MUC LUC
MUC LUC
WOT NOM BAU ccccccccccsccccssscsssssscscsssscscsssssssssescsssssssssvesssssscsssssssusssssssesessacenseee Trang 5
CHUONG I : TONG QUAN VE HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Trang 7 I| LỊCH SỬPHÁT TRIỂN THÔNG TIN VÔ TUYẾN Trang 7
I.{ Sự phát triển của truyền thông vô tuyến di động: Trang 7
I.4 Những ví dụ của các hệ thống vô tuyến di động: .- Trang L2.1 Các hệ thống nhắn tỉn: SĂcecsLSHs SA csec Trang 8
1.4.2 Các hệ thống điện thoại CordÌess: 2-<s<<c<scsezsssee Trang 9 1.2.3 Cdc hé thống điện thoại tế bào (CelluÏar)- 5 <<<<<<s=eseeeses Trang 10
II CẤU TRÚC CƠ BẢN VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI TRONG
THONG TIN VO TUYẾN .22222CEEEEE.2111111211112121121222222222222 L Trang 12
Hel BO DIEM AOE oo cessccesesstsssscsssccsssescscsserssssscscsescsessscsescscsesceracenseenseees Trang 12 IHI.P Mã hóa nguồn — gidi ma NgUGN ou ceessssessescssssestesesscsssssssessesesssseseesees Trang 12 II.B Mã hoá kênh — giải mã hóa kênh s©5scs+rsrrsrversrrsrsersee Trang 13 IA Điều chế - giải điều chế 22+ S52 Sc+SczErscrkeEkevrxerrrrrsrkerkee Trang 14
1 [2)11/8/172 /,Ấ/.1 0N ha Trang 14
2.| _ Điều chế tân số (EM) .- -k-c< kh SE ESEEEEEEEESEEEEkrkrkrkeeersree Trang 14 3.| Điều chế pha (PM) .- - Ăn TH HH 1111116111611 16 xe, Trang 15 4.| _ Điều ChẾ Sốế LH SH ThS 1111115111101 01160 116 xvx Trang 15
I ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VÔ TUYẾN . - Trang ló
HH Giới thiệu về các mạng không dây .- 2525525555 cscxscsecee Trang 16 HH2 Các sự khác nhau giữa mạng điện thoại không dây và cố định Trang 18
112.1 Mạng điện thoại chuyển mạch công COng (PSTN) .c-scsccerecee Trang 19 HI2.2 Những giới hạn trong mạng không dây .- ccssceseee Trang 20 HÌ2.3 Sự kết hợp các mạng không dây và PSTN .-ccccecekskeersree Trang 21
IV PHO TAN SO VÀ MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN .- sec Trang 22
IVỊ1 Phổ tần số - 5-31 E111 E11 1211113111111 1 1e ckcee Trang 22
À/PMU nu a0 1a Trang 23
1.| Đường truyền vệ tỈnh - «tk khe TT 1 0911111111511 rkrre Trang 23 2.| Đường truyễn vi ba - -kcktStT HS TS EEE1111115111 1111111 xe Trang 24 3.| Đường truyền vô tuyến tân số thấpp csceceerererererereserree Trang 25 V.| XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI Trang 26
V.fl Các mạng không dây thế hệ thứ nhất (1G) . . -<- Trang 26
V.P Cac mang khong dây thế hệ thứ hai (2) . -5 55 55<+<ese<e- Trang 29 V.B Cac mang không dây thế hệ thứ ba (3) - -c-s5s+sc<c+ Trang 30 V.#t Cac mang không dây thế hệ thứ tư (4) -s <<+s+s+xesescs+ Trang 31
Trang 2
MUC LUC
CHUONG II : HE THONG THONG TIN DI ĐỘNG GSM Trang 32 11 CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM VÀ CHỨC NANG CAC KHỐI: Trang 32
l1 Hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem): Trang 33
IÌ2 Hệ thống con chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem): Trang 33
IÌ3 Hệ thống con khai thác và bảo dưởng OMS . eeeeeeeree Trang 35
Ik, Q TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG GSM Trang 35 l|.1 Mã hóa nguồn: . -c -5-<cceserrtrrrtrtrtetriirerirrirrirririirriie Trang 36
Ì— Biến đổi A/D: eeccSrrrrrrrrrrrtrriisrtiererieirrrrrrrerrie Trang 36
3 h/28:/.8./727812000nnn588A 11 Trang 37
Mr 8i 8< 1 .s Trang 37
I|.3 Tổ chức cụm BUFSE: - -5 5 552525 +SeEtereetseerererrrrrrtrrre Trang 37 l|.4 Ghép xen tín hiệu: . c-c+cseeeeersertreieirrirrreirrrrrrrree Trang 37
5 Mat ma hdal wo Trang 38
HW.6 Diu ChE tin Hi6U2 woe 1.3 Trang 39
eZ Diu CHINN: cc Trang 40 HIL CÁC GIAO DIỆN TRONG HỆ THỐNG GSM . - Trang 40
lÍl.1 Giao tiếp vô tuyến: . -+s+sssererserrrrrerrrriirirrrsrrre Trang 41
llI.2 Kênh logic trong giao tiếp vô tuyến: . -cseeeeereerrerrrre Trang 43 lII.3 Kênh lưu lượng trong giao tiếp vô tUyẾn: .-. -ceserrreererree Trang 43 lII.4 Kênh báo hiệu trong giao tiếp vô tuyẾn: . .-. -eeerrrrerrerere Trang 44
llI.5 Giao diện của công nghệ GSM/OPRS: . -+eeeeerrerrrrrrrrer Trang 44
ÍII.6 Giao diện của công nghệ UMTS: . -ccceneierrerirrrerrrrie Trang 45 TV CÁC KÊNH BÁO HIỆU - 55- 5< Ssc+reeterrrrrrrierrrrrree Trang 46 V.1 Tổng quan về báo hiệu số 7: .-. -+cc+reerrerrrrrterterrerrerrtere Trang 46
1 Điểm báo hiệu (ŠP): -cceSss+eehshhhheenheengh nh ng nh Trang 48
Ð _ Tuyến điều khiển (hay báo hiệu): . -c-ceseeeeeeeeeerrtrrererree Trang 48
ÿ Tuyến thông tin: . -<eeeeereererrerrrrrrrrrrrrrrrirsrrrrrsrrrreree Trang 48
V.2 Báo hiệu trong GSÌM ccceserehhhihhihhi 1101011 Trang 48 }V.2.1 Báo hiệu giữa các phân tử trong ŠŠ: c-ceeeneieeeeeerrrrrrrrrrrre Trang 48
'§ MAP (Mobile Application PAdFt)- «<< Sằeenhhenieeerrrerrrreresre Trang 48 p SCCP (Signalling Connection and Control Part): -« <-= Trang 49
9 Phần ứng dụng khả năng giao dịch TCAP (Transaction Capabilities
pplication PAFf)- . - c- chưng 1111111111111 Trang 49 4 MTP (Message Transfer Part: phdn truyền bân tin): . - Trang 49 IV.2.2 Báo hiệu giữa MSC và BSS_ -~-<SeSeehhherrerreerirrrrrrrsrrrrrrrie Trang 50
IV.2.3 Báo hiệu giữa BSC và BTYŠ . - s55 SĂSĂehhheherrreereeeirerreeirreeiresee Trang 50
Trang 3MUC LUC Ve CÁC THỦ TỤC TRONG GSM . -©ccseserrterrrrrrrerie Trang 50 M.1 Thủ tục cập nhật vị trÍ: -eerrrrresrsererrrrrirsrrirrrrre Trang 50
1 Cập nhật vị trí khi MS chuyển trạng thái: . eeeeeneererertrrrre Trang 51 2 Cập nhật vị trí khi MS thay đổi LAI: . . -eeeeneerterrrrtere Trang 52
3 Cập nhật vị trí định kỳ: -eeeeieeeerrrerrrrrrrrrirrrrrrirsee Trang 53 VM.2 Thủ tục tìm gỌi: -eerseeeeeererririererrieiiiiiieiieiierrirrrrertee Trang 53 V.3 Thủ tục tạo CUỘC gỌi: -ssersieeerrrerrrrrrsrrierrrrrrrrrrre Trang 54 V.4 Thủ tục nhận CUỘC gBỌIÌ: - sen Trang 55
V.5 Thủ tục chuyển giao (Handover): -e-e-eece-ersererteeree Trang 57
CHƯƠNG III: HỆ THỐNG VÔ TUYẾN ĐƯỢC ĐỊNH NGHĨA BẰNG
EHẦN MỀM (SDR: SOFTWARE DEETNED RADIO) . Trang 62 i| TINH HINH SU DUNG CÔNG NGHỆ SDR TRONG CÁC HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG . -2 552©crtrtterterrstrrerrirerirrrriie Trang 62
H1 Tình hình sử dụng trong nƯỚC: .-. -<-<-serereeesetrererrrtrrrrrree Trang 62
I2 Tình hình sử dụng trên thế giới: . - = eeeeeeereterrerrrrrrrrrrre Trang 62 113 Tình hình tiêu chuẩn hóa công nghệ SDR . ererserree Trang 64
MƠ HÌNH CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG SDR .- Trang 66
Mô hình hệ thông SDR lý tưởng -sceeeeererrrrrrrerrrer Trang 66 Mô hình chức năng SDR . -c«cS-sằeeehererririirriririrerereere Trang 68
M6 Hinh SDR 1 Trang 70
._ CÁC GIAO DIỆN CỦA SDR . . -c-ttrrsrrerrrrirrrree Trang 72
I]I.1 Các giao diện chức năng . -ccseseeterrriirrrrrrrrrrrrrrrrre Trang 72
III.2 Giao diện giữa Hardware va SoÍtWare eeerrrrrrrrrrrrrrree Trang 74 lÏI.3 Giao diện lập trình ứng dụng (APl) -cseeeerrerererrrrrrirrre Trang 75 _ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU CỦA SDR . - Trang 76
.1 Luông xử lý kênh thời gian thực . -eeeserrtrrerserrerrer Trang 77 2 Luông quản lý môi trường -eccersersetsrrerrrrrrerrrrrirrrrr Trang 78 3 Sự thích nghi trực tuyến . -+eserersrresrrrrrrrrrirririrrrrrre Trang 78 4 Hỗ trợ phần mềm ngoại tuyến (hãng phần mềm) . Trang 79
ĐẶC ĐIỂM CỦA SDR ccccccvcererrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrre Trang 80
¬ "che .a Trang 80
.2 Ưu điểm của hệ thống SDR -+c+cseereeiereriererirrrrrer Trang 80
.3 Thành phần công nghệ SDR . -csseeeerrrrrrrrirerrerrre Trang 81
-3.1 Thành phân xử lý thoại -eseeeeeeeererrerrrrrrrrrrrrrerrrrtrrrerrrree Trang 81
3.2 Thành phân xử lý các bản tin -teesererrereertrrerrrriirirrrreiie Trang 81
3.3 Thành phân giao diện với người dùng -. -eceằ thhhhheerrerretrertre Trang 81 3.4 Tương tác giữa các thành phâẩh . -csseseeenheererereierrrrrrerrrerrie Trang 82
Trang 4MUC LUC
V4 Các đối tượng trong SDR -ecseeerererrriierererrrrireirree Trang 82
V.5 Các ứng dụng trong tương lai của hệ thống viễn thông sử dụng SDR Trang 83 1 Thiết bị đầu cuối truyễn thông di động: . -+=eetetrrtetererrer Trang 83 2 Trạm gốc truyền thông di động: . -+eernrrerrterrrtertrrtrtertereree Trang 83
3 Hệ thống truy cập vô tuyến băng rỘng: .-. -« eeeeerrerrerrntrtrrrrrrrrrree Trang 83 4 Ứng dụng quảng bá: -snseeheeehetertrtrtrtrrrrtrtrtrrrrrrrrrre Trang 84 2 Mạng FÏÊN- ceeSeSseHsheerEierheHhh Hi 0110201101111111011101001 010 Trang 84 VI KẾ HOẠCH TRIỂN KHAI VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THONG SDR Trang 84 VI.1 Các giai đoạn phát triển vô tuyến - eeerreererrerrerrrrre Trang 84 1 Vô tuyến được xác định bằng phần cứng . -<=eeseererrstererrre Trang 84
2 Vô tuyến được điều khiển bằng phần mễm . -eseneeeneernre Trang 84 3 Vô tuyến được định nghĩa bằng phần mÊm . -esseeenreense Trang 84
4 Vô tuyến được định nghĩa bằng phân mềm lý tưởng . -~ Trang 85
VI.2 Modul hóa các thành phần Hardware . . -scseenereererereer Trang 88
| Khối qnten: - -< -=<eeseeeeeseresrtrreerreeetsrsrissrsrsee Trang 88 3 — Khối xử lý tín hiệu vô tuyến (RFU): . -e<eneeenheenheerrertrtrtre Trang 89 3 — Khối xử lý tín hiệu trung tần (IFU): . -. -=eneeeerertrteretrrree Trang 89
4 Khối chuyển đổi tương tự — số và chuyển đổi số — tương tự
VADC/DAÁC): -5-5-S<+esi+tetertteererterrieiriiiierritrririirerrrrrriesrseree Trang 89 4 Khối xử lý tín hiệu băng gốc (BBD): . -eteeieerrrrrrrerrtrrre Trang 89 6 Khối diéu khidn truyén tdi (TCU): ssscsssecssssseseseneesecsensecseeneenenseneeneneennes Trang 90 7 Khối xử lý xuất/ nhập (ÏOU .-. -<-=-<eeeeeeeerrrrrrrrrrtrrtrtree Trang 90
& — Khối xử lý tính toán thời gian đâu cuối — đầu cuối: . - Trang 90
VI.3 Giải pháp của các nhà sản xuất . -serrererrterterrerrrrree Trang 92 VIL KẾT LUẬN . -22cceeerrrreerrrrrrrrretrrirrrrriie Trang 98
TU VIET TẮT VÀ THUẬT NGỮ - -5-55S5SceeeSeeteterstsrsrsrsrsrrrerrree Trang 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO . s-©25<Sccsecerrsetrrtrrrrtirtrierrtrrtrreriririiee Trang 106
Trang 5LỜI MỞ ĐẦU
Loam PAU
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều dịch vụ viễn thông di động cùng tỒn tại trong
các hệ thống như: GSM, PDC, PHS, IMT-2000 chính vì điều này nên có rất nhiều giao diện vô tuyến trên thế giới Hầu hết những người sử dụng điện thoại di động
không chấp nhận việc phải mang nhiều thiết bị đầu cuối di động khi phải di chuyển từ nơi này đến nơi khác Vì thế việc tích hợp và truyền thông các mạng đang ton tai va
ác mạng tương lai với nhau vào cùng công nghệ truy cập vô tuyến là phù hợp với a inh hướng phát triển mạng trong tương lai Định hướng quy về mạng lõi IP mà nó tổn Cr hi ở khắp các nơi trên thế giới, truy cập không phân giới giữa 2G, 3G, băng rộng và Lưng uắng bá, thì từ đây sẽ đưa ra một nên mạng và đầu cuối chung 2
Kết hợp giữa phần mềm và tối thiểu hoá phần cứng hình thành hệ thống vô tuyến lược định nghĩa bằng phần mềm, xây dựng ra các mạng vô tuyến có dạng tín hiệu
oy
truyền và nhận được định nghĩa bởi phân mềm Với công nghệ “SDR” vô tuyến được
QQ lịnh nghĩa bằng phần mém (Software Defined Radio) sẽ đưa các kỹ thuật điều chế số được sử dụng trong các thiết bị vô tuyến tốc độ cao ngày nay vào trong phần mềm
Phần mềm là một công nghệ mở ra một sự phát triển nhanh mà đang nhận được dự quan tâm trong nên công nghiệp viễn thông Những năm qua các hệ thống vô tuyến
ơng tự đang được các hệ thống vô tuyến số thay thế Các môđun phần cứng có thể ập trình được sử dụng nhiều trong các hệ thống vô tuyến số ở các mức chức năng khác
hau Công nghệ SDR lợi dụng ưu điểm của các môđun phần cứng có thể lập trình này
để xây dựng một phân mềm hệ thống vô tuyến cấu trúc mở
Công nghệ SDR dễ dàng bổ sung một vài khối chức năng vào trong một hệ thống tô tuyến như khối điều chế/ giải điểu chế, mã hoá và các giao thức lớp liên kết được bổ sung vào trong phần mềm Điều này giúp cho việc xây dựng các hệ thống vô tuyến
mễm (hay vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm) có thể cấu hình lại và lựa chọn
kác tham số động cho mỗi khối chức năng ở trên Một hệ thống vơ tuyến hồn tồn lựa trên phân cứng thì bị giới hạn tiện ích vì các tham số cho mỗi khối chức năng là cố
ịnh Một hệ thống vô tuyến xây dựng dùng công nghệ SDR sẽ mở rộng được tiện ích
của hệ thống, ứng dụng rộng rãi hơn, dùng các kỹ thuật điều chế/ giải điều chế và các biao thức lớp liên kết khác nhau
Trang 6
LỜI MỞ ĐẦU
Công nghiệp viễn thông vô tuyến thương mại hiện nay đang phải đối diện với ấn để là phụ thuộc vào sự phát triển cứng nhắc của các chuẩn giao thức lớp liên kết
<
b 5G, 3G và 4G) việc tôn tại các công nghệ mạng vô tuyến không tương thích ở các
—~
quốc gia khác nhau làm kiểm hãm sự phát triển chuyển vùng toàn cầu và vấn để các thiết bị cầm tay thuê bao số lượng lớn có sẵn hiện nay bị loại ra khỏi các đặc điểm/ dịch vụ mới Công nghệ SDR giải quyết các vấn để này bằng cách đưa các chức năng
vô tuyến vào trong phần mềm chạy trên một nền phần cứng chung Nhiều môđun
Trang 7CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
cuvonc1: TONG QUAN VE HE THONG THONG
TIN VO TUYEN
I LỊCH SỬPHÁT TRIỂN THÔNG TIN VÔ TUYẾN
I.1 Sự phát triển của truyền thông vô tuyến di động:
Trong quá trình phát triển của xã hội lồi người, thơng tin liên lạc luôn là nhu cầu cần thiết và đóng một vai trò quan trọng trong đời sống xã hội Để đáp ứng các u cầu này, khoa học kỹ thuật trong lĩnh vựt thông tin đã cố gắn đưa ra nhiều hình ức liên lạc càng ngày càng tiện nghi hơn, chất lượng tốt hơn
Năm 1890 Bell đã giới thiệu một phương pháp thông tin liên lạc bằng hệ thống
iện thoại công cộng Đây được xem như là một bước ngoặc lớn của khoa học kỹ thuật, nó mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực thông tin
Những năm về sau, khi mà các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát ién thì con người đã có ý tưởng về một thiết bị điện thoại vô tuyến để có thể liên lạc oi lic moi noi Y tưởng này cũng là tiền thân cho việc hình thành các mạng thông tin
¡ động về sau
Năm 1946, mạng điện thoại vô tuyến đầu tiên được thử nghiệm tại St Louis, ang Missouri, nước Mỹ Mặc dù hệ thống này còn có nhiều hạn chế về chất lượng,
ung lượng và giá thành nhưng vẫn được xem như là một thành công đáng ghi nhận Sau những năm 1950, với việc phát minh ra chất bán dẫn mà trong lĩnh vực ông tin di động cũng có một ảnh hưởng đáng kể Ưng dụng các linh kiện bán dẫn ào thông tin di động đã cải thiện được một số nhược điểm mà trước đây chưa làm ược
Trong những năm 1970, việc kết hợp được các vùng phủ sóng riêng lẻ trong ạng điện thoại di động là một bước tiến quan trọng Nhờ vào thành tựu này mà hững khó khăn về dung lượng phần nào được giải quyết Và cũng từ đây, xuất hiện
ột thuật ngữ mới là “thông tin di động tế bào”
Năm 1979, mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên được giới thiệu tại Chicago, nước Mỹ
Năm 1981, các nước Bắc Âu cũng thành lập một mạng điện thoại di động có tên NMT (Nordic Mobile Telephone) Mot diéu dang lưu ý là cho đến thời điểm này, các thiết bị đầu cuối di động chỉ là những thiết bị gắn trên xe hơi, kích thước lớn, công kénh và giá thành khá cao
Năm 1982, theo để nghị của các nước Bắc Âu, Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Au (ETSI) da dwa ra một số tiêu chuẩn chung cho lĩnh vựt thông tin di động Các tiêu thuẩn này cũng được ITU áp dụng cho lĩnh vựt di động toàn cau GSM (Global System for Mobile communication)
Trang 7
Trang 8CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
Hệ thống GSM ra đời nhằm khắc phục các nhược điểm về dung lượng, tính lưu động (Roamting) và chất lượng dịch vụ của các hệ thống tổ ong trước đó Dung lượng
sẽ tăng 2-3 lần nhờ vào việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật microcell Ngoài tính lửu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin số liệu tốc độ cao, faxcimile, dịch vụ nhắn tin ngắn và đặc biệt là truy cập Internet theo công nghệ WAP
Ở Việt Nam, từ năm 1993 công ty MobileFone (VMS) đã đưa GSM vào khai thác Và đến năm 1996 mạng GSM thứ 2 do công ty VINAPHONE cũng được đưa vào sử dụng Hiện nay cả hai hệ thống này đã phủ sóng khắp cả nước và có số thuê bao
ng phát triển rất nhanh
1.2 Những ví dụ của các hệ thống vô tuyến di động:
1.2.1 Các hệ thống nhắn tin:
Các hệ thống nhắn tin là các hệ thống truyén thông mà gởi những tin nhắn ngắn brief messages) tới một người đăng ký thuê bao Phụ thuộc trên loại dịch vụ, tin nhắn ó thể là hoặc một tin nhắn số, hoặc một tin nhắn vừa có chữ vừa có số, hoặc một tin hắn tiếng nói (voice) Những hệ thống nhắn tin được sử dụng tiêu biểu để báo tin cho hột người đăng ký thuê bao về nhu cầu để gọi một số điện thoại riêng biệt hoặc di huyển tới một vị trí đã biết để thu những lời chỉ dẫn thêm nữa Trong những hệ thống lhắn tin hiện đại, các dòng đầu tin tức, các sự trích dẫn thường lập lại, và các bản fax ó thể được gởi Một tin nhắn được gởi tới một người đăng ký thuê bao nhắn tin qua số ruy cập hệ thống nhắn tin (thường là một số điện thoại không mất tiền) với một máy liện thoại bàn phím nhỏ hoặc modem Tin nhắn đã phát ra được gọi là một page Khi y hệ thống nhắn tin phát page khắp cả các trạm gốc sử dụng vùng dịch vụ mà phát \zgé trên một sống mang vô tuyến 3, O_O, 5
Các hệ thống nhắn tin thay đổi rộng rãi trong vùng phủ sóng và sự đa dạng của
húng Trong khi các hệ thống nhắn tin đơn giản có thể phủ một phạm vi được giới lạn từ 2km tới 5km, hoặc thậm chí có thể bị giam hãm bên trong những tòa nhà riêng iệt, các hệ thống nhắn tin khu vực rộng có thể cung cấp mức độ bao phủ khắp thế Hới Mặc dù các máy thu nhắn tin thì đơn giản và rẻ, hệ thống truyền được yêu cầu thì thá phức tạp Các hệ thống nhắn tin khu vực rộng bao gồm một mạng các đường dây điện thoại, nhiều máy phát trạm gốc, và các tháp vô tuyến lớn mà phát đồng thời một age từ mỗi trạm gốc (đây được gọi là simulcasting) Các máy phát đồng thời có thể ược đặt vào vị trí bên trong khu vực phục vụ giống nhau hoặc trong các thành phố ác nhau hoặc các quốc gia Các hệ thống nhắn tin được thiết kế để cung cấp sự ruyén thông đáng tin cậy tới những người đăng ký thué bao ở bất cứ nơi đâu ho Ở; oặc bên trong một tòa nhà, hoặc đang lái xe trên một đường cao tốc, hoặc đang bay
Trang 9CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN `h⁄⁄ Thành phố 1 AX iN Liên kết đường đây mặt đất Thiết bị > nhắn tin Cp PSTN Thành phố 2 `»⁄⁄
Trung tâm Liên kết đường dây mặt đất Thiết bị
>l điều khiển > > nhắn tin nhắn tin ì 1 1 an NY Thanh phé N —> ——† nhắn tin ww Lién két vé tinh
Hình 1-1: Biểu đồ của một hệ thống nhắn tin vùng rộng
Trung tâm điều khiển nhắn tin gởi đi các page đã thu từ PSTN khắp vài thành phố
dùng lúc
1.2.2 Các hệ thống điện thoại Cordless:
Các hệ thống điện thoại cordless là các hệ thống truyền thơng song cơng hồn bàn mà sử dụng sóng vô tuyến để kết nối một máy thu phát xách tay tới một trạm gốc huyén dung, trạm mà khi ấy được kết nối tới một đường dây điện thoại chuyên dụng với một số điện thoại riêng trên mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) Trong các hệ thống điện thoại cordless thế hệ thứ nhất (được chế tạo trong những năm 1980), đơn vị xách tay chỉ truyền thông tới đơn vị gốc chuyên dụng và chỉ vượt qua các khoảng cách vài chục mét Các điện thoại cordless đời đầu hoạt động như các điện
oại mở rộng với một máy phát đã kết nối tới một đường dây thuê bao trên PSTN và hủ yếu cho sự sử dụng trong nhà oO oo
Các điện thoại cordless thế hệ thứ hai gần đây đã được giới thiệu mà cho phép hững người đăng ký thuê bao sử dụng các máy thu phát cầm tay của họ tại nhiều vị í ở ngoài trời bên trong các trung tâm thành phố như là London hoặc Hong Kong ác điện thoại cordless biện đại thỉnh thoảng được phối hợp với các máy thu nhắn tin ể mà một người đăng ký thuê bao trước tiên có thể được nhắn tin và khi ẩ ấy đáp lại tới age sử dụng điện thoại cordless Các hệ thống điện thoại cordless cung cấp người sử ụng với tính di động và phạm vi bị giới hạn, trong khi thường thật khó có thể để duy ì một cuộc gọi nếu người dùng di chuyển bên ngoài phạm vi của trạm gốc Các trạm ốc thế hệ thứ hai tiêu biểu cung cấp các phạm vi phủ sóng lên tới vài trăm mét Hình -2 minh họa một hệ thống điện thoại cordless
Trang 10
CHUONG I: TONG QUAN VE‘ HE THONG THONG TIN VO TUYẾN Liên kết Cổng truy không dây nhập cố định (trạm gốc) Máy thu phát cầm tay cordless
Hình 1-2: Biểu đồ của một hệ thống điện thoai cordless
1.2.3 Các hệ thống điện thoại tế bao (Cellular):
Một hệ thống điện thoại tế bào cung cấp một sự kết nối không dây tới PSTN cho ất kỳ vị trí người dùng nào bên trong phạm vi sóng vô tuyến của hệ thống Các hệ hống tế bào cung cấp một số lớn người dùng khắp một phạm vi vật lý lớn, bên trong hột phổ tần số có hạn Các hệ thống vô tuyến tế bào cung cấp dịch vụ chất lượng cao hà thường thì có thể só sánh được với chất lượng dịch vụ của các hệ thống điện thoại ây đất Dung lượng lớn được đạt được bởi việc giới hạn mức độ phủ sóng của mỗi nay phat trạm gốc tới một vùng vật lý nhỏ gọi là một celf để mà những kênh sóng vô yến giống nhau có thể được sử dụng lại bởi trạm gốc khác đã xác định vị trí khoảng ách hơi xa Một kỹ thuật tỉnh vi được gọi là một sự chuyển giao (handoff) cho phép hột cuộc gọi tiếp tục không đứt quãng khi người dùng di chuyển từ một cell này tới not cell khác
Hình 1-3 cho thấy một hệ thống tế bào cơ bản mà bao gồm các trạm di động, các tạm gốc và một trung tâm chuyển mạch di động (MSC) Trung tâm chuyển mạch di lộng thỉnh thoảng được gọi là một văn phòng chuyển mạch điện thoại di động MTSO), vì lẽ rằng nó chịu trách nhiệm đối với việc kết nối tất cả các mobile tới PSTN trong một hệ thống tế bào Mỗi mobile truyền thông qua sóng vô tuyến với một ong các trạm gốc và có thể được chuyển giao tới bất kỳ số nào của các trạm gốc suốt Ời gian một cuộc gọi Trạm di động gồm có một máy phát, một anten, và một mạch
iểu khiển, và có thể được lắp trong một xe cộ (xe hơi, xe tải, ) hoặc được sử dụng
hư một vật xách tay Trạm gốc bao gồm một vài máy phát và máy thu mà điều hành ông thời các sự truyền thông song cơng hồn tồn và thơng thường có các cột cao mà ỗ trợ vài anten thu và anten phát Trạm gốc phục vụ như một cầu nối giữa tất cả các gười dùng di động trong tế bào (cell) và kết nối các cuộc gọi di động đồng thời qua tác đường dây điện thoại hoặc các liên kết vi ba tới MSC MSC phối hợp các hoạt động của tất cả các trạm gốc và kết nối toàn bộ hệ thống tế bào tới PSTN Một MSC điển hình điều hành cùng lúc 100000 người đăng ký thuê bao tế bào và 5000 cuộc đàm thoại đồng thời, và cung cấp tất cả sự quảng cáo và các chức năng duy trì hệ
Trang 11CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN `» `" == os SS a = TT AN SÀ =e Ye a “< >1 ` aN = Sd 1 | i m= Lod MSC PSTN
Hình 1-3: Một minh họa của một hệ thống tế bào
Các cột cao đại điện cho các trạm gốc mà cung cấp sự truy cập vô tuyến giữa tkhững người sử dụng di động và trung tâm chuyển mạch di động (MSC)
a
Sự truyền thông giữa trạm gốc và các mobile được định nghĩa bởi một tiêu chuẩn iao diện vô tuyến thông thường (CAI: common air interface) ma chi dinh bon kénh khác nhau Các kênh đã sử dụng cho sự truyền voice từ trạm gốc tới các mobile được bỌi là các kênh thoại hướng lên (FVC: forward voice channel) va các kênh đã sử dụng tho sự truyền voice từ các mobile tới trạm gốc được gọi là các kênh thoại hướng xuống IRVC: reverse voice channel) Hai kênh chịu trách nhiệm việc khởi đầu các cuộc gọi di lộng là các kênh điêu khién hudng lén (FCC: forward control channel) va các kênh Biều khiển hướng xuống (RCC: reverse control channel) Cac kênh điều khiển thường được gọi là các kênh thiết lập (setup channel) bởi vì chúng chỉ được làm cho hiên quan rong việc thiết lập một cuộc gọi và di chuyển nó tới một kênh tiếng nói không được sử dụng Các kênh điều khiển truyền và nhận dữ liệu thông báo mà mang lại sự khởi lầu cuộc gọi và phục vụ những yêu cầu, và được giám sát bởi các mobile khi chúng không có một cuộc gọi trong tiến trình Các kênh điều khiển phía trước cũng phục vụ như các sự báo trước mà phát liên tục tất cả các yêu cầu lưu lượng thông tin cho tất cả các mobile trong hệ thống
Trang 12
CHƯƠNG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
u CẤU TRÚC CƠ BẢN VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI TRONG
THONG TIN VO TUYEN
Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền thông không dây được minh họa như sau: SMe ee Nguồn e— Bộ biến Điều guốn đổi chế
Kênh vô tuyến
Bộ biến Giải điều
Đích ®—| - gấi chế
Hình 1-4: Sơ đồ của một hệ thống truyền thông không dây điển hình
II.1 Bộ biến đổi
Bộ biến đổi dùng để biến đổi tín hiệu phù hợp cho truyền dẫn Tin tức được
huyển thành tín hiệu điện và ngược lại bằng cách thông qua các cảm biến (micro — ba, camera — màn hình, đầu dò - bộ phận thi hành) Trong bộ cảm biến còn có các bộ Biến đổi tương tự thành số (ADC) và bộ biến đổi số thành tương tự (DAC)
_—_—
tơZi
II.2 Mã hóa nguồn — giải mã nguồn
Mã hóa nguồn và giải mã nguồn nhằm giảm các thông tin dư không cần thiết đối
với việc thụ cảm ở nơi phát và nơi thu
Mã hóa nguồn hay còn gọi là nén tín hiệu là một việc làm thiết yếu trong các lịch vụ truyền dẫn công cộng, ví dụ như truyén qua mang PSTN, vi trong cdc mang shu vay viéc tinh cudc dựa vào thời gian và cự ly truyền Do đó, trong một cuộc gọi dữ
ie nếu thời gian truyền mỗi gói dữ liệu giảm xuống cũng đồng nghĩa với giảm giá
ành của cuộc gọi này
poe
Ví dụ chúng ta truyền đữ liệu qua mang PSTN dùng tốc độ 4800bps, và thời gian cần truyền hết dữ liệu là 20 phút Rõ ràng nếu dùng nén dữ liệu chúng ta có thể giảm ột nữa số lượng dữ liệu được truyền, và có thể tiết kiệm 50% giá tiền Điều này hưng đương với việc truyền dùng tốc độ 9600bps nhưng không nén
Trong thực tế chúng ta có thể dùng một loạt các giải thuật nén khác nhau, mỗi giải thuật sẽ phù hợp với một loại dữ liệu đặc biệt Một vài giải thuật thông dụng trong việc nén đữ liệu là: nén nhờ đơn giản mã cho các chữ số (packed decimal), nén theo mã hóa quan hệ (relative coding), nén bằng cách bỏ bớt các ký tự giống nhau (character suppression), nén theo mã hóa Huffman, mã hóa Huffman động, nén fax (facsimile)
Trang 13
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
Giải mã nguồn là giải nén các dữ liệu đã nén để thu được tín hiệu gốc cần thu
Giải nén ta cũng có các giải thuật ngược lại như trên
II.3 Mã hoá kênh — giải mã hóa kênh
Mã hóa kênh bảo vệ dữ liệu số khỏi các lỗi bởi việc đưa vào các sự dư thừa có
'nh chọn lựa trong dữ liệu truyền Các mã mà được sử dụng để đò tìm các lỗi được gọi là các mã phát hiện lỗi, trong khi các mã mà có thể dò tìm và sửa chữa các lỗi được oi là các mã sửa lỗi
Trong năm 1948, Shannon đã chứng minh rằng bằng việc mã hóa đúng cách thông tin, các lỗi đã cảm ứng: bởi một kênh nhiễu có thể được giảm xuống tới bất kỳ
ức mong muốn nào không cần việc hy sinh tốc độ của sự truyền tin tức
Mục đích cơ bản của các kỹ thuật đưa vào các sự dư thừa là để tìm lỗi và sửa lỗi ong dữ liệu để cải thiện hiệu suất kết nối không dây Sự đưa vào các bịt dư làm tăng êm tốc độ dữ liệu thô đã sử dụng trong kết nối, vì thế làm tăng thêm nhu cầu băng thông đối với một tốc độ dữ liệu nguồn cố định Điều này giảm bớt hiệu quả băng ông của kết nối trong các điều kiện ty 1é nhiéu trén tin hiéu (SNR) cao, nhung cung ấp hiệu suất tỷ 16 16i bit (BER) xuất sắc tại các giá trị SNR thấp
Trong giới hạn, định lý của Shannon cho biết rằng các tín hiệu băng rộng vô ùng có thể được sử dụng để đạt được các sự truyền thông không lỗi, miễn là SNR đủ tồn tại Mặt khác, các dạng sóng mã hóa điểu khiển lỗi có các hệ số giãn nở băng thông mà chỉ gia tăng tuyến tính với độ dài khối mã Như vậy việc mã hóa sửa chữa lỗi cung cấp những thuận lợi trong các ứng dụng giới hạn băng thông, và cũng cung
ấp sự bảo vệ kết nối trong các ứng dụng giới hạn công suất
Một bộ mã hóa kênh hoạt động trên dữ liệu thông báo (hay nguồn) số bởi việc
ã hóa nguồn tin tức thành một chuỗi mã cho việc truyền dẫn qua kênh
Việc giải mã kênh là quá trình ngược lại của mã hóa kênh, tức là ta phải loại bỏ ác bit dư thừa thêm vào khi mã hóa kênh để có thể thu được tín hiệu gốc trước khi mã
óa Ov
II.4 Điều chế - giải điều chế
Điều chế là quá trình mã hóa thông tin từ một nguồn tin tức trong một phương háp thích hợp cho sự truyền dẫn Thông thường nó bao hàm việc thông dịch một tín iéu tin tức đải nền (được gol là nguồn) tới một tín hiệu đải thông tại các tần số mà rất ao khi được so sánh với tần số đải nền Tín hiệu dải thông được gọi là tín hiệu đã iéu chế và tín hiệu tin tức dai nén được gọi là sự điều chế tín hiệu Sự điều chế có thể ược thực hiện bởi việc làm thay đổi biên độ, pha, hoặc tần số của một sóng mang tần ố cao phù hợp với tín hiệu tin tức Giải điều chế là quá trình tách tin tức dải nên từ óng mang để mà nó có thể được xử lý và thông dịch bởi máy thu được dự định (cũng
ược goi 1a sink)
Có rất nhiều phương pháp để thực hiện việc diéu chế và giải điểu chế Có thể óm tắt các loại điểu chế như sơ đồ ở hình 1-5
Trang 14
CHUONGd: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN Các hệ thống điều chế - Liên tục Xung Biên độ Góc Tương tự Sổ IAM-SC | AM | SSB-SC SSB VSB PM | FM PAM | PDM | PPM PCM | Delta
Hình 1-5: Phân loại các hệ thống điều chế
Ở đây ta quan tâm một chút về các loại điều chế như: điều chế biên độ (AM:
\mplitude Modulation), điều chế tần sé (FM: Frequency Modulation), điều chế pha
PM: Phase Modulation), diéu ché sé, 1 Điều biên độ (AM)
Trong điều chế biên độ, biên độ của một tín hiệu sóng mang tần số cao được thay
lổi phù hợp với biên độ tức thời của tín hiệu tin tức điêu chế Như vậy, các tín hiệu \M có tất cả thông tin của tin tức trong biên độ của sóng mang Néu A, cos(27/,t) là in hiéu s6ng mang va m(t)1a tin hiéu tin ttc điêu chế, tín hiệu AM có thể được miêu ñ như: 7 %x»xõ = - > << Say = 4, [1+ m(t)]cos(22f,1) (1.1) 2 Diéu chế tần số (FM)
Điều chế tần số (FM) là kỹ thuật điều chế tương tự phổ biến nhất đã sử dụng
fe các hệ thống vô tuyến đi động Điểu chế tân số (FM) là một dạng của điều chế óc mà tần số tức thới của tín hiệu sóng mang được thay đổi tuyến tính với tín hiệu tin ức dải góc m(¿), như đã cho thấy trong phương trình (1.2)
Sy (t) = A, cos|2af.t + O(0)| (1.2)
Trong FM, biên độ của tín hiệu sóng mang điều chế được giữ cố định trong khi
(ân số của nó được thay đổi bởi việc điểu chế tín hiệu tin tức Như vậy, các tín hiệu FM có tất cả thông tin của tin tức trong pha hoặc tân số của sóng mang Điều chế EM
ưa ra nhiều lợi thế hơn điều chế biên độ (AM), mà tạo ra một sự chọn lựa tốt hơn cho hhiểu ứng dụng vô tuyến di động
Trang 15
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN 3 Diéu ché pha (PM)
Điều chế pha (PM) là một dạng của điều chế góc mà góc Ø() của tín hiệu sóng
mang được thay đổi tuyến tính với tín hiệu tin tức băng gốc m(:), như đã cho thấy trong
phương trình (1.3)
Soy (t) = A, cos[22f, + kgm(t)] (1.3)
Trong phương trinh (1.3) k, 1a hằng số lệch pha (được đo ở đơn vị radians/volt)
Các phương pháp điều chế FM
Có hai phương pháp cơ bản của việc phát một tín hiệu EM: phương pháp trực tiếp à phương pháp gián tiếp Trong phương pháp trực tiếp, tần số sóng mang được thay ổi trực tiếp phù hợp với tín hiệu điều chế ngõ vào Trong phương pháp gián tiếp, một n hiệu FM dải hẹp được phát sử dụng một bộ điều chế cân bằng, và sự nhân tần số
ợc sử dụng để giảm bớt cả độ lệch tân số và cả tần số sóng mang tới mức được yêu ` ấu 4 Điều chế số
Các hệ thống truyền thông di động hiện đại sử dụng các kỹ thuật điều chế số Sự
tiến bộ trong sự tích hợp phạm vi rất lớn (VLSI: very large-scale integration) và công ghệ xử lý tín hiệu số (DSP: digital signal processing) đã tạo ra sự điều chế số mang lại lợi nhuận nhiều hơn các hệ thống truyền tương tự Điều chế số cung cấp nhiều uận lợi hơn điều chế tương tự Vài thuận lợi bao gồm tính chống tạp âm tốt hơn và thiết thực hơn với sự làm suy yếu kênh, việc ghép kênh của các đạng thông tin khác hau để dang hon (vi dụ: thoại, dữ liệu, và hình ảnh), và sự an toàn lớn hơn Hơn nữa, ự truyền số cung cấp những mã điều khiển lỗi số mà phát hiện ra và/hoặc sửa chữa ác lỗi truyền, và hỗ trợ các kỹ thuật xử lý và điều hòa đường truyền tín hiệu phức như
ã hóa nguồn, mật mã hóa, và sự làm cho cân bằng để cải tiến công năng của liên kết un thơng tồn diện Các bộ xử lý tín hiệu số có thể lập trình được vạn năng mới đã m cho nó có thể cung cấp các bộ điều chế và các bộ giải điều chế số đầy đủ trong hần mềm Thay vì việc có một sự thiết kế modem riêng biệt ổn định lâu dài như
hẳn cứng, các sự bổ sung phần mềm được ghi vào (bộ nhớ) hiện nay cho phép các sự ay đổi và các sự cải tiến mà không phải thiết kế lại hoặc thay thế modem
Trang 16
1
CHUONG 1: TONG QUAN VE HỆ THONG THONG TIN VÔ TUYEN
Tóm tắt các loại điều chế như sau: Sự điều Miền thời Miền tần số Biểu thức chế gian toán học Biên độ "4 A(t) * cos(27f,t) (AM) ik Tần số | a Acos[M (t) + 2af.t] (FM) it i i ta Ni AHA Site macs (RN HN li | enbusm 2t Xung Acos(2f,t) (PPM, OOK) 4 (t<T, else 0) Dich pha AA Acos(2af,t + 2) (PSK) al \4 Acos[22(f, +dF)t] Dich cực tiểu \ | f 8 - đáa 1 (MSK) | Wy pi day dF = 7p Biên độ vuông pha Ai* cod2 mf t+ =) (QAM) J
Ill ĐẶC ĐIỂM CỦA THONG TIN VO TUYEN 111.1 Giới thiệu về các mạng không dây
Nhu câu đối với các sự truyền thông cá nhân thường gặp đang điều khiển sự phát
riển của các kỹ thuật mạng mới mà cung cấp người sử dụng dữ liệu và thoại di động người) mà di chuyển khắp các tòa nhà, các thành phố, hoặc các quốc gia Coi như hệ thống điện thoại tế bào đã cho thấy trong hình 1-6 Hé thống điện thoại tế bào là hguyên nhân của việc cung cấp mức độ phủ sóng khắp một khu vực riêng biệt, được bọi là một vùng trường phủ sóng Quan hệ liên kết của nhiều hệ thống như vậy định nghĩa một mạng không dây có khả năng cung cấp dịch vụ tới những người sử dụng di ộng khắp một quốc gia hoặc một lục địa
Trang 17CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
Để cung cấp các sự truyền thông không dây bên trong một vùng địa lý riêng biệt (vi dụ: một thành phố), một mạng được hợp nhất của các trạm gốc phải được triển khai để cung cấp mức độ phủ sóng vô tuyến đủ tới tất cả những người sử dụng di động Lần lượt, các trạm gốc phải được kết nối tới một tâm mạng được gọi là trung tâm chuyển mạch di động (MSC) MSC cung cấp khả năng liên kết giữa mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) và nhiều trạm gốc, và cuối cùng thì giữa tất cả những người ding ky thué bao không dây trong một hệ thống PSTN thiết lập mạng lưới viễn thơng tồn cầu mà kết nối những trung tâm chuyển mạch điện thoại quy ước (được gọi là các văn phòng trung tâm) với các MSC khắp thế giới PSTN â ể h di độ sc v
Trung tâm chuyền mạc i Ong (Mi ) Liên kết dữ liệu
hoặc văn phòng chuyển mạch điện thoại ` M
di động (MTSO) và thoại (các liên
Ons kết cáp hay vi ba)
Kết nối vô tuyến XN ie
(giao diện vô tuyến)
BS2
Hình 1-6: Biểu đồ khối của một hệ thống tế bào
Hình 1-6 minh họa một hệ thống tế bào điển hình của đầu những năm 1990, nhưng hiện nay có một sự đột phá chính để phát triển những kiến trúc truyền tải mới đối với mục đích những người sử dụng không dây Ví dụ, PCS có thể được phân phát qua việc tổn tại thiết bị truyền hình cáp tới vùng lân cận hoặc các khối thành phố, nơi mà các tế bào rất nhỏ được sử dụng để cung cấp mật độ phủ sóng vô tuyến nội hạt Các kiến trúc truyền tải sợi quang cũng đang được sử dụng để kết nối các cổng truy
tập sóng vô tuyến, các trạm gốc, và các MSC
Để kết nối những người đăng ký thuê bao di dong tới các trạm gốc, những liên kết vô tuyến được thiết lập sử dụng một giao thức truyền thông được định nghĩa cẩn thận được gọi là giao diện vô tuyến chung (CAI) mà thực chất là một giao thức truyền
Trang 18
CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
thông bắt tay được định nghĩa một cách chính xác Giao diện vô tuyến chung chỉ rõ chính xác làm thế nào những người đăng ký thuê bao di động và những trạm gốc giao tiếp qua các tần số vô tuyến và cũng định nghĩa những phương pháp báo hiệu kênh điều khiển CAI phải cung cấp nhiều kênh đáng tin cậy để bảo đảm rằng dữ liệu được gi và nhận đúng cách giữa di động và trạm gốc, và như vậy định rõ việc mã hóa kênh vp thoại
Tại trạm gốc, phần giao diện vô tuyến (dữ liệu báo hiệu và đồng bộ) của sự truyền di động bị loại bỏ và lưu lượng thông tin thoại còn lại được đi qua tiến tới MSC tiên các mạng cố định Trong khi mỗi trạm gốc có thể điều hành khoảng 50 cuộc gọi ông thời, một MSC điển hình thì chịu trách nhiệm cho việc kết nối nhiều bằng 100 ạm gốc tới PSTN (nhiều bằng 5000 cuộc gọi cùng lúc), như vậy sự kết nối giữa MSC a PSTN yêu cầu dung lượng đáng kể tại bất kỳ lúc nào Nó trở nên thông trống đến ỗi các chiến lược và các tiêu chuẩn mạng có thể thay đổi việc phụ thuộc nhiều trên
ột mạch thoại đơn hoặc một mật độ dân số ï khắp khu vực chính được phục vụ
Không may, giới hạn mạng có thể được dùng để diển tả một phạm vi rộng của
hững sự kết nối đữ liệu hoặc thoại, từ trường hợp một người sử dụng di động đơn tới ạm gốc, tới sự kết nối một MSC với PSTN Sự định nghĩa mạng rộng này đưa ra một ý thách thức trong việc mô tả rất nhiều chiến lược và tiêu chuẩn đã sử dụng trong ạng, và nó không khả thi để bao trùm tất cả các diện mạo của mạng không dây trong hương này Tuy nhiên, các điện mạo và tiêu chuẩn cơ bản đã sử dụng trong các mạng ông dây ngày nay được bao trùm trong một cách mà trước tiên gửi thẳng liên kết cơ ở tới mobile (mobile-to-base link), đã đi theo bởi sự kết nối của trạm gốc tới MSC, sự
ết nối MSC tới PSTN, và quan hệ kết nối với nhau của các MSC khắp thế giới
III.2 Những sự khác nhau giữa mạng điện thoại không dây và cố định
Sự chuyển giao của thông tin trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN) xảy ra qua các đường điều phối đường dây (được gọi là các trung kế) bao gồm áp quang, cấp đồng, liên kết vi ba, và liên kết vệ tinh Những cấu hình mạng trong STN thì gần như tĩnh, các sự kết nối mạng có thể chỉ được thay đổi khi một người ăng ký thuê bao thay đổi nhà và yêu cầu lập trình lại tại văn phòng trung tâm nội hạt CO: central office) của người đăng ký thuê bao Ngược lại, các mạng không dây thì
ết sức động, với cấu hình mạng sẽ được bố trí lại bất kỳ lúc nào một người đăng ký
huê bao di chuyển bên trong vùng phủ sóng của một trạm gốc khác hay một thị
ờng mới Trong khi các mạng cố định thì khó khăn để thay đổi, các mạng không
ây chỉ cần tự cấu hình lại đối với những người sử dụng trong vòng các khoảng thời ian nhỏ (khoảng vài giây) để cung cấp sự di chuyển và những động tác không thể hận thấy giữa các cuộc gọi như một mobile di chuyển không xa Băng thông kênh ấn có cho các mạng cố định có thể được tăng lên bởi việc chèn vào những cáp dung ượng cao (cáp quang hay cáp đồng trục), trong khi các mạng không dây bị ghìm lại
ởi băng thông tế bào RF ít ỏi đã cung cấp cho mỗi người dùng
Trang 19
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
111.2.1 Mang dién thoqi chuyển mạch công cộng (PSTN)
PSTN là một mạng truyền thông tích hợp cao mà kết nối hơn 70% dân số của thế giới Đầu năm 1994, hiệp hội viễn thông quốc tế đã ước lượng rằng đã có 650 triệu số điện thoại cố định, như đã so sánh với 30 triệu số š điện thoại tế bào Trong khi các điện thoại cố định đang được cộng thêm vào tốc độ 3%, các sự thuê bao không dây đang phát triển với tốc độ lớn hơn 50% Mỗi điện thoại trên thế giới được tạo ra sự truy xuất cuộc gọi qua PSTN
Mỗi đất nước chịu trách nhiệm quy định của PSTN bên trong phạm vi của đất nước đó Qua thời gian, vài hệ thống điện thoại chính phủ đã được tư nhân hóa bởi các công ty kinh doanh mà cung cấp dịch vụ đường đài và nội hạt vì lợi nhuận
Trong PSTN, mỗi thành phố hoặc một nhóm thuộc địa lý của các thị trấn được oi là một vùng truyền tải và truy cập nội hạt (LATA: local access and transport area) lác LATA phụ cận được kết nối bởi một công ty được gọi là một sóng mang tổng đài ôi hạt (LEC) Một LEC là một công ty mà cung cấp dịch vụ điện thoại intralata, và ó thể là một công ty điện thoại nội hạt, hoặc có thể là một công ty điện thoại mà
uộc về phạm vi địa phương
Một công ty điện thoại đường dài tập hợp các trung kế để cung cấp các sự kết nối lữa các LATA khác qua mạng đường dài của nó Các công ty này được để cập tới như ác sóng mang trao đổi giữa các tổng đài điện thoại (IXC: interexchange carrier), SỞ ữu và vận hành các mạng vô tuyến vi ba và cáp quang lớn mà được kết nối tới các
EC khắp một quốc gia hoặc lục địa os ©
Hình 1-7 là một sự minh họa đã đơn giản hóa của một mạng điện thoại nội hạt,
ược gọi là một tổng đài nội hạt Mỗi tổng đài nội hạt bao gồm một văn phòng trung
tầm (CO) mà cung cấp sự kết nối PSTN tới thiết bị chính khách hàng (CPE: customer remises equipment) mà có thể là một điện thoại riêng lẻ tại một nhà hoặc một tổng ài nội bộ (PBX: private branch exchange) tại một địa điểm kinh doanh CO có thể iểu hành nhiều bằng một triệu sự kết nối điện thoại CO được kết nối tới một chuyển ạch tầng mà lần lượt kết nối tổng đài nội hạt tới PSTN Chuyển mạch tầng kết nối eo quy luật tự nhiên mạng điện thoại nội hạt tới điểm hiện có (POP: point of resence) của các đường dây dài kiểu điều phối đã cung cấp bởi một hoặc nhiều hơn ác IXC Thỉnh thoảng các IXC kết nối trực tiếp tới chuyển mạch CO để tránh các phí
yên tải nội hạt đã đánh thuế bởi LEC
Hình 1-7 cũng cho thấy làm thế nào một PBX có thể được sử dụng để cung cấp ác sự kết nối điện thoại khắp một tòa nhà hay khu trường sở Một PBX cho phép một
ổ chức hay thực thể cung cấp cuộc gọi nội bộ và các dịch vụ trong nhà khác (dịch vụ à không bao hàm LEC), cũng như mạng riêng giữa các vị trí thuộc tổ chức khác (qua ác đường thuê bao từ những nhà cung cấp LEC và IXC), hơn nữa tới các dịch vụ ường dài và nội hạt thường mà đi xuyên qua CO Những sự kết nối điện thoại bên rong một PBX được duy trì bởi chủ sở hữu riêng, trong khi sự kết nối của PBX tới CO
ược cung cấp và duy trì bởi LEC
Trang 20CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN ig WOUUOUUL BỒ L—1L— C4 ——IXC A IXCB Chuyén †— mach tang» [— al IXC C Các CO khác Vòng lập nội hạt
Hình 1-7: Mạng điện thoại đường đây đất địa phương
HIIL2.2 Những giới hạn trong mạng không dây
Như đã so sánh với mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại nội hạt, nơi mà tất ả người dùng trực tiếp không thay đổi, một hệ thống truyền thông không dây cực kỳ lhhức tạp Trước tiên, mạng không dây yêu cầu một giao diện vô tuyến giữa các trạm tốc và các người đăng ký thuê bao để cung cấp chất lượng truyền thông điện thoại lưới một phạm vi rộng của các điều kiện truyền và đối với bất kỳ sự định vi người lùng nào có thể Để bảo đảm vùng phủ sóng đây đủ, sự triển khai nhiều trạm gốc thỉnh thoảng hàng trăm) khắp một vùng là cân thiết, và mỗi trạm sốc này phải được tết nối tới MSC Hơn nữa, cuối cùng MSC phải cung cấp sự kết nối cho mỗi người sử ụng di động tới PSTN Điều này yêu cầu các sự kết nối đồng thời tới LEC, một hoặc
hiểu các IXC, và tới các MSC khác qua một mạng báo hiệu tế bào riêng biệt > oe 9S
Về mặt lịch sử, nhu câu đối với các sự truyền thông không dây đã vượt quá dung
ượng của công nghệ sẵn có trước sau như một, và đây là hiển nhiên hơn cả trong các SC Trong khi hầu hết các MSC đã làm tinh vi của những năm 1990 thì chỉ có thể iểu hành 100000 tới 200000 thuê bao điện thoại tế bào đồng thời
Một vấn đề duy nhất đối với các mạng không dây là kẻ thù ghê gớm và thiên hiên ngẫu nhiên của kênh vô tuyến, và từ khi những người sử dụng có thể yêu cầu ich vu ti bat ky vi tri dia ly nao trong khi sự di chuyển qua một phạm vi rộng trong
Trang 21
CHƯƠNG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
cặc tốc độ, MSC được thúc đẩy để chuyển các cuộc gọi không thể nhận thấy giữa các tam gốc khắp hệ thống Phổ vô tuyến sẵn có cho mục đích này bị giới hạn, như vậy các hệ thống không dây bị ghìm lại để hoạt động trong một băng thông cỗ ố định để hỗ tiợ một số việc gia tăng của những người dùng qúa thời gian Các kỹ thuật điều chế ổ có hiệu quả, các kỹ thuật sử dụng lại tần số, và các điểm truy cập vô tuyến đã phân phát về phương diện địa lý là các thành phần năng động của các mạng không y Như các hệ thống không dây phát triển, sự bổ sung cần thiết của các trạm gốc lậm gia tăng gánh nặng chuyển mạch của MSC Bởi vì vị trí địa lý của một người sử „ng di động thay đổi liên tục, một cách đặc biệt tại MSC, mẫu đầu cộng thêm được cần bởi tất cả diện mạo của một mạng không dây để bảo đảm các sự truyền thông liên tục, không quan tâm đến vị trí của người dùng
III2.3 Sự kết bợp các mạng không dây và PSTN
Khắp cả thế giới, các hệ thống không dây thế hệ thứ nhất (các điện thoại ordless và tế bào tương tự) đã được triển khai trong đầu và giữa những năm 1980 hư các hệ thống không dây thế hệ thứ nhất đã đang được giới thiệu, các tiến bộ có tính cách mạng đã đang được tạo ra trong sự thiết kế của PSTN bởi các công ty điện thoại đường dây đất Cho tới giữa những năm 1980, hầu hết các lên kết điện thoại ường dây đất tương tự khắp cả thế giới đã gởi thông tin báo hiệu dọc theo các đường ng kế giống nhau như lưu lượng thoại Đó là, một sự kết nối vật lý đơn đã được ùng để điều hành cả lưu lượng báo hiệu (các con số đã được quay và các lệnh rung huông điện thoại) và cả lưu lượng thoại đối với mỗi người dùng Mẫu đầu đã yêu cầu ong PSTN để điều hành đữ liệu báo hiệu trên các trung kế giống nhau như lưu lượng oại đã không có khả năng, từ điểu này yêu cầu một trung kế thoại là chuyên dụng ong suốt các giai đoạn thời gian khi thậm chí lưu lượng thoại đã không đang được ruyén Nhưng một cách đơn giản, LEC quan trọng và các trung kế thoại đường đài đã ang được sử dụng để cung cấp thông tin báo hiệu tốc độ dữ liệu thấp mà một kênh áo hiệu song song có thể đã được cung cấp với quá ít băng thông
Thuận lợi của một kênh báo hiệu riêng biệt nhưng song song cho phép các trung ế thoại được sử dụng hoàn toàn cho sự phát sinh lợi tức lưu lượng thoại, và hỗ trợ hiểu hơn người dùng trên mỗi đường trung kế Như vậy, trong suốt giữa những năm 980, PSTN đã được biến đổi thành hai mạng song song —- một đã đành cho lưu lượng hông tin người dùng, và một đã dành cho lưu lượng thông tin báo hiệu cuộc gọi Kỹ
uật này được gọi là báo hiệu kênh chung
Báo hiệu kênh chung được dùng trong tất cả các mạng điện thoại hiện đại Gần hư mới đây thôi, các kênh báo hiệu được dành riêng đã được sử dụng bởi các MSC tế ào để cung cấp sự kết nối tương quan báo hiệu toàn cầu, do đó cho phép các MSC ắp thế giới chuyển thông tin người đăng ký thuê bao Trong nhiều hệ thống điện thoại tế bào ngày nay, lưu lượng thông tin thoại được truyền trén PSTN trong khi thông tin báo hiệu cho mỗi cuộc gọi được truyền trên một kênh báo hiệu riêng biệt Sự truy cập vaprmang Dag, REN THR g dude cung cap bdi cdc IXC VỚI một lệ phí được thương lượn ng gi non yy IV hiệu điện thoại tế bào sử dụng hệ thống báo hiệu
Trang 21
Trang 22
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
số 7 (SS7), và mỗi MSC sử dụng giao thức IS-41 để truyền thông với các MSC khác
trÊn lục dia
Trong các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất, các báo hiệu kênh chung đã không
đợc sử dụng, và đữ liệu báo hiệu đã được gởi trên trung kế như nhau như người dùng thoại Tuy nhiên, trong các hệ thống không dây thế hệ thứ hai các giao diện vô tuyến đã được thiết kế để cung cấp người dùng song song và các kênh báo hiệu cho mỗi mobile, để mà mỗi mobile thu các tính năng và các dịch vụ như các điện thoại có dây cố định trong PSTN IV PHỔ TẦN SỐ VÀ MÔI TRƯỜNG VÔ TUYẾN IV.1 Phổ tân số 1Mm 100km 10km 1k 100m 10 Im 10cm lcm 1mm100pm 10pm lpm 4 4 L ! H HH H Thơng tin di động; <« qT q q ' † ĩ qT q T T v Ỷ Ỉ f | | 1 L L l L 1 L L | j 1 L T ' Ũ ĩ tT qT Ỉ qT T ' t T Ỉ qT 100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz1GHz 10GHz 100GHz 1THz 10THz 100THz 1PHz Âm tần : ‘Hong pgoại : Cực tím =—=——_—— ' ' ' ' ' ‘ ————————— : _ : Anh sáng : ' : : ‘ ' ' : : : : khả kiến VLR LF MF HF VHF | UHF SHF EHF ¡ km hm dam om đm cm mm jf oi |
pit Somgaath GE EEG
‘Phan xhvùn inos eri ue : ' '
Các modes : mi rr ' chad pees
truyén séng < | to — tig xaviing trospherique!
bo i (Tan xaving trosphetique PPP Ed 7 TTựC 1! bó day hổ 1 T1 1 c1 1 cr} —¬ : SÓNE dai LW: ' : ' ' ' ' ¡150K, {hem đóng trung MW | Phát thanh < | ' 525k! 26M ' ' ' ' ' ‘ ' ' k HK Sóng ngắn SW : ' ' ' '
& 4M; H Song cức ngắn|(băng
Trang 23CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
Một cách tổng quát, các băng sóng cho phát thanh, phát hình có thé chia làm các
dải tần số như sau: Bang séng dai (LW): 150 — 285 KHz Băng sóng trung (MW): 525 > 1605 KHz, chủ yếu là truyền sóng đất Băng sóng ngdn (SW): 4 > 26,1 MHZ Băng sóng cực ngắn: 4l MHz -> 0,96 GHz, trong d6 chia thanh | bang FM và 4 băng truyền hình
— Ngoài ra, liên lạc vi ba (microware link) nam trong dai 250 MHz — 22 GHz
tảo thành mạng liên lạc xa, nhưng đòi hỏi sự truyền thẳng giữa phát thu có kể đến tác dùng tán xạ của tầng troposphere Khoảng cách 50 km đến 200 km là thích hợp
Các quy ước quốc tế, để ra bởi CCIR (Comité Consultƒ International de
Radiocommunication) va IFRB (International Frequency Registration Board) cho phép phân sóng vô tuyến thành nhiều băng nhỏ, như trình bày ở hình 1-8
IV.2 Môi trường vô tuyến
Môi trường truyền sóng cho tín hiệu vô tuyến có cấu trúc tương đối phức tạp
Khong gian truyền sóng có thể chia thành ba vùng cơ bản
- Vùng đối lưu (troposphere) (độ cao dưới 15 km), có chiều gió, mây và nhiệt n giảm nhanh theo độ cao Điều này có tác dụng tạo một vùng chiếc suất gradient,
ấn đến tác động uống cong đường truyền sóng điện từ về hướng mặt đất
- Ving binh luu (stratosphere) (d6 cao 15 km đến 60 km), chứa nhiều hơi nước
nhiệt độ tăng theo độ cao và ổn định tại một mức
- Vung dién ly (ionosphere) (d6 cao 60 km đến 500 km) là vùng chứa nhiều ion 6 mật độ thay đổi theo điều kiện thời tiết, mùa và các tác động ngồi khơng gian bây là vùng tạo sự tán xạ và hấp thụ
kJj
@
1 Đường truyền vệ tỉnh
Ngoài cách truyển dùng một đường dây vật lý để mang thông tin truyền Số liệu
lũng có thể được truyền bằng cách dùng sống điện từ qua không gian tự do như các hệ
hống thông tin vệ tỉnh Một chùm sóng vi ba trực xạ trên đó mang số liệu đã được iều chế, được truyền đến vệ tinh từ trạm mặt đất Chùm sóng này được thu và được
tuyển lại đến các đích xác định trước nhờ một mạch tích hợp thường được gọi là tansponder Một vệ tình có nhiều /ransponder, mỗi transponder đảm trách một băng
in đặc biệt Mỗi kênh vệ tinh thông thường đều có một băng thông cực cao (500MHz) à có thể cung cấp cho hàng trăm liên kết tốc độ cao thông qua kỹ thuật ghép kênh
a
oO
aot
tO!
Các vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thường thuộc dạng địa tĩnh, có nghĩa là
ệ tỉnh bay hết quĩ đạo quanh trái đất mỗi 24 giờ nhằm đồng bộ với sự quay quanh
hình của trái đất và do đó vị trí của vệ tỉnh là đứng yên so với mặt đất Quĩ đạo của
Trang 24
CHUONG I: TONG QUAN VE HỆ THONG THONG TIN VO TUYEN
vùng giới hạn Trong trường hợp thứ hai tín hiệu có năng lượng lớn cho phép dùng các bộ thu có đường kính nhỏ hơn thường gọi là chảo parabol, là các đầu cuối có độ mở rất nhỏ hay VSAT (Very Small Aperture Terminal) Cac vé tinh dugc ding rong rai trong cdc ting dung truyền số liệu từ liên kết các mạng máy tính của quốc gia khác nhau cho đến cung cấp các đường truyền tốc độ cao cho các liên kết truyền tin giữa các mạng trong cùng một quốc gia Req Vétin Up link / Ầ> link VSATs * Qua dat (a) (b) d-—==———- d==—=—=~=~^ d=.—=—=~~ Trạm mặt đất Trạm trung tâm
Hình 1-9: Truyền dẫn vệ tỉnh: (a) Điểm nối điểm; (b) Đa điểm
Một hệ thống thông tin vệ tỉnh thông thường được trình bày trên hình 1-9, chỉ trình bày một đường dẫn đơn hướng nhưng là đường song công được sử dụng trong hầu ết các ứng dụng thực tế với các kênh đường lên (up link) và kênh đường xuống (down link) lên kết với mỗi trạm mặt đất hoạt động với tân số khác nhau Các cấu Hình khác có liên quan đến trạm mặt đất trung tâm, trạm này liên lạc với một số trạm VSAT phân bố trên phạm vi quốc gia Dạng tiêu biểu có một máy tính nối đến mỗi t t q t a
ram VSAT va có thể truyền số liệu với máy tính trung tâm được nối đến trạm trung ầm như trên hình 1-9(b) Thông thường, điểm trung tâm truyền rộng rãi đến tất cả ác VSAT trên một tần số nào đó, trong khi ở hướng ngược lại mỗi VSAT truyền đến
rung tam bằng tần số khác nhau
Để truyền thông tin với một VSAT nào đó, trung tâm sẽ quảng bá thông điệp với danh định của VSAT đặt tại đâu của thông điệp Trong hoạt động thông tin giữa
VSAT với VSAT, tất cả các thông điệp đểu phải gởi đến trung tâm thông qua vệ tinh, tại đây sẽ quảng bá chúng đến các đối tác tham gia Với thế hệ vệ tỉnh kế tiếp mạnh lơn, sẽ có khả năng định tuyến trên vệ tỉnh mà không cần đến trạm trung tâm Và còn dó thể liên lạc trực tiếp giữa các VSAT
2 Đường truyền vỉ ba
Các liên kết vi ba mặt đất được dùng rộng rãi để thực hiện các liên kết thông tin khi không thể hay quá đắt tiền để thực hiện một môi trường truyền vật lý, ví dụ khi
Vượt sông, sa mạc, đổi núi hiểm trở, v.v Khi chùm sóng vi ba trực xạ đi xuyên ngang
Trang 25
CHUONGI: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
ôi trường khí quyển, nó có thể bị nhiễu bởi nhiều yếu tố như địa hình và các điều ên thời tiết bất lợi Trong khi đối với một liên kết vệ tỉnh thì chùm sóng đi qua
hoảng không gian tự do hơn nên ảnh hưởng của các yếu tố này ít hơn Tuy nhiên, liên lác vi ba trực xạ xuyên môi trường khí quyển có thể dùng một cách tin cậy cho cự ly truyền dài hơn 50km
3 Đường truyền vô tuyến tân số thấp
5
6
Sóng vô tuyến tần số thấp cũng được dùng để thay đổi các liên kết hữu tuyến có lí ly vừa phải thông qua các bộ thu phát khu vực Ví dụ kết nối một số lớn các máy ính thu thập số liệu bố trí trong một vùng đến một máy tính giám sát số liệu từ xa, hay tết nối các máy tính trong một thành phố đến máy tính cục bộ hay Ở xa
&
Có lẽ rất tốn kém khi lắp đặt các cáp dẫn hữu tuyến cho các ứng dụng như vậy óng vô tuyến thường được dùng để thực hiện các liên kết không dây giữa một điểm ết cuối hữu tuyến và các máy tính phân tán Một trạm phát vô tuyến được gọi là trạm ốc (base station) được đặt tại điểm kết cuối hữu tuyến như hình 1-10, cung cấp một ên kết không dây giữa mỗi máy tính và trung tâm 1g me = E9 Vùng phủ sóng của trạm thu/phát = i Máy tính/Mạng cố định ——— IM BS = Base Station = Đầu cuối thuê bao
Hình 1-10: Truyền dẫn vô tuyến theo khu vực (một tế bào)
Cân nhiều trạm gốc cho các ứng dụng yêu cầu phạm vi rộng và mật độ phân bố hser cao Phạm vi bao phủ của mỗi trạm gốc là giới hạn, do sự giới hạn nguồn phát tủa nó, nó chỉ đủ kênh để hỗ trợ cho toàn bộ tải trong phạm vi đó Phạm vi rộng hơn
L6 thể được thực hiện bằng cách tổ chức đa trạm theo cấu trúc tế bào (cell) Trong
thực tế, kích thước của mỗi tế bào thay đổi và được xác định bởi các yếu tố như mật độ
ầu cuối và địa hình cục bộ
Trang 26
CHUONGI: ‘TONG QUAN -VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
Mỗi trạm gốc dùng một dải tân khác nhau với trạm kế Tuy nhiên, vì vùng phủ của mỗi trạm có giới hạn nên có thể dùng lại băng tần của nó cho các phần khác của mạng Các trạm gốc được kết nối thành mạng hữu tuyến Thông thường tốc độ dữ liệu của mỗi máy tính trong một tế bào đạt được vài chục kbps
Dạng tổ chức tương tự có thể được dùng trong một tòa cao Ốc để cung cấp các lên kết không dây cho thiết bị máy tính trong mỗi phòng Trong các trường hợp như VẬY, một hay nhiều trạm gốc sẽ tọa lạc trên mỗi tầng nhà và kết nối đến mạng hữu thyến Mỗi trạm gốc cung cấp các liên kết không dây đến mạng hữu tuyến cho tất cả cặc máy tính thuộc phạm vi của nó Nhờ vậy sẽ không phải bận tâm với việc chạy dây khi một máy tính được lắp đặt mới hay bỏ đi, nhưng cần phải cung cấp một đơn vị vô nyến để chuyển số liệu sang dang tin hiệu vô tuyến và ngược lại Tốc độ truyền hường thấp hơn đường truyền hữu tuyến #= 8g V XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI V.1 Các mạng không dây thế hệ thứ nhất (1G)
Kênh thoại Kênh thoại Các mạch
hướng lên hướng xuống thoại
Người dùng `"—> < Trạm
di động ye ` gốc
Kênh thiết lập Kênh thiết lập Liên kết dữ
hướng lên hướng xuống liệu 9600 B/S
Hình 1-11: Báo hiệu truyền thông giữa di động, trạm gốc, và MSC trong các
mạng không dây thế hệ thứ nhất
Các mạng điện thoại cordless và tế bào thế hệ thứ nhất được dựa trên công nghệ tương tự Tất cả các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất sử dụng điều chế FM, và các điện thoại cordless sử dụng một trạm gốc đơn để truyền thông với một thiết bị đầu cuối kách tay đơn Một ví dụ điển hình của một hệ thống điện thoại tế bào thế hệ thứ nhất à hệ thống các dịch vụ điện thoại di động được cải tiến (AMPS: Advanced Mobile Phone Services) đã sử dụng ở Mỹ Về cơ bản, tất cả các hệ thống thế hệ thứ nhất sử Hụng cấu trúc truyền tải đã cho thấy trong hình 1-11
Hình 1-12 cho thấy một biểu đồ của một mạng vô tuyến tế bào thế hệ thứ nhất, mang mà bao gồm các thiết bị đầu cuối di động, các trạm Sốc, và các MSC Trong các
mạng tế bào thế hệ thứ nhất, hệ thống điều khiển đối với mỗi thị trường tập trung vào MSC, mà duy trì tất cả thông tin di động có liên quan và điểu khiến mỗi sự chuyển
Trang 27
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
giao di động MSC cũng thi hành tất cả các chức năng quản lý mạng, giống như quá trình tiến hành và xử lý cuộc gọi, sự quảng cáo, và thủ thuật tách sóng bên trong thị trường MSC được liên kết với PSTN qua các đường điều vận đường dây đất (các trung kế) và một chuyển mạch tầng Các MSC cũng được kết nối với các MSC khác qua các kênh báo hiệu chuyên dụng (xem hình 1-13) đối với tổng đài của thông tin bão hiệu vị trí, báo hiệu hiệu lực, và báo hiệu cuộc gol `» Wy Người dùng trở thành một người mới đến ` MSC2 X PSTN la\ ] “7 ¿ ì Cơ sở dữ liệu N / MSC khách
ss “ HLR: Thanh ghi dinh vi thudng tré
Trreeee~77 VLR: Thanh ghi định vị tạm trú
Cơ sở dữ liệu MSC nhà AuC: Trung tâm nhận thực
Hình 1-12: Biểu đồ khối của một mạng vô tuyến tế bào
Chú ý rằng trong hình 1-13, PSTN là một mạng riêng biệt từ mạng báo hiệu SS7 [rong các hệ thống tế bào hiện đại, lưu lượng thông tin thoại đường dài được chuyển trên PSTN, nhưng thông tin báo hiệu đã sử dụng để cung cấp việc thiết lập cuộc gọi và để cho các MSC biết về một người dùng riêng biệt được chuyển trên mạng SS7
Các hệ thống không dây thế hệ thứ nhất cung cấp thoại tương tự và sự truyền dữ
iệu tốc độ thấp, không có hiệu quả giữa trạm gốc và người sử dụng di động Tuy hiên, các tín hiệu thoại thường được số hóa sử dụng một tiêu chuẩn, nhiều khuôn ạng phân phối theo thời gian đối với sự truyễn tải giữa trạm gốc và MSC và luôn
uôn được số hóa đối với sự phân phối từ MSC tới PSTN
Mạng tế bào toàn cầu được yêu cầu để giữ đường đi của tất cả những người dùng ¡ động mà được đăng ký trong tất cả các thị trường khắp mạng, để mà nó có thể huyển tin tức các cuộc gọi đến tới những người dùng đang di chuyển tại bất kỳ vị trí ào khắp thế giới Khi ấy điện thoại của một người sử dụng di động được kích hoạt
| Trang 27
—
Trang 28
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
nhưng không được làm liên lụy trong một cuộc gọi, nó giám sát kênh điều khiển mạnh nhất trong vùng lân cận Khi người sử dụng di chuyển trong một thị trường mới đã phủ sóng bởi một nhà cung cấp dịch vụ khác, mạng không dây phải đăng ký người sử dụng trong vùng mới và hủy sự đăng ký của nó với nhà cung cấp dịch vụ trước để mà các cuộc gọi có thể được gởi theo một hướng nhất định tới người di chuyển như nó di chuyển xuyên qua các vùng phủ sóng của các MSC khác Mạng báo hiệu SS7 Dữ liệu gói Hiện trạng khách hàng Lưu lượng tiếng nói/dữ liệu ya ding _ „2 MSC khách MSC nhà
Hình 1-13: Kiến trúc mạng tế bào Bắc Mỹ đã dùng để cung cấp lưu lượng
gười dùng và lưu lượng báo hiệu giữa các MSC
=
Cho tới khi đầu những năm 1990, các khách hàng tế bào Mỹ mà đã di chuyển iữa các hệ thống tế bào khác đã phải đăng ký một cách thủ công mỗi lần họ đi vào hột thị trường mới trong suốt phạm vi chuyển động đường dài Điều này đã yêu cầu gười dùng gọi một người trực tổng đài điện thoại để yêu cầu đăng ký Trong đầu hững năm 1990, các sóng mang tế bào Mỹ đã thực thi tiêu chuẩn giao thức mạng IS- HH để cho phép các hệ thống tế bào khác tự động cung cấp vùng hoạt động cho những lgười thuê bao mà di chuyển trong vùng phủ sóng của chúng Điều này được gọi là sự li chuyển điều hành viên có tương quan (interoperator | roaming) IS-41 cho phép cac MSC của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau để chuyển thông tin khắp chung quanh thững người thuê bao của chúng tới các MSC khác theo yêu cầu
Trang 29CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
à MSC có thể thông qua và cập nhật danh sách khách hang bên trong thị trường SC có thể phân biệt những người dùng vị trí ban đầu từ những người dùng đi chuyển đã dựa vào MIN của mỗi người dùng thiết thực, và chứa đựng một danh sách người dùng thời gian thực trong thanh ghi định vị thường trú (HLR) và thanh ghi định vị tạm trú (VLR) như đã cho thấy trong hình 1-12 IS-41 cho phép các MSC của các hệ thống lần cận tự động điêu hành sự đăng ký và vị trí hiệu lực của những người di chuyển để à người dùng không cần đăng ký bằng tay nữa khi họ đi lại Hệ thống đã kiểm tra tảo ra một bảng ghi VLR đối với mỗi người di chuyển mới và thông báo hệ thống gốc qha IS-41 đến nổi nó có thể cập nhật HLR sở hữu của nó
V.2 Các mạng không dây thế hệ thứ hai (2G)
Các hệ thống không dây thế hệ thứ hai tận dụng sự điều chế số và các khả năng x lý cuộc gọi tiên tiến Ví dụ của các hệ thống không dây thế hệ thứ hai bao gồm hệ t ống di động toàn cầu (GSM) các tiêu chuẩn số Mỹ TDMA và CDMA (các tiêu chuẩn IS-54 và IS-95 hiệp hội công nghệ viễn thông), điện thoại cordless thế hệ thứ
i (CT2: Second Generation Cordless Telephone), tiêu chuẩn Anh về điện thoại cordless, tiéu chudn vòng lập cục bộ hệ thống truyền thông truy cập cá nhân (PACS: ersonal Access Communications System), dién thogi cordless số thuộc Châu Âu (DECT: Digital European Cordless Telephone), mà là tiêu chuẩn Châu Âu đối với điện
oại cordless và văn phòng
Những mạng không dây thế hệ tứ hai đã giới thiệu các cấu trúc mạng mới mà đã iắm bớt gánh nặng tính toán của MSC Như đã cho thấy trong chương 2, GSM đã giới thiệu khái niệm của một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) mà được chèn vào giữa vài ạm gốc và MSC Trong PACS/WACS, BSC được gọi là một đơn vị điều khiển cổng ô tuyến Sự thay đổi cấu trúc này đã cho phép giao diện đữ liệu giữa bộ điểu khiển trạm gốc và MSC để được tiêu chuẩn hóa, do đó cho phép các sóng mang để sử dụng ác hãng sản xuất khác nhau cho các thành phần MSC và BSC Xu hướng này trong sự êu chuẩn hóa và khả năng làm được có tương quan là mới đối với các mạng không ây thế hệ thứ hai Rốt cuộc, các thành phần mạng không dây, giống như MSC và SC, sé có thể dùng được như các thành phần dùng ngay, rất giống các bản sao điện
oại hữu tuyến của họ
Tất cả các hệ thống thế hệ thứ hai sử dụng mã hóa thoại số và điều chế số Các
ệ thống tận dụng những kênh điều khiển chuyên dụng (báo hiệu kênh chung) bên ong giao diện vô tuyến đối với việc trao đổi đồng thời thông tin điều khiển và tiếng ói giữa người thuê bao, trạm gốc, và MSC trong khi một cuộc gọi vẫn ở trong tiến rình Các hệ thống thế hệ thứ hai cũng cung cấp những trung kế báo hiệu và thoại
huyên dụng giữa các MSC, và giữa mỗi MSC và PSTN
Trong cái tương phản với các hệ thống thế hệ thứ nhất, mà đã được thiết kế chủ ếu cho tiếng nói, các mạng không dây thế hệ thứ hai đã được thiết kế một cách riêng iệt để cung cấp nhắn tin, và các dịch vụ dữ liệu khác giống như sao chép và truy cập ạng tốc độ dữ liệu cao Cấu trúc điều khiển mạng được phân phối nhiều hơn trong ác hệ thống không dây thế hệ thứ hai, từ khi các trạm di động thừa nhận các chức
Trang 30
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN
nặng điều khiển lớn hơn Trong các mạng không dây thế hệ thứ hai, quá trình chuyển giao được điều khiển di động và được biết như :ác động giúp đở di động (MAHO: obile assisted handoff) Các đơn vị di động trong những mạng này thi hành vài chức năng khác không được thi hành bởi các đơn vị người thuê bao thế hệ thứ nhất, như báo cáo nguồn đã thu, quét trạm gốc gần kê, mã hóa dữ liệu, và mật mã
DECT là một ví dụ của một tiêu chuẩn điện thoại cordless thế hệ thứ hai mà cho phép mỗi điện thoại cordless truyền thông với bất kỳ một số trạm gốc nào, bởi việc chọn lựa tự động trạm gốc với mức tín hiệu lớn nhất Trong DECT, các trạm gốc có sự hạn chế lớn hơn trong những giới hạn của chuyển mạch, báo hiệu, và việc điều khiển cặc sự chuyển giao Nói chung, các hệ thống thế hệ thứ hai đã được thiết kế để giảm bớt gánh nặng tính toán và chuyển mạch ở trạm gốc hay MSC, trong khi miễn là mềm o hơn trong ý đồ phân phối kênh để mà các hệ thống có thể được tận dụng nhanh và
ong một cách ít được sắp xếp hơn
V.3 Các mạng không dây thế hệ thứ ba (3G)
Các hệ thống không dây thế hệ thứ ba phát triển từ các hệ thống thế hệ thứ hai oàn chỉnh Mục đích của các mạng không dây thế hệ thứ ba là cung cấp một bộ các êu chuẩn đơn mà có thể đáp ứng một phạm vi lớn các ứng dụng vô tuyến và cung cấp ï truy cập phổ biến khắp thế giới Trong các hệ thống không dây thế hệ thứ ba, hững sự khác biệt giữa các điện thoại cordless và các điện thoại tế bào sẽ biến mất, à một cơ cấu truyền đạt cá nhân phổ biến (một máy thu phát cầm tay cá nhân) sẽ ung cấp sự truy cập tới một sự đa dạng thoại, dữ liệu, và các dịch vụ truyền thông ình ảnh
Các hệ thống thế hệ thứ ba sẽ sử dụng mạng số dịch vụ tích hợp dải rộng (B- DN: Broadband Integrated Services Digital Network) để cung cấp sự truy cập tới các ạng thông tin, giống như Internet và các cơ sở dữ liệu cá nhân và công cộng khác ác mạng thế hệ thứ ba sẽ mang nhiều loại thông tin (thoại, dữ liệu, và hình ảnh) sẽ oạt động trong các vùng thay đổi (các vùng cư trú đông đúc hay thưa thớU, và sẽ hục vụ cả những người dùng không chuyển động và cả những người dùng dành cho e cộ di chuyển tại các tốc độ cao Các sự truyền thông vô tuyến dạng gói sẽ có khả ăng được sử dụng để phân phối sự điểu khiển mạng khi với điều kiện là một sự truyền thông tin xác thực
Những giới hạn hệ thống truyên thông cá nhân (PCS: Personal Communication System) va mang truyén thong cá nhân (PCN: Personal Communication Network) dugc sit dụng với ngụ ý làm nổi lên các hệ thống không dây thế hệ thứ ba cho các thiết bị tầm tay Các tên khác thay cho PCS bao gồm các hệ thống viễn thông di động mặt đất bông cộng tương lai (FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunication System) rho sự sử dụng khắp thế giới mà gần đây hơn đã được gọi là viễn thông di động quốc tế
IMT-2000: International Mobile Telecommunication), và hệ thống viễn thông di động rhung (UMTS: Universal Mobile Telecommunication System) cho cdc dich vu ca nhan Hi động tiên tiến ở Châu Au
Trang 31
CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN VO TUYEN V.4 Các mạng không dây thế hệ thứ tư (4G)
Một thế hệ thứ tư của các hệ thống không dây, được chờ đợi để ra mắt sau sự
triển khai thành công của các hệ thống thế hệ thứ ba hiện hành, thường xuyên được
tranh luận trong những ngày này Thế hệ mới này của các hệ thống không dây được cho là để bổ xung và thay thế các hệ thống 3G, cũng như các hệ thống 2G mà đã đang S dụng khoảng một thập niên Một cách tiếp cận thiết kế “cổ điển” như một “hệ thống” trong cùng cách như các thế hệ trước đây của các hệ thống không dây, tức là lại chưa tập trung trên các tốc độ dữ liệu cao (bây giờ không nằm trong phạm vi 2 bis) va tim thay các dải tần mới cho một tiêu chuẩn trên toàn thế giới Tuy nhiên, đối với một số kết quả nó không rõ ràng Một trong những mối quan tâm chính là các cv sd ha tang không dây 4G đó sẽ được triển khai trong một môi trường mà nhiều loại hỆ thống truyền thông có dây và không dây khác đã đưa ra rồi Hơn nữa, một vài người biện luận rằng sự truyền thông không dây tương lai sẽ trở nên hội tụ trên các dịch vụ và nhu cầu người dùng, bằng cách ã ấy bắt buộc sự pha trộn các phần tử cơ sở ạ tầng không dây có san để được sử dụng trong một cách rõ ràng hơn Trong trường ớp đó, các sự đưa ra dải tần và tiêu chuẩn giao diện vô tuyến quan trọng như vậy trước đây sẽ trở thành các mối quan tâm thứ hai
Bởi sự định nghĩa nó thì khác để tạo ra các sự trình bày rõ ràng trên tự nhiên của lbại tầm nhìn này Một nhân tố quan trọng góp phần gây ra tình trạng không chắc chắn này là nhân tố mà chúng ta có sự hiểu biết rất giới hạn về môi trường tương lai mà một cơ sở hạ tầng không dây 4G hoạt động Hệ thống nào trong những hệ thống ngày nay sE vẫn tổn tại khi một cơ sở hạ tầng 4G tiêm năng được triển khai? Những giải pháp và những hệ thống nào sẽ được cân nhắc thành công khi ấy? Các khâu sản xuất đình trệ thuộc về kỹ thuật sẽ hiển nhiên trong 10 năm tới là gì? Các hệ thống không dây thế hệ thứ ba sẽ bị thị trường tác động những gì? Điều này ảnh hưởng đến hành vi người dùng và nhu cầu người dùng như thế nào? Những người sử dụng sẽ trả cho các dịch vụ sắp tới được cung cấp qua cơ sở hạ tầng này là bao nhiêu?
Như những câu hỏi này cho biết việc định nghĩa các chủ dé nghiên cứu có liên duan với sự quan tâm đến các hệ thống tương lai không là một công việc dễ dàng Tuy rhiên, kinh nghiệm nói với chúng ta rằng sự nghiên cứu cơ bản liên quan tới các hệ thống 4G phải được thực hiện hôm nay để làm cho nó có thể để triển khai chúng sau một thập niên nữa
Trang 32
CHUONG II: HE THONG THONG TIN DI DONG GSM
cương u: HỆ THONG THONG TIN DI BONG GSM
1 CAU TRUC HE THONG GSM VA CHUC NANG CAC KHOI:
Cấu hình cơ bản của hệ thống thông tin đi động GSM được mô tả như trong hình [ur |{ vir | [auc | | | I Ị | | I | I I Ù I | I ! I | I i | | I | | PSTN ——| msc ISND Data Networks OMC Hệ thống con hỗ —= trợ thao tác Hệ thống con trạm gốc Hệ thống con chuyển mạch mạng ¡ Những mạng công cộng Hình 2-1: Kiến trúc hệ thống GSM Các ký hiệu:
MS: Mobile Station — Tram di động
BTS: Base Transceiver Station — Tram thu phat géc BSC: Base Station Controller — B6 diéu khién tram géc HLR: Home Location Register — Thanh ghi dinh vi thudng trú VLR: Visitor Location Register — Thanh ghi định vị tạm trú AUC: Authentication Center — Trung tâm nhận thực
MSC: Mobile services Switching Center — Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ
đi động (gọi tắt là tổng đài vô tuyến)
OMC: Operation and Maintenance Center - Trung tâm khai thác và bảo dưỡng PSTN: Public Switched Telephone Network — Mang điện thoại chuyén mach tông cộng
ISDN: Integrated Services Digital Network — Mang số liên kết đa dịch vụ
Cấu trúc tổng quát của một hệ thống GSM có thể chia làm 3 hệ thống con: hệ lhống con trạm gốc BSS, hệ thống con chuyển mạch SS và hệ thống con khai thác và
bảo dưỡng OMS
Trang 33
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM I.1 Hệ thống con trạm gốc BSS (Base Station Subsystem):
Chức năng của BSS là tạo ra vùng hoạt động cho thuê bao di động và thực hiện
trnyén dẫn thông suốt tín hiệu BSS gồm có 4 thành phần như sau:
+ MS: Trạm di động là thiết bị thu phát cá nhân do người đăng ký thuê bao trực tiếp sử dụng MS có thể là một máy điện thoại di động cầm tay, máy điện thoại di động xách tay hoặc gắn trên xe hơi Đối với hệ thống GSM, một MS gồm hai thành phần là ME và SIM
ME là thiết bị cứng thực hiện chức năng thu phát tín hiệu ME trở thành MS chỉ khi nào SIM card được chèn vào trong ME Nếu không có SIM, ME không thể thực hiện được bất cứ dịch vụ nào trừ trường hợp gọi khẩn cấp Mỗi ME được nhận dạng
êng bằng số định nghĩa thiết bị duy nhất (số IMEI) được lưa trữ bên trong
SIM là thẻ chip mà bên trong có các bộ nhớ để lưu trữ thông tin cá nhân của thuê bao di động và một số thông tin của mạng Trong quá trình hoạt động, MS sẽ sử dụng cúc thông tin có sẵn trong SIM Thông tin lưu trữ trong SIM gồm:
i
o_ IMSI: số thuê bao quốc tế
o_ TMSI: số thuê bao tạm thời o LAI: số vùng đăng ký
o_ Khóa nhận thực thuê bao Ki
+» BTS: Trạm thu phát gốc, chức năng của BTS là tạo ra vùng hoạt động cho IS Vùng phủ sóng nhỏ nhất của một BTS gọi là một tế bào (cell) BTS giao tiếp với US qua đường vô tuyến BTS hoạt động dưới sự điều khiển của BSC
‹*» BSC: Bộ điểu khiển trạm gốc, chức năng chính của BSC là điểu khiển hoạt lộng của BTS như : quản lý tài nguyên vô tuyến, điểu khiển nhảy tần, điểu khiển huyển giao Một BSC có thể điều khiển nhiều BTS Với chức năng này, một BSC có
thể được xem như là một bộ chuyển mạch — báo hiệu Lạy ty ® e Luông điều khiển OSS: Operation Subsystem <_ Luéng dif liéu ngudi ding} ` -~———>
Hình 2-2: Môi trường bên ngoài BSS
I.2 Hệ thống con chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem):
Chức năng chính của NSS là xử lý cuộc gọi và quản lý thuê bao di động Trong NSS gồm 5 thành phần:
“+ MSC: Trung tam chuyển mạch các dịch vụ đi động là thành phần trung tâm
tủa NSS, MSC thực hiện tìm đường và kết nối cuộc gọi, giao tiếp với mạng bên ngoài
Trang 34
CHUONG Il: HE THONG THONG TIN DI DONG GSM
PBTN, ISDN, PLMN Đây là nơi duy nhất thực hiện chức nang chuyển mạch cuộc gọi trong hệ thống Ngoài ra MSC còn tổng hợp số liệu các cuộc gọi để tham gia quản lý cước phí của thuê bao
4» HLR: Thanh ghi định vị thường trú nó lưu trữ tất cả các thông tin của thuê bao dị động, thông tin lưu trữ trong HLR do người khai thác mạng cập nhật vào Thông tin này không cho biết vị trí hiện tại cụ thể của thuê bao di động mà chỉ cho biết VLR mà thuê bao đang hiện diện Các trường thông tin lưu trữ trong HLR gồm:
— IMSI: Số định nghĩa thuê bao di động quốc tế — Ki: Khóa nhận thực thuê bao
— VLR hiện tại của thuê bao
— Các dịch vụ của thuê bao di động
~ MSRN: Số chuyển vùng của thuê bao di động
+ VLR: Thanh ghi định vị tạm trú là cơ sở dữ liệu chứa thông tin của MS Thông tin này cho biết vị trí hiện tại của MS, trạng thái của MS Thông tin cập nhật trong VLR một cách tự động thông qua thủ tục cập nhật vị trí của thuê bao Thông tin trong VLR có tính cách tạm thời, nó thay đổi khá thường xuyên Ngoài ra, VLR tham gia việc kiểm tra nhận thực một thuê bao có đủ quyền để truy xuất vào mạng hay Không Các trường thông tin lưu trữ trong VLR gồm:
—_ Trạng thái của thuê bao (tắt, mở, bận, rổi )
— Số LAI hiện tại của thuê bao — Số thuê bao tạm thời (TMSD
— MSRN: số chuyển vùng của thuê bao di động
+ EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị dùng để quản lý thiết bị di động ME Fhông tin lưu trữ trong EIR chính là các số định nghĩa thiết bị di động EIR được nối lến MSC qua đường báo hiệu, nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị Bằng
ách này một MS có thể được hoặc không được cho phép truy xuất vào mạng
% AUC: Trung tâm nhận thực, chức năng của AUC là kết hợp với HLR cung
Trang 35
CHUONG.II: HE THONG THONG TIN DI DONG GSM I.3 Hé théng con khai thac va bao duéng OMS
OMS thực chất là một mạng máy tính được nối với các thành phần trong hệ thống để thực hiện chức năng điều hành và bảo dưỡng hệ thống Đây cũng là nơi duy nhất mà người khai thác giao tiếp được với mạng di động Một OMS gồm hai thành phần như sau:
OMC: Trung tâm khai thác và bảo đưỡng mạng OMC thực hiện các chức năng
có tính cách cục bộ Trung tâm này hỗ trợ một số chức năng sau:
= Quản lý cấu hình của mạng
= Quan ly qué trinh lam viéc cua mạng = Quan ly bao mat
NMC: Trung tam quản lý mạng, nó giám sát các OMC trong mạng Chức năng
giám sát gồm:
=_ Giám sát các sự cố và cảnh cáo
» _ Xử lý một số sự cố trong mạng
Il QUA TRINH XU LY TiN HIỆU TRONG HỆ THONG GSM
Quá trình biến đổi và xử lý tín hiệu trong GSM được mô tả như hình 2-4: `» oe Tiếng nói Số hóa Điều —>‡† và mã chế nguồn We Tiếng nói Giải Giải — ma diéu nguén ché Hình 2-4: Quá trình biến đổi tín hiệu trong GSM Chức năng các khối:
Số hóa: là biến đổi tín hiệu tiếng nói dạng tương tự thành tín hiệu số
Mã hóa nguồn: là nén tín hiệu số có tốc độ cao thành tín hiệu có tốc độ thấp hơn
nhưng vẫn đảm bảo thời gian thực
Mã hóa kênh: là thêm vào mỗi từ mã một số bit đáp ứng thừa để khi truyền đi đầu thu dễ dàng phát hiện lỗi và sửa lỗi
Ghép xen: là hoán đổi thứ tự của các bit trước khi truyền đi Mục đích của việc
phép xen là tránh lỗi bit xảy ra ở các bit liên tiếp
Tổ chức cụm: là cách “đóng gói” các bit thông tin thành các cụm (Burst) để truyền đi Các dạng thông tin khác nhau được tổ chức theo các cụm khác nhau
Trang 36
CHUONG Il: HE THONG THONG TIN DI DONG GSM Mật mã hóa: dùng để bảo mật thông tin trên đường truyền
Điều chế: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu khác để cho nó phù hợp với đường
truyền
Giải điều chế: khôi phục lại tín hiệu số từ tín hiệu đã điều chế Giải mật mã: khôi phục lại thông tin ban đầu
Điều chỉnh: nhằm hiệu chỉnh những tín hiệu bị nhiễu trên đường truyền bằng
cặch đưa vào chuổi bit hướng dẫn
Giải ghép xen, giải mã kênh, giải mã nguồn: nhằm biến đổi các thông tin trước
đầy đã biến đổi trở về dạng tiếng nói tương tự ban đầu
II.1 Mã hóa nguồn:
Mã hóa nguồn gồm 2 bước: biến đổi A/D và nén tín hiệu số 1 Biến đổi A/D:
Trong thông tin di động GSM, tiếng nói được micro biến đối thành tín hiệu điện ạng tương tự (analog) Tín hiệu này được biến đổi sang tín hiệu số (digital) dùng kỹ thuật điều xung mã PCM với tần số lấy mẫu là 8 KHz và mã hóa mỗi mẫu bằng 13 bit
Quá trình điều chế PCM gồm 3 bước chính sau:
“> Lay mẫu: là biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu rời rac Mỗi giá trị tức hời của các tín hiệu tương tự vào những khoảng thời gian cách đều nhau và được gọi
là một mẫu Theo định lý Nyquist, để tín hiệu rời rạc phản ánh đúng tín hiệu tương tự an đầu thì việc lấy mẫu thỏa mãn các điều kiện sau:
œ<
+
[om
o_ Tín hiệu cần lấy mẫu phải có độ rộng băng thông hữu hạn
o Tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số lớn nhất có trong tín
hiệu tương tự
+ Lượng tử: là làm gần đúng các mẫu của tín hiệu rời rạc bằng một tập hữu hạn
dác giá trị chuẩn cho trước mà ta thường gọi là các mức lượng tử Khoảng cách giữa
hai mức lượng tử liên tiếp gọi là bước lượng tử
4 Mã hóa: là gán cho mỗi mẫu sau khi lượng tử bằng một chuỗi bit Chuỗi bít
Trang 37
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Với f, là tân số lấy mẫu, n là số bit trong mỗi từ mã
2 Nén tín hiệu số:
Nén tín hiệu là làm cho băng thông của tín hiệu nhỏ lại Điều này cũng có nghĩa lầm cho tốc độ bit giảm xuống Đối với tín hiệu tiếng nói, việc nén tín hiệu phải bảo đậm được thời gian thực và chất lượng có thể chấp nhận Trong GSM, để nén tín hiệu số người ta dùng mã Vocoder Nguyên tắc của kỹ thuật này là thay vì truyền đi các bit mang nội dung của tiếng nói thì ta chỉ truyền đi các thông số của bộ lọc trong thanh qhản để tạo ra tiếng nói đó
II.2 Mã hóa kênh:
Mã hóa kênh là thêm vào một số bit dư thừa để cho khoảng cách Hamming của 6 từ mã tăng lên Khi đó đầu thu sẽ phát hiện được nhiều lỗi và sửa được nhiều lỗi oes Mục đích cuối cùng là giẩm tỷ số bịt lỗi BER (Bit Error Rate) để nâng cao chất ong Như vậy sau khi mã hóa kênh thì số bit phẩi truyền đi lớn hơn Điều này có ghia 1a phai tra gid trong việc sử dụng băng thông đường truyền Cái giá phải trả là ởi đi nhiều bit hơn số bit cần thiết cho thông tin, nhưng lại được độ an toàn chống lỗi ao hơn Tổn tại hai đạng mã kênh khác nhau: mã tuyến tính và mã xoắn
11.3 Tổ chức cụm Burst:
Khái niệm cụm: khi MS cần truy xuất vào mạng thì sẽ được hệ thống cung cấp ho một khe thời gian Mỗi khe thời gian có độ dài là 0.577ms nhưng thông tin truyền ¡ trong khe này chỉ chiếm có 0.546ms Thông tin trong khoảng thời gian này được gọi h cụm và khoảng thời gian còn lại hai đầu là thời gian bảo vệ dài 0.31ms
Qe
Se
Ss
ene
Tùy theo mỗi loại tín hiệu khác nhau mà các tổ chức cụm trong GSM khác nhau Có 5 loại cụm trong thông tin di động GSM:
o Cum thudng (NB: Normal Burst)
Cum diéu chinh tan s6 (FCB: Frequency Correction Burst)
Cum déng bé (SB: Synchronization Burst)
Cụm truy xuất (AB: Access Burst) 6 0 0 90 Cum gid (DB: Dummy Burst) 11.4 Ghép xen tín hiệu:
Ở thông tin đi động do các fading thỉng thoảng các lỗi bit thường xảy ra từng cụm đài Tuy nhiên mã hóa kênh, đặc biệt là mã hóa xoắn chỉ hiệu quả nhất khi phát hiện tà sửa chữa các lỗi ngẫu nhiên đơn lẽ và các cụm lỗi không quá dài Để đối phó với ấn đề này người ta chia khối bản tin cần gởi thành các cụm ngắn rồi hoán vị các cụm hày với các cụm của khối bản tin khác, nhờ vậy khi xảy ra cụm lỗi dài mỗi bản tin chỉ mất đi một cụm nhỏ, phần còn lại của bản tin vẫn cho phép các dạng mã hóa kênh khôi phục lại được đúng sau khi đã sắp xếp lại các cụm của bản tin theo thứ tự như Ở phía phát Quá trình nói trên được gọi là ghép xen Chẳng hạn ta có khối bản tin, ta chia thành bốn cụm và đánh số cho các cụm này từ 1 đến 4 Sau đó hoán vị các cụm hày với nhau bằng cách ghép chung các cụm 1 vào một khối, các cụm 2 vào một khối,
Trang 38
CHUONG I: HE THONG THONG TIN DI DONG GSM
| Giả sử đầu thu khối chứa các cụm 2 bi lỗi, sau khi sắp xếp lại các khối bản tin chỉ An có cụm 2, các cụm 1, 3, 4 còn lại sẽ cho phép mã hóa kênh khôi phục lại khối
dung
Trong tín hiệu tiếng GSM, ghép xen tín hiệu là thay đối thứ tự của các bit trong
một từ mã trước khi tổ chức thành một cụm
Mục đích của việc ghép xen tín hiệu là phân bố lỗi nếu có Vì lỗi phân bố dễ
dàng khắc phục hơn lỗi liên tục II.5 Mật mã hóa:
Một trong các ưu điểm lớn của hệ thống truyền dẫn số là dễ dàng bảo vệ tín hiệu
này khỏi sự can thiệp của người thứ ba không được phép bằng cách mật mã hóa tín hiệu số Ở GSM phương pháp mật mã hóa không phụ thuộc vào dạng số liệu được phát, nhưng chỉ áp dụng cho các cụm bình thường
Mục đích của mật mã hóa là bảo mật tín hiệu trên đường truyền vô tuyến Khi MS và BTS giao tiếp thì giữa chúng có chung một mật mã Mỗi cuộc gọi khác nhau thì c6 mật mã khác nhau
Trong GSM, để thực hiện mật mã, 6 đầu phát tạo ra một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên để kết hợp với chuỗi tín hiệu cần truyền Ở đầu thu muốn khôi phục lại tín hiệu thì máy thu phải biết chuỗi ngẫu nhiên ở đầu thu, do vậy chuỗi ngẫu nhiên gọi là mật mã
Mật mã hóa tín hiệu đạt được bằng thao tác hoặc loại trừ XOR) giữa một chuỗi gẫu nhiên với 114 bit của cụm bình thường, nghĩa là với tất cả các bit thông tin trừ ác cờ lấy cắp bảng 2-1 Để giải mật mã người ta thực hiện thao tác hoặc loại trừ XOR) giữa tín hiệu thu với chuỗi ngẫu nhiên (PN) giống đầu phát Qs ~“-_~ Tín hiệu số 010010111001 Chuỗi mật mã 001011001110 Tín hiệu đã mã hóa 011001110111
Bảng 2-1: Nguyên lý mật mã và giải mã tín hiệu số
Cách tạo ra chuỗi giả ngẫu nhiên (PN) là dùng các thanh ghi dịch FF làm thành
fo héi tiép tuyén tinh, chiéu dai cia chuéi PN phu thudc vào số lượng thanh ghi i
ịch và cách mắc mạch Mỗi mạch tạo PN này được đặc trưng bằng một đa thức tạo
ã Độ dài của chuỗi PN là: m = 2n — 1, với n là số FF
Trong GSM người ta dùng số m = 210 tạo vài ngàn mật mã khác nhau
Trang 39
CHUONG II: HE THONG THONG TIN DI DONG GSM 11.6 Điều chế tín hiệu:
Điều chế: là phép toán chuyển đổi từ một tín hiệu mang tin tức sang một tín hiệu
khác mà không làm thay đổi về tín hiệu mang theo
Điều chế số là quá trình trong đó các dữ liệu số được mã hóa vào trong sóng mang hình sin thích hợp với các đặc tính kênh truyền Kỹ thuật truyền tín hiệu điều chế số còn gọi là kỹ thuật truyền tín hiệu dãy thông
Dạng sóng tổng quát của sóng mang hình sin s() là:
S(Ð = A(Ð cos [@o(t) + ø(0)] (2.3) Trong đó: A là biên độ œạ = 2fo là tần số góc ø là góc pha Tín hiệu số có thể gửi vào sóng mang bằng cách thay đổi biên độ A, tần số œạ(Ð, Dặc góc pha ø(t) = Điều chế nhằm mục đích sau:
= Cho phép tín hiệu thích nghi với điều kiện truyển của môi trường, ngay cả khi hôi trường bị can nhiễu mà vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu muốn truyền đi
B
= Tron nhiéu kénh thong tin trén cing mt méi trudng truyén
Hai mục đích này có thể không được thỏa mãn cùng do ta chỉ dùng một loại điều
hế Người ta phải dùng các biện pháp điều chế kép
œ
Giải điều chế số: là quá trình ngược với điều chế số nhằm phục hồi các luồng bit
? dạng sóng thu được càng ít lỗi càng tốt mặc dù tín hiệu số có thể bị méo dạng hoặc
hiễu
Các kiểu điều chế cơ bản: Có nhiều phương pháp điều chế số
1 Điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Key): Dữ liệu truyền đi bằng cách mã hóa biên độ sóng mang hình sin
=
+
Sóng điều biên được thiết kế để thay đối biên độ sóng mang tỷ lệ với băng gốc và được tạo ra bằng cách nhân sóng mang hình sin với tín hiệu băng gốc
2 Điều chế khóa dich tan FSK (Frequency Shift Key):
Trong điều chế FSK, người ta dùng một sóng mang có tần số thay đổi để truyền tín hiệu số, hay cũng có thể nói rằng các tín hiệu để chuyển tải thông tin số được chọn từ các sóng mang có tần số khác nhau Phương thức FSK đơn giản nhất cho phép hai trạng thái tần số tương ứng với các trạng thái nhị phân là 0 và 1 gọi là phương thức BFSK
Tín hiệu băng gốc chỉ có hai giá trị Một trong hai giá trị này tương ứng với hai ức điện áp Vị và Vọ nên tần số của sóng được điều chế cũng chỉ tổn tại trong hai giá trị f¡ và fo tương ứng
Trang 40
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
3 Diéu ché khéa dich pha PSK (Phase Shift Key):
Điêu chế PSK được phát triển trong buổi đầu của kỹ thuật không gian, hiện nay được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin thương mại và quân sự Điều chế PSK được xem như là dạng điều chế dữ liệu hiệu quả trong các đo lường từ xa vì nó cho xác suất lỗi thấp nhất đối với mức tín hiệu nhận được định trước khi đo một chu kỳ
II.7 Cân bằng:
G đường truyền vô tuyến do ảnh hưởng phản xạ từ nhiều vật khác nhau (fading nhiều tia) dẫn đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI (nternet — Sumbol — Interference) gậy ra lỗi bit Bằng cách dựa vào sự khác nhau của chuỗi bit hướng dẫn trong cụm thu được và chuỗi hướng dẫn chuẩn thì máy thu sẽ xác lập được hàm truyển của môi trường Từ đó có thể tạo ra hàm truyền ngược Tiếp tục cho cụm thu được đi qua hàm
tuyển ngược ta sẽ thu được cụm không bị nhiễu So sánh H Lp 1=: Hình 2-5: Mô hình bộ cân bằng (Equalizer) ỶỲ
Trong đó: S: Chuỗi bit hướng dẫn không bị nhiễu S?: Chuỗi hướng dẫn đã bị nhiễu
H: Hàm truyền của đường truyển (hàm truyền của môi trường)
H’: Ham truyền ngược đường truyền
Ul CÁC GIAO DIỆN TRONG HỆ THỐNG GSM
Trong một hệ thống GSM có các giao thức khác nhau được sử dụng cho việc ruyển và nhận các tín hiệu như dữ liệu và báo hiệu giữa các thành phần của GSM khác khau
Các giao thức cơ bản được phân chia vào 3 lớp:
=
s Lớp 1: Lớp vật lý
— Truyén dẫn vật lý (TDMA, FDMA, etc.)
—_ Đánh giá hiệu quả sử dụng kênh
—_ Ngoài ra còn có các giao tiếp vô tuyến (GSM), PCM 30 hoặc sử dụng kết nối
ISDN