Kiến trúc phân tầng của hệ thống thông tin di động tế bào cdma

Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần sốmà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàmthoại đợc xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động đợc đồng b

Tổng quan về thông tin di động cellular 1.1 Giới thiệu chung

Lịch sử phát triển của thông tin di động

Vô tuyến di động đã trải qua gần 78 năm phát triển, với khái niệm tổ ong và các công nghệ hiện đại đã được biết đến từ hơn 50 năm trước Tuy nhiên, dịch vụ điện thoại di động chỉ thực sự xuất hiện vào đầu những năm 1960, khi đó vẫn chỉ là những cải tiến từ các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động ban đầu rất ít tiện lợi và có dung lượng thấp so với các hệ thống hiện nay Đến những năm 1980, hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công với kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã ra đời Cuối những năm 1980, nhận thức rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong thế kỷ sau đã dẫn đến việc cần phải loại bỏ những hạn chế cố hữu như phân bổ tần số hạn chế và dung lượng thấp.

Tiếng ồn và nhiễu xuất hiện khi thiết bị di động hoạt động trong môi trường đa tia, gây khó khăn cho việc cung cấp dịch vụ mới hấp dẫn cho khách hàng Điều này cũng hạn chế khả năng giảm giá thành thiết bị và cơ sở hạ tầng Hơn nữa, tính bảo mật của các cuộc gọi không được đảm bảo, và sự không tương thích giữa các hệ thống, đặc biệt tại Châu Âu, khiến người dùng không thể sử dụng thiết bị di động của mình ở các quốc gia khác.

Giải pháp hiệu quả nhất để khắc phục các hạn chế hiện tại là chuyển sang ứng dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động, kết hợp với các kỹ thuật đa thâm nhập mới.

Hệ thống thông tin di động số GSM, sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA), ra đời đầu tiên ở Châu Âu vào năm 1982 khi các nước Bắc Âu đề xuất quy định dịch vụ viễn thông chung ở băng tần 900 MHz Năm 1985, hệ thống này được quyết định, và đến tháng 5 năm 1986, giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn Tại Việt Nam, hệ thống GSM được triển khai từ năm 1993.

Hệ thống thông tin di động ở Mỹ, với sự ra đời của hệ thống AMPS sử dụng phương thức FDMA vào giữa những năm 1980, đã gặp phải các vấn đề về dung lượng tại những thị trường lớn như New York, Los Angeles và Chicago Để giải quyết tình trạng này, Mỹ đã triển khai chiến lược nâng cấp hệ thống lên công nghệ số, chuyển đổi sang hệ thống TDMA.

Khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt hơn so với các công nghệ khác Tuy nhiên, tại Mỹ, nhiều hãng lạnh nhạt với TDMA, ngoại trừ AT&T - hãng lớn duy nhất sử dụng công nghệ này và đã phát triển ra phiên bản mới IS-136, còn được gọi là AMPS số (D-AMPS) Dù vậy, GSM vẫn đạt được các thành công tại thị trường Mỹ, khác với IS-54.

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã phát triển công nghệ thông tin di động mới mang tên công nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA), sử dụng kỹ thuật trải phổ từng được áp dụng chủ yếu trong quân sự Được thành lập vào năm 1985, Qualcomm đã tiên phong trong việc phát triển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này Hiện nay, công nghệ CDMA đã trở thành công nghệ chủ đạo tại Bắc Mỹ, với phiên bản đầu tiên IS-95 A được Qualcomm giới thiệu.

Các mạng CDMA đã được triển khai tại Hàn Quốc và Hồng Kông, đồng thời cũng đang được thử nghiệm tại nhiều quốc gia như Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Đức, Israel, Peru, Philippines, Thái Lan và gần đây là Nhật Bản Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cũng dự kiến thử nghiệm CDMA Năm 1993, NTT đã giới thiệu tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của Nhật Bản, JPD (Japan Personal Digital Cellular System).

Cùng với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng đã được nghiên cứu và phát triển Hai hệ thống tiêu biểu cho loại thông tin này là DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật, cả hai đã được đưa vào thương mại.

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, Global Star và Iridium là hai hệ thống thông tin di động vệ tinh đã được đưa vào thương mại từ năm 1998.

Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thông, các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba Hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là W-CDMA và CDMA2000 W-CDMA được phát triển từ GSM thế hệ 2, trong khi CDMA2000 phát triển từ IS-95 thế hệ 2, đánh dấu sự tiến bộ trong công nghệ viễn thông.

Hệ thống thông tin di động hiện nay đang hướng tới việc thống nhất thành một tiêu chuẩn duy nhất, với khả năng phục vụ tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống băng hẹp hiện tại, các hệ thống di động thế hệ thứ ba được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng.

Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong

Hệ thống điện thoại di động tổ ong được phân chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô Mỗi ô được quản lý bởi một trạm gốc và điều khiển bởi tổng đài, cho phép thuê bao duy trì cuộc gọi liên tục khi di chuyển giữa các ô.

Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc (BS) và vùng phục vụ của mỗi BS được gọi là ô Nhiều ô kết hợp tạo thành vùng phục vụ của toàn hệ thống Trong hệ thống này, tần số mà các máy di động sử dụng không cố định ở một kênh mà được xác định qua kênh báo hiệu, cho phép máy di động tự động đồng bộ tần số Các ô liền kề sử dụng tần số khác nhau, trong khi các ô xa hơn có thể tái sử dụng cùng một tần số Để đảm bảo cuộc gọi liên tục khi di động di chuyển giữa các ô, tổng đài điều khiển kênh báo hiệu và kênh lưu lượng, tự động chuyển đổi tần số của máy di động sang tần số phù hợp.

Việc tái sử dụng tần số trong hệ thống điện thoại di động giúp định vị hiệu quả các kênh RF giữa các trạm phát sóng gần nhau, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng tần số Điều này dẫn đến việc tăng dung lượng phục vụ cho các thuê bao.

Hệ thống thông tin di động

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động

1.1.2.2 Sự phát triển của hệ thống tổ ong

Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được triển khai tại Saint Louis, Mỹ vào năm 1946, sử dụng băng tần 150 MHz với khoảng cách kênh 60 KHz và chỉ có 3 kênh Đây là hệ thống bán song công, khiến người đàm thoại bên kia không thể nói trong khi bên này đang nói, và kết nối được thực hiện thông qua điện thoại viên Năm 1969, hệ thống IMTS MJ với 11 kênh ở băng tần 150 MHz và hệ thống ITMS MK với 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã ra mắt, cho phép kết nối song công và một trạm phát sóng có thể phục vụ trong bán kính lên tới 80 Km.

1.1.2.3 Các phơng pháp truy cập trong mạng di động tổ ong a Nguyên tắc chung Để làm tăng dung lợng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, và có thể cho phép nhiều ngời cùng khai thác chung một tài nguyên trong cùng thời điểm, chẳng hạn nh trong thông tin di động thì ngời ta phải sử dụng kỹ thuật đa truy nhập Hiện nay có ba hình thức đa truy nhập khác nhau là:

 §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè FDMA (Frequency Division Multiple Access).

 §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA (Time Division Multiple Access).

 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access).

Việc ghép kênh liên quan đến băng thông mà mỗi kênh chiếm trong một băng tần nhất định, trong đó khái niệm đa truy nhập cho phép nhiều thuê bao sử dụng chung các kênh vô tuyến Một phương pháp đa truy nhập phổ biến là FDMA, nơi trạm gốc phân chia băng tần cho các thuê bao di động khác nhau, với mỗi băng tần có khoảng bảo vệ thích hợp để tránh sự chồng lấn, đảm bảo mỗi người dùng truy cập hệ thống qua sóng mang riêng biệt tại cùng một thời điểm.

Hệ thống FDMA đã được sử dụng từ lâu với tính ổn định cao và chi phí thấp Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của hệ thống này là thiếu tính linh hoạt trong việc điều chỉnh dung lượng Ngoài ra, dung lượng hệ thống cũng không cao, và vấn đề tần số công suất trở nên phức tạp khi số lượng thuê bao tăng lên đáng kể.

H×nh 1.2: ®a truy cËp ph©n chia theo tÇn sè c §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian TDMA

Phương pháp đa truy nhập cho phép nhiều người dùng cùng sử dụng một sóng mang, với trục thời gian được chia thành các khe thời gian nhỏ Mỗi thuê bao nhận được một khe thời gian từ trạm gốc và chỉ liên lạc trong khoảng thời gian đó Để tránh hiện tượng chồng lấn, cần có khoảng bảo vệ giữa các khe thời gian.

TDMA là một hệ thống truyền dẫn phức tạp hơn FDMA, yêu cầu số hóa hoặc mã hóa tín hiệu thoại trước khi lưu trữ vào bộ nhớ đệm để gán cho khe thời gian Quá trình này dẫn đến việc truyền tín hiệu không liên tục, với tốc độ truyền dẫn cần lớn hơn nhiều lần so với tốc độ mã hóa Hơn nữa, vì TDMA chứa nhiều thông tin hơn trong cùng một dải thông, thiết bị TDMA cần áp dụng các kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu, nhằm đảm bảo chất lượng tín hiệu tốt nhất.

H×nh 1.3:§a truy cËp ph©n chia theo thêi gian d Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu thông tin, chẳng hạn như âm thanh, được chuyển đổi thành tín hiệu số và sau đó kết hợp với một mã ngẫu nhiên Tín hiệu tổng hợp, bao gồm âm thanh và mã ngẫu nhiên, được phát trong một dải tần rộng thông qua kỹ thuật trải phổ.

CDMA sử dụng truyền dẫn trải phổ với yêu cầu băng thông rộng, thường là 1,25 MHz, khác với FDMA và TDMA Theo lý thuyết, CDMA có khả năng hỗ trợ số lượng thuê bao lớn gấp nhiều lần so với các phương thức truyền dẫn khác.

20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng nh nhau

Hình vẽ dới đây là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA Dải thông tăng từ

Dải tần số từ 30 KHz đến 1,25 MHz hiện có khoảng 20 cuộc đàm thoại Mỗi cuộc đàm thoại analog được chuyển đổi thành tín hiệu số thông qua bộ chuyển đổi A/D, tương tự như công nghệ TDMA Tiếp theo, một mã đặc biệt được chèn vào tín hiệu qua bộ tạo mã Cuối cùng, tín hiệu được phát đi và trải rộng trên toàn bộ dải tần 1,25 MHz, thay vì chỉ chiếm một khe thời gian riêng trong dải tần này.

Hình 1.5:Đa truy cập phân chia theo thời mã CDMA

Các thuộc tính CDMA

Trong hệ thống điều chế băng hẹp, việc sử dụng FM analog trong điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên đã dẫn đến hiện tượng fading nghiêm trọng do tính đa đường Tuy nhiên, với điều chế CDMA băng rộng, vấn đề fading đa đường đã được cải thiện đáng kể nhờ vào khả năng thu nhận các tín hiệu qua các đường khác nhau một cách độc lập thông qua phân tập.

Hiện tượng fading xảy ra liên tục trong hệ thống do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn Sự xuất hiện liên tục của fading đa đường khiến bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập.

Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách

1.2.1.1 Ph©n tËp theo thêi gian

Hệ thống CDMA băng rộng sử dụng phân tập theo tần số để mở rộng công suất tín hiệu trong băng tần rộng Nhiễu chỉ xảy ra ở một đoạn băng tần hẹp, do đó, sự giảm tín hiệu vô tuyến chỉ ảnh hưởng đến một phần nhỏ của băng tần CDMA, giúp phần lớn thông tin vẫn được nhận Kết quả là, với một lượng thông tin nhỏ bị sai lệch, đầu thu có thể dễ dàng khôi phục lại thông tin ban đầu.

Phân tập theo không gian hay theo đờng truyền có thể đạt đợc theo 3 ph- ơng pháp sau:

 Thiết lập nhiều đờng báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS

Sử dụng môi trường đa đường giúp tối ưu hóa chức năng trải phổ, tương tự như bộ thu quét, cho phép nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với nhau trong thời gian thực.

 Đặt nhiều anten tại BS Mỗi trạm thu phát sử dụng 2 anten thu để loại bỏ fađing tốt hơn.

1.2.2 Điều khiển tự động công suất:

Công suất phát của máy di động được điều chỉnh tự động để đảm bảo tất cả các máy di động trong khu vực phục vụ có độ nhạy trung bình tại bộ thu của trạm gốc BTS Bộ thu CDMA tại BTS chuyển đổi tín hiệu thu được từ máy di động thành thông tin số băng hẹp, trong khi tín hiệu từ các máy di động khác trở thành nhiễu băng rộng Quy trình thu hẹp băng giúp nâng cao tỷ số S/N lên mức tối ưu Hệ thống đạt dung lượng lớn nhất khi tín hiệu thu tại BTS có tỷ số S/N cao nhất Trạm BTS còn cung cấp chức năng điều khiển công suất, cung cấp cho máy di động một hằng số công suất liên quan.

Hệ thống thông tin di động điều chỉnh công suất phát của máy di động dựa trên các yếu tố như tải, tạp âm của BTS, và hiệu suất của anten cũng như khuếch đại công suất Thông tin được gửi đến máy di động dưới dạng bản tin thông báo thông qua mạch đóng của trạm gốc BTS, giúp tối ưu hóa công suất phát Mỗi 1,25 ms, trạm gốc so sánh tín hiệu thu được từ máy di động với giá trị ngưỡng và điều chỉnh công suất phát để đạt hiệu quả tốt nhất Mục tiêu của việc này là giảm công suất phát của máy di động khi ở trạng thái rỗi hoặc gần BTS, đồng thời tập trung cung cấp công suất cho các máy ở vùng có nguy cơ thu gián đoạn hoặc ở vị trí xa BTS.

Việc giảm tỷ số Eb/No, tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu, không chỉ tăng dung lượng hệ thống mà còn giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa Điều này đồng nghĩa với việc giảm công suất phát cho máy di động, giúp giảm chi phí và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự Hơn nữa, việc giảm công suất phát sẽ mở rộng vùng phục vụ và giảm số lượng trạm phát sóng (BS) cần thiết so với các hệ thống khác.

Một tiến bộ quan trọng trong việc điều khiển công suất của hệ thống CDMA là khả năng giảm công suất phát trung bình Thông thường, môi trường truyền dẫn rất thuận lợi cho CDMA, tuy nhiên, trong các hệ thống băng hẹp, công suất phát cao vẫn cần thiết để khắc phục hiện tượng fading theo thời gian Trong hệ thống CDMA, công suất trung bình có thể được giảm bớt nhờ vào việc điều khiển công suất, cho phép công suất phát chỉ tăng khi có hiện tượng fading xảy ra.

1.2.4 Bộ giải mã thoại tốc độ biến thiên

CDMA tận dụng thời gian lặng trong cuộc đàm thoại để tối ưu hóa dung lượng hệ thống, sử dụng bộ mã hóa/giải mã thoại với tốc độ biến thiên Khi thuê bao đang đàm thoại, tốc độ dữ liệu đạt 9600 bit/s, trong khi khi tạm ngừng hoặc nghe, tốc độ giảm xuống còn 1200 bit/s Ngoài ra, các tốc độ dữ liệu 2400 và 4800 bit/s cũng được áp dụng nhưng không phổ biến bằng hai tốc độ chính Tốc độ dữ liệu được xác định lại mỗi 20 ms dựa trên hoạt động điện đàm, với hệ số cuộc gọi thông thường xấp xỉ 40%.

Máy di động giảm tốc độ dữ liệu bằng cách điều chỉnh bộ phát khi bộ giải mã thoại hoạt động ở tốc độ thấp hơn 9600 bit/s Ở tốc độ 1200 bit/s, chu kỳ thực hiện chỉ đạt 1/8 tốc độ dữ liệu tối đa Việc lựa chọn thời gian cho chu trình là rất quan trọng trong quá trình này.

Hệ thống thông tin di động sử dụng thuật toán giả ngẫu nhiên để ngẫu nhiên hóa thời gian thu phát của từng máy di động Nhờ tính toán trung bình trên nhiều thuê bao, công suất phát trung bình giảm, dẫn đến mức nhiễu giao thoa giảm cho tất cả các thuê bao khác Kết quả là dung lượng hệ thống được tăng lên gần gấp đôi.

Tại trạm gốc, một kế hoạch khác được áp dụng, trong đó lặp lại nhiều lần cùng một mẫu bit nhằm đạt tốc độ 9600 bit/s Công suất phát của kênh được điều chỉnh để phù hợp với sự lặp lại này, giúp giảm thiểu nhiễu giao thoa.

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi cao với khả năng chống lại việc sử dụng máy thu tìm kiếm và xâm nhập kênh RF nhờ vào tín hiệu đã được scrambling Công nghệ này không chỉ đảm bảo bảo mật cuộc gọi mà còn tích hợp các khả năng bảo vệ khác, theo tiêu chuẩn EIA/TIA/IS-54-B Việc mã hóa kênh thoại số có thể thực hiện dễ dàng thông qua DES hoặc các công nghệ mã hóa tiêu chuẩn khác.

Khi một thuê bao CDMA đi ngang qua biên giới giữa hai trạm gốc sẽ xảy ra quá trình chuyển giao mềm

Kỹ thuật trải phổ

There are four fundamental spread spectrum techniques: Direct Sequence (DS), Frequency Hopping (FH), Time Hopping (TH), and Hybrid systems.

Trải phổ dãy trực tiếp: Trong kỹ thuật này tín hiệu mang thông tin đợc nhân trực tiếp mã trải phổ tốc độ cao.

Trải phổ nhảy tần là quá trình mà mã trải phổ điều khiển bộ tạo dao động sóng mang, nhằm thay đổi tần số của sóng mang Sau đó, sóng mang này sẽ được điều chế với dữ liệu để truyền tải thông tin hiệu quả.

Kỹ thuật trải phổ dịch thời gian cho phép dữ liệu có tốc độ dòng bit không đổi R được phân phối trong khoảng thời gian dài hơn thời gian cần thiết để truyền tải thông tin thông thường Dòng bit số được gửi đi dưới sự điều khiển của mã nhảy thời gian, dẫn đến việc dòng bit bị trải ra theo thời gian Điều này khiến cho phía thu bất hợp pháp không thể xác định được tập con dữ liệu nào đang được sử dụng.

Hệ thống lai giữa điều chế DS và FH đã được áp dụng để tận dụng ưu điểm của từng hệ thống, với các trường hợp sử dụng phổ biến như FH/DS, TH/FH và TH/DS Các hệ thống tổng hợp này cung cấp những đặc tính độc đáo mà mỗi hệ thống riêng lẻ không thể đạt được Một mạch đơn giản có thể bao gồm bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số, giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền thông.

2.1.1 Trải phổ dãy trực tiếp.

Hệ thống DS, hay còn gọi là sự điều chế các dãy mã thành sóng điều chế trực tiếp, là một trong những hệ thống phổ biến nhất trong lĩnh vực thông tin trải phổ Hệ thống này có cấu trúc tương đối đơn giản, không yêu cầu tính ổn định nhanh hay tốc độ tổng hợp tần số cao.

Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu đợc nhân trực tiếp với mã trải phổ, sau đó tín hiệu đợc điều chế sóng mang băng rộng

Bộ giải điều chế mã Điều chế cân bằng Bộ tạo mã

Giải điều chế dữ liệu

Hình 2.1: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS

Hình dới đa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình Bộ điều chế băng rộng thờng là điều chế PSK

Máy thu thường sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ, đồng thời áp dụng mã trải phổ nội bộ đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu được Quá trình này được thực hiện bởi khối bám và đồng bộ mã Sau khi nén, tín hiệu dữ liệu đã được điều chế sẽ được giải điều chế (thường là giải điều chế PSK), từ đó tái tạo lại dữ liệu ban đầu.

2.1.1.1 Các đặc tính của trải phổ trực tiếp: a §a truy nhËp:

Khi nhiều người cùng sử dụng một kênh vào cùng một thời điểm, các tín hiệu DS sẽ chồng lên nhau về mặt thời gian và tần số Máy thu thực hiện giải điều chế nhất quán để tách biệt mã của từng người dùng, giúp tập trung công suất tín hiệu vào băng tần thông tin Nếu mức tương quan giữa các dãy mã của người dùng khác nhau thấp, việc giải điều chế sẽ chỉ thu nhận một phần rất nhỏ công suất của các tín hiệu nhiễu trong băng tần thông tin.

Phổ tín hiệu của người sử dụng mà chúng ta quan tâm sẽ được co hẹp lại, trong khi phổ tần của những người sử dụng khác vẫn được trải rộng trên băng tần.

Hệ thống thông tin di động truyền dẫn phụ thuộc vào công suất tín hiệu của người sử dụng trong băng tần thông tin Để đảm bảo hiệu quả truyền tải, cần tối ưu hóa công suất và giảm thiểu nhiễu.

Nếu dãy mã có hàm tự tương quan lý tưởng, thì hàm tương quan bằng 0 trong khoảng [-Tc, Tc], với Tc là thời gian tồn tại của một chip Điều này có nghĩa là khi nhận được hai tín hiệu: một tín hiệu mong muốn và một tín hiệu trễ hơn 2Tc, tín hiệu trễ sẽ được xem như nhiễu, chỉ mang lại một phần rất nhỏ công suất nhiễu trong băng tần thông tin Nhiễu băng hẹp cũng cần được xem xét trong bối cảnh này.

Nhiễu băng hẹp trong tín hiệu thu được với mã băng rộng sẽ làm trải phổ nhiễu băng hẹp Do đó, nhiễu băng hẹp trong băng tần thông tin sẽ giảm đi với hệ số bằng tăng ích nhờ vào quá trình xử lý Gp Điều này dẫn đến xác suất phát hiện thấp.

Do tín hiệu dãy trực tiếp sử dụng toàn bộ phổ tín hiệu tại mọi thời điểm, mật độ phổ công suất truyền dẫn (W/Hz) rất thấp Do đó, việc phát hiện tín hiệu DS trở nên khó khăn nếu không có dãy mã trải phổ tương ứng.

2.1.1.2 Ưu nhợc điểm của DS-CDMA ¦u ®iÓm:

Mã hoá dữ liệu đơn giản có thể thực hiện bằng một bộ nhân, với bộ tạo sóng mang đơn giản chỉ phát đi một sóng mang duy nhất Điều này cho phép giải điều chế tín hiệu trải phổ một cách nhất quán.

Khó khăn trong việc đồng bộ giữa tín hiệu mã nội bộ và tín hiệu thu dẫn đến hạn chế băng tần trải phổ Do những nhược điểm này và đặc điểm của các băng tần liên tục lớn không có sẵn, băng tần trải phổ bị giới hạn trong khoảng 10-20 MHz.

Người sử dụng gần trạm phát sóng (BS) sẽ nhận được công suất lớn hơn đáng kể so với người sử dụng ở xa Điều này dẫn đến việc người dùng gần có thể gây nhiễu cho người dùng xa do một thuê bao sử dụng toàn bộ băng tần để truyền dẫn liên tục Tuy nhiên, vấn đề này sẽ được khắc phục thông qua việc áp dụng thuật toán điều khiển công suất, đảm bảo rằng mức độ công suất trung bình mà BS nhận từ mỗi thuê bao là như nhau.

2.1.2 Hệ thống dịch tần (FH).

Điều khiển công suất CDMA

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều, từ trạm gốc đến máy di động và ngược lại, nhằm tăng cường dung lượng và chất lượng dịch vụ cuộc gọi Mục tiêu của việc điều khiển công suất phát của máy di động là giảm thiểu công suất phát, đảm bảo tín hiệu của tất cả các máy di động trong khu vực phục vụ ở mức tối thiểu cần thiết, từ đó giảm thiểu nhiễu cho các tín hiệu khác Điều này giúp duy trì tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giao thoa tối thiểu tại các trạm gốc.

Ta xét riêng cho từng tuyến đờng lên và đờng xuống nh sau:

+ Đối với tuyến lên điều khiển công suất có hai chức năng:

 Cân bằng công suất mà BS nhận từ mỗi MS, nhờ đó khắc phục hiệu ứng gần xa, hiệu ứng che khuất tăng dung lợng hệ thống.

Để tối ưu hóa hiệu suất mạng, cần giảm thiểu mức công suất phát ra từ mỗi trạm phát sóng (MS) mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tin cậy Việc này giúp giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung lượng mạng, bảo vệ sức khỏe người sử dụng và kéo dài tuổi thọ của nguồn công suất MS Đặc biệt, trong tuyến xuống, việc điều khiển công suất là rất quan trọng để đạt được những mục tiêu này.

 Đảm bảo phủ sóng với chất lợng tốt cho những vùng tồi nhất trong vùng phôc vô.

Để tối ưu hóa khả năng phân bổ luồng giữa các ô có tải trọng không đồng đều trong khu vực phục vụ, cần thực hiện việc điều chỉnh nhiễu xuyên ô cho những ô có tải nặng.

Giảm thiểu mức công suất cần thiết trong khi vẫn duy trì chất lượng dịch vụ tốt không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao dung lượng hệ thống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.3.1 Điều kiển công suất tuyến lên Điều khiển công suất tuyến lên có thể thực hiện bằng một trong hai cách: điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở. a Điều khiển công suất vòng hở: Đầu tiên khi MS mới xâm nhập hệ thống thì việc điều khiển công suất vòng kín cha khởi tạo Mà MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở MS đo cờng độ tín hiệu trên kênh dẫn đờng thu đợc từ BS, sau đó ớc tính công suất trung bình cần phát đi trên kênh truy nhập Mức công suất này tỷ lệ nghịch với c- ờng độ tín hiệu dẫn đờng thu đợc Cụ thể mức công suất này nh sau:

P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR -(Pmean + 73)

Trong đó Pmean là công suất trung bình thu đợc tại đầu vào máy thu MS. NOM_PWR là hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất BS.

INIT_PWR là hệ số sửa đổi cho công suất BS.

Giá trị cụ thể của các thông số trên của mỗi BS đợc phát đi trên các bản tin thông số truy nhập trong kênh nhắn tin.

Sau đó hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín.

Nếu việc truy nhập hệ thống không thành công, MS sẽ tăng công suất phát lên từng bước gián đoạn (PWR_STEP) và thực hiện tổng tích luỹ các thay đổi (SUM1) Quá trình này tiếp tục cho đến khi truy nhập thành công MS sẽ bắt đầu truyền trên kênh luồng tuyến với công suất ước tính.

P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR + (Tổng tích luỹ những thay đổi để truy nhập) -(Pmean + 73) = NOM_PWR + INIT_PWR + SUM1 - (Pmean + 73)

Khi bác sĩ nhận thông tin từ MS, họ sẽ dựa vào tỷ lệ lỗi được báo cáo để gửi thông báo điều khiển công suất vòng kín Thông tin này được truyền tải qua bit điều khiển công suất Nếu bit điều khiển công suất là 0, MS sẽ được yêu cầu tăng công suất lên 1dB; ngược lại, nếu bit điều khiển công suất là 1, MS cần giảm công suất của mình 1dB.

3 4 Đo c ờng độ tín hiệu dẫn đ ờng

1 Mức phát ~ C ờng độ dẫn đ ờng BS

Hình 2.7 : Điều khiển công suất vòng hở tuyến lên

BS sẽ gửi tín hiệu điều khiển công suất tới từng MS với tốc độ 1,25 ms mỗi lần (800 bit/s), dẫn đến việc đo cường độ tín hiệu từ MS của BS mất khoảng 1,25 ms.

Khi nhận đợc các bit điều khiển công suất thì công suất đầu ra của MS là: P[dBm] = NOM PWR + INIT_PWR + SUM1+SUM2 - (Pmean+73)

Trong đó SUM2 (dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suất vòng kín Việc ớc tính công suất của MS chỉ mất 500 s

Phạm vi biến đổi giá trị điển hình của các thông số điều khiển công suất nh sau:

Giá trị bình thờng Phạm vi

Nh vậy phạm vi thay đổi tổng cộng của điều khiển công suất vòng hở có thể trong vòng 24dB, còn với vòng kín là 32dB.

Trong hệ thống CDMA, MS có khả năng điều chỉnh công suất truyền thông tin dựa trên tốc độ bit truyền dẫn Khi tín hiệu thoại không hoạt động, MS có thể tắt hoặc mở công suất để tiết kiệm năng lượng.

MS ở trạng thái "đóng công suất ", khi đó công suất đầu ra giảm ít nhất 20 dB.

Việc giảm công suất 20dB giúp giảm thiểu nhiễu từ người sử dụng khác Nếu công suất đầu ra nhỏ hơn mức nền tạp âm, MS sẽ tự động khóa công suất đầu ra ở mức nền tạp âm.

Giám sát chất l ợng tín hiệu

Liên hệ với những ng ời sử dụng khác

Phát lệnh điều khiển công suất

Hình 2.8: Điều khiển công suất vòng kín tuyến lên

Thông báo chất l ợng thông tin

Giám sát chất l ợng tín hiệu

So sánh với chuẩn Liên hệ với những ng ời sử dụng khác Điều chỉnh công suất

2.3.2 Điều khiển công suất tuyến xuống

TrÔ Tb gi©y Gi÷ tíi Tb+N

Hình 2.10: Bộ thu tín hiệu đa luồng( Máy thu RAKE)

Do không có tín hiệu dẫn đường từ MS đến BS, tuyến xuống chỉ sử dụng điều khiển công suất vòng kín như tuyến lên BS nhận tín hiệu thông tin từ MS về chất lượng tín hiệu, có thể là tốc độ lỗi khung mà MS đo được trong kênh lưu lượng tuyến xuống và báo về BS theo chu kỳ MS cũng có thể chỉ thông báo khi tốc độ lỗi vượt quá ngưỡng quy định Những thông tin này được truyền đến BS qua kênh lưu lượng tuyến lên.

Phạm vi biến đổi công suất của BS là 4dB,(nhỏ hơn nhiều phạm vi biến đổi công suất tuyến lên), và phụ thuộc vào tốc độ lỗi khung.

Nguyên lý bộ thu tín hiệu đa luồng (máy thu RAKE)…

Sóng vô tuyến có thể đến máy thu từ nhiều đường khác nhau, dẫn đến hiện tượng lệch pha do khoảng cách lan truyền khác nhau Hiện tượng này thường xảy ra khi sóng mang bị phản xạ nhiều lần từ các vật cản trên đường truyền Những tín hiệu phản xạ này kết hợp với sóng mang trực tiếp, gây ra sự thay đổi về cường độ tín hiệu thu được Điều này có thể làm giảm nghiêm trọng tín hiệu thu, đặc biệt khi bộ thu đi qua những điểm cực tiểu, gây ra hiện tượng rơi cuộc gọi trên các máy di động TDMA và analog.

Tuy nhiên trong máy thu CDMA hiện tợng đa đờng Nhà nớcày lại có lợi.

Bộ thu RAKE của máy thu CDMA sử dụng tín hiệu từ nhiều luồng khác nhau để cải thiện chất lượng tín hiệu Nó có khả năng nhận và sắp xếp lại các tín hiệu theo thời gian, sau đó cộng chúng lại với nhau Các tín hiệu từ các luồng khác nhau được giữ lại và dịch thời gian trước khi được kết hợp, tạo ra một tín hiệu tốt hơn so với bất kỳ thành phần tín hiệu riêng lẻ nào Quá trình cộng các tín hiệu này không chỉ tăng cường độ mà còn nâng cao chất lượng thông tin truyền tải.

Fading có thể xảy ra trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu Do đó, tổng hợp các tín hiệu thu được đảm bảo độ tin cậy cao, vì khả năng xảy ra fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu là rất thấp.

Mạng TuyÕn VËt lý VËt lý VËt lý VËt lý

Thoại, dữ liệu Thoại, dữ liệu

Hình 3.1: Phân lớp giao thức CDMA.

kiến trúc phân tầng của hệ thống thông tin di động tế bào cdma 3.1 Cấu trúc chung - So sánh với mô hình mạng OSI …

Líp vËt lý

Trong hệ thống CDMA, thông qua mã hàm Walsh (ma trận Hadamard), có thể tạo ra 64 kênh trong một dải thông tần, khác với hệ thống TDMA, nơi mỗi tần số được chia thành 8 khe thời gian, tương ứng với 8 kênh được thiết lập.

Hàm Walsh là những ma trận vuông đặc biệt đợc gọi là ma trận Hadmard.

Ma trận này bao gồm cột đầu tiên chứa toàn bộ số 0, trong khi các cột tiếp theo có số lượng 0 và 1 bằng nhau Hàm Walsh được mô tả thông qua các khối có độ dài N = 2^i, với i là các số tự nhiên.

Tiêu chuẩn IS95 CDMA sử dụng hàm Walsh để tạo thành một tập hợp gồm

Có 64 hàm trực giao, hay còn gọi là mã hàm Walsh, được đánh số từ 0 đến 63 Những hàm này được tạo thành từ 6 ký hiệu mã C0, C1, C2, C3, C4, C5, tương ứng với 2^6 = 64 từ Mỗi từ này được gán vào một ký hiệu Walsh, tạo nên 64 hàm trực giao.

Ma trận 6464 (64 mã Walsh, mỗi mã 64 chip) đợc tạo ra bằng cách sử dụng thuật toán đệ quy nh sau:

Trong đó H N là ma trận đảo của HN

Hình 3.2: Thiết lập kênh bằng mã Walsh (h ớng phát).

Một ký hiệu Walsh (một mã nhận dạng Walsh) là một hàng của ma trận H64 nói trên.

Thời hạn một ký hiệu Walsh là:

Thời hạn một chip Walsh là:

Mã hàm Walsh được sử dụng tại kênh hướng đi để phân tách tín hiệu đa truy cập giữa các người dùng trong cùng một ô Tại kênh hướng về, tất cả các mã hàm Walsh được đồng bộ trong cùng một ô và tương quan lẫn nhau qua bốn bước.

 Dữ liệu đầu vào ( ví dụ tín hiệu thoại số) đợc ghép với một mã hàm Walsh trùc giao

 Dữ liệu đợc trải phổ bằng mã PN dẫn đờng và đợc phát trên một sóng mang.

 Tại đầu thu, sau khi tách sóng mang, tín hiệu đợc nhân với mã PN đồng bé.

 Sau đó tín hiệu gốc đợc thu về bằng cách đồng bộ với mã hàm Walsh. Quá trình trên đợc mô tả bằng hình vẽ sau:

3.2.1.1 Các kênh CDMA tuyến xuống

Hình 3.3: Thiết lập kênh bằng mã Walsh (h ớng thu).

§iÒu khiÓn công suất MS Dữ liệu

Wi : Mã hàm Walsh với i =0 63

Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc kênh.

Kênh hớng xuống bao gồm tổng cộng 64 kênh, trong đó có 1 kênh dẫn đường (pilot), 1 kênh đồng bộ, một số kênh lu lượng (maxU) và tối đa 7 kênh nhắn tin, như thể hiện trong hình 3.3.

Trong cấu trúc kênh CDMA, có 64 kênh dùng chung, hoạt động đồng thời trong giải tần số 1,23 MHz Các kênh này được phân biệt nhờ vào mã nhận dạng Walsh.

Mã hoá xoắn R=1/2,K=9 Lặp ký hiệu Chèn khối

Các bít kênh đồng bộ

Ký hiệu điều chế 4,8KB/s

Hình 3.5: Cấu trúc kênh đồng bộ.

Các kênh dẫn đường và kênh đồng bộ là yếu tố quan trọng trong việc khởi tạo của MS Khi ở trạng thái chờ, MS cần sử dụng các kênh nhắn tin để truy cập vào mạng và thiết lập cuộc gọi Trạm gốc xác định kênh hướng xuống cho MS dựa vào sự lệch thời gian (time offset), với tổng cộng 512 giá trị lệch thời gian khác nhau Mỗi trạm gốc đều có một giá trị lệch thời gian riêng, và sự lệch thời gian này cũng được áp dụng trong quá trình chuyển giao.

Khi MS khởi động, hệ kênh đồng bộ cung cấp thông tin định thời và cấu hình hệ thống Kênh này sử dụng mã trải phổ PN với độ lệch thời gian tương ứng và tốc độ 1200 bit/s Ngoài ra, kênh đồng bộ còn truyền tải thông tin về tốc độ kênh nhắn tin và lệch thời gian của chuỗi PN dẫn đường Trạm gốc sử dụng kênh nhắn tin để gửi thông tin khởi đầu và nhận dạng thuê bao Sau khi nhận được thông tin từ kênh đồng bộ, MS sẽ điều chỉnh định thời và bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin với tốc độ 9600 hoặc 4800 bit/s.

Kênh lu lượng hướng xuống được sử dụng để truyền tải lu lượng thuê bao hoặc tín hiệu phục vụ cho cuộc gọi Kênh này bao gồm một phân kênh mang thông tin điều khiển công suất liên tục, là một phần của hệ thống vòng kín điều khiển công suất Tốc độ truyền dẫn của kênh lu lượng có thể là 9600, 4800 hoặc 1200 bit/s, tùy thuộc vào sự lựa chọn cho từng khung, trong khi tốc độ điều chế ký hiệu vẫn giữ nguyên không đổi.

 Chức năng – cấu trúc các kênh : a Kênh đồng bộ

Kênh đồng bộ, sử dụng mã Wash 32 (W32), là kênh hướng đi dành cho việc truyền bản tin đồng bộ tới hệ thống Hoạt động với tốc độ cố định 1200 bit/s, kênh này chỉ cần thiết khi máy di động liên lạc với hệ thống và không được sử dụng cho đến khi nguồn được bật lại.

Hệ thống thông tin di động sử dụng khung kênh đồng bộ có độ dài tương tự như khung PN dẫn đường và khung được sắp xếp thời gian Do trình tự PN dẫn đường của mỗi trạm gốc khác nhau về khoảng thời gian, nên khung đồng bộ của từng trạm cũng sẽ khác nhau Máy di động có khả năng nhận kênh đồng bộ một cách dễ dàng thông qua việc sắp xếp khung.

Kênh đồng bộ chỉ truyền một bản tin, trong đó máy di động nhận các tham số hệ thống thiết yếu Các tham số quan trọng bao gồm định thời, trình tự PN dẫn đường của trạm gốc liên quan đến giờ hệ thống và tốc độ số liệu kênh nhắn tin Dưới đây là bảng các tham số kênh đồng bộ.

Tốc độ số liệu Đơn vị 1.2 Kbps

Tốc độ chip PN 1.2288 Mbps

Tỷ lệ mã 1/2 Bit/Ký hiệu mã

Lặp mã 2 Ký hiệu điều chế/Ký hiệu mã

Tốc độ ký hiệu điều chế 4.8 Kbps

Số chip PN/Ký hiệu điều chế 456 Chip PN/Ký hiệu điều chế

Sè chip PN/bit 1024 Chip PN/bit Điều chế kênh đồng bộ:

 Mã hoá xoắn: kênh đồng bộ đợc thực hiện mã hoá xoắn với các tham số

Trong bài viết này, chúng ta xem xét một bộ mã hoá với tham số (n, k, m) = (2, 1, 8), trong đó tốc độ mã hoá xoắn được xác định là R = k/n = 1/2 bit trên một ký hiệu mã Độ dài cứng nhắc của từ mã là k = 9 và số trạng thái của bộ mã hoá là m = k - 1 = 8 Bộ tạo dãy cho bộ mã hoá được xác định bởi g1 = 753 octal (11101011) và g2 = 561 octal (101110001).

Hay đa thức sinh của bộ mã có thể viết: g1(x) = x 8 + x 7 + x 5 + x 3 + x 2 + x + 1 g2(x) = x 8 + x 4 + x 3 + x 2 + 1

Tốc độ dữ liệu trên các kênh CDMA thường đạt 4800 Kbps hoặc 9600 Kbps Nếu tốc độ truyền dẫn thấp hơn mức này, cần thực hiện lặp mã nhiều lần để đảm bảo chất lượng tín hiệu.

Hệ thống thông tin di động hiệu mã đầu ra đợc xuất hiện thêm n - 1 lần liên tiếp nhằm đạt tốc độ đầu ra 4800Kbps hoặc 9600Kbps

Lớp mạng và lớp tuyến dữ liệu ……… ………………… 68 1.Kênh CDMA tuyến xuống…

Lớp mạng và lớp tuyến dữ liệu có chức năng không tách rời nhau Do vậy ta xét chung trong mục này.

Nhận thông tin từ các host, biến đổi thành các gói và chọn đường đi phù hợp Chuyển tiếp thông tin, điều khiển tuyến cho các gói, và đảm trách xử lý cuộc gọi Kiểm soát luồng dữ liệu và thực hiện cắt/hợp gói khi cần thiết.

Kênh đồng bộ hoạt động ở tốc độ 1200bps Khung kênh đồng bộ đợc tổ chức nh sau: Độ dài thông tin Dữ liệu CRC Đệm

Hình 3.20: Tổ chức thông tin kênh nhắn tin Độ dài thông tin (tối đa 1184 bit)

Trờng chỉ thị độ dài thông tin gồm 8 bit, trờng dữ liệu kênh đồng bộ tối đa

Đối với thông tin 1146 bit và trường CRC 30 bit, nếu thông tin không phải là bội số của 93 bit, trường đệm sẽ được sử dụng và được thiết lập bằng 0 Độ dài thông tin tối đa được giới hạn bởi BS.

Trờng CRC đợc xác định bởi đa thức sinh sau: g(x) = 1+x+x 2 +x 6 +x 7 +x 8 +x 11 +x 12 +x 13 +x 15 +x 20 +x 21 +x 29 +x 30

Sau khi mã hóa CRC, thông tin được chia thành 3 nhóm, mỗi nhóm 32 bit, để tạo thành các khung kênh đồng bộ Mỗi khung bao gồm 31 bit dữ liệu và 1 bit bắt đầu bản tin (bit SOM) Khi bit SOM = 0, điều này chỉ thị rằng khung có trường đệm.

Kênh đồng bộ gửi đi những thông tin sau:

 Dữ liệu nhận dạng hệ thống (SID) và nhận dạng mạng

 Dữ liệu đặc trng cho độ dịch thời gian của dãy PN dẫn đờngcủa BS.

 Thông tin về thời gian hệ thống nhờ đó cung cấp một đồng hồ chuẩn cho MS.

 Thông tin về tốc độ dữ liệu đợc truyền trên kênh nhắn tin (4,8kbps hay 9,6 kbps)

Kênh nhắn tin được sử dụng để truyền thông tin tới MS khi MS cha được gán một kênh luồng Kênh này được tổ chức thành các khung, mỗi khung có thời gian 20 ms, và 4 khung tạo thành một khe 80 ms Số khe cực đại trong một chu kỳ là 2048, trong khi số khe cực tiểu là 16 Mỗi khung lại được chia thành các nửa khung 10 ms, với bit đầu tiên trong mỗi nửa khung SCI là bit chỉ thị gói, cho biết gói có được đồng bộ hay không.

Thông tin trên đợc chia thành các nhóm 47 hoặc 95 bit (ứng với tốc độ 4,8 hay 9,6kbps), đợc gửi đi trong nửa khung kênh nhắn tin cùng một bít SCI

Khi truyền tin trong một nửa khung, nếu còn trống 8 bit trở lên trước khi bắt đầu nửa khung mới, BS sẽ ngay lập tức truyền gói mà không cần bít đệm Gói này được gọi là gói không đồng bộ.

Trong nửa khung, nếu còn trống dưới 8 bit, trước khi bắt đầu nửa khung mới, bộ điều khiển sẽ sử dụng các bit đệm để truyền các gói tiếp theo Gói này được gọi là gói đồng bộ.

Khi khởi tạo một khe mới, BS sẽ gửi gói thông tin đồng bộ với bit SCI được thiết lập là 1 Ngược lại, khi SCI bằng 0, điều này cho thấy khung không phải là khởi đầu của thông tin trong khe kênh nhắn tin.

Kênh nhắn tin gửi đi các loại thông tin sau:

 Các thông số hệ thống gửi tới tất cả các MS trong vùng, dùng để xác định các đặc tính của hệ thống cell phục vụ.

 Thông tin về các thông số truy nhập gửi tới tất cả các MS trong vùng, để xác định đặc tính thông tin kênh truy nhập.

 Thông báo mệnh lệnh cho MS thực hiện một hoạt động nào đó.

 Thông báo chỉ định kênh lu lợng cho MS

Truyền các thông tin sau:

 Thông tin mệnh lệnh cho MS thực hiện một hành động nào đó.

 Thông báo kiểm tra MS

 Thông tin chỉ dẫn chuyển vùng

 Thông tin lu lợng thoại, dữ liệu…

Tốc độ 9,6 kbps có thể truyền cả dữ liệu và báo hiệu Các tốc độ khác nhỏ hơn chỉ có thể truyền lu lợng cơ bản.

CÊu tróc khung nh sau: Độ dài tin Dữ liệu CRC Đệm

Hình 3.21: Cấu trúc khung thông tin.

Phần mở đầu Gói thông tin kênh truy nhập

Hình 3.22: Khe kênh truy nhập.

3.3.2 Các kênh CDMA tuyến lên.

Kênh truy nhập MS được sử dụng để thực hiện các chức năng như thâm nhập mạng, đăng ký, gửi dữ liệu theo từng đợt, khởi tạo cuộc gọi, trả lời tin nhắn và xử lý yêu cầu xác thực.

Phần mở đầu trợ giúp cho BS thu nhận kênh truy nhập

Phần gói thông tin kênh truy nhập bao gồm thông tin kênh truy nhập và trờng đệm nếu cần.

Thông tin về độ dài các trờng kênh truy nhập nhận đợc trên kênh nhắn tin.

Cấu trúc kênh lu lợng tuyến lên giống nh cấu trúc kên lu lợng tuyến xuống.

Kênh lu lợng tuyến lên truyền lu lợng cơ bản, dữ liệu, hoặc khung báo hiệu.

Khi dùng cho báo hiệu nó có thể truyền các thông tin sau:

 Trả lời tính hợp lệ do yêu cầu của BS trên kênh lu lợng tuyến xuống.

 Thông tin hoàn thành chuyển vùng.

 Thông tin ngắn khi yêu cầu dịch vụ từ BS.

 Các yêu cầu từ MS tới BS hoặc các trả lời yêu cầu từ BS.

Quá trình xử lý cuộc gọi

MS cần thực hiện đăng ký với hệ thống trước khi khởi tạo cuộc gọi, bao gồm việc thông báo rằng nó đã sẵn sàng để thực hiện hoặc nhận cuộc gọi khi bật máy Khi di chuyển đến vùng mới, MS cũng cần đăng ký với vùng sở tại, với các thông số nhận dạng dịch vụ được thu nhận qua kênh nhắn tin Ngoài ra, MS sẽ tiến hành đăng ký với hệ thống khi có một trong những lý do nhất định.

Khi khoảng cách giữa trạm phát sóng (BS) hiện tại và trạm phát sóng mà thiết bị di động (MS) đã đăng ký lần cuối vượt qua một ngưỡng nhất định, phương pháp này sẽ kích hoạt trạm gốc phát ra thông tin về kinh độ, vĩ độ và các tham số khoảng cách Khi thiết bị di động nhận tín hiệu từ trạm gốc mới, nó sẽ thu thập thông tin kinh độ và vĩ độ của trạm này Từ đó, thiết bị di động sử dụng các thông tin này cùng với kinh độ, vĩ độ của trạm gốc đã đăng ký trước để tính toán khoảng cách Nếu khoảng cách này vượt quá tham số đã được quy định của trạm gốc trước đó, thiết bị di động sẽ tiến hành đăng ký với trạm gốc mới.

Khi hệ thống yêu cầu tất cả hoặc một số MS cần phải đăng ký Việc chỉ định này đợc thực hiện qua kênh nhắn tin.

Khi các thông số hoạt động của MS bị thay đổi

Đăng ký khi rời mạng Việc đăng ký này cho phép xoá bỏ đăng ký cho

MS có khả năng phản hồi ngay lập tức khi có cuộc gọi đến, cho phép hệ thống xác nhận rằng MS đã rời mạng mà không cần thực hiện quá trình tìm gọi Thông thường, quá trình này xảy ra khi máy di động bị tắt nguồn.

Khi định thời trong MS kết thúc cho phép cơ sở dữ liệu trong mạng đợc xoá bỏ nếu MS không thực hiện việc đăng ký lại

Các bớc của quá trình đăng ký:

 MS xác định rằng nó cần phải đăng ký với hệ thống (MS ở vào một trong các điều kiện trên).

 MS nhận thông tin kiểm tra tính hợp lệ đợc phát đi từ BS trên kênh nhắn tin.

 MS gửi đi mã nhận dạng MS quốc tế (IMSI), trả lời cho thông báo kiểm tra tính hợp lệ từ BS.

 BS xác định MS là hợp lệ.

 BS gửi thông tin đăng ký ISDN tới MSC.

 MSC nhận thông tin này và gửi thông tin tới VLR đang phục vụ

Nếu mã số (MS) cha đã được đăng ký tại VLR hiện tại, VLR sẽ gửi thông báo đăng ký (REGNOT) đến HLR của người sử dụng thuê bao, bao gồm mã IMSI và các dữ liệu khác nếu cần thiết.

HLR của người sử dụng thuê bao nhận thông báo đăng ký (REGNOT) và cập nhật cơ sở dữ liệu bằng cách ghi lại vùng phục vụ từ VLR đã gửi thông tin, trong đó VLR đang chứa MS.

HLR của người sử dụng gửi thông tin hủy bỏ đăng ký đến VLR cũ, tức là VLR mà MS đã đăng ký lần gần nhất trước đó, để VLR này thực hiện việc xóa đăng ký cũ của MS.

 VLR cũ gửi thông báo xác nhận, và gửi thông tin giá trị cớc của các cuộc gọi của MS trớc đó.

HLR gửi thông tin phản hồi REGNOT tới VLR mới có MS cư trú, bao gồm kiểu MS, mã khoá bảo mật và giá trị hiện tại của cước cuộc gọi Nếu có lỗi trong quá trình đăng ký, như IMSI không hợp lệ hoặc dịch vụ không được phép, thông báo phản hồi sẽ chứa chỉ thị lỗi.

Khi VLR nhận được thông tin phản hồi từ HLR, nó sẽ chỉ định một mã nhận dạng MS tạm thời (TMSI) và sau đó gửi thông tin này đến MSC.

 MSC nhận thông tin, tổ chức lại dữ liệu và gửi thông tin đăng ký ISDN tíi BS

 BS nhận thông báo đăng ký và phát nó tới MS để xác nhận việc đăng ký

Các bớc đăng ký của MS gắn với kênh nhắn tin nh sau:

Cập nhật cơ sở dữ liệu

MS BS MSC VLR míi HLR VLR cò

KiÓm tra §¨ng ký §¨ng ký ISDN §¨ng ký

Xácnhận ®¨ng ký §¨ng ký ISDN

Hình 3.23: Sơ đồ đăng ký của MS

3.4.2 Quá trình thiết lập một cuộc gọi từ MS.

Quá trình thiết lập một cuộc gọi từ MS gồm các bớc sau:

 MS gửi yêu cầu khởi tạo cuộc gọi tới BS.

Ng ời sử dụng trả lời Chuông

Y/c ®iÓm truy nhËp dịch vụ thông tin cá nhân PCSAP

Cắt chuông tạo tuyến nối

MS BS MSC VLR HLR EX

Trả lời ThiÕt lËp ISDN

Tiếp tục cuộc gọi ISDN

SS7 ACM Cảnh báo ISDN

Hình 3.24: MS khởi tạo cuộc gọi.

 BS gửi yêu cầu điểm truy nhập dịch vụ thông tin cá nhân (PCSAP) tíi VLR

 VLR gửi trả lời cho BS.

 BS gửi thông tin thiết lập ISDN tới MSC.

 MSC gửi thông tin địa chỉ ban đầu (một phần địa chỉ ISDN của ngời sử dụng) bằng báo hiệu số 7 tới tổng đài đầu cuối.

 MSC gửi thông báo tiếp tục cuộc gọi ISDN tới BS.

 BS chỉ định kênh lu lợng cho MS.

 MS điều chỉnh tới kênh lu lợng và xác nhận kênh lu lợng đợc chỉ định.

 Tổng đài đầu cuối kiểm tra trạng thái của máy điện thoại bị gọi và gửi lại thông tin hoàn thành địa chỉ (ACM) tới MSC.

 MSC gửi thông tin cảnh báo ISDN tới BS.

 MSC cung cấp âm chuông tới MS

 Ngời bị gọi trả lời.

 Tổng đài đầu cuối gửi thông tin trả lời (ANM SS7) tới MSC.

 MSC gửi thông tin đấu nối ISDN ( ISDN CONN ) tới BS.

 MSC cắt chuông và tạo ra tuyến nối mạng.

 BS gửi thông tin xác nhận đấu nối tới MSC.

Tr×nh tù nh sau:

 Ngời sử dụng từ mạng khác quay số của MS.

 Tổng đài nguồn gửi IAM (Initial Address Message: bản tin địa chỉ ban đầu) bằng SS7 tới MSC

 MSC yêu cầu VLR danh sách các hệ thống vô tuyến (để nhắn tin tới

MS ) cùng các dịch vụ có thể của MS và TMSI cho MS.

 VLR gửi TMSI và danh sách các BS trở lại MSC

 MSC gửi thông tin yêu cầu thiết lập tuyến nối PCSAP tới tất cả các

 Mỗi BS sẽ quảng bá thông tin thông báo cuộc gọi trên các kênh nhắn tin đến MS.

 MS trả lời nhắn tin trên bằng thông tin trả lời nhắn tin đối với mỗiBS.

 BS gửi trả lời yêu cầu tạo tuyến PCSAP tới MSC.

 BS gửi thông tin yêu cầu điểm truy nhập dịch vụ thông tin cá nhân (PCSAP) tíi VLR.

 VLR trả lời yêu cầu này của BS.

 MSC gửi thông tin thiết lập ISDN tới BS.

 BS chỉ định kênh lu lơng cho MS.

 MS xác nhận kênh lu lợng sau khi đã điều chỉnh tới kênh lu lợng này.

 BS gửi thông tin cảnh báo ISDN tới MSC

 MSC gửi thông tin hoàn thành địa chỉ bằng báo hiệu số 7 (SS7 ACM) tới tổng đài nguồn.

 Tổng đài nguồn gửi âm chuông tới thuê bao chủ gọi

 Khi ngời sử dụng trả lời, MS gửi thông báo trả lời tới BS.

 BS gửi thông tin đấu nối ISDN tới MSC.

 MSC gửi thông báo trả lời bằng báo hiệu số 7 (SS7 ANM) tới tổng đài nguồn.

 MSC gửi thông báo xác nhận đấu nối ISDN tới BS.

 Tổng đài nguồn cắt âm chuông và tạo tuyến nối.

Việc xóa cuộc gọi diễn ra khi một trong hai bên muốn kết thúc cuộc gọi Trình tự xóa cuộc gọi phụ thuộc vào MS hoặc thuê bao ở xa kết thúc trước.

 Trờng hợp MS muốn kết thúc cuộc gọi trớc:

 MS gửi thông tin giải toả tuyến tới BS

 BS gửi thông tin giải toả đấu nối ISDN tới MSC.

 MSC gửi thông tin giải toả đấu nối bằng báo hiệu số 7 tới chuyển mạch đầu xa.

 MSC gửi thông tin giải toả ISDN tới BS.

 Tổng đài đầu xa gửi thông tin hoàn thành việc giải toả tuyến nối bằng báo hiệu số 7 tới MSC.

 BS gửi thông tin hoàn thành giải toả kênh thông tin ISDN tới MSC.

 BS gửi yêu cầu xoá PCSAP tới VLR.

 VLR dừng băng ghi cuộc gọi và gửi thông tin trả lời yêu cầu xoá PCSAP tíi BS

Trờng hợp đầu xa khởi tạo việc kết thúc gọi :

 Thuê bao đầu xa dừng máy

 Tổng đài đầu xa gửi thông báo giải toả tuyến nối tới MSC.

 MSC gửi thông báo giải toả tuyến nối ISDN tới BS.

 BS gửi thông báo giải toả tới MS.

 MS xác nhận thông báo và tiến hành giải toả kênh lu lợng.

 BS gửi thông tin giải phóng tuyến ISDN tới MSC.

 MSC gửi thông tin hoàn thành giải phóng tuyến ISDN tới BS.

 MSC gửi thông báo hoàn thành giải phóng tới tổng đài đầu xa bằng báo hiệu số 7.

 BS thông báo yêu cầu xoá điểm truy nhập dịch vụ thông tin các nhân (PCSAP) tíi VLR.

 VLR kết thúc băng ghi cuộc gọi và gửi thông báo trả lời yêu cầu xoá PCSAP tíi BS.

Lu động là khả năng phân phát dịch vụ tới MS nằm ngoài vùng đăng ký th- êng tró

Dữ liệu về MS được lấy từ VLR Nếu VLR chưa có sẵn thông tin, nó sẽ gửi yêu cầu truy cập dữ liệu về MS đến HLR nơi MS đó đang cư trú.

Khi dữ liệu về MS được ghi lại trong VLR, việc khởi tạo và xử lý bất kỳ dịch vụ nào sẽ diễn ra tương tự như trong vùng đăng ký của nó.

Việc chuyển tải một cuộc gọi tới MS không đăng ký là không thể thực hiện đợc do mạng không biết vị trí MS đó ở đâu.

Số đăng ký của MS phụ thuộc vào kế hoạch đánh số của mạng, thường dựa trên vùng địa lý Khi MSC kết nối với một thuê bao, nó sẽ kiểm tra số của thuê bao đó Nếu thuê bao không thuộc vùng quản lý của MSC, nó sẽ xác định vùng thường trú của MS và yêu cầu HLR của vùng đó cung cấp thông tin về MS.

Ví dụ: khi có một cuộc gọi tới một MS đang lu động tới một vùng khác. Khi đó trình tự các bớc nh sau:

 Khi một thuê bao (mạng cố định hoặc di động) quay số đăng ký của MS

 Tổng đài gửi bản tin địa chỉ tới MSC thờng trú bằng báo hiệu số 7.

MSC yêu cầu VLR cung cấp danh sách các hệ thống vô tuyến có khả năng nhắn tin tới MS Nếu MS đã di chuyển ra khỏi vùng đăng ký thường trú, VLR sẽ không có danh sách các BS để tìm gọi MS.

 MSC thờng trú hỏi HLR về vị trí của MS

 HLR cung cấp vị trí MSC hiện thời đang có MS di động tới.

 MSC thờng trú gửi thông báo hoàn thành địa chỉ (ACM) bằng báo hiệu số 7 tới tổng đài.

 Hồi âm chuông đợc gửi tới thuê bao chủ gọi.

 MSC thờng trú gửi thông báo trả lời tới tổng đài.

 MSC thờng trú định hớng cuộc gọi tới MSC khách hiện thời bằng báo hiệu số 7 (gửi thông tin địa chỉ).

Các bớc tiếp theo giống nh trờng hợp cuộc gọi tới MS.

Chuyển vùng là quá trình chuyển sang kênh luồng mới để đảm bảo tín hiệu truyền đi ổn định, giúp cuộc gọi không bị gián đoạn khi người dùng di chuyển qua các vùng biên của trạm phát sóng.

Trong hệ thống tế bào tương tự, khi tín hiệu thu giảm xuống dưới ngưỡng, trạm gốc sẽ xác định trạm di động nằm ở ranh giới vùng phục vụ Trạm gốc sau đó gửi yêu cầu tới bộ điều khiển hệ thống MSC để tìm trạm gốc lân cận có khả năng tiếp nhận tín hiệu tốt hơn Khi nhận được yêu cầu, bộ điều khiển phát đi thông báo chuyển vùng tới trạm gốc lân cận, và khi một kênh của trạm gốc mới được lựa chọn, quá trình chuyển vùng sẽ diễn ra.

Ng ìng cho phÐp Cell A Biên thời gian

Dung lợng hệ thống CDMA

Trong hệ thống thông tin di động tế bào Cellular, để đánh giá về dung lợng của hệ thống thông thờng ngời ta dựa vào các tiêu chuẩn sau:

 Số ngời sử dụng trên một độ rộng băng tần.

 Số ngời sử dụng trong một tế bào.

 Tổng số ngời sử dụng trên một vùng diện tích đợc bao phủ của các tế bào.

Dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến trải phổ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, trong khi dung lượng của các hệ thống truyền thống bị giới hạn bởi số kênh tín hiệu không gây ra nhiễu nhờ vào việc sắp xếp theo thời gian hoặc tần số Việc kiểm soát công suất là yếu tố quan trọng quyết định dung lượng toàn hệ thống trải phổ, do dung lượng này phụ thuộc nhiều vào mức độ nhiễu.

N: Số ngời sử dụng trong hệ thống.

Bss: độ rộng băng tần trải phổ.

R: Tốc độ băng tần cơ bản lớn nhất.

Eb/No: Tổng năng lợng bit trên mật độ tạp âm nhiễu.

Vd: Hệ số tích cực của tiếng nói.

CSec: Số sector trên một tế bào.

Hệ số tái sử dụng tần số (Fr) là tỷ số giữa tổng nhiễu trung bình của các tế bào khác và nhiễu trung bình của các người sử dụng khác trong cùng một tế bào.

Trong hệ thống CDMA, tỷ lệ số người sử dụng N luôn tỷ lệ nghịch với tỷ số Eb/No Khi tỷ số Eb/No giảm, dung lượng của hệ thống tăng lên, ngược lại, khi tỷ số Eb/No tăng, dung lượng của hệ thống sẽ giảm.

Tỷ số Eb/No chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như phương pháp điều chế, tỷ số lỗi bit (BER), tốc độ dữ liệu, suy hao đường truyền, sự tương tác giữa các luồng và hiện tượng fading Hệ thống CDMA, đang được thử nghiệm toàn cầu, áp dụng tiêu chuẩn tỷ số Eb/No là 6,5dB Một ưu điểm nổi bật của CDMA so với các phương thức đa truy nhập khác là khả năng phát hiện thành phần đa luồng và sử dụng máy thu RAKE để tổ hợp các tín hiệu, từ đó cải thiện tỷ số Eb/No.

Bảng tra cứu các từ viết tắt

AMPF Advanced Mobied Phone System Hệ thống thông tin di động tiên tiến

ACCH Associated control channel Kênh điều khiển liên kết

BCCH Broadcoast control channel Kênh quảng bá điều khiển BSC Base Station Controler Bộ điều khiển chạm gốc

BSS Base Station subsystem Phân hệ trạm gốc

BHCA Busy Hour call Attempts Gọi trong giờ bận

BCC Base Station colour Code Mã màu trạm gốc

C/I Carrier To Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu CCITT International Telegraph And Uỷ ban quốc tế về điện thoại

Telephone consulative commite điện tín CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CODEC Code And Decode Mã hoá và giải mã

DCCH Dedicate Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCE Data communication Equipment Thiết bị truyền số liệu

DTX Discontinous Transmission Truyền phát gián đoạn

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu ETS European Telecommunication Tiêu chuẩn viễn thông châu

ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông

FDMA, or Frequency Division Multiple Access, is a method that divides the frequency spectrum into distinct channels for multiple users FACCH, or Fast Associated Control Channel, serves as a rapid link control channel, facilitating swift communication FSK, or Frequency Shift Keying, is a modulation technique that encodes information by varying the frequency of the carrier signal.

GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu

GOS Grade of Service Cấp độ phục vụ

GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

Tiêu đề	Kiến Trúc Phân Tầng Của Hệ Thống Thông Tin Di Động Tế Bào CDMA
Người hướng dẫn	Thầy Đinh Hữu Thanh

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	299,51 KB