Hệ Thống Thông Tin Di Động WCDMA

Học viện công nghệ bu viễn thông Trung tâm đo tạo bu viễn thông I Hệ thống thông tin di động w-CDMA (Ti liệu dnh cho khoá bồi dỡng) Biên soạn: KS Nguyễn Văn Thuận H Nội 12/2004 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đề cơng bI giảng hệ thống thông tin di động W-CDMA Mục tiêu: Theo định hớng phát triển mạng hệ sau (NGN) VNPT, hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) đợc triển khai, cụ thể phát triển theo lộ trình từ hệ thống GSM lên hệ thống W-CDMA nh hợp chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hớng này, tài liệu giảng dạy Hệ thống thông tin di động W-CDMA đợc biên soạn nhằm cung cấp cho học viên kiến thức hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA hệ thống thông tin di động W-CDMA Đối tợng: Tài liệu không để sử dụng cho khoá bồi dỡng ngắn hạn mà sử dụng cho cán kỹ thuật công tác mạng lới VNPT sinh viên ngành Điện tử -Viễn thông Độ dI tI liệu : Kho¶ng 150 trang ( dù kiÕn) Néi dung: Chơng 1:Tổng quan thông tin di động hệ thứ hợp chuẩn IMT-2000 (10 trang) 1.1 Quá trình phát triển hệ thông tin di động 1.2 Hợp chuẩn IMT- 2000 Chơng 2: Các công nghệ trun dÉn v« tun W-CDMA (40 trang) 2.1 C«ng nghệ trải phổ W-CDMA (IMT-2000 CDMA-DS) 2.2 Các công nghệ truyền dẫn W- CDMA 2.3 Các công nghệ để tăng dung lợng đờng truyền Chơng 3: Mạng truy nhËp v« tun hƯ thèng th«ng tin di động W-CDMA (50 trang) 3.1 Các yêu cầu mục tiêu thiết kế hệ thống vô tuyến W-CDMA 3.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến 3.3 Các kênh vô tuyến 3.4 Các thiết bị mạng truy nhập vô tuyến CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.5 Các thiết bị đầu cuối di động Chơng 4: Các kỹ thuật xử lý đa phơng tiện (40 trang) 4.1 Tổng quan 4.2 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu đa phơng tiện ( hình ảnh, âm thoại) 4.3 Các kỹ thuật xử lý dịch vụ internet di động 4.4 Kỹ thuật xử lý tin nhắn đa phơng tiện Chơng 5: Viễn cảnh công nghệ hệ thống thông tin di động W-CDMA (10 trang) 5.1 Viễn cảnh công nghệ vô tuyến 5.2 Viễn cảnh công nghệ mạng 5.3 Viễn cảnh công nghệ xử lý tín hiệu Giáo viên biên soạn v hiệu chỉnh - Biên soạn: Nhóm giáo viên Vô tuyến Trung tâmĐào tạo Bu Viễn thông - Hiệu chỉnh: Các Giảng viên Học viện BCVT Chuyên viªn cđa VNPT (dù kiÕn) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lêi nãi đầu Nhu cầu trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu xã hội đại Các hệ thống thông tin di động với khả giúp ngời trao đổi thông tin lúc, nơi phát triển nhanh trở thành thiếu đợc xã hội thông tin ngày Bắt đầu từ hệ thống thông tin di động hệ đời vào năm 1946, thông tin di động liên tục phát triển đến hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) đợc đa vào khai thác thơng mại nhiều nớc giới Việt Nam, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba đợc nhanh chóng triển khai Đối với nhà khai thác mạng di động GSM đích 3G hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hớng này, tài liệu giảng dạy Hệ thống thông tin di động W-CDMA đợc biên soạn nhằm cung cấp cho học viên kiến thức hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA hệ thống thông tin di động W-CDMA Tài liệu không để sử dụng cho khoá bồi dỡng ngắn hạn mà sử dụng làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật công tác mạng lới VNPT sinh viên ngành Điện tử -Viễn thông Tài liệu đợc chia làm chơng Chơng giới thiệu tổng quan trình phát triển hệ thống thông tin di động, so sánh lộ trình phát triển lên thông tin di ®éng thÕ hƯ thø tõ cdmaOne vµ GSM, sau phần khái quát hợp chuẩn IMT-2000 Chơng đề cập đến công nghệ truyền dẫn vô tuyến W-CDMA nh công nghệ trải phổ trực tiếp, công nghệ để tăng dung lợng đờng truyền Chơng tập trung mô tả mạng truy nhập vô tuyến hệ thống thông tin di động W-CDMA với thiết bị mạng truy nhập thiết bị đầu cuối di động Chơng đề cập đến nội dung sâu hệ thống W-CDMA kỹ thuật xử lý đa phơng tiện nh xử lý hình ảnh, Internet di động, tin nhắn đa phơng tiện Cuối cùng, chơng giới thiệu đến bạn đọc viễn cảnh công nghệ hệ thống thông tin di động W-CDMA Mặc dù cố gắng nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp quí báu từ chuyên gia đồng nghiệp, nhng sách chắn không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đợc ý kiến đóng góp bạn đọc để sách đợc hoàn chỉnh Mọi đóng góp xin gửi Trung tâm Đào tạo Bu Viễn thông 1, Thị xã Hà đông, Tỉnh Hà tây Điện thoại: 048549607 Tháng 12 năm 2004 Trung tâm Đo tạo Bu Viễn thông CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mục lục Chơng 1: Tổng quan thông tin di động hệ thứ hợp chuẩn IMT-2000 1.1 Quá trình phát triển hệ thống thông tin di ®éng Tỉng quan vỊ IMT-2000 1.2.1 Mơc tiªu cđa IMT-2000 .9 1.2.2 ChuÈn hãa IMT-2000 11 1.2.3 Băng tần IMT-2000 13 chơng 2: Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến W- CDMA 15 2.1 Công nghệ trải phổ W- CDMA 15 2.1.1 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) 15 2.1.2 Mã trải phổ đồng bé m· tr¶i phỉ 17 2.1.3 Cấu hình chức máy phát máy thu vô tuyến 18 2.1.4 ứng dụng u điểm công nghệ W-CDMA thông tin di động 19 2.2 Các công nghệ truyền dẫn W- CDMA 22 2.2.1 ấn định mã trải phổ hai lớp điều chÕ tr¶i phỉ 23 2.2.2 Tìm nhận ô 26 2.2.3 Truy nhËp ngÉu nhiªn 30 2.2.4 Các công nghệ để thoả mãn yêu cầu chất lợng khác truyền dẫn ®a tèc ®é 31 2.2.5 Phân tập đa dạng 44 2.3 Các công nghệ để tăng dung lợng đờng trun W- CDMA 52 2.3.1 ThiÕt bÞ triƯt nhiÔu 53 2.3.2 Phân tập dàn anten thích ứng .59 ch−¬ng 3: Mạng truy nhập vô tuyến 66 3.1 Các yêu cầu mục tiêu thiết kế hệ thống vô tuyến W-CDMA 66 3.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến 67 3.2.1 Các đặc điểm cña W-CDMA .67 3.2.2 Các đặc tính kỹ thuật W-CDMA .69 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.2.3 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến 72 3.2.4 Các công nghÖ then chèt W-CDMA 73 3.2.5 Kỹ thuật thu phát song công (hai chiều) phân chia theo thời gian (TDD) Kỹ thuật thu phát song công phân chia theo tần số (FDD) 77 3.3 Các kênh vô tuyến 77 3.3.1 Các kênh lôgíc 80 3.3.2 Các kênh trun t¶i .80 3.3.3 Các kênh kênh vật lý 82 3.4 Các thiết bị mạng truy nhập vô tuyến 85 3.4.1 Tæng quan cấu hình hệ thống thiết bị truy nhập vô tuyÕn .85 3.4.2 BTS 86 3.4.3 RNC .91 3.4.4 MPE .92 3.4.5 Anten BS 94 3.5 C¸c thiết bị đầu cuối di động 100 3.5.1 TriĨn khai c¸c thiÕt bị đầu cuối di động 100 3.5.2 Các đặc tính kỹ thuật truy nhập vô tuyến công nghệ phần cứng 103 3.5.3 UIM 109 3.5.4 Các công nghệ thiết bÞ hiĨn thÞ 112 3.5.5 Giao diƯn ngoµi 114 3.5.6 ViÔn cảnh tơng lai thiết bị đầu cuối di động .119 Chơng 4: Các kỹ thuật xử lý đa phơng tiện 121 4.1 Tæng quan 121 4.2 C¸c kü thuËt xử lý tín hiệu đa phơng tiện 121 4.2.1 Xử lý hình ảnh 121 4.2.2 Xử lý âm thoại .128 4.2.3 C¸c hệ thống xử lý tín hiệu đa phơng tiện .133 4.3 C¸c kü tht xư lý dịch vụ Internet di dộng 139 4.3.1 Các dịch vụ ISP di động .139 4.3.2 Các kỹ thuật phát tán thông tin đa phơng tiện 144 4.3.3 Các ngôn ngữ đánh dấu nội dung 148 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.3.4 ChuÈn hãa Internet di ®éng (WAP) 151 4.4 Các kỹ thuật xử lý tin nhắn đa ph−¬ng tiƯn 155 4.4.1 Tỉng quan 155 4.4.2 Các xu hớng tiêu chuẩn hãa 156 4.4.3 Mô hình nguyên lý 156 4.4.4 Mô hình triển khai .157 4.4.5 Kỹ thuật phát tin quảng bá .158 Ch−¬ng 5: Viễn cảnh công nghệ hệ thống thông tin di ®éng W-CDMA 159 5.1 Tæng quan .159 5.2 ViƠn c¶nh vỊ công nghệ vô tuyến 160 5.2.1 Ph−¬ng thøc TDD 160 5.2.2 Truy nhËp gãi ®−êng xuèng tèc ®é cao (HSPDA) .163 5.3 Viễn cảnh công nghệ m¹ng 165 5.3.1 Thông tin gói IP mạng thông tin di ®éng 165 5.3.2 Xu h−íng c«ng nghệ mạng IP 166 5.3.3 Triển khai cấu hình mạng IP hoá hoàn toàn 168 5.4 Viễn cảnh công nghệ xử lý tín hiệu 169 5.4.1 C«ng nghƯ tr¸nh kÕt nèi chun tiÕp 170 5.4.2 Công nghệ mã hoá đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-WB) 171 5.4.3 Truyền thông đa phơng tiện theo gói .172 Các từ viết tắt 175 Tài liệu tham khảo 178 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chơng Tổng quan thông tin di động hệ thứ v hợp chuẩn IMT-2000 1.1 Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động Thông tin di động đợc đa vào sử dụng Mỹ năm 1946, đợc sử dụng phạm vi thành phố, hệ thống có kênh sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150 MHz Mặc dù khái niệm tế bào, khái niệm trải phổ, điều chế số công nghệ đại khác đợc biết đến 50 năm trớc đây, nhng đầu năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào xuất dạng ứng dụng sửa đổi thích ứng hệ thống điều vận Các hệ thống di động có tiện lợi có dung lợng thấp.Vào năm 1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, hệ thống tơng tự hay gọi hệ thống thông tin di động hệ thứ nhÊt (1G) Các hệ thống thơng tin di ®éng tế bào tương tự nỉi tiÕng nhÊt lµ: hƯ thèng di ng tiờn tin (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) v H thng NTT Hạn chế hệ thống là: phân bố tần số hạn chế, dung lợng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng đợc dịch vụ hấp dẫn với khách hàng v.v Giải pháp để loại bỏ hạn chế chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng dịch vụ đa truy nhập Hệ thống đa truy nhập TDMA đời giới GSM GSM đợc phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc ấn định tần số dịch vụ viễn thông Châu âu băng tần 900MHz Việt Nam hệ thống thông tin di động đợc đa vào hoạt động vào năm 1993, đợc hai công ty VMS GPC khai thác hiệu quả, Viettel công ty thứ ba đa vào khai thác hệ thống GSM thị trờng thông tin di động Việt nam Song song với phát triển hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số đợc nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin là: DECT (Digital Enhanced cordless Telecoms) châu Âu PHS Nhật đợc đa vào khai thác Ngoài kỹ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA đợc đa vào sử dụng số nớc Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử dụng phơng pháp truy nhập TDMA nh GSM (Châu Âu), PDC ( Nhật) phơng pháp truy nhập CDMA theo chuẩn năm 1995 ( CDMA-IS95) thuộc hệ thống thông tin di động hệ thứ 2( 2G) Các hệ thống thơng tin tế bào số có nhiều điểm bật chất lượng thông tin cải tiến nhờ cơng nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiÒu dịch vụ (VD: dịch vụ phi thoại), kü thuËt mã hóa cải tiến, tương thích tốt với mạng số phát huy hiệu dải phổ vô tuyến Bảng 1.1 mô tả thơng số tiªu chuẩn cho c¸c hệ thống thơng tin tế bào số Nhật Bản, Mỹ Châu Âu Ngoài chuẩn IS-95 dùa công nghệ CDMA, tt c cỏc chun khỏc u dựa công nghệ TDMA Bảng 1.1 Các thông số Hệ thống thông tin tế bào số PDC (Nhật Bản) Băng tÇn Bắc Mỹ IS-54 800MHz/1,5 GHz Khoảng cách tần số 50 kHz (xen kÏ 25kHz ) Cơ chế truy nhập TDMA/FDD Cơ chế mã hóa thoại 11,2 kbit/giõy VSELP 5,6 kbit/giõy PSI-CELPP Phơng pháp iu ch QPSK IS-95 800 MHz 50 kHz (xen kÏ 25 kHz ) TDMA/FDD 1,25 MHz DSCDMA/FDD Châu Âu GSM 900 MHz 400 kHz ( xen kÏ 200 kHz ) TDMA/FDD 13 kbit/ giây VSELP 8,5 kbit/ giây QCELP tốc độ biến thiªn nÊc 22,8 kbit/ giây RPE-LTP-LPC 11,4 kbit/giây EVSI QPSK Hướng xuống: GMSK QPSK Hướng lên: OQPSK * Chú thích: RPE: Mã hóa dự báo kích thích xung LTP: Mã hóa dự báo dài hạn LPC: Mã dự báo tuyến tÝnh; FDD: Song công chia tần số; PSI-CELP: Dự báo tuyến tÝnh kích thích mã - Đổi ng b âm Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng khách hàng, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba -IMT 2000 đợc nghiên cứu sử dụng Khác với hệ thống thông tin di động hệ thứ (tơng tự) thứ ( số), hệ thống thông tin di động hệ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt theo định kỳ Trờn c s kt qu đo đợc, BS xỏc nh in thoi di động mà thông tin nên truyền tới tốc độ truyền tối ưu khoảng thêi gian xen kÏ Để hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn, chế điều chế nghiên cứu không ch bao gm điều chế pha trạng thái (QPSK) nh− mà có ®iỊu chÕ pha trạng thái (8PSK), điều biên trực giao16 mức ( 16QAM) 64QAM Tốc độ mã hố ®ang xem xột gia ẳ v ắ Hỡnh 5.3 minh ho vớ dụ hoạt động AMC, cho thÊy AMC sử dụng tin tøc truyền tới hai điện thoại di động lúc Trong trường hp điều khiển công suất phát (TPC) nhanh, tc truyền dẫn cần phải kiểm soát thường xuyên để thÝch øng víi nh÷ng thay đổi mơi trường truyền lan ViƯc kiểm sốt tốc độ truyền dÉn theo nh÷ng khoảng thi gian định kỳ ang c nghiên cứu vỡ độ xác phÐp đo mơi trường truyền lan điện thoại di động BS thực có ảnh hưởng lớn đến hiÖu suÊt chế truyền dn Cao Chất lợng vô tuyến Máy di động Máy di động Tốc độ truyền Cao Thời gian Khoảng xen kẽ Truyền số liệu tới máy di động Truyền số liệu tới máy di động Hình 5.3 Ví dụ ứng dụng AMC 5.2.2.3 Yêu cầu lặp tự động hỗn hợp (H-ARQ) Cỏc nghiờn cu ứng dụng yêu cầu lặp tự động hỗn hợp (H-ARQ; xem phần 2.2.4.1) -một chế truyền dẫn kết hợp ARQ với trình FEC- tiến hành 164 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt mạnh mẽ Nỳt đầu cui tim nng trờn Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) dành cho H-ARQ l nỳt B Bộ điu khin mng vơ tuyến (RNC) Tuy nhiên, xét ®Õn tác động tíi chất lượng truyền dÉn dung lượng nhớ điện thoại di động, nghiên cứu thiên Nút B nút đầu cuối khả rút ngắn độ trễ truyền dẫn 5.3 ViƠn c¶nh vỊ công nghệ mạng 5.3.1 Thông tin gói IP mạng thông tin di động C hai cụng ngh chuyển mạch kênh chuyển mạch gói mạng di ng hin ti h tr u da trờn trình điều khiển di động thực với tham chiếu tới mét số điện thoại đầu cuối di ng v cụng ngh nh tuyn Theo đó, thụng tin gói chØ đóng vai trò phương tiện truy nhập internet, phối hợp mạng cục (LAN) với mạng IP bên khác cách tạo đường truyền gói bªn mạng khơng định tuyến trực tiếp gói IP người sử dụng (hình 5.4) Mạng di động Đờng hầm (thông suốt) Giao thức Giao thức thông suốt thông suốt Giao thức định tuyến Tích hợp LAN/Internet Giao thức định tuyến Hình 5.4 Thông tin gãi di ®éng IMT-2000 Tuy nhiên, gần đây, thơng tin IP ngày chiếm ưu lưu lượng Vì vậy, định tuyến trực tiếp điều khiĨn lưu ®ộng gói IP biện pháp hiệu để đạt ph−¬ng thøc trun tải có mức tương quan cao với hệ thống thơng tin IP phù hợp để điều phối cung cấp ứng dụng IP khác mạng di động Bằng cách hiÖu chỉnh chế truyền tải cho phù hợp với Internet, 165 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt công nghệ IP đạt tiến nhanh chóng, nâng cao khả tạo dịch vụ kÕt hợp với Internet Do ®ã, mạng sở chức vµ mục đích nỗ lực xây dựng, nhằm tích hợp tất loại h×nh thơng tin bao gồm thoại với IP vµ nhanh chóng triĨn khai, cung cấp nhiỊu loại hình dch v Gi thit rng tng lai, sau tiến thông tin IP, tất thiết bị đầu cuối thiÕt bÞ đầu cuối IP, lóc ®ã mạng phải có chức để thực định tuyến điều khiển lưu động trực địa IP người sử dụng Các chức truyền tải chuyển mạch dựa phần cứng nhằm đạt công suất lớn tốc độ nhanh cần phải tách biệt với chức điều khiển dựa phần mềm với mục đích đa dạng linh hoạt Với chức nh vậy, thit b cú th c phõn tán phân bổ thích hợp theo khả loại chức mở rộng, bổ sung ch đợc cung cấp cho thit b cần Vi yêu cầu cung cp nhiu dch v khỏc tương lai, việc cung cấp triển khai dịch vụ nhanh chóng quan trọng Để thực điều này, giao diện ứng dụng mở (API mở) cần phải áp dụng 5.3.2 Xu h−íng c«ng nghệ mạng IP xõy dng mt mng IP với mục đích chức đề cập phần trước, vấn đề kỹ thuật sau ®©y cần phải giải Nghiên cứu kiến trúc mạng hồn chỉnh IP hố tồn từ điểm cuèi tới điểm cuèi , không thiết phải gắn với cấu hình truyền thống dựa mạng truy nhập vô tuyến (RAN) mạng lõi (CN) Thiết lập chế điều khiển di động IP dựa địa IP không cần sử dụng số thuê bao điện thoại di động Thực kiểm soát chất lượng dịch vụ từ điểm cuối tới điểm cuối (QoS) thông tin thời gian thực bao gồm thoại video sở công nghệ ứng dụng 166 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thiết lập chế báo hiệu qua IP cho điều khiển kết nối Thoại qua IP (VoIP), v.v… Nghiên cứu biện pháp áp dụng kiến trúc tách biệt hệ thống điều khiển khỏi hệ thống chung kiểm tra hiệu tách biệt øng dụng API mở hệ thống điều khiển nghiên cứu dịch vụ đa phương tiện IP kết hợp với Internet dựa øng dơng Phần đề cập đến công nghệ di động IP nhắc đến điểm 2, công nghệ VoIP điểm 4, API mở điểm 5.3.2.1 Công nghệ di động IP Cỏc mng thụng tin gói di động thực điều khiển di ng trờn c s cỏc s điện thoại di động s dng ghi định vị (LR) giống nh mạng chuyển mạch kênh Nói cách khác, di chuyển MS theo dõi ghi vào LR vµ ®ịa IP gọi đến từ mạng IP bên chuyển đổi thành số điện thoại gateway, sau chuyển tiếp tới vị trí nhận dạng LR Ngược lại, mạng dựa IP yêu cầu chức điều khiển di động sử dụng địa IP Một biện pháp ®Ĩ thực di động IP sử dụng IP động tæ chøc kü thuËt Internet (IETF) tán thành Tuy nhiờn, IP ng c d kin s thực hố tính ®éng địa IP ( địa IP động ) v thc hin điều khiển di động cách phân tán Do viÖc điều khiển di động nhanh phải đảm bảo øng dụng cho mạng di động thêi ®iĨm chun giao nªn việc thiết lập chế di động IP phù hợp với mạng di động, tÝch hợp nhiỊu chức rÊt cần thiết 5.3.2.2 Thoo¹i qua IP (VoIP) Sự tiến c¸c hệ thống thông tin IP làm gia tăng nhu cầu phải hỗ trợ khơng liệu máy tính mà c thoi, video v cỏc loại hình thông tin thi gian thực khác xuÊt ph¸t tõ mạng điện thoại v hệ thống thông tin quảng bá (phát thanh, trun h×nh) Kiểm sốt QoS cơng nghệ giúp thực điều công nghệ bật bao gồm c¸c dịch vụ tích hợp (Intserv) c¸c dịch vụ khác biệt (Diffserv) Cần phải kiểm tra xem liu loại hình thông tin thời gian thực cú th hoạt động hiu qu cỏc mng thụng tin di động qui mô lớn hay không liệu chúng đảm bảo thơng tin tin cậy kể trường hợp nghẽn mạch điều kiện khơng bình thường khác hay khơng Một trở ngại quan trọng cần giải 167 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ph¶i xây dựng kỹ thuật QoS cho phép thơng tin IP trun qua hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng cho th«ng tin thoại trun thèng Để thực VoIP, cần phải có chế báo hiệu cho phộp trao i dung lợng gia thiết bị đầu cuèi mạng kiểm tra kết nối an toàn với QoS đảm bảo Các giao thức giúp đạt điều bao gồm H.323 Giao thức khởi tạo phiên làm việc (SIP) Hiện 3GPP thực nghiên cứu theo hướng sử dụng SIP 5.3.3 TriÓn khai cấu hình mạng IP hoá hoàn toàn Hỡnh 5.5 cho thấy kiến trúc mạng IP hố hồn toàn theo qui định R4/R5 3GPP Mặc dù R4/R5 cố gắng thực tồn c¸c chức truyền dẫn qua truyền tải IP nh−ng phạm vi CS PS tách riêng hệ thống chuyển mạch gói dựa Dịch vụ vơ tuyến gói chung (GPRS) Chức di động vÉn dựa chế điều khiển di động nhiều vấn đề cần nghiên cứu liên quan đến đời di động IP chẳng hạn nh− IP ®ộng Một đặc tính đáng ý chế cung cấp dịch vụ đa phương tiện IP phối hợp với Internet gọi Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) C¸c øng dơng dịch vụ Mạng báo hiệu Mạng IP đa phơng tiện Các PLMN khác Miền PS Mạng bên ngoài/ mạng PSTN Mạng di động mặt đất công cộng Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Các ứng dụng dịch vụ Hình 5.5 Kiến trúc mạng IP hoá hoµn toµn theo GPP ( chn R4/5) Hình 5.6 minh ho¹ mét vÝ dơ vỊ cấu hình mạng định tuyến IP hố hoµn tồn, kết hợp cơng nghệ IP giải thích Cổng phương tiện (MG) cung 168 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cấp chức kết nối mạng điện thoại cố định RAN với IP CN (chuyển đổi gói IP, mã hố, v.v…) IP CN gồm có định tuyến IP gọi Bộ định tuyến lõi (CR) Mạng định tuyến IP trang bị nút cã chức Home Agent (HA) Foreign Agent (FA) cung cấp chức IP di động Hệ thống điều khiển bao gồm CA, FS, v.v… tách riêng khỏi hệ thống truyền tải mỈt cÊu trúc Nhiệm vụ quan trọng tương lai đánh giá toµn diÖn việc ứng dụng IP mạng di động tiến tới mạng IP thức ca 3GPP R5 Tách hệ thống truyền tải hệ thống điều khiển ứng dụng API mở Đảm bảo QoS API mở API mở RAN Thiết bị đầu cuối SIP Router lõi Router lõi Mạng thông tin cố định Thiết bị đầu cuối H.323 RAN dựa IP ? Máy di động IP Tích hợp ? Mạng định tuyến IP Đạt đợc tính di động IP FS: Máy chủ đặc trng CA: Phần xử lý gọi MG: Gateway đa phơng tiện HA: Phần xử lý thờng trú FA: PhÇn xư lý giao diƯn víi ISP AAA: NhËn thực, cấp phép, tính cớc Hình 5.6 Tổng quan cấu hình mạng di động dựa IP 5.4 Viễn cảnh công nghệ xử lý tín hiệu Như đề cập chương trước, có hai loại mã hoá/ giải mã (CODEC) qui định Release99 3GPP: CODEC cho dịch vụ thoại CODEC cho điện thoại video Các thông số ban đầu Nhóm đặc tả kỹ thuật 3GPP xây dựng Hiện tại, nghiên cứu thực nhằm nâng cao chất lượng tăng cường chức cho phiên 3GPP tương lai Dưới cơng nghệ 169 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.4.1 Công nghệ tránh kết nối chuyển tiếp (Tandem) Cỏc kt nối hình 5.7 xuất kết nối di động tíi di động coi kết nối tandem cđa CODEC Chóng ta ®· biÕt có kt ni tandem, trình mó hoỏ v gii mó diễn lần nhiều dẫn đến sù suy giảm chất lượng méo lượng tử CODEC Sự suy giảm chất lượng thể đặc biệt rõ phơng pháp mó hoỏ vi tc bit thấp C«ng nghƯ hoạt động kh«ng cã kÕt nèi tandem (TFO) v Công nghệ hot ng khụng cú chuyn đổi mã (TrFO) chuẩn hoá 3GPP Release cơng nghệ để tránh kết nối tandem, ứng dụng sư dơng cïng mét CODEC Ngoài việc tránh suy giảm chất lượng, TFO TrFO giúp sử dụng cách có hiệu tài nguyên mạng hạn chế gia tng độ tr Nút B Nút B Đờng truyền PCM 64 kbit/s Mã hoá Giải mã Mã hoá Giải mã Hình 5.7 Tandem Nút B Nút B Đờng truyền PCM 64 kbit/s Các mẫu thoại gốc Các mẫu thoại đợc nén Các bit điều khiển Các tin TFO Hình 5.8 TFO Điều khiển chuyển đổi mã Nút B Nót B H×nh 5.9 TrFO 170 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sự khác biệt TFO TrFO tuỳ thuộc vào việc có chuyển mã (TC) tuyến thơng tin hay không Trong TFO, TC giao tiếp với CODEC sử dụng bit cã ý nghÜa nhá ®−êng trun PCM 64kbit/s ánh xạ thơng tin mã hóa vào bit cã ý nghÜa nhá (hình 5.8) Ngược lại, TrFO, Máy chủ trung tâm chuyển mạch di động (MSC-Server) giao tiếp với CODEC thực định tuyến cách loại TC khỏi tuyến thông tin để truyền gói Iu UP mang thơng tin mã hố trực tiếp tới RNC phía (h×nh 5.9) Do TFO TrFO mạng điều khiển nªn người sử dụng khơng cần biết đến chúng 5.4.2 C«ng nghƯ mã hoá đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-WB) Các dịch vụ truyền âm chất lượng cao có dịch vụ cung cấp âm nhạc qua Internet ph¸t triĨn nhanh chóng Hiện tại, tiêu chuẩn mã hố quốc tế ®· qui định để cung cấp âm nhạc với chất lượng tương đương víi ®Üa tích hợp mật độ cao (CD), bao gm tiêu chuÈn cña Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn/ Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế (ISO/IEC), nhóm chuyên gia hình ảnh động (MPEG)1, 2, 4, v.v…Các tiêu chuẩn chủ yếu sử dụng tần số lấy mẫu 48 kHz (tần số phát lại 24 kHz) để đáp ứng việc phát lại nhạc chất lượng cao với tốc độ bit xấp xỉ 48 kbit/s – 128 kbit/s (hình 5.10) Mt khỏc, công nghệ mã hoá a tc thớch ứng băng hẹp (AMRNB)- mt CODEC AMR dnh cho cỏc dịch vụ thoại đÒ cập tới chương trc-cú kh nng ỏp dng cho bng tn phát lại 3,4 kHz v chuyờn dnh cho mó hoỏ Băng tần (kHz) thoại víi tèc ®é bit từ 4,75 kbit/s ®Õn 12,2 kbit/s Mã hoá âm Tốc độ bít (kbit/s/ch) Hình 5.10 Phạm vi ứng dụng CODEC âm thanh/thoại 171 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vi mc ớch xoỏ bỏ ngăn cách vỊ phạm vi øng dơng cđa hai tiêu chuẩn ny, trình chun hoỏ AMR-WB ang c tin hnh Quá trình chun hoỏ ny c nghiờn cu nh mt chế mã hố thoại băng rộng (băng tần ph¸t l¹i kHz) sử dụng chung kờnh UTRAN 3G, kờnh GSM tc đầy đủ (22,8 kbit/s), kênh EDGE pha II kênh GSM đa khe (n*22,8 kbit/giây) Các yêu cầu có yêu cầu chất lượng bảng 5.2 thuật toán với tốc độ bit xấp xỉ 6,6 đến 23,85 kbit/s 3GPP thông qua tháng 3/2001 Bảng 5.2: Các yêu cầu AMR-WB Yêu cầu Ghi chỳ xp x t 1,2 ti 2,8 Yêu cầu vÒ 15 kword RAM 18 kword ROM lần AMR-NB nhớ Phải vượt vỊ tû sè C/I 13dB so víi Cht lng G.722-48k G.722-56 k điều kiện gi thit khụng cú li 5.4.3 Truyền thông đa phơng tiện theo gãi Như đề cập chương trước, IMT-2000 cung cấp nhiều ứng dụng da phương tiện khác điện thoại video Do giíi hạn hiệu sử dụng kênh, truyền thông đa phương tiện chủ yếu cung cấp kết ni CS cú tiêu đề hn ch, c bit thời gian đầu khai thác dịch vụ Tuy nhiên, việc s dng a phng tin giao thc IP đợc hy väng sÏ phát triển m¹nh tương lai, khả tương thích chúng với ứng dụng đa phương tiện Internet 3GPP nghiên cứu giao thức đa phương tiện CODEC với dự kiến đưa công nghệ đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) khác bao gồm Phân hệ IM CN Các hoạt động chuẩn hóa th«ng tin đa phương tiện sở giao thức IP ®ang đợc đẩy mạnh nh hoạt động chun húa giao thc truyền tải cđa IETF chn ho¸ viƯc cung cÊp dch v Tổ chức din n thông tin đa phương tiện vơ tuyến (WMF) Các hoạt động cđa 3GPP trung ch yu vo phơng pháp mó hoỏ thích øng với đặc tÝnh truyền dẫn hệ thống 3G 172 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt M¸y kh¸ch Streaming C¸c máy chủ cung cấp nội dung Lu trữ nội dung Mạng lõi UMTS Mạng IP Các thông tin thiết bị đầu cuối thuê bao Máy khách Streaming Hình 5.11 Cấu hình luồng tin (liên tục) gói Hai loi CODEC đa phương tiện gói 3GPP nghiên cứu có tên CODEC đa phương tiện gói cho thoại thời gian thực, tương tác CODEC cho luồng th«ng tin ( thông tin liên tục) theo gúi Loại CODEC thứ hai chun dùng cho luồng th«ng tin nghe nhìn, ví dụ hệ thống minh hoạ hình 5.11 Nh minh hoạ hỡnh 5.12, khả hot ng giúp xác định cỏc loại CODEC v nhng đặc tính chúng khụng ch bao gm CODEC cho thoại, video âm mà c¸c CODEC cho truyền văn bản, hình ảnh tĩnh, ngơn ngữ tích hợp đa phương tiện đồng (SMIL),các ngơn ngữ tả cảnh vµ cung cÊp giao thức đầu cuối loại CODEC phc v cho lp truyn tải th× khả tương thích với tiêu chuẩn IETF giao thức truyền tải thời gian thực (RTP), giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực (RTCP), giao thức phân luồng thời gian thực (RTSP) đặc biệt coi trọng Trong tương lai, thông tin đa phương tiện nhiều lo¹i thiết bị đầu cuối sử dụng Internet trở thành thực 173 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điều khiển trình diễn Các khả thiết bị đầu cuối Giao diện thuê bao Các giao Thức FFS Bộ giải mã hình ảnh Bộ giải mã đồ hoạ véc tơ Văn Bộ giải mã âm Bộ giải mã thoại Khuôn dạng tải Đầu âm Bố cục không gian thời gian Hiển thị đồ hoạ Đồng Bộ giải mã Video Trao đổi khả Điều khiển phiên Lựa chọn nội dung Phạm vi 3GPP PSS Hình 5.12 Các đặc tính kỹ thuật cđa CODEC cho lng tin gãi 174 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt C¸c tõ viÕt t¾t AMPS: Advanced Mobile Phone System HƯ thèng điện thoại di động tiên tiến BS: Base Station Trạm gốc BTS: Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C/I: Carrier / Interference Tû sè sãng mang trªn nhiƠu CDMA: Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CODEC: Coding and Decoding Mã hoá giải mã CRC: Cyclic Redundance Check KiĨm tra c¸c bÝt d− theo chu kỳ DS: Direct Sequence Chuỗi trực tiếp DS-SS: Direct Sequence - Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp Eb/No: Energy of a bit / Noise Năng lợng bít/tạp âm Ec/Io : Energy of a chip/ Interference Năng lợng chip/nhiễu EMI: Environment Mobile Interference Nhiễu môi trờng di động ERP: Effective Radiative Power Công suất xạ hiệu dụng EVRC: Enhanced Variable Rate Coding Phơng pháp mã hoá tốc độ thay đổi nâng cao FDMA: Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC: Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi thuận FER: Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung FH: Frequency Hopping Nhảy tần 175 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt FM: Frequency Modulation Điều tần (tơng tự) FSK: Frequency Shift Keying Khoá dịch tần ( ®iỊu tÇn kü tht sè) GOS : Grade of Service CÊp dÞch vơ GSM: Global System for Mobile HƯ thống toàn cầu cho thông tin di động ID : Identification Nhận dạng INIT- PWR: Initial Power Công suất khởi ®Çu MAHO: Mobile Assisted Hand Off Chun giao cã sù hỗ trợ máy di động MS: Mobile Station Trạm di động MSC: Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (tổng đài cho hệ thèng di ®éng) NAMPS: Narrow Advanced Mobile Phone System HƯ thống điện thoại di động tiên tiến băng hẹp NOM-PWR: Nominal Power Công suất danh định PCB: Power Control Bit Bít điều khiển công suất PCG: Power Control Group Nhóm bít điều khiển công suất PCS: Power Control Subchannel Kênh phụ điều khiển công suất PDC: Personal Digital Cellular Hệ thống thông tin di động số cá nhân (của Nhật) PILOT INC: Pilot Increase Tăng kênh hoa tiêu PMRM: Power Measurement Report Message Bản tin báo cáo phép đo công suất PN: Pseudorandom Noise Tạp âm giả ngẫu nhiên PSK: Phase Shift Keying §iỊu chÕ pha 176 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PWR STEP: Power Step Bớc (điều khiển) công suất QCELP: Qualcom Code Excited Linear Prediction Phơng pháp mã hoá (thoại) dự ®o¸n tun tÝnh kÝch thÝch b»ng m· cđa Qualcom QPSK: Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha cầu phơng RF: Radio Frequency Tần số vô tuyến (cao tần) SNR ( S/N): Signal to Noise Ratio Tû sè tÝn hiƯu trªn tạp âm SU: Subscriber Unit Khối thuê bao T_ADD : Threshold Add Tăng ngỡng TACS: Total Access Communication System Hệ thống thông tin truy nhập toàn diện TCOMP : Threshold Compare Ngỡng so sánh TDMA: Time Division Multiple Access Đa truy nhËp ph©n chia theo thêi gian T_DROP: Threshold Drop Giảm ngỡng (tín hiệu) WLL: Wireless Local Loop Mạch vòng vô tuyến nội hạt 177 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ti liệu tham kh¶o W-CDMA Mobile Communications System, John Wiley & Sons LTD, 2002 CDMA Systems Engineering Handbook , Artech House , 1998 CDMA RF System Engineering, Artech House , 1998 TIA/EIA-95-B, Global Engineering Documents-USA, 1999 CDMA General, NEC, 2001 Radio Network Planning For CDMA Systems , NEC, 2001 W-CDMA introduction, NEC,20001 IMT-2000 Project, trang web www.IMT-2000.org , 2002 HƯ thèng th«ng tin di động 3G xu hớng phát triển, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2004 10 Thông tin di động hệ 3, Nhà xuất Bu điện, 2001 11 CDMA 2000, TS Ngun Ph¹m Anh Dòng, 2001 12 ATM & CDMA technology (Công nghệ ATM CDMA), LGIC & VNPT (Sách song ngữ ), 1996 178 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... tăng khách hàng, hệ thống thông tin di động hệ thứ ba -IMT 2000 đợc nghiên cứu sử dụng Khác với hệ thống thông tin di động hệ thứ (tơng tự) thứ ( số), hệ thống thông tin di động hệ CuuDuongThanCong.com... trở thành thiếu đợc xã hội thông tin ngày Bắt đầu từ hệ thống thông tin di động hệ đời vào năm 1946, thông tin di động liên tục phát triển đến hệ thống thông tin di động hệ thứ (3G) đợc đa vào khai... xuất hiện, hệ thống tơng tự hay gọi hệ thống thông tin di động hệ thứ (1G) Cỏc hệ thống thơng tin di ®éng tế bào tương tự nỉi tiÕng nhÊt lµ: hƯ thèng di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên