Tài liệu BÁO CÁO ĐỀ TÀI Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 CDMA2000 doc

2.2 3G third generation Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệthống băng hẹp và được xây dựng dựa trên cơ chế chuyển mạch kênh nênkhông đáp ứng được nh

-o0o -BÁO CÁO ĐỀ TÀI

HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

Đề tài: Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

CDMA2000.

SVTH: Thái Hoàng Hữu Nghị 0620045

Huỳnh Văn Tưng 0620103 Nguyễn Văn Liêm 0620031 Nguyễn Kim Long 0620034 Nguyễn Thành Phương 0620053

Học kì I Năm học 2008-2009

Mục lục

A Phân công công việc 3

I Yêu cầu đặt ra 3

II Quá trình thực hiện 3

B Tìm hiểu về CDMA2000 4

I Tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 4

1 Công nghệ tương tự OG và 1G 4

2 Công nghệ số 2G và 3G 5

II Tổng quan về mạng thông tin di động 3G 7

1 Giới thiệu 7

2 Một số yêu cầu của mạng thông tin di động 3G 8

III Lộ trình phát triển lên CDMA2000 từ CDMAONE 8

1 Các giai đoạn phát triển 8

2 1xEV: 1xEV – DO và 1xEV – DV 9

IV Công nghệ CDMA2000 12

1 Giới thiệu về mạng thông tin di động CDMA2000 12

2 Tính năng 12

3 Kiến trúc mạng thông tin di động CDMA2000 15

4 Các lớp chính trong CDMA2000 19

5 Hoạt động của hệ thống thông tin di động CDMA2000 52

6 Điều khiển công suất 59

7 Chuyển giao ( Handoff ) 67

V Hướng phát triển hệ thống thông tin di động sau 3G 75

1 HSPDA ( 3.5G ) 75

2 4G ( fourth generation ) 76

C Kết luận 81

I Những kết luận về mạng thông tin di động 81

II Những việc thực hiện được 81

III Những việc chưa hoàn thành 81

A Phân công công việc

tìm hiểu và nắm bắt được khái niệm về các thuật ngữ chuyên ngành

hệ thống truyền thông

thông tin di động cũng như một số kiến trúc của mạng thông tin di

động

thức hoạt động của mạng CDMA2000

Bảng phân công công việc

Tìm hiểu lịch sử phát triển, cấu trúc hệ thống

thông tin di động

Tất cả các thành viên trongnhóm

Khía cạnh chủ yếu phân biệt giữa 0G và 1G là công nghệ 1G sử dụngmạng tổ ong (cellullar network) Một mạng tổ ong là một mạng tạo nên bởi một

số các cell Mỗi cell này được phục vụ bởi một máy phát cố định, thường gọi làtrạm gốc Trên thực tế, cũng có một vài ví dụ về việc sử dụng mạng tổ ong trong0G, nhưng điều làm nên sự khác biệt giữa 1G và 0G là 1G hỗ trợ việc kết nốiliền mạch khi di chuyển từ cell này sang cell khác Điều này có nghĩa là, khingười dùng ra khỏi tầm hoạt động của một trạm gốc trong khi đang thực hiệncuộc gọi, nếu sử dụng công nghệ 0G thì người dùng sẽ bị ngắt kết nối, trong khi

sử dụng công nghệ 1G người dùng sẽ không nhận thấy sự ngắt quãng nào Mộtkhía cạnh khác phân biệt 0G và 1G là các công nghệ 0G thường là bán songcông (có nghĩa là việc thu và phát âm thanh không xảy ra đồng thời)

Vào những năm 1970, các mạng sử dụng công nghệ 0G bị quá tảinghiêm trọng Một chuẩn tương tự khác được giới thiệu, đó là 1G Giống như0G, 1G sử dụng băng tần vô tuyến UHF Việc truyền âm thanh được thực hiện

mà không có sự mã hóa trên giao diện vô tuyến Điều này có nghĩa là bất cứ ai

có một máy quét đơn giản cũng có thể nghe được các cuộc điện đàm Các cốgắng của nhà chức trách nhằm ngăn chặn việc xâm nhập bất hợp pháp này đềukhông giải quyết được vấn đề Bên cạnh việc bảo vệ thông tin cá nhân, nhượcđiểm này của hệ thống còn đưa đến một vấn đề khác Bởi vì dữ liệu truyền được

gửi đi mà không mã hóa, các kỹ thuật bảo mật còn thô sơ dễ dàng lộ ra cho cáchacker

Hầu hết các công nghệ 1G chỉ có một dạng bảo mật, một thủ tục nhận thựchết sức thô sơ Thủ tục này bao gồm việc xác nhận hai số: số nhận dạng di độngMIN và số thuê bao điện tử ESN Quá trình xác nhận này diễn ra khi một thiết bị

di động bắt đầu liên lạc với hệ thống Đầu tiên, sổ đen (blacklist) sẽ được kiểmtra xem thiết bị di động này có bị khóa hay không Tiếp theo, một bản tin đượcgửi tới HLR để thông qua sự kết hợp của MIN và ESN Cả hai số này đượctruyền không mã hóa qua giao diện vô tuyến Hacker có thể nghe trộm và có thể

sử dụng các số này để tạo ra các bản sao bất hợp pháp mà với chúng, cáchacker có thể nhận thực thành công dưới dạng một thuê bao khác Vấn đề càngtrở nên trầm trọng khi nhiều nhà cung cấp thậm chí không thực hiện việc nhậnthực trên các máy di động do việc thiếu hụt sự chuẩn hóa và các lý do về hiệusuất Điều này gây nên việc sử dụng trái phép vô cùng lớn trong các mạng diđộng

2.1 2G ( second generation )

Mốc đánh dấu quan trọng trong quá trình phát triển của các công nghệ diđộng là sự ra đời của xử lý tín hiệu số DSP Nhờ có DSP, chất lượng thoại đượccải tiến đáng kể vì thông tin số không bị ảnh hưởng bởi méo Thêm vào đó, dảiphổ có thể được sử dụng một cách hiệu quả hơn hẳn nhờ có các kỹ thuật hợpkênh Bởi vì các kỹ thuật tương tự sử dụng FDMA, chỉ có một người dùng có thể

sử dụng một tần số xác định tại bất kỳ thời gian nào trong một cell Với côngnghệ 2G, vấn đề này được giải quyết bằng cách sử dụng TDMA và CDMA Các

kỹ thuật này cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một tần số

Cấu trúc bảo mật cũng có những bước cải tiến đáng kể Có hai chuẩnchính trong 2G: GSM và cdmaOne Cả hai chuẩn này đều sử dụng kỹ thuật đòihỏi – đáp ứng (challenge – response) để nhận diện người dùng Khi thực hiệncuộc gọi, thiết bị di động cần tính toán một đáp ứng cho đòi hỏi (dưới dạng một

số ngẫu nhiên) được gửi bởi mạng Đáp ứng này được tính toán sử dụng một

khóa bí mật duy nhất được lưu trên thiết bị di động đó Đáp ứng này sau đó cóthể được xác nhận bởi mạng, vì nó cũng lưu trữ khóa bí mật trùng với khóa lưutại thiết bị di động của người dùng Khóa này sau đó có thể sử dụng để thiết lậpviệc mã hóa trên đường truyền qua giao diện vô tuyến.

Nhìn lại những vấn đề đối với thế hệ tương tự, có thể kết luận rằng ít nhất

về mặt lý thuyết những vấn đề này đã được giải quyết Việc truyền dẫn đã được

mã hóa để bảo vệ thông tin cá nhân người dùng và sự tin cậy, một phương phápnhận thực tốt hơn được sử dụng Trên thực tế, lại có một số vấn đề nảy sinh.Đầu tiên, các chuẩn này có thể tin cậy được, về một mặt nào đó, dựa trên sựkhó hiểu của các thuật toán của nó Theo thời gian, bí mật về các thuật toán này

rò rỉ, có thể dễ dàng chứng minh rằng các thuật toán này trở nên yếu ớt Thứhai, các chuẩn này có nhiều khuyết điểm về mặt giao thức có thể sử dụng đểnhận thực bất hợp pháp một máy di động lậu Một nhược điểm nữa là việc thiếuhụt trong bảo vệ sự toàn vẹn Khi một thiết bị di động được nhận thực, nhưngkhông phải trong mạng, một trạm gốc giả có thể sử dụng để nhận việc nhận thực

dữ liệu từ một thuê bao không rõ nguồn gốc

2.2 3G ( third generation )

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệthống băng hẹp và được xây dựng dựa trên cơ chế chuyển mạch kênh nênkhông đáp ứng được nhu cầu của các dịch vụ mới, thêm vào đó là có quá nhiềutiêu chuẩn khác nhau, làm cho việc di chuyển của thuê bao giữa các quốc gianày với các quốc gia khác gặp nhiều khó khăn Chính vì lẽ đó mà các tổ chứcviễn thông trên thế giới thấy cần thiết phải tập hợp lại và đề ra phương án phải

có một tiêu chuẩn thống nhất chung để các hệ thống viễn thông di động tươnglai vừa đáp ứng được các yêu cầu của thời đại mới, vừa mang tính thống nhấtchung cho các hệ thống Kết quả là IMT – 2000 do ITU – R xây dựng đã ra đờinhằm đáp ứng các yêu cầu đó IMT – 2000 mở rộng đáng kể khả năng cung cấpdịch vụ và cho phép nhiều phương tiện thông tin có thể cùng hoạt động, từ cácphương tiện truyền thống cho đến các phương tiện hiện đại và các phương tiện

truyền thông đã có trong tương lai Vào năm 1999, ITU thông qua năm giao diện

vô tuyến sử dụng IMT – 2000 Đó là các giao diện:

 IMT – DS (Direct Spead) – Trải phổ trực tiếp: còn được biết đến

với tên WCDMA hay UTRA – FDD và được sử dụng trong UMTS

 IMT – MC (Multi Carrier) – Đa sóng mang: còn được gọi là

CDMA2000

 IMT – TD (Time Division) – Phân chia theo thời gian: bao gồm

TD – CDMA và TD – SCDMA, cả hai đều được chuẩn hóa để sử dụngtrong UMTS

 IMT – SC (Single Carrier) – Đơn sóng mang: còn được gọi là

UWC – 136 hoặc EDGE

 IMT – FT (Frequency Time): còn được gọi là DECT

Trong năm giao diện này, IMT – DS (hay UMTS) và IMT – MC (hayCDMA2000) được coi là hai chuẩn chính UMTS được phát triển ở châu Âu và làthế hệ sau của GSM CDMA2000 là thế hệ sau của cdmaOne và được phát triển

ở Mỹ

Hình 1: Quá trình phát triển từ công nghệ 2G lên 3G.

3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation).

3G (third generation technology) là tiêu chuẩn truyền thông di động băngthông rộng thế hệ thứ 3 tuân thủ theo các chỉ định trong IMT-2000 của ITU (Tổchức viễn thông thế giới) Chuẩn 3G cho phép truyền không dây dữ liệu thoại

và phi thoại (gửi email, hình ảnh, video )

2 Một số yêu cầu của mạng thông tin di động 3G

Hệ thống thông tin di động ba xây dựng trên tiêu chuẩn IMT-2000 Vớicác tiêu chuẩn sau:

tin vô tuyến

1 Các giai đoạn phát triển

Một trong những mục đích của chuẩn 3G là tăng cường sự phát triển của

hệ thống 2G hiện tại, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng hiện có CDMA2000 là hệthống 3G phát triển từ hệ thống CDMA hiện tại ở Bắc Mỹ là cdmaOne Chuẩnđược quy định cho CDMA2000 bao gồm 2 giai đoạn: 1xRTT và 3xRTT 1xRTTđược coi là giai đoạn I của CDMA2000 3G và 3xRTT là giai đoạn II củaCDMA2000 3G

 Giai đoạn thứ nhất được định nghĩa là chuẩn có tên 1xRTT.Được hoàn tất vào tháng 7 năm 1999, giai đoạn này của CDMA2000mang tên là chuẩn TIA theo IS-2000 và mang tên là chuẩn MC-1Xtheo ITU 1xRTT cung cấp gấp đôi dung lượng thoại và thời gian chờ

so với IS-95, và cho phép tốc độ dữ liệu lên tới 384 Kbps (theo lýthuyết) Nó hoạt động ở kênh 1.25 MHz

các khả năng của 1xRTT, có tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps (theo lýthuyết), hỗ trợ tất cả các loại kênh (5 MHz, 10 MHz, vv )

2. 1xEV: 1xEV – DO và 1xEV – DV

1xEV là bước phát triển kế tiếp của 1x Nớ dựa trên công nghệ tốc độ dữliệu cao Qualcomm HDR Các xu hướng dẫn đến sự ra đời của 1xEV là:

tốc độ cao để hỗ trợ các dịch vụ dựa trên nền Internet ở hiện tại vàtrong tương lai sẽ trở nên hết sức quan trọng

thống 1.25 MHz trở nên hấp dẫn hơn nhiều so với hệ thống 5 MHz(3x), chỉ cần đạt được hiệu suất tương đương Những nhà khai thác

và người dùng sẽ được lợi từ những hệ thống này thông qua:

liệu gói

nhiều so với hệ thống 3x trong việc phát triển lên từ hệ thống 2Ghiện tại

 Hệ thống CDMA2000 1x tối thiểu hóa tác động trên các thiết

bị trong vùng tế bào và các thiết bị cầm tay trong việc cung cấp cácdịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao

Để đạt được các yêu cầu của nhà khai thác CDMA2000 trong việc triểnkhai các dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao trong sóng mang 1.25 MHz, 1xEV sẽđược định nghĩa trong hai giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Tối ưu hóa hệ thống cho các dịch vụ dữ liệu gói tốc độ

cao, không thời gian thực.Dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao hoạt độngtrên một sóng mang Nếu thuê bao cần thoại hoặc các dịch vụ thờigian thực khác, hệ thống 1xEV sẽ sử dụng CDMA2000 1x để thực thidịch vụ đó Mục đích là nhằm làm cho hoạt động dễ hiểu đối vớingười dùng

 Giai đoạn 2: Hệ thống đồng thời hỗ trợ dữ liệu gói tốc độ cao và dịch

Nó yêu cầu một khoảng phổ dành riêng, tách biệt với mạng thoại sử dụng cácchuẩn như 1xRTT

Có hai phiên bản của 1xEV-DO: "Release 0" và "Revision A"

 Release 0 là phiên bản nguyên thủy, và là phiên bản được triển khairộng rãi đầu tiên Release 0 cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 2.4 Mbps,trung bình là 300-600 kbps trong thực tế Tốc độ này nhanh hơn rất

nhiều so với tốc độ 50-80 kbps cung cấp bởi 1xRTT Tốc độ dữ liệucủa Release 0 tương đồng với tốc độ dữ liệu của 1xEV-DV RevisionC.

 Revision A tích hợp hầu hết công nghệ dữ liệu từ 1xEV-DV Revision

D, và cải thiện ngấm ngầm Những nâng cao này cho phép các tínhnăng như VoIP và thoại video

Mặc dù EV-DO về nguyên bản không có khả năng thoại, Revision A đủnhanh để cung cấp công nghệ VoIP tại mức độ dịch vụ bằng hoặc tốt hơn so vớicông nghệ thoại 1xRTT Đây có thể là con đường phát triển của CDMA nếu sựphát triển của 1xEV-DV vẫn bị ngừng trệ 1xEV-DO được dựa trên công nghệ dữliệu tốc độ cao HDR hoặc dữ liệu gói tốc độ cao HRPD, phát triển bởiQualcomm Chuẩn quốc tế gọi là IS-856

2.2 1xEV – DV

1xEV-DV là một chuẩn trong họ các tiêu chuẩn vô tuyến của CDMA20001x EV-DV là viết tắt của “Evolution, Data and Voice” 1xEV-DV kết hợp cả côngnghệ tốc độ cao HDR từ 1xEV-DO với chuẩn 1xRTT được triển khai rộng rãi Nótích hợp liền mạch với 1xRTT, cung cấp khả năng tương thích với các hệ thống

cũ và đồng thời cả thoại và dữ liệu

Có hai phiên bản của 1xEV-DV: "Revision C" và "Revision D"

nghĩa là tốc độ download sẽ nhanh hơn Chiều ngược giống nhưchuẩn 1xRTT

tưởng cho các ứng dụng như hội thoại video và tải lên các file dunglượng lớn Revision D cũng tích hợp việc nhận dạng thiết bị di độngMEID.Sự phát triển 1xEV-DV đang bị chững lại, bị cản trở bởi 1xEV-

DO Revision A và công nghệ VoIP

IV Công nghệ CDMA2000

1 Giới thiệu về mạng thông tin di động CDMA2000

Một trong 2 chuẩn 3G quan trọng là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của cácchuẩn 2G CDMA và IS-95 Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuônkhổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2,

là tổ chức độc lập với 3GPP Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được

sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s Chuẩnnày đã được chấp nhận bởi ITU

2.1 Loại lưu lượng

CDMA2000, cũng như các công nghệ 3G khác, hỗ trợ các loại lưu lượngsau ( tốc độ dữ liệu từ 9.6 kbps đến 2 Mbps)

UDP tại lớp giao vận Nằm trong loại này là các ứng dụng Internet,các dịch vụ đa phương tiện loại H.323 vv

ví dụ như fax, truy cập dial-up không đồng bộ, các dịch vụ đaphương tiện loại H.321 nơi mà audio, video, dữ liệu, điều khiển vàchỉ thị được truyền trên mô phỏng kênh qua ATM

 SMS ( Short Messaging Service)

 Dịch vụ báo hiệu

Hệ thống 3G được dự kiến cho các môi trường trong nhà và ngoài trời, cácứng dụng bộ hành hoặc trên xe cộ, và các môi trường cố định như tổng đài nộihạt vô tuyến (wireless local loop) Kích cỡ tế bào từ vài chục mét (nhỏ hơn 50 mđối với picocell) tới vài chục km (hơn 35 km cho các tế bào cỡ lớn)

2.2 Độ rộng băng

Hệ thống CDMA2000 có thể hoạt động ở các độ rộng băng khác nhau vớimột hoặc nhiều sóng mang Trong hệ thống đa sóng mang, các sóng mang cạnhnhau phải cách nhau ít nhất 1.25 MHz Trong hệ thống đa sóng mang thực sự,mỗi sóng mang thường có độ rộng băng 1.25 MHz và được phân biệt với sóngmang IS-95 bằng mã trực giao Tuy nhiên, khi ba sóng mang được sử dụngtrong hệ thống đa sóng mang, băng thông yêu cầu là 5 MHz Để cung cấp cácdịch vụ dữ liệu tốc độ cao, một kênh đơn có thể có độ rộng băng danh định là 5MHz với tốc độ chip 3.6864 Mcps ( = 3 x 1.22887 Mc/s) Băng thông BW tronghình 4, ngoài mật độ công suất có thể bỏ qua, tùy thuộc vào bộ lọc tạo dạng tạibăng gốc Nếu bộ lọc cosine tăng được sử dụng, BW = Rc(1 + α), trong đó R), trong đó Rc làtốc độ chip và α), trong đó R là thừa số cắt lăn (rolloff factor) Nếu α), trong đó R = 0.25, BW = 4.6 MHz,

và do đó dải bảo vệ G = 200 kHz Rõ ràng, một lợi thế của băng thông rộng hơn

là nó cung cấp nhiều đường hơn để có thể sử dụng trong bộ thu đa đường đểtăng cường hoạt động của hệ thống

Hình 2: Độ rộng băng trong CDMA2000.

2.3 Chất lượng dịch vụ QoS ( quality of service )

Bất cứ lúc nào, đa ứng dụng cũng có thể chạy trên một trạm di động MS.Người dùng có thể yêu cầu chất lượng dịch vụ tùy theo ứng dụng, và mạngđược mong đợi là sẽ đảm bảo chất lượng yêu cầu mà không có sự sút giảmđáng kể trong QoS đã quy ước với khách hàng.

2.4 Các dịch vụ dữ liệu gói

CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu gói Từ lúc khởi đầu, nếu có một gói

để gửi, người dùng cố gắng thiết lập các kênh điều khiển dùng chung và dùngriêng sử dụng phương thức đa truy cập phân khe Aloha Trong phương thứcnày, một xung nhịp tham chiếu được sử dụng để tạo ra một dãy các khe thờigian có độ dài bằng nhau Khi người dùng có một gói cần gửi, nó có thể bắt đầutruyền, nhưng chỉ tại lúc bắt đầu của một khe thời gian chứ không phải tạikhoảng thời gian bất kỳ lúc nào Lưu ý rằng mặc dù người dùng được đồng bộhóa nhờ xung nhịp tham chiếu, có một vài xác suất rằng có thể có hai ngườidùng hoặc nhiều hơn có thể bắt đầu truyền tại cùng một thời điểm Khi các kênhnày được thiết lập, người dùng có thể gửi các gói tin thông qua kênh điều khiểndùng riêng, và có thể yêu cầu một kênh lưu lượng hoặc một độ rộng băng thíchhợp Một khi kênh lưu lượng đã được cấp, người dùng truyền gói tin, việc bảo trì

sự đồng bộ hóa và điều khiển công suất là cần thiết, và việc giải phóng kênh lưulượng ngay sau khi truyền xong hoặc sau một khoảng thời gian nhất định Nếukhông còn gói nào để gửi, kênh điều khiển dùng riêng cũng được giải phóng saumột khoảng thời gian, nhưng kết nối lớp mạng và lớp liên kết vẫn được duy trìtrong một khoảng thời gian để nếu có gói mới đến thì vẫn sẽ được truyền màkhông bị mất thời gian thiết lập kênh Tại cuối khoảng thời gian đó, các gói ngắn

và không thường xuyên sẽ được gửi qua một kênh điều khiển dùng chung.Người dùng có thể ngắt kết nối tại thời điểm đó, hoặc tiếp tục trong trạng thái đó

vô hạn, hoặc tái thiết lập kênh điều khiển dùng riêng và kênh lưu lượng nếu cócác gói lớn hoặc thường xuyên cần gửi

3 Kiến trúc mạng thông tin di động CDMA2000

Hình 3: Kiến trúc cơ bản của mạng CDMA2000.

3.1 Các thành phần của hệ thống

truy cập vào mạng MS có thể là điện thoại cầm tay, máy tính…

nhiệm cấp phát các tài nguyên cho các thuê bao BTS chứa các thiết

bị thu phát vô tuyến, nó là giao diện giữa mạng CDMA2000 và thiết bịcủa người sử dụng UE (User Equipment)

vụ điều khiển các BTS gắn với nó và định tuyến các gói đến và đi từPSDN Ngoài ra, BSC còn làm nhiệm vụ điều khiển/quản lý chuyểngiao

 Trung tâm chuyển mạch di động MSC(Mobile Switching Centre):thực hiện vai trò của chuyển mạch trung tâm, thiết lập và định tuyếncuộc gọi, thu thập thông tin tính cước, quản lý di động, gửi cuộc gọitới PSTN/Internet.

sở dữ liệu lưu thông tin về thuê bao

dữ liệu lưu thông tin thuê bao đang hoạt động trên một MSC nhấtđịnh

bao trước khi cho phép cung cấp dịch vụ cho thuê bao đó

 IWF (Interworking Function): cho phép các dịch vụ dữ liệuchuyển mạch kênh

có ở mạng 3G, cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói

(Authentication, Authorization, and Accounting): là một server cungcấp các dịch vụ nhận thực, trao quyền và thanh toán cho PSDN, lầnlượt chuyển các dịch vụ kết nối với mạng dữ liệu gói cho người dùng

di động

3.2 Các giao thức sử dụng

Trong cấu trúc mạng CDMA2000 ở trên, có các giao diện giữa các thànhphần mạng được thêm vào để cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói.Việc định nghĩa các giao diện này thường được quy định bởi các chuẩn Một sốchuẩn quan trọng là:

và BSC trong mạng CDMA2000

Specification), là chuẩn định nghĩa giao diện giữa BSC và PDSN Nó

cũng định nghĩa giao diện giữa BSC và MSC, cũng như giao diệngiữa các BSC với nhau nhằm quản lý di động.

dụng ở mạng 3G Nó định nghĩa giao diện giữa MSC, HLR, VLR, và

AC, cũng như giao diện giữa các MSC với nhau

3.3 Simple internet protocol ( Simple IP )

Simple IP là 1 giao thức truyền nhận gói dữ liệu đơn giản

Hình 4: Một gói dữ liệu được trao đổi giữa MS và server.

Nếu một MS có địa chỉ IP là M,và server có địa chỉ IP là S thì dữ liệu đượctrao đổi giữa MS và server.Khi đi từ MS đến server,gói dữ liệu có địa chỉ nguồn

là M và địa chỉ đích là S.Và ngược lại,khi đi từ server đến MS,gói dữ liệu có địachỉ nguồn là S,địa chỉ đích là M

Nhược điểm:Khi MS di chuyển sang một PSDN khác thì có xảy ra sựchuyển giao (handoff) giữa các BSC hoặc giữa các MSC nhưng kết nối sẽ bịngắt

3.4 Mobile internet protocol ( Mobile IP )

Đây là một giao thức truyền nhận dữ liệu động

Chức năng:Duy trì kết nối khi MS di chuyển từ PSDN này sang một PSDNkhác

Hình 5: Gói dữ liệu được gửi và nhận khi MS di chuyển.

Xuất hiện thêm 2 thành phần mới là home agent (HA) và foreign agent(FA):

những gói dữ liệu đến foreign agent

MS tại thời điểm hiện tại

Khi MS di chuyển từ home PSDN đến foreign PSDN,gói dữ liệu do MSgửi vẫn đến được server vì gói dữ liệu này mang địa chỉ đến là S.Ngược lại,khiserver gửi xuống MS thì server vẫn lấy địa chỉ là M.Do đó gói dữ liệu được gửitới HA,và HA có nhiệm vụ gửi tới FA.Cuối cùng FA sẽ gửi cho MS

Mobile IP có thêm 2 chức năng mới là :

 MS’registration with the FA :Khi một MS di chuyển tới 1 PSDNkhác thì MS phải đăng kí với FA.Foreign agent sẽ tạo ra một địa chỉtạm thời T.

đăng kí địa chỉ này tới MS’HA

Từ đó đảm bảo HA gửi gói dữ liệu đúng cho MS

4 Các lớp chính trong CDMA2000

Hình 6: Các lớp chính trong mạng CDMA2000.

4.1 Lớp vật lý

Lớp vật lý chịu trách nhiệm phát và thu các bit thông qua phương tiện vật

lý Vì phương tiện vật lý trong trường hợp này là không trung, nên lớp vật lý phảichuyển đổi bit sang dạng sóng (điều chế) để cho phép truyền qua không trung.Bên cạnh việc điều chế, lớp vật lý còn thực hiện các chức năng mã hóa để thựchiện các chức năng điều khiển lỗi tại mức bit và mức khung

F-CACH (Common Assignment Channel)F-CPCCH (Common Power Control Channel)F-SYNCH (Sync Channel)

F-PICH (Forward Hoa tiêu Channel)F-TDPICH (Transmit Diversity Hoa tiêu Channel)F-APICH (Auxiliary Hoa tiêu Channel)

F-ATDPICH (Auxiliary Transmit Diversity Hoa tiêuChannel)

F-SCCH (Forward Supplemental Code Channel)

R-EACH (Enhanced Access Channel)R-CCCH (Reverse Common Control Channel)

R-DCCH (Reverse Dedicated Control Channel)

Kênh người dùng

R-FCH (Reverse Fundamental Channel)R-SCH (Reverse Supplemental Channel)

R-SCCH (Reverse Supplemental Code Channel)

Hình sau minh họa sơ đồ đơn giản của các chức năng truyền dẫn củakênh xuôi của hệ thống CDMA2000 đơn sóng mang trải phổ trực tiếp Để đơngiản, chỉ có một số kênh xuôi vật lý được đưa ra trong hình CDMA2000 có hailoại kênh lưu lượng – kênh cơ bản và kênh phụ Một số tốc độ dữ liệu được hỗtrợ Tùy thuộc vào tốc độ dữ liệu, mã xoắn với tốc độ 1/2, 3/8, 1/3, hoặc 1/4 cóthể được sử dụng Cả hai loại khung 10 ms và 5 ms đều được hỗ trợ Các biểutượng của kênh I và kênh Q được nhân với các hệ số tích lũy (gain factor) đểcung cấp thêm một số điều khiển công suất Cũng như trong IS-95, các tế bàođược phân tách bởi các độ lệch (offset) của các dãy PN khác nhau (chu kì của

phức được sử dụng bằng cách, đầu tiên, thêm các giá trị thực của dãy I và Qtrong phép cầu phương (quadrature) để kết quả trở thành số phức và sau đó

nhân nó với một số phức khác SI +jSQ, trong đó SI và SQ lần lượt là các PN hoatiêu của kênh I và kênh Q Kết quả của phép nhân này là một đại lượng phức cócác thành phần đồng pha và vuông pha được biểu diễn ở góc dưới của hình vẽ.

Với việc trải phổ phức, lối ra của bộ lọc tạo dạng sẽ bằng 0 chỉ với xácsuất thấp, do đó cải thiện hiệu quả công suất

Hình 7: Sơ đồ truyền dẫn của kênh xuôi trong CDMA2000.

4.1.5 Chức năng truyền dẫn của kênh ngược

Hình 8: Sơ đồ truyền dẫn của kênh ngược trong CDMA2000.

Sơ đồ khối chức năng của kênh ngược của hệ thống CDMA2000 trải phổtrực tiếp được biểu diễn trên hình 6 Trước tiên hãy xem xét kênh cơ bản Dữliệu đến trong kênh này được xử lý theo cách thông thường Tùy thuộc vào tốc

độ dữ liệu người dùng, một số bit chỉ thị chất lượng khung dưới dạng CRC đượcthêm vào khung Một vài bit đuôi được thêm vào để đảm bảo việc hoạt độngchuẩn xác của bộ mã hóa kênh, có thể là bộ mã hóa mã xoắn hoặc mã khối.Biểu tượng mã được lặp lại, nhưng tùy thuộc vào tốc độ, một vài biểu tượng bịxóa Lối ra của bộ ghép xen (interleaver) được trải phổ với mã Walsh, ánh xạ tớicác biểu tượng điều chế, và nhân với các hệ số tích lũy (gain factor), kết quả là

lý cũng theo cách đó, mặc dù chi tiết có thể khác biệt trong một số trường hợp

Ví dụ như, sự bỏ đi các biểu tượng không được thực hiện trên kênh điều khiểndành riêng Tương tự, kênh hoa tiêu ngược R-PICH, có các chuỗi bit 0 (có giá trịthực là +1), được xử lý khác bởi vì nó không được mã hóa thành mã kênh, ghépxen theo ghép xen khối, hoặc nhân bởi mã Walsh Tuy nhiên, một bit điều khiển

công suất được thêm vào kênh hoa tiêu cho mỗi nhóm điều khiển công suấthoặc 16 bit điều khiển công suất trên một khung Đề đơn giản, bỏ qua sự lặp lạinày và chủ yếu quan tâm đến lối ra sau khi xử lý của các kênh này là Asub1, Asub2,

Acont, and Ahoa tiêu Kênh cơ bản và kênh phụ 1 được hợp lại tạo ra lối ra Q Tương

tự, các kênh còn lại được tập hợp riêng biệt, cho lối ra I Chú ý rằng trong trườnghợp này, các dãy kênh I và Q tạo nên bởi mã hóa QPSK là độc lập với nhau bởi

vì nó được tạo ra từ các kênh khác nhau và không phải bởi việc chia dòng dữliệu của một kênh thành hai dòng phụ Các chuỗi I và Q được trải phổ bởi mãphức dưới dạng SI + jSQ, trong đó SI và SQ là do người dùng định nghĩa bởi vì nóđược lấy từ mã mặt nạ 42-bit gán cho mỗi người dùng, các dãy PN hoa tiêukênh I và kênh Q, và mã Walsh

4.2 Medium Access Layer ( MAC )

Là giao diện giữa lớp vật lý, lớp phụ LAC và lớp trên cùng (upperlayer).Lớp MAC điều khiển việc truy cập của các lớp cao hơn vào môi trườngvật lý được chia sẽ bởi nhiều người sử dụng

Là 1 đại lượng logic của thông tin báo hiệu và dữ liệu được trao đổi giữacác khối chức năng ở lớp MAC, với lớp LAC hay lớp Upper.

Có 2 loại là:

được chấp nhận ở nơi cung cấp từ nơi yêu cầu gửi đến

từ nơi cung cấp gửi đến nơi yêu cầu

Primitive là một dạng truyền tin giữa lớp chính và lớp con.Trong đó chứathông tin truyền tải và thông tin điều khiển

Hai dạng primitive được sử dung nhiều nhất là:

cung cấp.Một thiết bị yêu cầu dùng request primitive để yêu cầu sựphục vụ hay một tài nguyên

yêu cầu để thông báo thông tin mà dịch vụ yêu cầu đã được thựchiện

Một primitive có thể được viết dưới dạng:

Layer/sublayer-Primitive_name.Primitive_Types (Parameters)

Trong đó:

(physical layer) hoặc MAC (MAC sublayer)

thước của dữ liệu

Ví dụ: Khi lớp phụ MAC yêu cầu lớp PHY truyền dữ liệu trên kênh

F-CCCH,lớp phụ MAC gửi 1 prequest primitive đến lớp PHY:

PHY-FCCCH.Request (sdu,…,num_bits)

4.2.6 Lớp con hợp nhất

Bao gồm kênh chung và kênh chuyên dụng có nhiệm vụ sắp xếp giữa cáckênh vật lý và các kênh logic

Sự sắp xếp giữa kênh vật lý và kênh logic ở kênh xuôi.

Sự sắp xếp giữa kênh vật lý và kênh logic ở kênh ngược.

f-csch

f-dsch

f-dtch

Forward common signaling channel

Forward dedicaded signaling channel

Forward dedicaded traffic channel

F-SYNCH F-PCH F-CCCH F-BCCH F-CPCCH F-CACH

F-DCCH F-FCH

F-DCCH F-FCH

F-SCH

Sync channel Paging channel Forward common control channel Broadcast control channel

Common power control channel Common assignment channel Forward dedicated control channel Forward fundamental channel Forward dedicated control channel Forward fundamental channel Forward supplemental channel

Khi truyền,lớp con MAC sẽ tập hợp các khối dữ liệu thành các SDU vàgửi xuống cho lớp vật lý để truyền đi.

Khi nhận,lớp con MAC sẽ nhận các SDU, phân chia thành các khối dữliệu,và gửi lên các lớp cao hơn

r-csch

r-dsch

r-dtch

Reverse common signaling channel

Reverse dedicaded signaling channel

Reverse dedicaded traffic channel

R-ACH R-EACH R-CCCH R-DCCH R-FCH

R-DCCH R-FCH

R-SCH

Access channel Enhanced access channel

Reverse common control channel Reverse dedicated control channel Reverse fundamental channel Reverse dedicated control channel Reverse fundamental channel Reverse supplemental channel

Hình 9: minh họa ngõ vào và ngõ ra của multiflex sublayers.

Quá trình hợp các khối dữ liệu thành SDU

Hình 10: quá trình hợp khối dữ liệu.

Chức năng:

 Điều khiển cách thức di chuyển các gói dữ liệu trên kênh chuyêndụng.

Các cơ chế phát hiện lỗi:

có lỗi thì phía nhận sẽ gửi tín hiệu ACK đến phía truyền xác nhận việcnhận đã thành công

thì phía nhận sẽ gửi tín hiệu NAK đến phía truyền xác nhận việc nhậnchưa thành công

khi nhận được tín hiệu NAK

Việc phân phát và nhận các gói dữ liệu được đảm bảo nhờ các cơ chếnày

Hình 11: Sơ đồ phân phát gói dữ liệu.

Quá trình truyền ngược lại giữa phía truyền và phía nhận

Trong đó:

 a1,a2,….a15;b1,b2,…,b14 là các thời điểm truyền và nhận.

Có 4 gói dữ liệu được truyền đi vào các thời điểm a1,a2,a3,a4.Tại thờiđiểm b1,b2,b3,b4 nhận gói dữ liệu tương ứng SEQ 0,SEQ 1,SEQ 2,SEQ 3,SEQ4.Nhưng tại thời điểm b2 gói dữ liệu bị lỗi,không nhận được.Do đó phía nhận gửitín hiệu báo lỗi NAK 0 vào thời điểm b3 về phía truyền để yêu cầu gửi lại.Phíatruyền phải đợi 1 khỏang thời gian delay D sau đó mới truyền tiếp

Trong mạng CDMA, RPL dùng từ 8 đến 12 bit truyền dữ liệu nên tốc độtruyền lên tới 2Mbit/s

Điều khiển việc xử lý các tín hiệu báo hiệu trên kênh báo hiệu chung.Gồm có các kênh:F-SYNCH,F-PCH,F-CACH,F-CCCH,F-BCCH,R-ACH,R-EACH,R-CCCH

Chức năng:

nhận các tín hiệu báo hiệu

Hình 12: cách xử lý trên kênh F-CCCH tại trạm gốc.

4.3 Link Access Control ( Lớp LAC )

lặp lai yêu cầu

chia và hợp lại

Hình 13: các lớp con trong LAC.

(Mobile Identified Number)

cập vào hệ thống dùng kênh báo hiệu chung.Sau đó,máy di độngdùng kênh chuyên dụng

báo hiệu chung

 ARQ sublayer

Có các cơ chế phát hiện lỗi,và truyền lại khi dữ liệu bị lỗi.Do đó đảm bảoviệc phân phát dữ liệu xảy ra 1 cách chính xác nhất

Định rõ 2 dạng phân phát dữ liệu tới lớp upper:

khoảng thời gian cố định đến khi nhận được tín hiệu ACK từ phíanhận.Nếu số lần truyền lại vượt qua số lần truyền định trước thì lớpLAC sẽ hủy bỏ việc truyền thêm nữa

không gửi lại tín hiệu ACK.Do đó lớp LAC phải truyền dữ liệu nhiềulần.phía nhận sẽ phát hiện và giữ lại những dữ liệu giống nhau

Khi truyền,SAR phân chia các PDU thành những đoạn mà lớp MAC cóthể truyền đi.Đồng thời tính ra các bit kiểm tra chu kỳ dư thừa (CRC) và gắn vàocác PDU

Khi nhận,SAR sẽ hợp các đoạn nhận được từ lớp MAC thành các PDU vàgửi đến các lớp con cao hơn.Ngoài ra,SAR kiểm tra các bit (CRC) để xác nhận

dữ liệu nhận được là đúng

Quá trình này xảy ra ở trạm gốc và trạm di động

Khi trạm gốc (Base Station-BS) truyền dữ liệu báo hiệu chung đến trạm diđộng (Mobile station-MS) thì các lớp con của LAC sẽ thực hiện các bước xử lýnhư hình vẽ.Chỉ có 4 lớp con của LAC liên quan bởi vì authentication sublayerđược BS dùng để xác thực các máy di động

Hình 14: Quá trình báo hiệu chung ở kênh xuôi ở BS.

Đầu tiên,upper layer gửi đơn vị tải dữ liệu xuống cho ARQ,ARQ sẽ thêmvào các trường xác nhận thích hợp nhất,và lớp con addressing sẽ thêm các bitđịnh địa chỉ thích hợp nhất (địa chỉ của máy di động).Tiếp đến,một phần của LACPDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào cácchức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính ra mãCRC và đính kèm vào đơn vị dữ liệu.Khi dung lượng trên kênh vật lý đã sẵnsàng,nó sẽ báo hiệu cho SAR và SAR sẽ truyền các đoạn PDU xuống lớpMAC.Dữ liệu báo hiệu chung ở kênh xuôi được truyền trên kênh logic f-csch

Khi MS nhận tín hiệu từ BS,quá trình này xảy ra ngược lại như hình vẽsau

Hình 15: Quá trình báo hiệu chung kênh xuôi ở MS.

Khi máy di động truyền tín hiệu trên kênh báo hiệu chung đến BS thì xảy

ra các bước xử lý như hình vẽ sau.Trong đó tất cả các lớp con của lớp LAC đềuđược sử dụng

Hình 16 :Báo hiệu chung kênh ngược ở MS.

Máy di động sử dụng lớp con authentication để gửi mã nhận dạng (MIN)đến BS Đầu tiên,upper layer gửi đơn vị tải dữ liệu (PDU) xuống cho lớp conauthentication.Tại đây,PDU được thêm vào mã xác minh.Sau đó chuyển xuốnglớp con ARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất,và lớp conaddressing sẽ thêm các bit định địa chỉ thích hợp nhất (địa chỉ của máy diđộng).Tiếp đến, một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợpnhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận cácđơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính ra mã CRC và đính kèm vào đơn vị dữ liệu.Khidung lượng trên kênh vật lý đã sẵn sàng,nó sẽ báo hiệu cho SAR và SAR sẽ

truyền các đoạn PDU xuống lớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chung ở kênh ngượcđược truyền trên kênh logic r-csch.

Khi BS nhận tín hiệu từ máy di động,quá trình này xảy ra ngược lại nhưhình vẽ sau

Hình 17 :Báo hiệu chung kênh ngược ở BS.

Hình vẽ sau minh họa việc xử lý khi BS truyền dữ liệu báo hiệu chuyêndụng đến máy di động.Trong trường hợp này chỉ liên quan đếnARQ,utility,SAR.Các lớp authentication và addressing không hoạt động vì mỗimáy di động khi nhận dữ liệu trên kênh chuyên dụng đã có sẵn mã nhận diện(mã Walsh),và máy di động không cần phải xác nhận BS

Hình 18 :Báo hiệu chuyên dụng kênh xuôi ở BS.

Tại BS, upper layer gửi đơn vị tải dữ liệu (PDU) xuống cho lớp conARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất.Tiếp đến,một phầncủa LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêmvào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SARtính ra mã CRC và đính kèm vào đơn vị dữ liệu.Khi dung lượng trên kênh vật lý

đã sẵn sàng,nó sẽ báo hiệu cho SAR và SAR sẽ truyền các đoạn PDU xuốnglớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chuyên dụng ở kênh xuôi được truyền trên kênh logicf-dsch

Hình 19 :Báo hiệu chuyên dụng kênh xuôi ở MS.

Hình sau minh họa việc xử lý khi máy di động nhận dữ liệu báo hiệuchuyên dụng từ BS.Tại đây,việc xử lý được thực hiện ngược lại

Hình 20 :Báo hiệu chuyên dụng kênh ngược ở MS.

Lớp con LAC xử lý tín hiệu báo hiệu chuyên dụng ở hướng ngược tương

tự như ở kênh xuôi,chỉ khác ở chỗ tín hiệu báo hiệu chuyên dụng truyền đi trênkênh r-dsch

Hình 21: Báo hiệu chuyên dụng kênh ngược ở BS.

Các primitive được sử dụng để truyền đơn vị dữ liệu và tín hiệu điều khiểngiữa các lớp với nhau.Đơn vị dữ liệu được truyền là một trong những thông sốcủa primitive