Tổng quan về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3.DOC

Tổng quan về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Chơng1 Tổng quan về các hệ thống thông tin di động thế hệ ba

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động

Vô tuyến di động đã đợc sử dụng gần 78 năm Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã đợc biết đến hơn 50 trớc đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng đợc và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lợng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980 Cuối những năm 1980 ngời ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tơng tự không thể đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu nh không loại bỏ đ-ợc các hạn chế cố hữu của các hệ thống này (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung l ợng thấp (2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi tr-ờng pha đinh đa tia (3) không đáp ứng đợc các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng (4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng (5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi (6) Không tơng thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng đợc máy di động của mình ở nớc khác.

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

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới đợc ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM GSM đợc phát triển từ năm 1982 khi các nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Năm 1985 hệ thống số đợc quyết định Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã đợc lựa chọn ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đợc đa vào từ năm 1993.

ở Mỹ khi hệ thống AMPS tơng tự sử dụng phơng thức FDMA đợc triển khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề dung lợng đã phát sinh ở các thị trờng di động chính nh: New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến lợc nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA đợc ký hiệu là IS- 54 Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lợng của AMPS tốt hơn Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS - 136, còn đợc gọi là AMPS số (D-AMPS) Nhng không giống nh IS - 54, GSM đã đạt đợc các thành công ở Mỹ

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ tr ớc đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Đợc thành lập vào năm 1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận đợc nhiều bằng phát

minh trong lĩnh vực này Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom đã đa ra phiên bản CDMA đầu tiên đợc gọi là IS - 95 A.

Các mạng CDMA thơng mại đã đợc đa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng Kông CDMA cũng đã đợc mua hoặc đa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật Tổng công ty Bu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA.

ở Nhật vào năm 1993 NTT đa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nớc này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System).

Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng đợc nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã đợc đa vào thơng mại.

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

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã đợc chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-CDMA và cdma2000 W-CDMA đợc phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và cdma2000 đợc phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2 ở thế hệ này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đợc gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng

1.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động

Ngoài nhiệm vụ phải cung cấp dịch vụ nh mạng điện thoại cố định thông thờng, các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng di động để đảm bảo thông tin mọi nơi mọi lúc.

Các mạng thông tin di động phải đảm bảo các đặc tính sau:

1 Sử dụng hiệu quả băng tần đợc cấp phát để đạt đợc dung lợng cao do hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động.

2 Đảm bảo chất lợng truyền dẫn yêu cầu 3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất

4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang vùng phủ khác.

5 Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại.

6 Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International Roaming).

7 Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lợng

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

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

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế nh sau:  Đờng lên: 1885-2025 MHz.

 Đờng xuống: 2110-2200 MHz.

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:  Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến.

 Tơng tác với mọi loại dịch vụ viển thông  Sử dụng các môi trờng khai thác khác nhau:  Môi trờng ảo.

 Đảm bảo các dịch vụ đa phơng tiện  Dễ dàng hổ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.

Môi trờng hoạt động của IMT-2000 đợc chia thành 4 vùng:  Vùng 1: Trong nhà, ô picô, Rb2Mbps.

 Vùng 2: thành phố,ô micro, Rb384kbps  Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb144 kbps  Vùng 4: Toàn cầu, Rb=9,6 kbps.

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

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

thanh -Dịch vụ âm thanh chất lợng cao (16-64 kbps)-Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) -Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps)

Dịch vụ số liệu

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

Trải phổ DL/DX QPSK/OCQPSK(HPSK) QPSK/OCQPSK(HPSK)

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB 3GPP2/TIA/TTA/ARIB

mô hình tổng quát của mạng IMT2000 đợc cho ở hình 1.1

Kí hiệu: TE= thiết bị đầu cuối

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

 Thoại có hình chất lợng cao  Đầu cuối giống nh may TV.

 Đầu cuối kết hợp TV và máy tính.

 TV cầm tay có khả năng thu đợc MPEG  Đầu cuối số liệu gói.

 PC vở ghi có cửa thông tin cho phép:  Điện thoại thấy hình.

 Văn bản, hình ảnh, thâm nhập cơ sở dữ liệu video  Đầu cuối PDA.

 PDA tốc độ thấp.

 PDA tốc độ cao hoặc trung bình  PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi  Máy nhắn tin hai chiều.

 Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin.

1.1.4 Tổng kết quá trình tiến hóa của hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Ta xét tổng kết các nền tảng công nghệ chính của hệ thống thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba và quá trình tiến hóa của các nền tảng này đến nền tảng của thế hệ ba Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này đợc gọi là thế hệ 2.5

Hình 1.2 Chỉ ra quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến

1.2 Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động

1.2.1 Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động

Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động (TTDĐ) đợc cho ở hình 1.3.

Hình 1.3 Mô hình tham khảo của hệ thống thông tin di động

* Trạm di động, MS

MS (Mobile Station) có thể là một thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với ngời sử dụng ( nh: micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (nh: Giao diện với máy tính cá nhân, Fax )

* Thiết bị đầu cuối ,TE (Terminal Equipment) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động: Fax, máy tính

* Kết cuối trạm di động, MT (Mobility Terminal) thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến.

* Bộ thích ứng đầu cuối, TAF ( Terminal Adepter Function) làm việc nh một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động

* Trạm thu phát gốc, BTS

Một BTS (Base station Transceiver Station) bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các MODEM vô tuyến phức tạp có một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder/ Adapter Rate Unit: Khối chuyển đổi mã và tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã hoá tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động đ ợc tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trờng hợp truyền số liệu.

* Bộ điều khiển trạm gốc, BSC

BSC (Base station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSC đợc

nối với BTS còn phía kia nối với MSC Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao

* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động, MSC

Nhiệm vụ chính của MSC điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các ngời sử dụng mạng thông tin di động Một mặt MSC giao diện với BSC, mặt khác nó giao diện với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ với mạng ngoài đợc gọi là MSC cổng (GMSC: Gate MSC) Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các ngời sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của ngời sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử mạng.

* Bộ ghi định vị thờng trú, HLR

Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đợc lu giữ ở HLR HLR (Home location Rigister) cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao

* Bộ ghi định vị tạm trú, VLR

VLR (Visitor Location Risgiter) là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng TTDĐ Nó đợc nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tơng ứng và đồng thời lu giữ số liệu về vị trí các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thờng đợc liên kết với các chức năng MSC.

* MSC cổng, GMSC

Mạng TTDĐ có thể chứa nhiều MSC, VLR Để thiết lập một cuộc gọi đến ng ời sử dụng TTDĐ, trớc hết cuộc gọi phải đợc định tuyến đến một tổng đài cổng đợc gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời Để vậy trớc hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao tiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao tiếp này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng TTDĐ Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 để có thể tơng tác với các phần tử khác của mạng TTDĐ * Khai thác và bảo dỡng mạng,OS

Hệ thống khai thác 0S (Operation System) thực hiện khai thác và bảo dỡng tập trung cho mạng TTDĐ.

 Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng.

 Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc Nó có một số quan hệ với khai thác.

* Quản lý thuê bao và Trung tâm nhận thức, AUC

Quản lý thuê bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao AUC (Authetication Center) quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này AUC có thể đợc đặt trong HLR.

Quản lý thiết bị di động, EIR

Quản lý thiết bị di động đợc thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipmet Identity Rigister) EIR lu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR đợc nối đến MSC qua đờng báo hiệu để kiểm tra sự đợc phép của thiết bị * Bộ xử lý bản tín số liệu, DMH

DMH (Date Message Handler) đợc sử dụng để thu thập các dữ liệu tính cớc.

* Các mạng ngoài: Các mạng thông tin bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN Mạng di động công cộng mặt đất PLMN và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN

1.2 2 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động.

Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải đợc tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi đợc vị trí của thuê bao.

1.2.2.1 Phân chia theo vùng mạng

Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó phải đợc thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng di động đợc đại diện bằng tổng đài cổng GMS Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều đợc định tuyến đến GMSC Tổng đài này làm việc nh một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động GMSC cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: Các trạm di động bị gọi.

1.2.2.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR

Một mạng thông tin di động đợc phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này đợc phục vụ bởi MSC/VLR (hình 1.4) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đờng truyền qua mạng sẽ đợc nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao đợc ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại sau:

* Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao.

*Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị nào).

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng định vị LA (Locatio area) (Hình 1.5) Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR quản lý vị trí này Có thể nói vùng định vị là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần thiết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) Vùng định vị có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều BSC, nh-ng chỉ thuộc một MSC.

Hình 1.5 Phân chia vùng phục vụ MSC/VLR thành các vùng định vị LA

1.2.2.4 Phân chia theo ô

Vùng định vị đợc chia thành một số ô (hình 1.6) Ô là một vùng phủ vô tuyến đợc mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Celi Global Identity) Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code) Vùng phủ của các ô thờng đợc mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết

CDMA sử dụng mô hình kết nối mở OSI, chức năng của hệ thống đợc gộp thành các mặt phẳng chức năng Trong phạm vi mổi lớp, các thực thể phối hợp với nhau để cung cấp dịch vụ đợc yêu cầu thông qua trao đổi thông tin Các quy luật trao đổi này đ-ợc chỉ định ở các điểm tham chiếu, nơi mà các luồng thông tin chuyển qua giao diện giữa các thực thể Những quy luật này đợc gọi là giao thức báo hiệu.

Sự phân biệt giữa giao diện và giao thức là rất quan trọng, giao diện đại diện cho một điểm tiếp xúc giữa hai thực thể liền kề nhau và thông thờng nó mang thông tin thuộc về các cặp thực thể khác nhau, nghĩa là các giao thức.

Mô hình OSI của CDMA gồm 5 lớp:

 Truyền dẫn ( TX: Transmission): Lớp thấp nhất, nó cung cấp các phơng tiện truyền dẫn thông tin cần thiết của ngời sử dụng cũng nh các thông tin đợc chuyển giao giữa các lớp

 Quản lý tài nguyên vô tuyến( RR: Radio Resourse Management): Lớp này có nhiệm vụ cung cấp kết nối ổn định giữa MS và MSC đặc biệt là trong trờng hợp ng-ời dùng di chuyển trong quá trình cuộc gọi ( chuyển giao), lớp RR và hai lớp tiếp theo xử lý các sự kiện trong phạm vi một cuộc gọi

 Quản lý di động( MM: Mobility Management) : Lớp này chịu trách nhiệm quản lý các cơ sở dữ liệu thuê bao đặc biệt là dữ liệu định vị thuê bao và quản lý nhận thực SIM, HLR, AUC là các ví dụ về các thiết bị chủ yếu liên quan đến hoạt động MM  Quản lý thông tin (CM: Comunication Management): Đây là một lớp ít đợc chỉ

định của GSM, nó sử dụng các nền tảng ổn định đợc cung cấp bởi lớp RR và MM để cung cấp các dịch vụ viẽn thông cho ngời sử dụng.

 Vận hành, quản lý và bảo dỡng ( OAM: Operation, Administration and Maintenace): Cung cấp phơng tiện hoạt động cho ngời khai thác

1.4 Công nghệ cdma 2000

Công nghệ cdma2000 đợc xây dựng trên cơ sở IS- 2000 của mỹ Trong phần này ta xét tiêu chuẩn của IS-2000

1.4.1 cấu trúc phân lớp của IS-2000

hình 1.8 Cấu trúc phân lớp của cdma2000

1.4.2 Cấu trúc báo hiệu lớp 2

Cấu trúc báo hiệu tổng quát cho ở hình 1.9 Cấu trúc này gồm hai mặt phẳng: Mặt phẳng điều khiển nơi thực hiện các xử lý quyết định và mặt phẳng số liệu nơi tạo ra, xử

Khi một đơn vị số liệu đợc tạo ra hay thu đợc đi qua ngăn xếp giao thức, nó đợc xử lý lần lợt bởi các lớp con giao thức khác nhau Mỗi lớp con theo quy định sẽ chỉ xử lý các trờng liên quan đến chức năng quy định của mình Chẳng hạn lớp con ARQ chỉ tác động lên các trờng liên quan đến công nhận và thực hiện việc phát hiện thu sự lặp hoặc phát lại Mặt phẳng điều khiển có thể cho phép hoặc cấm lớp con giao thức

Quá trình tổng quát xử lý các đơn vị số liệu ở lớp báo hiệu 2 đợc cho ở hình 1.10

hình 1.10 Quá trình tổng quát xử lý đơn vị số liệu ở lớp báo hiệu 2

1.4.4 Các kênh logic

ở mặt phẳng số liệu lớp 3 phát và thu thông tin báo hiệu trên các kênh logic Kênh logic thông thờng đợc đặc trng bởi tính đơn hớng (ở đờng xuống hoặc đờng lên), nhng trong một số trờng hợp nó có thể đợc ghép hoặc đi cặp với một kênh logic mang lu l-ợng liên quan ở phơng ngợc lại Các hệ thống IS-2000 sử dụng các kiểu kênh logic sau đây để mang thông tin báo hiệu:

 f - csch/r-csch (kênh báo hiệu chung đờng xuống/đờng lên)

 f-dsch/r-dsch (kênh báo hiệu riêng đờng xuống/đờng lên)

Các kênh báo hiệu đợc phân loại theo: thông tin đợc mang cho một hay nhiều đối t-ợng, thông tin mang là thông tin báo hiệu hay thông tin của ngời sử dụng, phơng truyền (đờng xuống hay đờng lên) và theo các tiêu chuẩn khác ở các hệ thống IS-2000 các kênh báo hiệu đợc định nghĩa cho các mục đích sau:

 Đồng bộ

 Quảng bá và tìm gọi.

 Báo hiệu chung (đờng xuống và lên).

 Thâm nhập (đờng lên).

 Báo hiệu riêng.

Có thể nhiều đối tợng cùng sử dụng chung một kênh logic (chẳng hạn có thể có nhiều kênh thâm nhập đờng lên) Vì lu lợng trên một kênh logic phải đợc mang ở kênh vật lý, nên phải tồn tại các liên kết giữa các kênh logic và kênh lu lợng Mối liên hệ này đợc gọi là sắp xếp: mapping Kênh logic có thể sử dụng riêng và cố định một kênh vật lý (chẳng hạn kênh đồng bộ), hoặc có thể sử dụng riêng nhng tạm thời một kênh vật lý (chẳng hạn các chuỗi thăm dò liên tiếp cuả kênh r-csch đợc phát ở các kênh thâm nhập vật lý khác nhau), hoặc có thể sử dụng chung một kênh vật lý với các kênh logic khác (đòi hỏi chức năng ghép kênh các PDU để thực hiện sắp xếp lên kênh vật lý) Trong một số trờng hợp một kênh logic có thể đợc sắp xếp đến một kênh logic khác Hai hay nhiều kênh đợc hòa nhập vào một kênh logic để mang các dạng lu lợng khác nhau (chẳng hạn kênh logic tìm gọi và kênh quảng bá là kênh báo hiệu chung đ ờng xuống đợc sắp xếp trên một kênh logic chung để mang thông tin báo hiệu) Vì tại một

thời điểm một kênh logic chỉ có thể mang một PDU, nên ở lớp 3 cần đảm bảo phát lần lợt

Hình 1.11 và 1.12 cho thấy các kênh logic của IS-2000 ở các đờng lên và đờng xuống ở các hình này tất cả các dạng sắp xếp đều đợc xét: cố định, tạm thời (các kênh thâm nhập đờng lên), ghép kênh logic vào vật lý (giữa dsch và dtch cho cả đờng lên và xuống) hay logic với logic (kênh quảng bá, tìm gọi và kênh báo hiệu chung).

hình 1.11 Cấu trúc kênh logic đờng xuống

hình 1.12 Cấu trúc kênh logic đờng lên

F/R-SCH Kênh bổ xung đờng xuống/lên F/R-SCCH Kênh mã bổ xung đờng xuống/lên F/R-DCCH Kênh điều khiển riêng đờng xuống/lên

F/R-CCCH Kênh điều khiển chung đờng xuống/lên F-DAPICH Kênh hoa tiêu phụ riêng đờng xuống F-CAPICH Kênh hoa tiêu phụ chung đờng xuống F/R-PICH Kênh hoa tiêu đờng xuống/lên

F-QPCH Kênh tìm gọi nhanh đờng xuống

F-PCCH Kênh điều khiển công suất chung đờng xuống R-EACH Kênh thâm nhập tăng cờng đờng lên

tiêu phụ Kênh hoa tiêu phân tập phát phụ

SR: Spreading Rate= Tốc độ trải phổ

Hình 1.13 Các kênh CDMA đ ờng xuống Kênh hoa

tiêu DX

Chức năng của các kênh đờng xuống

 Kênh hoa tiêu (F-PCH): phát quảng bá ô/đoạn ô, đợc sử dụng để đánh giá công suất, bắt đầu và chuyển giao

 Kênh hoa tiêu phụ chung đờng xuống (F-CAPICH): Để tạo chùm tia cho nhóm các trạm di động

 Kênh hoa tiêu phụ riêng đờng xuống (F-DAPICH).

 Kênh đồng bộ (F-SYNC) : Thông tin đồng bộ và vị trí kênh tìm gọi.

 Kênh tìm gọi (F-PCH) : Phát quảng bá tìm gọi và các bản tin từ BS đến MS.

 Kênh điều khiển riêng (F-DCCH) điều khiển MAC, số liệu, báo hiệu

 Kênh cơ bản (F-FCH): Tiếng, số liệu, điều khiển

 Kênh bổ xung (F-SCH): Số liệu, số liệu tốc độ cao và tiếng đối với các dịch vụ mới.

Các đặc tính của kênh đờng xuống

 Các kênh trực giao (các mã Walsh).

 Sử dụng điều chế số liệu QPSK.

 Hiệu chỉnh mã thuận:

+ Mã xoắn (K = 9) cho số liệu và tiếng.

+ Mã Turbo đợc khuyến nghị cho các tốc độ số liệu cao hơn 14,4 kbps.

+ Tỷ lệ mã R = 1/3, 1/4 có thể kết hợp với chích bỏ để tăng tỷ lệ hiệu dụng cho

+ 5 và 20 ms cho thông tin điều khiển, trong đó khung ngắn để phát bản tin nhanh

+ 20 ms cho khung tiếng

Các chế độ tuỳ chọn

dụng chế độ OTD đợc cho ở hình 1.17.

Đa sóng mang(MC: Multi-Carrier): Phân chia các ký hiệu điều chế lên n sóng mang với tốc độ chip 1,2288 Mcps trên một sóng mang (hình 1.15a: N = 3) Trải phổ trực tiếp (DS: Direct Spread): Trải phổ các ký hiệu điều chế bằng tốc độ tiếp (OTD: Orthogonal Tramsmission Diversity): Các bit sau mã hóa đ ợc chia

1x Thừa số đối với DS không OTD2x Thừa số đối với DS OTD

3x Thừa số đối với MC

Trích bỏ ký hiệu điều khiển công suất chỉ thực hiện ở các kênh cơ bản và điều khiển riêng đờng xuống.

Chức năng của DEMUX là phân phối lần lợt các bit vào cho các đờng ra từ trên xuống dới.

hình 1.17 Cấu trúc kênh cơ bản và bổ sung đờng xuống sử dụng OTD ( Phần1)

Hàm Walsh= ±1 (Sắp xếp ‘0’→+1, ‘1’→-1) QOF: Quasi Orthgonal Function= Hàm trực giao

QOF sign= ±1 Mặt chắn QOF của bộ nhân dấu (Sắp xếp ‘0’→+1, ‘1’→-1) Walshrot= ’0’ hay ’1’ Hàm walsh cho phép quay 90º

QOF rỗng có QOF= +1 và Walshrot=’0’

PN Chuổi hoa tiêu xác định trạm

hình 1.17 Cấu trúc kênh cơ bản và bổ sung đờng xuống sử dụng OTD ( Phần2) Các hệ thống thông tin di động thế hệ ba và cao hơn sử dụng mã turbo để mã hóa chống lỗi cho các trờng hợp truyền dẫn số liệu tốc độ cao Trong phần này ta sẽ xét sơ đồ mã hóa turbo sử dụng ở IS-2000.

Bộ mã hóa Turbo thực hiện mã hóa số liệu, chỉ thị chất khung (CRC) và hai bit dành trớc cho mã hóa Turbo và cộng chuỗi đuôi mã hóa đầu ra Nếu tổng số liệu, chất lợng khung và các bit vào dành trớc là Nturbo, thì bộ mã hóa turbo tạo ra Nturbo/R các ký hiệu số liệu cùng với 6/R các ký hiệu đuôi ở đầu ra, trong đó R là tỷ lệ mã bằng 1/2, 1/3 hay 1/4 Bộ mã hóa turbo sử dụng hai bộ mã hóa xoắn hệ thống, đệ quy mắc song song kết hợp với bộ đan xen, trong đó bộ đan xen đứng trớc bộ mã hóa xoắn thứ hai Hai mã xoắn đệ quy này đợc gọi các mã thành phần của mã turbo Các đầu ra của các bộ mã hóa thành phần đợc chích bỏ và đợc lặp để đạt đợc (Nturbo + 6)/R các ký hiệu ra

Các bộ mã hóa turbo tỷ lệ 1/2, 1/3, 1/4

Một mã thành phần chung đợc sử dụng cho mã turbo tỷ lệ 1/2, 1/3 và 1/4 Hàm truyền đạt của mã này có dạng sau:

Trong đó: d(D) = 1 + D2 + D3, n0(D) = 1 + D + D3 và n1(D) = 1+D+ D2+D3.

Bộ tạo mã turbo này sẽ tạo ra chuỗi ký hiệu đầu ra giống nh chuỗi đợc tạo ra bởi bộ tạo cho ở hình 1.18

Khởi đầu các trạng thái của các thanh ghi dịch trong các bộ mã hóa thành phần đợc đặt vào không Sau đó các bít đợc dịch vào các bộ mã hóa thành phần theo vị trí của các chuyển mạch trên hình vẽ Mạch thay đổi từng bit số liệu và bit đuôi

Các ký hiệu ra của số liệu sau mã hóa đợc tạo ra bằng cách dịch các bộ mã hóa thành phần Nturbo lần khi các khóa ở vị trí trên và chích bỏ các đầu ra theo các mẫu đợc quy định '0' ở mẫu trích bỏ có nghĩa là ký hiệu này sẽ bị xóa và '1' có nghĩa là ký hiệu này đợc cho qua Đối với mỗi bit vào, đầu ra của các bộ lập mã thành phần sẽ đợc đặt vào chuỗi X, Y0, Y1, X', Y'0, Y'1 Trong quá trình tạo ra các ký hiệu từ số liệu vào mã hóa sẽ không thực hiện lặp

Kết cuối mã turbo

Bộ mã hóa tubor tạo ra 6/R các ký hiệu đuôi tiếp sau các ký hiệu của các bit số liệu đợc mã hóa Chuỗi ký hiệu đuôi đầu ra cũng giống nh chuỗi đợc bộ mã hóa tạo ra ở hình 1.18 Các ký hiệu ra đợc tạo ra sau khi Nturbo bit đợc dịch vào các bộ mã hóa thành phần với các khóa ở vị trí trên 3/R ký hiệu đuôi ra đầu tiên đợc tạo ra bằng các dịch bộ

mã hóa thành phần 3 lần với khóa tơng ứng của nó ở vị trí dới, bộ mã hóa thành phần 2 không dịch và đồng thời lấy mẫu cũng nh lặp các ký hiệu ra của bộ mã hóa thành phần này 3/R các ký hiệu đuôi ra nhận đợc bằng các dịch bộ mã hóa thành phần 2 ba lần với khóa tơng ứng của nó ở vị trí dới trong khi bộ mã hóa thành phần 1 không đợc dịch, quá trình này đợc kết hợp với chích bỏ và lặp các ký hiệu đầu ra của bộ mã hóa thành phần này Các đầu ra của các bộ mã hóa thành phần đối với từng chu kỳ bit đuôi sẽ đợc đặt vào chuỗi X, Y0, Y1, X', Y'0, Y'1 với Xra trớc

Chuyển mạch vào vị trí trên và dịch từng bit của Ntb bit số liệu sau đó chuyển mạchvào vị trí d ới và từng bit đuôi trong số ba bit đuôi của bộ mã hoá thành phần 1 sau đókhông ngừng dịch cho ba bit đuôi của bộ lập mã thành phần 2.

Chuyển mạch vị trí trên và dịch từng bit của Ntb bit số liệu, sau đó ngừng dịch cho babit của bộ mã hoá thành phần 1 sau đó chuyển mạch vào vị trí d ới và dịch từng bittrong số 3 bit đuôi của bộ mã hoá thành phần 2.

Mẫu chích bỏ và lặp ký hiệu ra của bộ mã hóa đợc quy định trớc Trong mẫu chích bỏ, '0' nghĩa là ký hiệu bị xóa còn '1' nghĩa là ký hiệu đợc cho qua Đối với mã turbo 1/2 các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XY0 còn các ký hiệu

đuôi ra đối với ba chu kỳ bit còn lại sẽ là X'Y'0 Đối với mã turbo 1/3, các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XXY0 còn các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi còn lại sẽ là X'X'Y'0 Đối với mã turbo 1/4, các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit đuôi đầu tiên sẽ là XXY0Y1 còn các ký hiệu đuôi ra đối với ba chu kỳ bit

SOVA( Soft Ouput Viterbi Algorithm) = Thuật toán Viterbi đầu ra mềm Ph ơng pháp này thực hiện đánh giá theo chuỗi

MAP( Maximum A Posterior) = Cực đại xác xuất hậu định Ph ơng pháp này thực hiện đánh giá theo ký hiệu.

Sơ đồ khối bộ giải mã cho ở hình 1.20.

Hình 1.19 Các thuật toán giải mã

Giải đan xen

Bộ đan xen Bộ giải mã 2

Giải đan xen

Hình 1.21 Sơ đồ khối tổng quát của mạng TTDĐ thế hệ 3 W-CDMA

Từ hình 1.21 ta thấy mạng thông tin di động thế hệ 3 gồm hai phân mạng: mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến

Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC: Mobile Services Switching Center) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN: Serving Genneral Packet Radio Service Support node) Các kênh thoại và truyền số liệu chuyển mạch gói đợc kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC và GGSN Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tơng tác mạng (IWF): Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động nh: HLR, AUC và EIR

Mạng thâm nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:

 RNC : Radio Network Controller = Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai

Giao diện giữa MSC và RNC là Iucs, giao diện giữa SGSN và RNC là Iups còn giao diện giữa các RNC với nhau là Iur.

1.5.2 Cấu trúc phân lớp của W-CDMA

Cấu trúc phân lớp của W-CDMA đợc xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn của UMTS đợc cho ở hình 1.22.

GC : General Control = điều khiển chung Nt : Notification = Thông báo

DC : Dedicated Control = điều khiển riêng

UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network = mạng thâm nhập vô tuyến mặt đất theo tiêu chuẩn UMTS

UE : User Equipement = Thiết bị của ngời sử dụng

Hình 1.22 Cấu trúc phân lớp của mạng W-CDMA

Các giao thức giữa các phần tử trong mạng W-CDMA đợc chia thành hai tầng

Báo hiệu mặng phẳng C GC Nt DC Thông tin mặt phẳng U GC: Điều khiển chung Nt: Thông báo DC: Điều khiển riêng

Giao diện vô tuyến đợc phân thành 3 lớp giao thức:

 Lớp vật lý (L1).

 Lớp đoạn nối số liệu (L2).

 Lớp mạng (L3).

Lớp 2 đợc chia thành các lớp con điều khiển thâm nhập môi trờng ( MAC: Medium Access Control) và RLC (Radio link Control: điều khiển đoạn nối), giao thức hội tụ số liệu gói ( PDCP: Packet Data Convergence Protocol) và BMC (Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/đa phơng)

Lớp 3 và RLC đợc chia thành các hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C) và mặt phẳng ngời sử dụng (U) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U

Trong mặt phẳng C lớp 3 đợc chia thành các lớp con: “Tránh lặp” (TBD) nằm ở tầng thâm nhập nhng kết cuối ở mạng lõi ( CN: Core Network) và lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến ( RRC: Radio Resource Control) Báo hiệu ở các lớp cao hơn (MM :Mobility Management) và (CC: Connection Management) đợc coi là ở tầng không thâp nhập

1.6 ứng dụng công nghệ ATM trong thông tin di động

Các thế hệ thông tin di động tơng lai sẽ kết hợp các nút chuyển mạch kênh cho tiếng và chuyển mạch gói cho số liệu và chung một nút chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM (hình 1.24).

Ký hiệu:

 MSC: Tổng đài di động G-MSC: Tổng đài di động cổng

 PSTN: Mạng chuyển mạch số liệu gói

 ISDN: Mạng chuyển mạch đa dịch vụ liên kết

 B-ISDN: Mạng chuyển mạch đa dịch vụ liên kết băng rộng

 IN: Mạng thông minh

 PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng

 IWF: Khối tơng tác

Hình 1.24 Mạng thông tin di động sử dụng công nghệ ATM

Hình 1.25 cho thấy mô hình giao thức cho kênh truyền tải RACH trên cơ sở ATM.

Đối với kênh truyền tải RACH, MAC riêng (MAC –d) sử dụng các dịch vụ của MAC chung (c) ở thiết bị của ngời sử dụng UE, MAC chuyển PDU của nó đến MAC-c đồng MAC-cấp trong RNC trên MAC-cơ sở MAC-cáMAC-c dịMAC-ch vụ MAC-của lớp vật lý ChứMAC-c năng tơng táMAC-c (IWF) ở nút B chuyển khung RACH nhận đợc ở lớp vật lý vào bộ phận giao thức khung RACH (RACH FP) Bộ phân giao thức khung RACH bổ xung thông tin đầu đề để đợc RACH FP PDU và truyền nó trên kết nối AAL2 (hay AAL5) Tại RNC, phần tử RACH FP chuyển MAC-c PDU đến MAC-c

hình1.25 Giao thức truyền tải RACH trên cơ sở

Thí dụ về giao thức báo hiệu ở hệ thống cdma2000 sử dụng công nghệ ATM đợc cho ở hình 1.26.

BHL3: Báo hiệu lớp 3; LAC: Điều khiển thâm nhập đoạn nối MAC: Điều khiển thâm nhập môi trờng; AAL: lớp thích ứng ATM ATM Phy: Lớp vật lý ATM; BSSAP: Phần ứng dụng BSS

SCCP: Phần điều khiển kết nối báo hiệu; MTP: Phần truyền bản tin

hình 1.26 Giao thức báo hiệu ở mặt phẳng báo hiệu cho hệ thống cdma 2000 trên cơ

1.7 Đánh giá hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA1.7.1 Về dung lợng

Trong hệ thống CDMA, dung lợng bị giới hạn bởi tỉ số Eb/It cho phép:

trong đó: Eb/It là tỷ số tín hiện trên tạp âm  là hệ số nhiễu từ các ô khác.

 là độ lợi nhờ phân đoạn ô.

 là hệ số điều khiển công suất hoàn hảo  là hệ số tích cực tiếng.

BW là bề rộng băng trải phổ R là tốc độ tối đa của băng tần.

Eb/It đợc yêu cầu ảnh hởng bởi phơng pháp điều chế sử dụng, tỷ lệ bit lỗi BER, tốc độ dữ liệu, suy hao đờng truyền các ảnh hởng của đa luồng và phađinh CDMA cho phép phát hiện ra các thành phần đa luồng thực, và sử dụng bộ thu RAKE để tổ hợp các tín hiệu thực tế này để thu đợc tín hiệu có Eb/It tốt hơn.

Tín hiệu hớng đi sử dụng mã hóa trực giao, mã hóa này làm tăng khả năng chống lại nhiễu Mã khối cung cấp khả năng chống lại lỗi cụm và mã xoắn sử dụng để cải thiện giá trị Eb/It và hệ số BER ổn định.

1.7.2 Về chất lợng

CDMA có chất lợng thoại cao vì:

 Sử dụng bộ mã hóa thoại có tốc độ biến đổi  Sử dụng phơng pháp chuyển vùng mềm  Điều khiển công suất nghiêm ngặt  Sử dụng kỹ thuật phân tập.

 Khả năng phát hiện và sữa lỗi cao.

 Do nguyên lý trải phổ, các tạp âm có dạng là hằng số đều đợc loại bỏ.

Chơng2 Phơng pháp quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 cdma2000

2.1 Mở đầu

Hiện nay có nhiều phơng pháp triển khai hệ thống cdma2000 Nếu thiết kế hệ thống mới, việc triển khai hệ thống phải tính toán vùng phủ và dung lợng Nếu thiết kế hệ thống từ hệ thống IS-95 việc triển khai hệ thống cần tính dung lợng và dịch vụ dữ liệu gói Bởi vì cdma2000-1x chiếm độ rộng băng tần nh IS-95B cdma2000 có thể triển khai theo từng sóng mang riêng biệt chia sóng mang với IS-95 Triển khai hệ thống cdma2000 từ IS-95 thì cần nâng cấp các trang thiết bị mạng, cụ thể nâng cấp BS

từ 1x lên 3x, cải tiến vocoder trong sơ đồ điều chế; yêu cầu có thêm các node dịch vụ dữ liệu gói và nhận thực trao đổi thanh toán (AAA).

Triển khai hệ thống cdma2000 đợc thực hiện qua hai giai đoạn: Giai đoạn đầu là cdma2000_1x và giai đoạn hai là phát triển từ 1x lên 3x.

Đối với cdma2000_1x có một vài thế hệ: + cdma2000-1x hiện đã đợc triển khai.

+ cdma2000-1xEV_DO: chỉ cho dữ liệu gói và sẽ đợc triển khai vào năm 2002 + cdma2000-1xEV_DV: cho dịch vụ gói và thoại.

Hệ thống cdma2000-3x có thể đợc triển khai trồng lấn lên hệ thống 1x Để đạt đợc sự trồng lấn này, đờng lên 3x chia dữ liệu vào 3 sóng mang, mỗi sóng mang trải phổ tốc độ 1.2288 Mcps và đợc gọi là hệ thống đa sóng mang MC Đờng xuống 3x sử dụng tổng số 3 sóng mang 1x và đợc kết hợp thành sóng mang trải phổ 3.6864 Mcps Tốc độ số liệu dự kiến cho 1x, 1xEV-DO đợc cho ở bảng.

Bảng 2.2 Tốc độ số liệu cực đại 1xEV-DO

Việc quy hoạch phải dựa trên nhu cầu lu lợng Dự báo lu lợng là bớc đầu tiên cần thiết trong quá trình quy hoạch mạng Dự báo lu lợng có thể thực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lu lợng các mạng đã đợc khai thác Trong trờng hợp mạng mới đợc khai thác lần đầu việc dự báo lu lợng phải dựa trên sự đánh giá một số yếu tố nh: sự phát triển kinh tế xã hội, thu nhập trung bình đầu ngời, mật độ điện thoại di động(thế hệ 2), sự sử dụng Irternet trung bình và các số liệu t ơng tự khác của thị trờng cần phục vụ.

Tính toán lu lợng đợc thực hiện theo hai phơng pháp: phơng pháp dự báo và phơng pháp phát hiện phơng pháp dự báo bao gồm việc phân tích chi tiết lu lợng thoại hiện có, tỷ suất chiếm và độ rộng băng tần cho từng thuê bao dựa trên công tác tiếp thị cũng nh kết quả phát triển thuê

bao Sau đó phân tích các nhu cầu trên cho các vùng hoặc cho các BTS tơng ứng để đạt đợc khối lợmg lu lợng dự báo Tiếp theo là chi tiết hóa ở mức các phần tử kênh, các sơ đồ triển khai 1x/DO v.v Phơng pháp thứ hai là phơng pháp phát hiện ở phơng pháp này kênh 1x thay cho kênh F1 hoặc F2 hiện có ở đây ta xác định số lợng MS có khả năng cdma2000 1x sau đó ta nhân chúng với 70 kbps Ta có thể coi rằng mọi MS khởi đầu hoạt động ở giờ cao điểm và đánh giá khối lợng lu lợng ở các BTS tham gia có nâng cấp đến cdma2000.

2.2.1 Dự báo số thêu bao

Đối với thị trờng cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao Lý tởng có thể chia việc đánh giá cho từng tháng để có thể thấy đợc xu thế phát triển của thuê bao Điều này là cần thiết khi quy hoạch ta cần dự phòng tơng lai Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cũng cần dự báo cho từng loại thuê bao liên quan liên quan đến từng loại dịch vụ Chẳng hạn nhà khai thác mạng có thể chọn cung cấp tổ hợp dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, hoặc tiếng và số liệu, hoặc chỉ số liệu Ngoài ra các dịch vụ số liệu cũng có thể đợc chia thành các dịch vụ và các loại thiết bị khác nhau.

2.2.2 Dự báo sử dụng lu lợng tiếng

Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm đánh giá khối lợng lu lợng tiếng do ngời sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra Lý tởng cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho từng tháng Dữ liệu tiếng phải bao gồm phân bố lu lợng: từ MS đến cố định, từ MS tới MS và từ MS tới email Đối với từ MS đến cố định cần phân thành: số % nội hạt và đ ờng dài Lý tởng thông tin dữ liệu về ngời sử dụng tiếng phải bao gồm số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian chiếm giữ trung bình (MHT) trên cuộc gọi.

2.2.3 Dự báo sử dụng lu lợng số liệu

Nh đã nói ở trên, ta cần phân loại các ngời sử dụng dịch vụ số liệu gói và dự báo cho từng kiểu ngời sử dụng cũng nh khối lợng thông lợng số liệu Ta cũng cần dự báo khi nào thì thông lợng bắt đầu và kết thúc Để minh hoạ ta xét thí dụ sau Giả sử một ngời sử dụng có dịch vụ trình duyệt Wed cộng với e-mail do ngời khai thác cung cấp Khi này một khối lợng lu lợng đợc kết cuối tại e-mail Server trong mạng của ngời khai thác, còn một khối lợng lu lợng khác sẽ đợc kết cuối gửi đến và nhận về từ mạng Internet Định cỡ giao diện với hệ thống e-mail và với Internet sẽ phụ thuộc vào khối l-ợng lu ll-ợng liên quan đến dịch vụ này Ngoài ra hệ thống e-mail cũng cần định kích cỡ để đáp ứng yêu cầu cho tổng số ngời sử dụng, tổng bộ nhớ lu trữ và tổng lu lợng vào ra Đối với từng kiểu ngời sử dụng và dịch vụ ta cần thực hiện phân tích tơng tự để xác định sự sử dụng trong giờ cao điểm nớc ta trong những năm gần đây nhu cầu lu lợng thoại tăng ổn định còn nhu cầu về lu lợng gói tăng lên nhanh.

2.3 Thiết kế vô tuyến cho mạng tổ ong/PCS

Ngời thiết kế cần xem xét nhiều nhân tố khi thiết kế mạng tổ ong/PCS cho vùng thành phố Chẳng hạn mức độ phủ sóng cho các vị trí trong nhà, chất lợng dịch vụ cho các môi trờng khác nhau, sử dụng hiệu quả phổ tần và phát triển mạng là các nhân tố quan trọng cần đợc các nhà khai thác dịch vụ tơng lai đánh giá kỹ lỡng Thông thờng các yếu tố này lại trở nên phức tạp hơn do các hạn chế tạo ra bởi môi trờng khai thác và

các quy định luật pháp Nhà thiết kế phải cân đối kỹ lỡng tất cả các vấn đề trên để đảm bảo rằng mạng bền vững, chịu đợc tơng lai và có chất lợng dịch vụ cao.

2.4 Quy hoạch mạng vô tuyến

Đánh giá cấp bậc phục vụ ( GOS : Grade of Service ) bao gồm xác xuất phủ sóng vùng và chặn Xác xuất phủ sóng của vùng liên quan đến chất lợng quy hoạch mạng và dung lợng mạng Chặn đợc xây dựng trên cơ sở các tài nguyên hiện có Ta có thể xác định xác xuất phủ sóng của vùng bằng ngừng (OUTAGE) Ngừng xẩy ra khi mạng không thể cung cấp chất lợng dịch vụ quy định Nếu hệ thống có phủ sóng giới hạn, có thể định nghĩa ngừng nh là xác xuất khi tổn hao đờng truyền và che tối vợt quá hiệu số giữa mức công suất phát cực đại và mức thu tín hiệu yêu cầu Các chỉ tiêu chất lợng và dịch vụ đòi hỏi sự cân nhắc giữa chất lợng và tổng giá thành mạng Xác xuất ngng càng thấp có nghĩa là ô càng nhỏ và vì thế giá thành mạng càng cao; xác xuất ngừng do nhiễu càng nhỏ có nghĩa là dung lợng càng thấp và giá thành càng cao Xác xuất ngng từ 5 – 10% tơng ứng với xác xuất phủ sóng 90-95% thờng đợc sử dụng Xác xuất phủ sóng có thể khác nhau đối với các dịch vụ khác nhau.

Rất nhiều yếu tố tham gia vào quá trình quy hoạch mạng Quy hoạch mạng phải xét đến các vấn đề nh phân bố lu lợng, triển khai ô vi mô và vĩ mô, đảm bảo phủ sóng trong nhà và tốc độ bit cao, bố trí các ô, giá thành đài trạm, các vấn đề liên quan đến môi trờng nh vẻ ngoài của tháp anten

2.5 Thiết kế đờng truyền vô tuyến

Đối với mọi hệ thống thông tin vô tuyến, bớc quan trọng đầu tiên là thiết kế đờng truyền vô tuyến Điều này cần thiết để xác định mật độ trạm gốc ở các môi trờng khác nhau cũng nh vùng phủ tơng ứng Đối với hệ thống thông tin di động cần cung cấp dịch vụ chất lợng tốt trong nhà và ngoài trời, cần kết hợp tính mềm dẻo và linh hoạt trong thiết kế Công suất phát của các máy cầm tay sẽ là yếu tố quyết định cho một hệ thống CDMA với công suất đờng lên/ đờng xuống.

Mặc dù có hệ số khuyếch đại anten không ảnh hởng quá trình cân bằng quỷ đờng truyền, nhng nó là một nhân tố quan trọng khi thiết kế quỹ công suất cho vùng phủ Từ quan điểm của ngời sử dụng, mạng tổ ong/PCS phải hàm ý rằng có một hạn chế nhỏ cho việc phát hay thu cuộc gọi trong nhà hay ô tô Một hệ thống phải đợc thiết kế để anten của máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không tối u Ngoài ra thậm chí có thể không cần rút anten khi thu hoặc phát cuộc gọi ở các thiết kế hệ thống thông thờng hệ số khuyếch đại anten đợc coi bằng 0 dBi Tuy nhiên để anten máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không đợc tối u lắm, cần sử dụng hệ số khuyếch đại hợp lý hơn : -3dBi Trong thực tế do đặt anten ở vị trí bất kỳ hay với anten thụt vào trong máy cầm tay nên có thể cho phép hệ số –6 đến –8dBi phụ thuộc vào từng máy cầm tay và thiết kế vỏ máy

2.6 ớc tính thông số ô

Số ngời sử dụng và tải lu lợng phục vụ trên ngời sử dụng đợc sử dụng để xác định tổng tải lu lợng Biết dung lợng ô và phủ sóng của ô, có thể thực hiện đánh giá số ô.

Dung lợng ô đợc xác định bằng các mô phỏng và các công thức giải tích Tốc độ thông tin của ngời sử dụng, các yêu cấu chất lợng phục vụ, QoS ( trễ, BER/FER) và xác xuất ngừng là các yếu tố quan trọng để xác định dung lợng hệ thống.

Quỹ đờng truyền đợc sử dụng để xác định vùng phủ cực đại của ô Ngoài Eb/It các yếu tố đặc thù thiết bị nh tổn hao cáp, hệ số khuyếch đại anten và hệ số tạp âm máy thu cũng là các yếu tố cần thiết để tính toán quỹ đờng truyền.

Độ lợi chuyển giao mềm có ảnh hởng lớn lên quỹ đờng truyền Độ lợi chuyển giao mềm phụ thuộc vào tơng quan che tối và xác xuất phủ sóng Chuyển giao mềm đảm bảo độ lợi phân tập vĩ mô nhờ tăng khả năng phân tập Độ lợi thực tế phụ thuộc vào môi trờng vô tuyến và số ngón của máy thu RAKE Vì mỗi môi trờng vô tuyến có đặc tính riêng, nên để dự báo vùng phủ sóng chi tiết, cần có một số thừa số hiệu chỉnh cho các mô hình tổn hao đờng truyền.

Đối với đờng lên, ảnh hởng của thừa số tải  lên quỹ đờng truyền với dự trữ nhiễu Im(dB) có thể xác dịnh từ biểu thức:

Vì dự trữ nhiễu tăng cùng với  nên vùng phủ của ô sẽ giảm cùng với sự tăng của thừa số tải Khi tính toán quỹ năng lợng đờng truyền cần tính tải lu lợng không đối xứng CDMA có thể giảm dung lợng đờng lên để đợc vùng phủ.

Sau khi nhận đợc các thông số ô cần bắt đầu quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến số bằng cách xét đến môi trờng chính xác nơi sẽ đặt ô Do giá thành các đài trạm, các yêu cầu phân vùng, các hạn chế của toà nhà và các lý do khác, có thể không đạt đợc các đài trạm tối u trong mạng thực tế Điều này có thể ảnh hởng đến kế hoạch phủ sóng ban đầu Để quy hoạch mạng chi tiết, cần sử dụng công cụ phần mềm quy hoạch mạng Phần mềm quy hoạch mạng có bản đồ dân số của vùng định quy hoạch Chiều cao các toà nhà và búp sóng anten cũng đợc mô hình hoá Quá trình tối u vùng phủ mạng vô tuyến bao gồm:

 Mô tả chi tiết môi trờng vô tuyến  Quy hoạch công suất kênh điều khiển  Quy hoạch các thông số chuyển giao mềm  Quy hoạch chuyển giao giữa các tần số  Phân tích vùng phủ mạng lặp nhiều lần  Đo kiểm mạng.

2.7 Quy hoạch phủ sóng

Mục tiêu thiết kế quan trọng nhất của mạng tổ ong/PCS là đảm bảo vùng phủ sóng vô tuyến hầu hết mọi nơi Một trong vấn đề quan trọng cần xem xét trong quá trình quy hoạch vùng phủ là mô hình truyền sóng Độ chính xác của việc dự đoán bằng một mô hình nhất định phụ thuộc vào khả năng của mô hình này thể hiện đợc cụ thể mặt đất, cây cối và các toà nhà Độ chính xác này có tầm quan trọng sống còn để xác định tổn hao đờng truyền và từ đó kích thớc ô, yêu cầu hạ tầng của mạng tổ ong/PCS Đánh

giá thái quá dẫn đến sử dụng không hiệu quả các tài nguyên mạng, còn đánh giá thấp dẫn đến phủ vô tuyến kém Thông thờng các mô hình truyền sóng có xu hớng quá đơn giản hoá các điều kiện truyền sóng thực tế và có thể thiếu chính xác ở điều kiện thành phố phức tạp Các mô hình truyền sóng thực nghiệm chỉ có tính chất hớng dẫn chung mà thôi, chúng quá bị đơn giản hoá cho một thiết kế chính xác Để có đợc thông tin về vùng phủ sóng vô tuyến trong môi trờng thành phố cần thực hiện các phép đo hiện tr-ờng chính xác Các số liệu đo phải sử dụng hoặc trực tiếp trong quá trình quy hoạch để đạt đợc tính khả thi của từng trạm hoặc gián tiếp để hiệu chỉnh các hệ số của mô hình truyền sóng thực nghiệm nhằm thể hiện đặc trng môi trờng cụ thể tốt hơn.

Truyền sóng ở môi trờng thành phố bị hiện tợng che tối Để đảm bảo rằng 90% diện tích ô bằng hoặc lớn hơn ngỡng quy định, cần đa vào quỹ đờng truyền dự trữ pha đinh che tối ( phụ thuộc vào lệch tiêu chuẩn của mức tín hiệu ) Đối với môi trờng thành phố điển hình, cần sử dụng dự trữ pha đanh che tối bằng 8-9dB trên cơ sở coi rằng tổn hao đờng truyền tuân theo hàm mũ 2-5 đảo, nghĩa là tổn hao đờng truyền tỷ lệ nghịch khi khoảng cách tăng theo mũ 2-5 Giá trị công suất phụ thuộc vào các đặc trng truyền sóng.

Một nhân tố quan trọng khác ảnh hởng lên vùng phủ vô tuyến là tổn hao thâm nhập sóng vào toà nhà và ô tô Nếu vùng phủ phần ngoài toà nhà đủ, thì cần coi rằng tổn hao thâm nhập là 10-15dB Tuy nhiên để đảm bảo khởi xớng và thu cuộc gọi ở giữa các toà nhà cần sử dụng tổn hao thâm nhập 30dB Tơng tự đối với phủ sóng trong ô tô tổn hao thâm nhập cũng rất quan trọng Ô tô con sẽ bị tổn hao thâm nhập 3-6dB, trong khi đó các xe tải, xe Bus có tổn hao này lớn hơn Tổn hao thâm nhập ở đầu xe tải không lớn hơn ở xe con nhng tổn hao phía sau có thể tới 10-12dB phụ thuộc vào không gian cửa sổ Nh vậy đối với các mục đích thiết kế, cần cho phép tổn hao thâm nhập cao để đảm bảo chất lợng phục vụ tốt Đối với môi trờng thành phố, tổn hao thâm nhập toà nhà là nhân tố quan trọng nhất, vì thế thâm nhập ô tô sẽ đủ.

Các mô hình truyền sóng đợc sử dụng để xác định số lợng BS cần để đảm bảo các yêu cầu phủ sóng cho mạng Thiết kế ban đầu thờng đợc thực hiện cho vùng phủ Phát triển tiếp theo của thiết kế mạng là tính toán dung lợng Một số hệ thống có thể cần khởi đầu với vùng phủ rộng và dung lợng cao, nên có thể khởi đầu giai đoạn phát triển sau.

Yêu cầu vùng phủ đi cùng với các yêu cầu về tải lu lợng, chúng dựa trên mô hình truyền sóng đợc chọn để xác định phân bố lu lợng hay chuyển tải từ một BS sang các BS khác trong chơng trình giảm nhẹ dung lợng Mô hình truyền sóng hỗ trợ việc xác định vị trí đặt các BS để đạt đợc vị trí tối u trong mạng Nếu mô hình truyền sóng đợc sử dụng không hiệu quả để hỗ trợ cho việc đặt trạm đúng, thì xác xuất triển khai sai BS trong mạng sẽ cao.

Chất lợng của mạng bị tác động của mô hình truyền sóng đợc chọn, vì mô hình này đợc chọn để dự đoán nhiễu Thí dụ, nếu mô hình truyền sóng không chính xác 6dB và nếu coi rằng yêu cầu thiết kế Eb/N0 =7dB, thì E0/N0 có thể là 13dB hoặc 1dB Theo

tình trạng tải lu lợng thì thiết kế mức Eb/N0 cao có thể ảnh hởng xấu đến khả thi tài chính Ngợc lại việc thiết kế mức Eb/N0 thấp sẽ làm cho giảm chất lợng dịch vụ.

Mô hình truyền sóng cũng đợc sử dụng ở các khía cạnh hoạt động khác của hệ thống nh: tối u hoá chuyển giao, điều chỉnh mức công suất và định vị anten Mặc dù không có mô hình truyền sóng nào thể hiện đợc tất cả nhiễu xẫy ra ở môi trờng thực tế, nhng việc sử dụng một hoặc nhiều mô hình truyền sóng để xác định tổn hao đờng truyền là điều cần thiết Mỗi mô hình đợc sử dụng đều có u khuyết Chỉ có sự hiểu biết tốt nhất các hạn chế của mô hình mới có thể đạt đợc thiết kế vô tuyến tốt.

2.8 Suy hao đờng truyền 2.8.1 Mở đầu

ở thông tin vô tuyến đến điểm do anten đặt cao, nên suy hao đờng truyền tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng R cách giữa anten thu và phát (R2) ở thông tin di động anten MS gần mặt đất (khoảng 1,5m) nên suy hao tỷ lệ với luỹ thừa n khoảng cách giữa anten thu và phát (Rn) trong đó n>2 Để tính toán suy hao đờng truyền ngời ta lập các mô hình truyền sóng khác nhau Do đặc điểm truyền sóng không ổn định, nên các mô hình này đều mang tính thực nghiệm Dới đây là một số mô hình truyền sóng thờng đ-ợc sử dụng để tính toán suy hao đờng truyền

Thành phần thứ hai của ptr (2.2) thể hiện suy hao không đổi ở môi trờng ngoài trời giữa BS và MS Thành phần thứ nhất của ptr (2.2) thể hiện sự thay đổi của tổn hao xung quanh tổn hao đờng truyền trung bình Hàm này đợc xấp xĩ hoá bằng một phân bố Log chuẩn có giá trị trung bình bằng thành phần thứ hai và lệch chuẩn băng 8 dB Ngời ta đã chứng minh rằng giá trị này có thể áp dụng cho nhiều môi trờng truyền sóng gồm cả thành phố lẫn nông thôn

2.8.1.2 Các mô hình thực nghiệm

Một số mô hình nghiệm đã đợc đề xuất và đợc sử dụng để dự đoán các tổn hao truyền sóng Ta xét hai mô hình đợc sử dụng rộng rãi: Mô hình Hata -Okumura và

Đối với thành phố nhỏ và trung bình:

Mô hình Hata không xét đến mọi hiệu chỉnh cho đờng truyền cụ thể đợc sử dụng trong mô hình Okumara Mô hình Okumara có khuynh hớng trung bình hoá một số tình trạng cực điểm và không đáp ứng nhanh sự thay đổi nhanh của mặt cắt đờng truyền vô tuyến Thể hiện phụ thuộc vào khoảng cách của mô hình Okumara phù hợp với các giá trị đo các phép đo của Okumara chỉ đúng các kiểu toàn nhà ở Tokyo Kinh nghiệm đo đạc tơng tự ở Mỹ cho thấy rằng tình trạng ngoại ô điển hình ở Mỹ th-ờng ở một vị trí nào đó giữa các vùng nông thôn và các vùng thành thị Định nghĩa Okumara có tính thể hiện tốt hơn đối với từng gia đình thành phố với các nhóm nhà xếp thành hàng Mô hình Okumara yêu cầu thực hiện đánh giá thiết kế khá lớn, đặc biệt khi chọn lựa các yếu tố môi trờng phù hợp cần có các dữ liệu để có khả năng dự đoán các nhân tố môi trờng trên cơ sở tính chất vật lý của các toà nhà xung quanh máy thu di động Ngoài các nhân tố về môi trờng phù hợp cần thực hiện hiệu chỉnh theo đ-ờng truyền cụ thể để biến đổi dự toán tổn hao đđ-ờng truyền trung bình của Okumara và dự đoán cho đờng truyền cụ thể đợc khảo sát Các kỹ thuật Okumara để hiệu chỉnh mặt đất bất thờng và các đặc điểm khác của đờng truyền cụ thể đòi hỏi các diễn giải thiết kế và vì thế không phù hợp cho việc sử dụng máy tính

Đối với PCS làm việc ở tần số 1500-2000 LP Sử dụng ô micro (tầm phủ 0,5 - 1km) đợc tính theo mô hình COST 231- Hata khi anten cao hơn nóc nhà nh sau:

LP=46,3 +33,9lgfc -13,82lghb - a(hm) + (44,9 -6,55 lghb) lgR+cm dB (2.9) trong đó:

fc, hb, hm, a(hm) và R giống nh trên

cm =0 cho thành phố trung bình và các trung tâm ngoại ô, 3dB cho các trung tâm thành phố Công thức trên không áp dụng khi hb h của nóc nhà.

b Mô hình Walfisch/Ikegami

Mô hình này đợc sử dụng để đánh giá tổn hảo đờng truyền của môi trờng thành phố cho thông tin tổ ong Mô hình này là sự kết hợp giữa mô hình thực nghiệm và xác định để đánh giá tổn hao đờng truyền ở vùng thành phố trong dải tần 800-2000 MHz Trớc hết mô hình này đợc sử dụng ở Châu Âu cho hệ thống GSM và ở một số mô hình truyền sóng ở Mỹ Mô hình này chứa ba phần tử: Tổn hao không gian tự do nhiễu xạ

mái nhà - phố và tổn hao tán xạ (hình 2.1) và tổn hao do nhiều vật chắn Các biểu thức sử dụng cho mô hình này nh sau:

LP= Lf+Lrts +Lms dB (2.10) Hay

LP=Lf khi Lrts + Lms 0 (2.11) trong đó: Lf= tổn hao không gian tự do.

Lrts= nhiễu xạ mái nhà phố và tổn hao tán xạ.