàn toàn tự động cho phép người dùng mang máy di động đi sử dụng ở nước khác với hệ thống tự động cập nhật thông tin vị trí Người dùng có thể thực hiện và nhận cuộc gọi mà không cần tiết lộ vị trí của mình Ngoài tính năng lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp các dịch vụ như thông tin tốc độ cao, faxcimile và dịch vụ thông báo ngắn Các thiết bị di động ngày càng nhỏ gọn và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với các thế hệ trước.
Tiêu chuẩn GSM được phát triển để tích hợp với ISDN, đồng thời tương thích với môi trường di động, tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác giữa hai tiêu chuẩn này.
Trong hệ thống GSM, việc đăng ký thuê bao được thực hiện qua module nhận dạng thuê bao SIM (Subscribe Identity Module), cho phép mỗi thẻ SIM chỉ sử dụng với một thiết bị duy nhất Hệ thống kiểm tra đảm bảo rằng việc đăng ký thuê bao là hợp lệ và thẻ SIM không bị đánh cắp Quá trình này được tự động hóa thông qua một thủ tục xác thực tại trung tâm nhận thực.
Kiến trúc của hệ thống GSM
Hệ thống GSM bao gồm hai thành phần chính: Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) và Hệ thống chuyển mạch NSS (Network and Switching Subsystem) Mỗi thành phần này chứa nhiều khối chức năng, nơi thực hiện tất cả các nhiệm vụ của hệ thống Các khối chức năng này được thực hiện thông qua các thiết bị phần cứng khác nhau.
2.2.1.1 Phân hệ trạm gốc BSS
Hệ thống mạng di động được cấu trúc thành nhiều ô vô tuyến liền kề, đảm bảo vùng phủ sóng toàn diện cho khu vực phục vụ Mỗi ô chứa một trạm vô tuyến gốc (BTS) hoạt động trên các kênh vô tuyến riêng biệt, khác biệt với các kênh của ô lân cận để giảm thiểu nhiễu Các BTS được quản lý bởi bộ điều khiển trạm gốc (BSC), và nhiều BSC được kết nối với trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động (MSC), cho phép một BSC điều khiển nhiều BTS cùng lúc.
BSS kết nối với MS qua giao diện vô tuyến và đồng thời liên kết với NSS Bộ phận TRAU (Transcoder/Rate Adaptation Unit) thực hiện chức năng mã hóa và giải mã, đồng thời điều chỉnh tốc độ để tối ưu hóa việc truyền dữ liệu.
The GSM system operates using the OSI (Open System Interconnection) model, which includes three key interfaces: the radio interface between the Mobile Station (MS) and the Base Transceiver Station (BTS), the A interface connecting the Mobile Switching Center (MSC) and the Base Station Controller (BSC), and the A-bis interface linking the BTS and BSC.
Đài vô tuyến gốc BTS là một hệ thống bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu cho giao diện vô tuyến BTS có thể được coi là các modem vô tuyến phức tạp với nhiều chức năng bổ sung Một thành phần quan trọng trong BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ), đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa tín hiệu.
Hình 2.1- Mô hình hệ thống GSM
TRAU là thiết bị thực hiện mã hóa và giải mã tiếng cho hệ thống GSM, đồng thời thích ứng tốc độ truyền số liệu Mặc dù TRAU là một phần của BTS, nó có thể được đặt xa BTS và thường được bố trí giữa các BSC và MSC.
BSC (Base Station Controller) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS Nó thực hiện các nhiệm vụ như ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (handover) BSC kết nối với BTS ở một phía và MSC của SS ở phía kia, hoạt động như một tổng đài nhỏ với khả năng tính toán đáng kể Trung bình, một BSC có thể quản lý hàng chục BTS, tùy thuộc vào công suất của các BTS này Giao diện giữa BSC và MSC được gọi là giao diện A, trong khi giao diện giữa BSC và BTS được gọi là giao diện Abis.
2.2.1.1 Phân hệ chuyển mạch (SS)
NSS trong GSM là một phần của mạng thông minh, đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý giao diện giữa người sử dụng mạng GSM và người sử dụng mạng viễn thông khác.
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC) đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối thiết lập cuộc gọi cho người dùng mạng GSM MSC giao tiếp với hệ thống con BSS và mạng ngoài, trong đó MSC cổng thực hiện nhiệm vụ kết nối với mạng bên ngoài Để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM, MSC cần có cổng thích ứng với các chức năng tương tác (IWF) Ví dụ, mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No7) được sử dụng để hỗ trợ hoạt động tương tác giữa các phần tử trong mạng GSM Thông thường, MSC hoạt động như một tổng đài lớn, quản lý các trạm gốc (BSC).
Chức năng tương tác mạng IWF (InterWorking Function) là cổng giao tiếp giữa người dùng mạng GSM và các mạng ngoài như PSPDN và CSPDN Để kết nối MSC với các mạng này, cần thích ứng với đặc điểm truyền dẫn của GSM Các thích ứng này, gọi là chức năng tương tác, bao gồm thiết bị để điều chỉnh giao thức và truyền dẫn IWF cho phép kết nối với mạng PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) và CSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch), đồng thời tồn tại song song với các mạng như PSTN và ISDN IWF có thể được thực hiện trong chức năng MSC hoặc ở thiết bị riêng, với giao tiếp giữa MSC và IWF luôn mở.
Thanh ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) lưu trữ toàn bộ thông tin về thuê bao và vị trí hiện tại của họ, mặc dù không hoàn toàn chính xác HLR kết hợp với trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center) để quản lý bảo mật dữ liệu và thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) chứa thông tin phần cứng của thiết bị.
Thanh ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu quan trọng thứ hai trong mạng GSM, kết nối với một hoặc nhiều MSC VLR có nhiệm vụ lưu trữ tạm thời thông tin thuê bao của các thuê bao trong khu vực phục vụ của MSC và cập nhật vị trí của họ, giúp MSC có được thông tin chính xác hơn so với HLR.
GMSC (Gateway Mobile Switching Center) có khả năng chứa nhiều MSC, VLR và HLR Khi thiết lập cuộc gọi đến người dùng GSM, cuộc gọi sẽ được định tuyến đến GMSC mà không cần biết vị trí hiện tại của thuê bao Nhiệm vụ của GMSC là thu thập thông tin vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC tạm trú đang quản lý thuê bao tại thời điểm đó.
2.2.1.2 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS)
Hệ thống khai thác và hỗ trợ kết nối tất cả thiết bị trong hệ thống chuyển mạch và BSC, mang lại hỗ trợ tiết kiệm cho khách hàng nhằm đảm bảo bảo trì khai thác tại chỗ OSS sở hữu những tính năng chính nổi bật.
- Mô hình mạng logic được máy tính hóa.
- Các khai thác định hướng theo hành động.
- Các chức năng quản lý điều khiển theo thực đơn.
- Các phương tiện thu thập số liệu và xữ lý.
Mục tiêu chính của OSS là cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ thống và hỗ trợ các hoạt động bảo trì của các cơ quan khai thác và bảo dưỡng khác nhau.
Kỹ thuật vô tuyến số trong GSM
Trong truyền dẫn số, tỷ số lỗi bit (BER) là chỉ số quan trọng để đo lường chất lượng tín hiệu; tỷ số này càng nhỏ thì chất lượng truyền dẫn càng cao Tuy nhiên, do sự biến động của đường truyền dẫn, không thể giảm tỷ số BER xuống mức không, dẫn đến việc chấp nhận một số lỗi nhất định Để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu, mã hóa kênh được áp dụng nhằm giảm tỷ số lỗi bit Quá trình này bao gồm việc bổ sung các bit dư vào luồng thông tin để cải thiện độ chính xác của tín hiệu truyền.
Hình 2.2 Phân vùng một vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các ô
MS VLR nhiều bit hơn cần thiết cho thông tin, nhưng bù lại ta có thể đạt được độ an toàn chống lỗi tốt hơn
Công thức tính dung lượng kênh Shannon :
B : Băng thông truyền dẫn (Hz).
P : Công suất tín hiệu thu (W).
N0 : Mật độ công suất nhiễu đơn biên (W/Hz).
Công suất thu được tại máy thu:
Eb: năng lượng bit trung bình.
Rb : tốc độ bit truyền dẫn.
Phương trình có thể được chuẩn hóa:
C là hiệu suất băng thông.
Bộ mã hóa kênh chuyển đổi dữ liệu thông tin nguồn thành một chuỗi mã mới để phát lên kênh truyền Mã hóa kênh được chia thành hai loại chính: mã khối (Block code) và mã xoắn (Convolutional code).
Trong mã hóa khối các bit kiểm tra trong khối chỉ phụ thuộc vào các bit thông tin ở khối bản tin.
2.3.1.2 Mã xoắn Ở mã hóa xoắn, bộ mã hóa tạo ra khối các bit mã không chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hóa mà còn phụ thuộc vào các bit của các khối trước Các chuỗi thông tin được chia ra thành các khối riêng lẽ và mã hóa là một chuỗi bits thông tin được sắp xếp thành một chuỗi liên tục tại đầu ra của bộ mã hóa Với cùng một độ phức tạp thì độ lợi mã hóa của mã chập lớn hơn mã khối.
Thông tin Thông tin Kiểm tra
Khối bản tin Khối mã
Một mã xoắn được tạo ra bằng cách cho chuỗi thông tin đi qua các thanh ghi dịch trạng thái hữu hạn, chứa n tầng (k bits) và phát ra một hàm đại số tuyến tính dựa trên các đa thức Dữ liệu ngõ vào được dịch vào và theo thanh ghi dịch k bits tại mỗi thời điểm, tạo ra số bits đầu ra là n bits với mỗi chuỗi dữ liệu ngõ vào k bits Tỷ lệ mã Rc được tính bằng công thức k/n, trong đó hệ số N là chiều dài bắt buộc, quyết định độ phức tạp và thế mạnh của mã.
Mục tiêu chính của phát triển hệ thống thông tin di động số là tối ưu hóa việc sử dụng phổ tần số hiện có Để đạt được điều này, kỹ thuật điều chế và giải điều chế băng hẹp đóng vai trò cực kỳ quan trọng GSM áp dụng phương pháp điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), phương pháp này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra.
Phổ công suất đầu ra hẹp rất quan trọng để đảm bảo yêu cầu công suất ngoài băng phát xạ vào các kênh lân cận nhỏ hơn 60-80 dB Điều này giúp tránh nhiễu cho các kênh lân cận trong quá trình truyền lan, đảm bảo chất lượng tín hiệu tốt hơn.
Xác suất lỗi trong quá trình truyền lan là rất nhỏ, chịu ảnh hưởng bởi độ ẩm môi trường, tạp âm nhiệt và nhiễu Do đó, công suất máy phát cần phải được duy trì ở mức thấp, đồng thời yêu cầu tái sử dụng kênh trong khu vực địa lý phải cao để đảm bảo hiệu quả truyền thông.
Hình 2.4 – Sơ đồ khối tổng quát của bộ mã hóa chập.
- Chỉ số khuếch đại tuyến tính nhỏ : Yêu cầu này rất cần thiết để tiết kiệm nguồn và cải thiện hiệu quả tầng ra.
Nguồn sóng với nhiều tần số là cần thiết để thâm nhập vào bất kỳ kênh vô tuyến nào được chỉ định Để đạt được điều này, bộ tổng hợp tần số khóa pha với tần số trung tâm có thể lập trình được thường được sử dụng.
GMSK là một phương pháp điều chế băng hẹp sử dụng kỹ thuật điều chế dịch pha, được thực hiện bằng cách kết hợp bộ lọc Gauss với bộ điều chế MSK MSK, hay điều chế FSK liên tục (CPFSK), được áp dụng khi hệ số điều chế đạt giá trị 0.5.
FSK, hay điều tần tần số, là phương pháp chuyển đổi thông tin thành tín hiệu tần số trong sóng mạng để truyền tải Phương pháp này có thể được thực hiện thông qua bộ điều chỉnh tần số VCO (Voltage Controlled Oscillator).
Tín hiệu điều chế pha liên tục, hay còn gọi là CPFSK (Continuous Phase Frequency Shift Keying), là một phương pháp điều chế mà trong đó pha của tín hiệu thay đổi một cách liên tục CPFSK đạt được điều kiện trực giao khi sự thay đổi pha trên mỗi mã là một số nguyên lần 0.5 Đặc biệt, khi hệ số điều chế của CPFSK bằng 0.5, phương pháp này được gọi là khóa dịch tần cực tiểu (MSK - Minimum Shift Keying).
Giả sử sóng mang đã được điều chế đối với MSK có dạng như sau :
A : Biên độ không thay đổi. ω0 = 2πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang.
Hình 2.5 Cấu tạo nguyên lý bộ FSK ϕ0 : Pha ban đầu.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xác định góc pha Ψtnhư sau: Ψt = k∑ iΦi (t-iT) Ở đây, ki = 1 nếu di = di-1 và ki = -1 nếu di ≠ i-1, trong đó Φi(t) = πt/2T, với T là khoảng thời gian của bit d là chuỗi bit được đưa lên điều chế.
Trong MSK, nếu bit điều chế tại thời điểm xét giống với bit trước đó, thì Ψt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 đến π/2 Ngược lại, nếu bit điều chế tại thời điểm xét khác với bit trước đó, Ψt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 đến π/2.
Sự thay đổi góc pha ở điều chế MSK cũng dẫn đến thay đổi tần số theo quan hệ sau: ω = d (t)/dt ϕ Trong đó : ϕ(t) = ω0t + t + Ψ ϕ0
Khi chuỗi bit đưa lên điều chế không thay đổi (toàn số 1 hoặc toàn số 0), tần số được xác định là ω1 = 2πf1 = ω0 + T/2 π Ngược lại, nếu chuỗi bit thay đổi luân phiên (1,0,1,0 ), tần số sẽ là ω2 = 2πf2 = ω0 - T/2 π Để thu hẹp phổ tần của tín hiệu điều chế, luồng bit được đưa qua bộ lọc Gauss Trong hệ thống GSM, bộ lọc Gauss có BT = 0.3, trong đó B là độ rộng băng tần, và độ rộng băng tần ở mức 3dB có thể được tính toán từ các thông số trên.
Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resoucre Management)
Khi một MS tham gia cuộc gọi, một đường truyền dẫn tin tức và một đường báo hiệu giữa MS và MSC neo được duy trì liên tục Sự duy trì này bắt đầu khi MS rời trạng thái chờ và kết thúc khi trở lại trạng thái chờ Trong hạ tầng PLMN, mặc dù đường truyền dẫn được duy trì liên tục, nhưng có thể thay đổi, đặc biệt là trong quá trình chuyển giao Chức năng RRM liên quan đến quản lý đường truyền dẫn với ba chức năng chính: định vị, chuyển giao và di động.
2.5.1.Quản lý di động MM (Mobility Manegement)
Lớp quản lý di động, được xây dựng trên lớp RR, thực hiện các chức năng liên quan đến sự di chuyển của tế bào cũng như vấn đề nhận thực và bảo mật Khi có cuộc gọi đến, thuê bao di động sẽ nhận thông báo qua tin nhắn ngắn gửi qua kênh chấp thuận truy cập và nhắn tin (PAGCH) của một cell Hệ thống quản lý di động cho phép khởi động cuộc gọi trong mạng và phân phối nó đến các mạng khác.
2.5.2.Quản lý cập nhật vị trí
Thuê bao được kết nối với mạng di động mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network) nơi mà họ thường trú Khi di chuyển, thuê bao sẽ kết nối với mạng PLMN tạm trú Chúng ta có thể xác định cuộc gọi từ mạng PLMN tạm trú dựa trên vị trí của thiết bị di động (MS).
Trong quá trình lựa chọn PLMN, MM thường tìm kiếm cell trong PLMN thường trú Nếu không có dịch vụ hiện hành, người dùng có thể chọn chế độ tự động hoặc chế độ thủ công để tìm PLMN phù hợp Khi dịch vụ bị giới hạn, MM sẽ kiểm tra 30 sóng mang mạnh nhất, đồng thời chú trọng đến vùng phủ sóng tại biên giới với các quốc gia lân cận.
2.5.3.Quản lý chuyển giao (Handover)
Trong lúc cuộc gọi diễn ra, hai thuê bao cùng ở trên một kênh thoại Khi một
Khi MS di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng của trạm gốc, tín hiệu thu sẽ yếu đi Để tránh ngắt cuộc gọi, trạm gốc hiện tại sẽ thực hiện thủ tục chuyển giao cuộc gọi sang một kênh tần số mới tại trạm gốc khác mà không làm gián đoạn cuộc gọi Ngoài ra, chuyển giao cũng có thể được thực hiện để cải thiện tình trạng nhiễu, giúp nâng cao chất lượng cuộc gọi.
MS hoạt động thông tin hiệu quả nhất trong môi trường phòng vệ nhiễu, mặc dù tín hiệu chuyển giao vẫn mạnh Chuyển giao lưu thông là loại chuyển giao thứ ba, được thực hiện khi dung lượng trong một cell tăng đột biến Để giảm nghẽn mạch tại cell đó, ta tiến hành chuyển giao thuê bao sang cell kế cận.
Có hai tiêu chuẩn chuyển giao sau đây :
Tiêu chuẩn đầu tiên liên quan đến sự sớm định thời trong hệ thống Khi cell mới đồng bộ với cell cũ, MS có khả năng tính toán sự sớm định thời mới, được gọi là chuyển giao đồng bộ Ngược lại, trong trường hợp chuyển giao dị bộ, cả MS và BTS mới đều sẽ khởi tạo lại sự sớm định thời.
- Tiêu chuẩn 2 : Liên quan đến vị trí điểm chuyển mạch ở cơ sở hạ tầng PLMN
Có thể chuyển giao xảy ra giữa các cell do một BSC quản lý, giữa các BSC do MSC quản lý và giữa các MSC.
Các thủ tục t hông tin
2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng
Khi một thuê bao không thực hiện cuộc gọi, hệ thống sẽ quét 21 kênh trong tổng số 416 kênh Nó sẽ chọn kênh có tín hiệu mạnh nhất và khóa vào kênh đó Sau 60 giây, quá trình tự định vị sẽ được lặp lại.
Khi thuê bao được kích hoạt, thiết bị sẽ dò tìm tần số GSM để xác định kênh điều khiển Tiếp theo, nó đo cường độ tín hiệu từ các kênh và ghi lại dữ liệu Cuối cùng, thiết bị sẽ kết nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất để đảm bảo chất lượng liên lạc tối ưu.
GSM là chuẩn công nghệ di động phổ biến, cho phép thuê bao sử dụng điện thoại GSM trên hầu hết các mạng toàn cầu Khi di chuyển, thiết bị liên tục tìm kiếm kênh để duy trì tín hiệu mạnh nhất với trạm phát Nếu phát hiện trạm có tín hiệu mạnh hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang trạm mới và thông báo vị trí mới cho mạng nếu trạm đó nằm trong khu vực phục vụ khác.
2.5.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định
Trình tự thiết lập cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định như sau :
1 Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu.
2 BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu.
3 Thiết bị gửi yêu cầu cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra đều được thực hiện
Hình 2.9 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định
4 Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi.
5 MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN.
6 Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ thiết lập.
2.5.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bị không được biết chính xác Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện công việc xác định vị trí của thiết bị di động
1 Từ điện thoại cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN Mạng sẽ phân tích và nếu phát hiện ra từ khóa gọi mạng di động, mạng PSTN sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp
2 GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong HLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ.
Hình 2.10 Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động
3 HLR phân tích số di động gọi đến để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ cho thiết bị Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được trả về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến.
4 HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ.
5 MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC.
6 GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR.
7 MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý
8 BSC phát thông điệp ra toàn bộ vùng các ô thuộc LA.
9 Khi nhận được thông điệp thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại.
10 BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin.
11 Phân tích thông điệp của BSC gửi đến để tiến hành thủ tục bật trạng thái của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị.
12 MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông Nếu thiết bị di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập.
2.5.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động
Quá trình này tương tự như việc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động, nhưng điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ được thay thế bằng MSC/VLR khác.
Khi máy di động (MS) tắt máy phát, nó gửi một tín hiệu đơn tone đặc biệt đến các trạm gốc để giải phóng cuộc gọi Sau đó, MS tiếp tục tìm kiếm cuộc gọi thông qua kênh thiết lập có tín hiệu mạnh nhất.
Nâng cấp GSM lên W -CDMA
2.6.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụ truyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thời cho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên 3G thực hiện theo các tiêu chí sau :
Công nghệ này cung cấp băng thông linh hoạt, hỗ trợ đa dạng dịch vụ từ tin nhắn tốc độ thấp đến thoại và truyền dữ liệu cao như video hoặc file Nó đảm bảo kết nối chuyển mạch cho thoại, dịch vụ video và chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu Bên cạnh đó, công nghệ còn hỗ trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng, tối ưu hóa hiệu suất mạng với tốc độ bit cao ở đường xuống và thấp ở đường lên.
Khả năng thích nghi linh hoạt với nhiều loại mạng khác nhau giúp đảm bảo cung cấp các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Những tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể vùng phủ sóng của các hệ thống di động.
Đảm bảo tính tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có là yếu tố quan trọng để duy trì sự phát triển liên tục của thông tin di động, đồng thời hỗ trợ tích cực cho các dịch vụ nội bộ trong IMT.
Vào năm 2000, các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN đã được phát triển với cấu trúc mở, cho phép dễ dàng tích hợp các tiến bộ công nghệ và ứng dụng mới Điều này cũng đảm bảo khả năng tương thích và hoạt động song song với các hệ thống cũ.
Có hai giải pháp để nâng cấp GSM lên thế hệ ba: một là thay thế hoàn toàn hệ thống cũ bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba, và hai là nâng cấp GSM lên GPRS, sau đó là EDGE để tận dụng cơ sở hạ tầng mạng GSM Giải pháp thứ hai được ưa chuộng hơn tại các nước đang phát triển, bao gồm cả Việt Nam, nhờ tính khả thi và hiệu quả kinh tế cao.
Giai đoạn đầu của nâng cấp mạng GSM tập trung vào việc cải thiện dịch vụ dữ liệu, hỗ trợ cả hai chế độ chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) Để kết nối vào mạng IP, giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP) được sử dụng, cung cấp các tiêu chuẩn cho việc truy cập internet từ trạm di động Hệ thống WAP yêu cầu có cổng WAP và chức năng kết nối mạng để hoạt động hiệu quả.
Trong giai đoạn tiếp theo, việc tăng tốc độ truyền dữ liệu có thể được thực hiện thông qua công nghệ chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) và dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) GPRS hỗ trợ WAP với tốc độ thu và phát dữ liệu lên đến 171.2Kbps Một ưu điểm quan trọng của GPRS là cước phí được tính dựa trên lưu lượng dữ liệu sử dụng, thay vì tính cước theo hệ thống chuyển mạch kênh như trước đây.
Hình 2.11 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G
Hình 2.12 Lộ trình nâng cấp GSM lên W-CDMA vì thời gian truy cập.
Dịch vụ GPRS cung cấp tốc độ cao nhờ vào sự kết hợp các khe thời gian, nhưng vẫn bị giới hạn bởi phương thức điều chế GMSK Để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, cần thay đổi kỹ thuật điều chế kết hợp với ghép khe thời gian, dẫn đến công nghệ EDGE.
EDGE sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với tốc độ tối đa 384Kbps, điều này gây khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng cần tốc độ truyền dữ liệu cao hơn Hiện tại, quá trình nâng cấp EDGE lên WCDMA và nâng cấp GSM lên 3G đang được thực hiện.
Chương 2 trình bày kiến trúc mạng GSM và các kỹ thuật vô tuyến số áp dụng trong mạng GSM Đề xuất các giải pháp nâng cấp hệ thống thông tin di động thế hệ
2 lên thế hệ ba và khái quát lộ trình nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA
Ch ng ti p theo s ình b dươ ế ẽtr ày ịch vụ vô tuy gói ến đa năng GPRS.
NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA
Cấu trúc mạng W -CDMA
Here is a rewritten paragraph that contains the important sentences and complies with SEO rules:"Hệ thống W CDMA được phát triển dựa trên nền tảng mạng GPRS, với hai thành phần chính: mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Mạng lõi CN kế thừa toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS, trong khi mạng truy nhập vô tuyến UTRAN là phiên bản nâng cấp của W-CDMA."
KBit/s Đối xứng Không đối xứng Đa phương Đ iểm ến iểm đ đ Đa điểm Đ a phương tiện di ộng đ Quảng bá
(Chất lượng thấp) Đàm thoại hội nghị Điện thoại
Thư điện tử FTP Điện thoại IP vv…
Truy nhập cơ sở dữ liệu
Mua hàng theo Catalog Video
Video theo yêu cầu điện Báo tử
Các dịch vụ phân phối thông tin
Hình 3.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba
Để hoàn thiện hệ thống WCDMA, thiết bị người sử dụng (UE) đóng vai trò quan trọng trong việc giao diện giữa người dùng và hệ thống Từ góc độ chuẩn hóa, cả hai yếu tố này đều cần được chú trọng.
UE và UTRAN sử dụng các giao thức mới dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trong khi mạng lõi hoàn toàn dựa trên GSM Điều này giúp hệ thống WCDMA phát triển toàn cầu dựa trên nền tảng công nghệ GSM.
Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống UE gồm hai phần :
- Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao Nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin cần thiết cho đầu cuối.
Hình 3.2 Cấu trúc của UMTS
— UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :
- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện I ub và Uu Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC đóng vai trò quan trọng trong việc sở hữu và quản lý các tài nguyên vô tuyến trong khu vực, kết nối với các nút B Ngoài ra, RNC còn là điểm truy cập chính cho tất cả các dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
HLR (Home Location Register) là hệ thống lưu trữ thông tin quan trọng về lý lịch dịch vụ của người sử dụng di động Nó chứa đựng thông tin về các dịch vụ được phép, các khu vực không cho phép chuyển mạng, cũng như các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi và số lần chuyển hướng cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :
Tổng đài MSC và cơ sở dữ liệu VLR đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho thiết bị người dùng (UE) tại vị trí của nó MSC thực hiện các giao dịch chuyển mạch kênh, trong khi VLR lưu trữ thông tin lý lịch người sử dụng và vị trí chính xác của UE trong hệ thống phục vụ.
- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
- Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
—Các giao diện vô tuyến
- Giao diện C U : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.
Giao diện UU là giao diện cho phép người dùng truy cập các phần tử cố định của hệ thống, đóng vai trò quan trọng nhất trong UMTS.
Giao diện IU kết nối UTRAN với CN, cho phép các nhà khai thác trang bị UTRAN và CN từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, mang lại tính linh hoạt và hiệu quả trong việc triển khai mạng.
- Giao diện IUr: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau
- Giao diện I Ub : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC I Ub được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.
Cấu trúc UMTS chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic mà không đi sâu vào chức năng nội bộ của mạng Giao diện được thiết kế dựa trên nguyên tắc các lớp và phần cao độc lập, cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức mà không ảnh hưởng đến các phần khác.
Giao diện IU là một giao diện mở, đóng vai trò kết nối giữa UTRAN và CN Có hai loại giao diện IU: Iu CS, dùng để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh, và Iu PS, phục vụ cho việc kết nối UTRAN với chuyển mạch gói.
IUCS áp dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý thông qua kết nối vô tuyến, cáp quang hoặc cáp đồng Người dùng có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hoặc E1 để thực hiện lớp vật lý.
- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao
Phía điều khiển mạng truyền tải
Phía người sử dụng mạng truyền tải
Phía người sử dụng mạng truyền tải
Hình 3.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN thức SS7 băng rộng.
- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS.
Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía người sử dụng.
Ngăn xếp giao thức phía điều khiển I U PS bao gồm RANAP và vật mang báo hiệu SS7, đồng thời cho phép định nghĩa vật mang báo hiệu IP Vật mang báo hiệu dựa trên IP trong ngăn xếp này gồm M3UA (SS7 MTP3 User Adaptation Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol), và ALL5, phục vụ cho cả hai tùy chọn.
Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IUPS không áp dụng cho IUPS Các phần tử thông tin dùng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 tương tự như các phần tử thông tin trong CS.
Các giải pháp kỹ thuật trong W -CDMA
Mã khối là một phương pháp mã hóa chia thông tin thành các khối tin (message) có kích thước k bit, mỗi khối được biểu diễn bằng một vector thông tin u = (u1,u2, ,un), với tổng cộng 2^k vector khác nhau Bộ mã hóa chuyển đổi vector u thành một từ mã v = (v1,v2, ,vn), dẫn đến 2^k từ mã khác nhau tương ứng Tập hợp 2^k từ mã có chiều dài n được gọi là mã khối (n,k), với tỉ số R = k/n phản ánh số bit thông tin so với số bit được truyền Do n bit đầu ra chỉ phụ thuộc vào k bit đầu vào, bộ giải mã có thể thực hiện đơn giản bằng mạch logic tổ hợp mà không cần lưu trữ Mã vòng là một loại mã khối tuyến tính.
Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic
Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin.
Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước :
(1) Nhân đa thức thông tin u(x) với x n-k
(2) Chia x n-k u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x).
Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x).
Bước 1: Cổng đóng nhận thông tin qua mạch, không chứa số liệu u0, u1, ,un-k được truyền từ thiết bị đầu cuối Thông tin này sẽ nhân với u(x) và x n-k Khi thông tin được đưa vào mạch, n k chữ số còn lại trong thanh ghi sẽ là các con số dùng để kiểm tra chẵn lẻ.
Bước 2 : Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở (không cho thông tin qua).
Bước 3: Dịch các con số kiểm tra chẵn lẻ để tạo ra đường truyền Các chữ số kiểm tra này kết hợp với k chữ số thông tin để hình thành vector mã.
—Sơ đồ mạch mã hóa vòng :
Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) có n đầu ra và k đầu vào tương tự như mã khối (n,k), nhưng n đầu ra của mã xoắn không chỉ phụ thuộc vào k đầu vào tại thời điểm đó mà còn vào m khối bản tin trước Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng thông qua mạch dãy, sử dụng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ Các đầu ra từ các phần tử nhớ được cộng lại theo quy luật nhất định để tạo ra chuỗi mã, sau đó các chuỗi này được ghép xen kẽ để hình thành chuỗi mã đầu ra.
Các số kiểm tra chẵn lẻ +
Một khâu của thanh ghi dịch
Mối liên kết g = 1 : Có liên kết g = 0 : Không liên kết g
Hình vẽ 3.4 Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = 1 + g1x + g2x 2 + + gn-k-1x n-k-1 + x n-k
Mã hóa Turbo là công nghệ quan trọng trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba, đặc biệt khi hoạt động ở tốc độ bit cao và yêu cầu tỉ số lỗi bit (BER) từ 10^-3 đến 10^-6 Công nghệ này sử dụng bộ mã xoắn móc nối song song PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóa thành phần có 8 trạng thái, giúp cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu.
3.2.2.Điều chế BIT/SK và QPSK
Trong hệ thống điều chế BPSK (Binary Phase Shift Keying), cặp tín hiệu s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các giá trị nhị phân.
Tb : Độ rộng băng thông.
Eb : Năng lượng của một bit.
( ) t θ : Góc pha thay đổi theo tín hiệu điều chế, θ là góc pha ban đầu.
Một cặp sóng sin đối pha 180 0 như trên gọi là một cặp tín hiệu đối cực.
Luồng số tốc độ bit Rb được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ (0→1,
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK
Luồng số cơ hai Si(t) c b
1 -→ 1), sau đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BIT/SK Chọn một tín hiệu là cơ sở là trực chuẩn:
S i ( )= b 1 Khoảng cách giữa hai tín hiệu :
Xác suất lỗi trong BPSK:
Eb là năng lượng của bit N0 mật độ xác suất nhiễu trắng.
Tín hiệu điều chế QPSK có dạng:
Eb : Năng lượng một bit.
Hình 4.8 – Khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK
Tb : Thời gian một bit.
E = 2Eb : Năng lượng tín hiệu phát đi trên một ký hiệu.
T = 2Tb : Thời gian của một ký hiệu fc: Tần số sóng mang, θ : góc pha ban đầu. i = 1, 2, 3, 4
Biến đổi lượng giác ta có phương trình dạng tương đương như sau :
Nếu ta chọn Q1và Q2là các hàm năng lượng cơ sở trực giao chuẩn :
Ta có thể biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bằng bốn điểm trong không gian tín hiệu với các toạ độ xác định như sau :
Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK trong không gian tín hiệu thể hiện ở bảng sau :
Pha của tín hiệu QPSK Điểm tín hiệu
Toạ độ các điểm tín hiệu
Xác suất lỗi trong QPSK:
Xác suất lỗi của BPSK và QPSK tương đương nhau, nhưng QPSK có hiệu suất băng thông gấp đôi so với BPSK Băng thông của QPSK gần bằng Rb.
Trải phổ trong W -CDMA
Việc sử dụng hiệu quả băng tần trong các hệ thống thông tin là một vấn đề quan trọng hàng đầu Các hệ thống được tối ưu hóa để đạt được độ rộng băng tần nhỏ nhất có thể.
Trong W-CDMA, để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập CDMA thay thế cho TDMA và FDMA trong GSM, hoạt động ở băng tần rộng 5MHz, được gọi là hệ thống thông tin trải phổ Hệ thống thông tin trải phổ (SS) mở rộng độ rộng băng tần của tín hiệu trước khi phát, cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một băng tần trải phổ một cách hiệu quả Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng tần mà còn tận dụng các lợi ích của công nghệ trải phổ Tại máy thu, tín hiệu gốc được khôi phục bằng cách nén phổ ngược lại với quá trình trải phổ ở máy phát.
Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau :
Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS - Direct Sequence Spreading Spectrum) là phương pháp trải phổ tín hiệu bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn nhiều so với tốc độ bit Phương pháp này giúp cải thiện khả năng chống nhiễu và tăng cường độ bảo mật cho tín hiệu truyền tải.
Trải phổ nhảy tần (FHSS - Frequency Hopping Spreading Spectrum) là một hệ thống thực hiện trải phổ bằng cách nhảy giữa các tần số mang trong một tập hợp tần số nhất định Mẫu nhảy tần được mã hóa ngẫu nhiên, trong khi tần số trong khoảng thời gian một chip TC được giữ cố định Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hoặc chậm; trong hệ thống nhảy tần nhanh, tốc độ nhảy cao hơn tốc độ bit của bản tin, trong khi hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại.
Trải phổ nhả thời gian (THSS) là phương pháp thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối dữ liệu số và phát ngắt quảng trong một hoặc nhiều khe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung.
3.3.2.Nguyên lý trải phổ DSSS
Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS) là phương pháp trải phổ tín hiệu nguồn bằng cách nhân với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn nhiều so với tốc độ bit.
Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo công thức sau :
RC : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên.
Tb : thời gian một bit.
Các tín hiệu trải phổ băng rộng được tạo ra từ chuỗi mã giả tạp âm PN (Pseudo Noise), còn gọi là mã giả ngẫu nhiên, nhờ vào các tính chất thống kê tương tự như tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) Để giải mã chính xác và đồng bộ với mã phát, máy thu cần nắm rõ mã này.
Vì thế mã giả ngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định
Mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bằng các bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR : Linear Feedback Shift Register) và các cổng XOR.
Tb : Thời gian một bit của luồng số cần phát
Tn: Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ
TC: Thời gian một chip của mã trải phổHình 3.6 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tính bậc m (m > 0) :
Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho thanh ghi dịch :
Giá trị đầu ra trong (m 1) xung đồng hồ đầu tiên là :-
Cm-1 = S0(1) Tại xung đồng hồ thứ i (i > m 1) ta có trạng thái của thanh ghi dịch :-
Si-m+1(1) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (gm = 1)
=> Si(m) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) ci
S i (1) S i (2) g1 g2 gm-1 ci-m Đến bộ điều chế
Hình 3.7 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN
S i (j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. g i = 0 : khóa mở, g i = 1 : khóa đóng. Áp dụng công thức (*), ta có :
Giá trị đầu ra tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ Si(m) của thanh ghi dịch :
Tốc độ của mạch bị giới hạn bởi thời gian trễ trong các thanh ghi và cổng loại trừ ở đường hồi tiếp Để giảm thiểu thời gian trễ và tăng cường tốc độ cho mạch tạo mã ngẫu nhiên, có thể áp dụng sơ đồ mạch phù hợp.
Truy nhập gói
3.4.1.Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA
Truy nhập gói trong WCDMA cho phép sử dụng linh hoạt các kênh chung, riêng và dùng chung cho các vật mang không phải thời gian thực Bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler) điều khiển việc sử dụng các kênh khác nhau, thường được đặt tại RNC để tối ưu hóa hiệu quả lập biểu cho nhiều ô và xem xét các kết nối chuyển giao mềm.
Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau :
S i (1) S i (2) g2 gm-1 ci Đến bộ điều chế
Hình 3.8 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao
S i (j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i g i = 0 : khóa mở, g i = 1 : khóa đóng. g1
- Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng.
- Phân chia các kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu của từng người sử dụng
- Giám sát các phân bổ gói và tải hệ thống.
3.4.2.Lưu lượng số liệu gói
Truy cập gói dịch vụ không theo thời gian thực có những đặc điểm nổi bật từ góc độ giao diện vô tuyến, bao gồm khả năng tối ưu hóa băng thông, giảm thiểu độ trễ và cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu.
- Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu có thể biến đổi rất nhanh.
Số liệu gói cho phép độ trễ lớn hơn so với các dịch vụ thời gian thực, điều này có nghĩa là lưu lượng gói có thể được điều khiển hiệu quả trong mạng truy nhập vô tuyến.
Các gói dữ liệu có thể được phát lại thông qua lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC), giúp cải thiện khả năng truyền tải trong điều kiện đường truyền vô tuyến kém Điều này cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả hơn ngay cả khi tỷ lệ lỗi khung cao, khác với các dịch vụ thời gian thực.
Lưu lượng gói được đặc trưng bởi các thông số sau :
- Quá trình đến của phiên.
Thời gian đọc Thời gian
Hình 3.9 Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói
- Số cuộc gọi đến phiên.
- Thời gian đọc giữa các cuộc gọi.
- Số gói trong một cuộc gọi gói.
- Khoãng thời gian giữa hai gói trong một cuộc gọi gói.
3.4.3.Các phương pháp lập biểu gói
Chức năng lập biểu gói trong WCDMA phân chia dung lượng giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng, quyết định tốc độ bit và thời gian phân bổ Có hai phương pháp chính: phân chia theo mã và phân chia theo tần số Phương pháp phân chia theo mã giảm tốc độ bit khi dung lượng cần tăng, trong khi phương pháp phân chia theo thời gian cho phép một số ít người dùng có tốc độ bit cao nhưng chỉ trong thời gian ngắn Khi số lượng người sử dụng tăng, thời gian chờ truyền dẫn cũng sẽ kéo dài Quá trình lập biểu gói thực tế là sự kết hợp của cả hai phương pháp này.
3.4.3.1.Lập biểu phân chia theo thời gian
Khi bộ lập biểu phân chia thời gian cho các tốc độ gói, hiệu năng vô tuyến là yếu tố quan trọng cần xem xét Các dịch vụ tốc độ bit cao thường yêu cầu ít năng lượng bit hơn, do đó, phân chia theo thời gian mang lại ưu điểm về tỷ lệ Eb/No thấp hơn Hơn nữa, phương pháp này cũng có thời gian trễ trung bình ngắn hơn so với phương pháp phân chia theo mã.
Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là :
- Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài thậm chí đến vài khung.
- Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế công suất của MS ở đường lên.
3.4.3.2.Lập biểu phân chia theo mã
Trong lập biểu phân chia theo mã, mỗi người sử dụng được chỉ định một kênh khi cần thiết Nếu có nhiều người sử dụng cùng một gói yêu cầu lưu lượng, tốc độ bit sẽ phải thấp hơn so với lập biểu theo thời gian.
Các ưu điểm chính của phương pháp này là :
Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập và giải phóng diễn ra với tổn thất dung lượng thấp hơn nhờ vào tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn kéo dài Tốc độ bit thấp cũng khiến việc phân bổ tài nguyên trong lập biểu gói phân chia theo mã tốn nhiều thời gian hơn so với lập biểu gói phân chia theo thời gian, điều này giúp dự đoán mức độ nhiễu hiệu quả hơn.
Biểu phân chia theo mã có thể được chia thành hai loại: tĩnh và động Trong trường hợp lập biểu tĩnh, tốc độ bit được duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối, trong khi lập biểu động cho phép tốc độ bit thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói.
- Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn.
QUY HOẠCH VÀ TỐI U MẠNG WCDMA Ư
Quy hoạch mạng WCDMA
Quá trình lan truyền tín hiệu từ trạm gốc BTS đến máy di động MS gặp phải sự suy hao công suất tín hiệu do nhiều yếu tố như môi trường truyền dẫn, tạp nhiễu từ thiết bị khác và tạp nhiễu nội tại của thiết bị Bài viết này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình truyền tín hiệu, đồng thời giới thiệu mô hình tính suy hao đường truyền, sơ đồ mức tín hiệu để tính toán đường truyền và dung lượng mạng.
4.1.1 Suy hao đường truyền trong quá trình truyền lan tín hiệu
Các điều kiện đường truyền dẫn đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai thiết bị đầu cuối và thiết kế cấu hình ô Trong ba thành phần của điều kiện truyền dẫn, suy hao đường truyền do khoảng cách và pha đinh che chắn là yếu tố quyết định cấu hình ô và ước lượng vùng phủ sóng Đồng thời, pha đinh đa đường, với khả năng thay đổi nhanh chóng mức tín hiệu thu, cũng ảnh hưởng đến thiết kế thiết bị đầu cuối, bao gồm việc lựa chọn các kỹ thuật bù pha đinh.
4.1.2 Tạp âm và can nhiễu
Tạp âm và can nhiễu ảnh hưởng lớn đến dải hoạt động của thiết bị vô tuyến, đặc biệt trong các hệ thống đa người dùng và hệ thống sử dụng chung băng thông Để thiết kế hệ thống với tín hiệu thu chấp nhận được, cần hiểu rõ đặc tính tạp âm và nhiễu, từ đó áp dụng các phương pháp đánh giá chất lượng hệ thống và toàn tuyến thông tin.
4.1.3 Mô hình tính suy hao đường truyền
Mô hình này dựa trên quan hệ thực nghiệm từ báo cáo kỹ thuật của Okumura, cho phép áp dụng các kết quả vào các công cụ tính toán Báo cáo của Okumura cung cấp chuỗi lưu đồ hữu ích cho việc lập mô hình thông tin vô tuyến, dựa trên các đo lường được thực hiện bởi Y Okumura tại Tokyo ở tần số cụ thể.
1920 MHz, các đo lường này vừa khớp với mô hình toán học của M.Hata.
Trong mô hình này, suy hao đường truyền được xác định thông qua hệ số điều chỉnh anten cho các khu vực đô thị, phụ thuộc vào khoảng cách giữa trạm gốc và trạm di động cũng như tần số Hệ số này được tích hợp vào suy hao không gian tự do và điều chỉnh thêm dựa trên độ cao của anten tại cả hai trạm Bên cạnh đó, các hệ số điều chỉnh cũng được áp dụng cho các hướng phố, khu vực ngoại ô, vùng mở và địa hình không đồng đều.
Mô hình chỉ áp dụng cho 4 thông số thỏa điều kiện:
● Tần số sóng mang fc : 150 ÷ 1500 (Mhz)
● Khoảng cách từ trạm gốc d : 1 ÷ 20 (km)
● Độ cao anten trạm gốc hb : 30 ÷ 200 (m)
● Độcao anten trạm di động hm : 1 ÷ 10 (m)
Tuỳ theo từng vùng phục vụ khác nhau, suy hao tuyến Lp tương ứng mỗi vùng khác nhau
Lp(dB) = 69,55 + 26,16lgfc + (44,9 – 6,55lghb)lgr – 13,82lghb - a(hm) (4.1)
Trong đó: a(h m ) là hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động (dB) được tính trong 2 trường hợp khác nhau:
+ Đối với thành phố nhỏ và trung bình: a(h m ) (dB)= (1,11lgf c -0,7)h m – (1,56lgf c – 0,8) (4.2)
+ Đối với thành phố lớn:
8.29[lg(1,54hm)] 2 – 1,1 (fc ≤ 200 MHz) [dB]
3,2[lg11,75hm)] 2 4,97 (f– c ≥ 400 MHz) [dB] (4.4) Như vậy bán kính cell được tính : a(hm) ={
Với vùng ngoại ô hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là:
Với vùng nông thôn hệ số hiệu chỉnh suy hao so với vùng thành phố là:
Lnt(dB) = Lp – 4,78.(lgfc) 2 +18,33(lgfc) - 40,94 (4.7)
Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:Phép đo của Okumura chỉ mang lại độ chính xác cao khi áp dụng cho các tòa nhà ở Tokyo và đòi hỏi phải có số liệu để dự đoán các nhân tố môi trường dựa trên tính chất vật lý của các tòa nhà xung quanh máy thu di động Ngoài ra, kỹ thuật Okumura còn phải hiệu chỉnh mặt đất bất thường và các đặc điểm khác của đường truyền cụ thể, do đó cần có các diễn giải thiết kế chi tiết Điều này khiến mô hình Hata-Okumura không phù hợp cho việc sử dụng máy tính trong thực tế.
4.1.3.2 Mô hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231)
Mô hình Walfisch-Ikegami chứa 3 phần tử: tổn hao không gian tự do, nhiễu xạ mái nhà và tổn hao tán xạ, tổn hao do nhiều vật chắn h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h 1 d Toà n h w b h r
H ng sóng ướ φ Di độ ng
Các thông số đưa vào công thức mô hình được giới thiệu ở hình 4.2
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến thiết kế hệ thống truyền dẫn sóng, bao gồm bề rộng đường phố (w) tính bằng mét, cự ly giữa các dãy nhà phố chắn đường truyền (g), và góc tới của sóng trên mặt phẳng (φ) so với trục đường Ngoài ra, chiều cao anten trạm di động (hm) và anten trạm gốc (hb) cũng đóng vai trò quan trọng, cùng với khoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc (d), cũng như chiều cao toà nhà (hr) trong việc tối ưu hóa hiệu suất truyền tín hiệu.
Mô hình chỉ áp dụng cho 4 thông số thỏa điều kiện:
● Tần số sóng mang fc : 800 ÷ 2000 (Mhz)
● Khoảng cách từ trạm gốc d : 0,02 ÷ 5 (km)
● Độ cao anten trạm gốc hb : 4 ÷ 50 (m)
● Độcao anten trạm di động h m : 1 ÷ 3 (m)
Các biểu thức sử dụng cho mô hình như sau:
, rts msd , 0 f msd rts msd rts f p L L L L L L L L
Lf : là tổn hao không gian tự do, được xác định:
L rts : là nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ, được xác định: -
Lrts (dB) = (-16,7) -10lgW + 10lgfc+ 20lg∆h m + Lo
Lolà sai số do tán xạ và nhiễu xạ, được xác định bởi:
Lmsd: là tổn hao các vật che chắn, được xác định:
Lmsd = Lbsh + ka + kdlgr + kflgfc – 9lgb (4.11) với:
=4 0,7 925 c 1 f f k với thành phố trung bình.
Với trường hợp tia nhìn thẳng (LOS):
Với trường hợp tia không nhìn thẳng (NLOS):
Lp(dB) = 32,4 + 20lgr + 20lgfc + Lrts + Lmsd
Như vậy bán kính cell tính theo mô hình Walfisch – Ikegami là :
Có thể sử dụng các giá trị mặc định sau cho mô hình: b = 20 ÷ 50m; W = b/2; Ф = b/2; h r = 3 x (số tầng) + h nn với: hnn= 3 m cho nóc nhà có độ cao, 0 m cho nóc nhà phẳng.
Tính toán tổn hao đường truyền sử dụng mô hình Hata và Walfisch-Ikegami dựa trên các thông số: tần số fc = 880 MHz, chiều cao ăng-ten người nhận hr = 30 m, chiều cao ăng-ten người phát hm = 1,5 m, góc phủ Φ = 90 độ, chiều cao ăng-ten trạm phát hb = 30 m, khoảng cách b = 30 m, chiều cao nóc nhà = 0 m và chiều rộng W = 15 m So sánh kết quả giữa hai mô hình cho thấy sự khác biệt trong mức độ tổn hao đường truyền, từ đó giúp lựa chọn mô hình phù hợp cho các ứng dụng thực tế.
Mô hình Hata dự đoán tổn hao đường truyền thấp hơn từ 13 đến 16 dB so với mô hình Walfisch-Ikegami Tuy nhiên, mô hình Hata không tính đến ảnh hưởng của độ rộng đường phố, nhiễu xạ và tổn hao tán xạ, trong khi các yếu tố này được xem xét trong mô hình Walfisch-Ikegami.
Mô hình Walfisch-Ikegami sẽ được áp dụng cho việc tính toán thiết kế do tính phù hợp của nó với điều kiện môi trường đô thị Việt Nam và khả năng tính toán dễ dàng thông qua phần mềm máy tính.
Khoảng cách Tổn hao đường truyền (dB)
Mô hình Hata Mô hình Walfisch-Ikegami
Vùng phủ sóng sẽ được xác định dựa trên diện tích cần phục vụ và bán kính của cell thông qua mô hình Walfisch-Ikegami Để đánh giá chất lượng dịch vụ và dung lượng phục vụ của hệ thống, chúng ta sẽ áp dụng phương trình tính dung lượng cực của đường truyền hướng lên Từ các tính toán này, số lượng trạm BTS cần thiết sẽ được xác định nhằm đáp ứng dung lượng của hệ thống.
4.1.3.3 Quanhệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng
Hình 4.3 minh họa mối quan hệ giữa suy hao đường truyền sóng và khoảng cách thu được theo công thức Hata Okumura, với giả thiết về độ cao anten.
BS và MS tương ứng là 100m và 1,5m Sử dụng sơ đồ này, có thể tính được một khoảng cách mà suy hao đường truyền L p max là 50%
4.1.3.4 Một số khái niệm cần quan tâm
- Đơn vị lưu lượng Erlang: Một đơn vị lưu lượng Erlang là một mạch thông tin hoạt động trong một giờ.
- Cấp phục vụ (G0S): Đại lượng biểu thị số % cuộc gọi không thành công đối
Chiều cao antenBS:100m Chiều cao anten MS: 1,5m
Mối quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng được thể hiện rõ qua bảng so sánh tổn hao đường truyền từ mô hình Hata và Walfisch-Ikegami Hệ thống tiêu hao trong mô hình G0S cho thấy tỷ lệ % thuê bao thực hiện cuộc gọi trở lại Trong điều kiện hoạt động bình thường, cấp phục vụ được đánh giá bằng xác suất tắc nghẽn 0,02 khi khởi tạo cuộc gọi trong giờ cao điểm, đây là giá trị trung bình.
- Diện tích cell: sau khi tính được bán kính cell ta có thể xác định diện tích cell theo bảng sau
Loại cell Diện tích cell Diện tích sector
Bảng 4.2: Công thức tính diện tích cell
- BHCA (Busy Hour Call Attempts): Số lần gọi của thuê bao trong giờ cao điểm
- Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao: Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành công.
- Hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi: Giả thiết về hệ thống mà các thuê bao sẽ kiên trì gọi lại cho đến khi thành công.
- Vùng phủ sóng: Hệ thống phải phục vụ một vùng nhất định Tuy nhiên do địa hình phức tạp nên độ phủ sóng không được 100% với 2 lý do:
Để đảm bảo các máy thu hoạt động hiệu quả ở những khu vực bị chắn khuất, công suất phát xạ cần phải rất mạnh Điều này dẫn đến việc giá thành thiết bị sẽ cao và chi phí thuê bao cũng sẽ tăng theo.
Công suất phát lớn gây khó khăn trong việc kiểm soát giao thoa sóng giữa các máy thu phát cùng tần số ở các cell lân cận Tái sử dụng tần số là đặc thù của mạng cellular, và khi số thuê bao gia tăng, cần chia nhỏ các cell Để nhiều thuê bao có thể sử dụng chung một tần số, công suất phát phải được giảm xuống mức phù hợp.
Tối ư u mạng W - CDMA áp dụng tại Viettel
Mục đích chính của tối ưu hóa là nâng cao chất lượng tổng thể của mạng di động hiện tại Để đạt được điều này, cần phải kết hợp nhiều yếu tố khác nhau.
Để nâng cao hiệu suất mạng, việc xác định chính xác các lỗi, kể cả những lỗi nhỏ, là rất quan trọng Các lỗi này được phát hiện thông qua việc giám sát liên tục các chỉ số chất lượng quan trọng (KPIs), thực hiện Driving Test và lắng nghe phản hồi từ khách hàng.
Cần đảm bảo cho mạng hoạt động hiệu quả nhất trong khi thỏa mãn sự ràng buộc của chất lượng dịch vụ.
Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu trạm
Kiểm tra lỗi phần cứng
Tối ưu Neighbour Đo đạc lại vùng phủ Đo kiểm tối ưu vùng phủ
Có lỗi Đo đạc các dịch vụ
-Dữ liệu thống kê theo tháng
- Đạt chỉ tiêu Không đạt Đạ t
Hình 3.1 Quy trình tối ưu Bước 1: Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu về trạm phát sóng
Cơ sở dữ liệu về trạm là nền tảng quan trọng cho các bước tối ưu tiếp theo, trong đó việc xác định chính xác góc hướng anten, độ cao và góc ngẩng là điều kiện cần thiết để thiết kế tần số và Neighbor hiệu quả Mặc dù công việc này tốn nhiều công sức và thời gian, nhưng nó giúp đơn giản hóa quá trình tối ưu sau này Các thông tin cần thiết được mô tả cụ thể như sau:
Thông tin cần chuẩn hóa :
- Chụp ảnh xung quanh trạm Chụp theo các góc 50: 0 , 110 0 , 170 0 ,
230 0 , 290 0 , 350 0 , và 3 hướng của anten (nếu hướng anten không trùng với các hướng trên)
- Tỉ số sóng đứng VSWR
- Đặc điểm cần lưu ý về địa hình, vùng phủ của các cell (nếu có)
Bước 2: Kiểm tra lỗi phần cứng của trạm
Lỗi phần cứng liên quan đến Node B và quá trình truyền dẫn vào trạm có thể phát sinh từ các yếu tố khách quan như thời tiết hoặc từ những sai sót trong quá trình vận hành và lắp đặt không đúng quy tắc.
Lỗi phần cứng của trạm ảnh hưởng lớn đến chất lượng mạng lưới Việc tối ưu hóa tham số sẽ không mang lại chỉ tiêu KPI tốt nếu phần cứng không hoạt động ổn định.
Một số lỗi phần cứng thường gặp khi tối ưu
- Lắp sai feeder, dây TX, dây RX, đấu sai cấu hình.
- Feeder bị móp hoặc nước vào trong anten, feeder.
- Đầu conector tiếp xúc không tốt.
Truyền dẫn không ổn định và chập chờn thường xuất phát từ các điểm tiếp xúc chưa được chuẩn xác, thiết kế tuyến vi ba không hợp lý, hoặc ảnh hưởng của thời tiết xấu như mưa bão làm cho chảo vi ba bị lệch khỏi vị trí thiết kế ban đầu.
Các dụng cụ có thể hỗ trợ để kiểm tra lỗi phần cứng của trạm là:
- Máy tính được cài đặt phần mềm OMT
- Máy đo Site Analyser dùng để xác định vị trí của lỗi feeder.
- Hệ thống OMC R dùng để xác định lỗi trực tiếp trên hệ thống
Khai báo lại các cell lân cận là quá trình điều chỉnh mối quan hệ giữa một cell và các cell xung quanh, nhằm xác định vùng phục vụ tối ưu cho hệ thống quản lý.
Việc khai báo các cell lân cận trong hệ thống 3G là rất quan trọng do hạn chế trong việc tái sử dụng tần số và vùng phủ Sự di chuyển thường xuyên của các thuê bao giữa các vùng có thể dẫn đến tình trạng rớt cuộc gọi hoặc nghẽn cục bộ nếu thiếu quan hệ neighbor Tuy nhiên, cần tối ưu hóa số lượng quan hệ neighbor, thông thường một cell chỉ nên có từ 12 đến 16 quan hệ, để giúp MS lựa chọn cell tốt nhất cho việc chuyển giao.
Việc cập nhật cơ sở dữ liệu không thường xuyên và chính xác có thể dẫn đến sai lệch về tọa độ hoặc góc hướng của trạm, gây ra sự không chính xác trong tối ưu quan hệ và không đạt được kết quả mong muốn Để tối ưu hóa quan hệ giữa các cell, cần thực hiện các biện pháp phù hợp.
- Số liệu thống kê Handover giữa các cell.
- Tham khảo thêm NCS, NOX được hỗ trợ trong Tool RNO của Ericson
- Đo Driving test có thể giúp cho việc phát hiện thiếu neighbor một cách trực quan.
Bước 4 : Driving Test và tối ưu lại vùng phủ
Việc thu thập dữ liệu từ các kết nối đang hoạt động là rất quan trọng Khi số thuê bao hiện có hoặc dung lượng mạng thấp, mẫu dữ liệu sẽ trở nên quá nhỏ để phục vụ cho phân tích thống kê Để đánh giá chính xác hơn các vấn đề, cần tiến hành đo đạc thực địa thông qua quá trình Driving Test.
Kiểm tra lái xe là một bước quan trọng trong quá trình tối ưu hóa, sử dụng thiết bị như Mapinfo, Laptop cài đặt phần mềm Tems Investigation 9.1 và bộ công cụ TEMS INVESTIGATION (bao gồm máy Tems investigation 9.1, GPS-USB) Đây là công cụ mạnh mẽ do Ericson cung cấp, cho phép xác định vùng phủ sóng của một hoặc nhiều cell, đánh giá chất lượng cuộc gọi của cell phục vụ và phát hiện những thiếu sót trong khai báo neighbor cũng như tần số.
Sử dụng bài đo Idle để xác định vùng phủ và phát hiện lỗi, thực hiện kết nối MS ở chế độ Idle, đo theo route qua tất cả các cell thuộc Cluster nhằm phát hiện các vấn đề về vùng phủ, lỗi lắp đặt (như sai feeder) và lỗi khai báo tham số Sau khi phát hiện, lưu lại toàn bộ các vấn đề lỗi để xử lý và so sánh với kết quả sau tối ưu ở bước 5.
Nhiều trạm lắp đặt anten không đúng theo thiết kế về góc hướng và góc ngẩng, dẫn đến tình trạng một số cell ở vùng xa có tilt chỉ 6-9 độ, trong khi đó, một số cell-anten lại hướng về khu vực không có dân cư.
Từ kết quả đo Driving Test và phân tích số liệu thống kê:
- Điều chỉnh lại hướng và góc anten để đạt vùng phủ tối ưu (Quá trình này nên sử dụng cả Google Earth để đạt hiệu quả cao).
- Sửa các lỗi do lắp đặt.
- Thêm/bớt neighbour cho các cell.
- Đề uất thêm trạm mới.x
Bước 5: Driving Test k iểm tra lại vùng phủ
Sử dụng bài đo Idle và tuân theo đúng lộ trình ở bước 4 để kiểm tra hiệu quả của các lỗi đã được phát hiện và khắc phục Ghi lại logfile và tiến hành phân tích, đánh giá các tham số, sau đó so sánh với ngưỡng yêu cầu của mạng.
Bước 6: Đo kiểm tra các tham số của các dich vụ theo và phân tích đánh giá theo ngưỡng đã đề ra
Thực hiện bài đo khả năng thiết lập cuộc gọi (Voice Call)
To prepare for the measurement process, ensure you have a Tems Pocket, Sony Ericsson C702, GPS, and a laptop with Tems Investigation 9.0 software installed Set up the measurement parameters to include a 5-second voice call, a 5-second idle state, and a 5-second timeout Aim to conduct a minimum of 16 calls per cell and follow the same route as outlined in step 4, maintaining a consistent speed throughout the measurements.