Nghiên cứu Công nghệ Điện thoại di động Giải pháp Ứng dụng.pdf

Nghiên cứu Công nghệ Điện thoại di động Giải pháp Ứng dụng.pdf

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CDMA2000 1XEV-DO VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG MÃ SỐ:

NGUYỄN THÁI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS HÀ QUỐC TRUNG

HÀ NỘI 2006

và hiểu biết thực tế của em, không sao chép

Tác giả luận văn

Nguyễn Thái Trường

CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC BẢNG 9

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN LÊN 3G 3

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3

I.1 Giới thiệu chung 3

I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA 3

I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống 3

I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi 7

I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá 8

I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin 8

I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng 8

I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin 8

I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu 9

I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng 9

I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay 9

I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x 11

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO 14

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO 14

II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO 14

II.2 Các đặc điểm mới của 1xEVDO 17

II.2.1 Tăng tốc độ cụm dữ liệu 17

II.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO 18

II.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến 19

II.2.7 Lý do lựa chọn 1x EVDO 24

II.3 Giao diện vô tuyến của 1x EV-DO 26

II.3.1 Đường xuống 26

II.3.2 Đường lên 35

II.4 Cơ chế hoạt động của 1x EV-DO 37

II.4.1 Điều khiển công suất 37

II.4.2 Điều khiển tải trong 1x EVDO 39

II.4.3 Cơ chế bảo mật của 1xEVDO 41

II.4.4 Chuyển giao 42

II.5 Cơ chế xử lý cuộc gọi 51

II.5.1 Các trạng thái của AT 51

II.5.2 Các thủ tục xử lý 53

II.5.3 Quá trình thực hiện cuộc gọi dữ liệu gói 58

II.5.4 Thủ tục báo hiệu cuộc gọi 1x EVDO 62

PHẦN III: GIẢI PHÁP CHO MẠNG 1X EV-DO VIỆT NAM 65

CHƯƠNG III: THỰC TRẠNG MẠNG CDMA 2000 VIỆT NAM 65

III.1 Thực trạng mạng CDMA 2000 65

III.2 Các khó khăn và tồn tại 65

III.3 Phương hướng giải quyết chung 66

CHƯƠNG IV: MỘT SỐ GIẢI PHÁP CỤ THỂ 67

IV.1 Thiết kế mạng CDMA 2000 1x EV-DO 67

IV.1.1 Giả thiết thông số đầu vào 67

IV.1.2 Tính toán thông lượng cho các loại hình thuê bao 68

IV.1.3 Tính toán cấu hình card kênh cho BTS 70

IV.1.4 Tính toán đơn vị dịch vụ dữ liệu gói cho PCF 71

IV.1.5 Tính toán dung lượng trung kế 71

IV.1.6 Tính toán dung lượng báo hiệu 71

IV.2.2 Các lợi ích của việc roaming 79

IV.2.3 Nguyên tắc thực hiện roaming 80

IV.2.4 Vấn đề roaming của mạng CDMA Việt Nam 84

PHẦN IV: KẾT LUẬN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

AN Access Network

ANSI American National Standards Institute AT Access Terminal

BHCA Busy Hour Call Attempts

BHSM number of Busy Hour Short Message BSC Base Station Controller

BTS Base Trasciever Station

CCS7 Common Channel signaling System 7 CDMA Code Division Multiple Access

DRC Data Rate Control

EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution EV-DO Evolution Data Optimized

EV-DV EVolution Data and Voice FCH Fundamental Channel FER Frame Error Ratio

GSM Globle System for Mobile Communication

HLR Home Location Register IMSI International Mobile Station Identity IS-2000 Interim Standard -2000

IS-856 Interim Standard -856 IS-95 Interim Standard 95

ISUP ISDN User Part MAC Medium Access Control MDN Mobile Directory Number MO Mobile Originated

PCF Packet Control Function PCM Pulse Code Modulation

PDSN Packet Data Serving Node

PPP Point-to-Point Protocol PSK Phase-Shift Keying

QAM Quadrature Amplitude Modulation RA Reverse Activity

RAN Radio Access Network RLP Radio Link Protocol RPC Reverse Power Control RRI Reverse Rate Indicator

RSSI Received Signal Strength Indication R-UIM Removable User Identity Module

SCH Supplemental Channel SMSC Short Message Service Center TCH Traffic CHannel

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol TDMA Time Division Multple Access

TIA/EIA Electrical Industries Association/Telecommunications Industry Association

TLDN Temporary Locator Directory Number UATI Unicast Access Termination Identifier

UMTS Universal Mobile Telecommunications System VLR Visited Location Register

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Hình 1.3 Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới 12

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO 14

Hình 2.2 1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt 15

Hình 2.3 Minh hoạ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO 18

Hình 2.4 Thông lượng hệ thống khi sử dụng phân cực đa người dùng 21

Hình 2.5 So sánh khả năng cung cấp dịch vụ của các công nghệ 25

Hình 2.6 Tối đa thông lượng nhờ sử dụng hiệu quả công suất phát BTS 26

Hình 2.7 Chu kỳ của kênh điều khiển đường xuống 27

Hình 2.8 Cấu trúc khe thời gian đường xuống của 1xEVDO 27

Hình 2.9 Cấu trúc kênh đường xuống của 1xEV-DO 28

Hình 2.10RPC và DRCLock được ghép kênh theo thời gian 29

Hình 2.11Các cấu trúc tốc độ đường xuống của 1xEVDO 30

Hình 2.12Cấu trúc gói tin lớp vật lý của kênh lưu lượng đường xuống 31

Hình 2.13Kênh điều khiển được ghép kênh theo thời gian 32

Hình 2.14AT lựa chọn sector có tốc độ cao để gửi yêu cầu phục vụ 34

Hình 2.15Cấu trúc khe thời gian đường lên của 1xEVDO 35

Hình 2.16Cấu trúc kênh đường lên của 1xEV-DO 35

Hình 2.17Các cấu trúc tốc độ đường lên của 1xEVDO 37

Hình 2.18Điều khiển công suất vòng kín 38

Hình 2.19Thêm một pilot vào active set 45

Hình 2.20Chuyển giao soft handoff ảo 47

Hình 2.21Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái trống 52

Hình 2.22Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái kết nối 53

Hình 2.23Thủ tục khởi tạo 54

Hình 2.24Thủ tục đăng ký 54

Hình 2.25Thủ tục sắp xếp phiên 55

Hình 2.29Thủ tục chuyển giao soft/softer 58

Hình 2.30Chu trình xử lý cuộc gọi dữ liệu gói 59

Hình 2.31AT khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ 59

Hình 2.32AT kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ 60

Hình 2.33AN kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ 61

Hình 2.34AT tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ 61

Hình 2.35AN tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ 62

Hình 2.36Khởi tạo cuộc gọi bởi AT 62

Hình 2.37Tái kích hoạt kết nối bởi AN 63

Hình 2.38Tái kích hoạt kết nối bởi AT 63

Hình 2.39Giải phóng kết nối bởi AT 64

Hình 2.40Giải phóng phiên bởi AT 64

Hình 4.1 Mô hình kết nối roaming giữa hai mạng 80

Hình 4.2 Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi thoại 81

Hình 4.3 Quá trình xử lý roaming cho nhắn tin 82

Hình 4.4 Quá trình nhận thực cho cuộc gọi dữ liệu gói roaming 83

Bảng 2.1 So sánh thông lượng giữa các công nghệ 17

Bảng 2.2 So sánh tốc độ download giữa các công nghệ 24

Bảng 2.3 So sánh giữa công nghệ CDMA 2000 1x và 1xEV-DO 25

Bảng 4.1 Thông số giả thiết cho thoại 1x 68

Bảng 4.2 Thông số giả thiết cho dữ liệu gói 1x 69

Bảng 4.3 Thông số giả thiết cho dữ liệu kênh 1x 69

Bảng 4.4 Thông số giả thiết cho dữ liệu 1xEV-DO 70

Bảng 4.5 Bán kính phủ sóng đường xuống của 1x EV-DO 76

Bảng 4.6 Xác suất phủ sóng đường lên của 1x EV-DO 76

Bảng 4.7 Kết quả tính toán cho đường lên (Reverse Link) 77

Bảng 4.8 Kết quả tính toán cho đường xuống (Forward Link) 78

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ CDMA trước đây chủ yếu được quân đội Mỹ sử dụng với mục đích quân sự Từ năm 1985, Chính phủ Mỹ cho phép Qualcomm phát triển thành công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã dành được nhiều kết quả nghiên cứu, ứng dụng về công nghệ này Năm 1995, Qualcomm đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A Hệ thống thông tin di động CDMA IS-95 dựa trên công nghệ điều chế trải phổ Công nghệ và lý thuyết trải phổ đã trở thành động lực phát triển và được ứng dụng cho nhiều ngành công nghiệp vô tuyến như truyền thông cá nhân, truyền thông đa truy nhập truyền thông thuê bao vô tuyến ở mạng nội hạt, truyền thông vệ tinh, định vị toàn cầu, ra đa xung Hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần cao và khả năng truy nhập là những yếu tố đã làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ quản lý tắc nghẽn hàng đầu trong các mạng điện thoại vô tuyến di động với số lượng thuê bao ngày càng lớn

Đáp ứng các yêu cầu của thực tế, các phiên bản mới của CDMA như CDMA 20001x, CDMA 2000 1xEV-DO đã được đưa vào ứng dụng trong thông tin di động và đã được nhiều nhà khai thác lựa chọn với nhiều ưu điểm như: dung lượng mạng lớn, tính năng cải thiện chất lượng thoại, dễ dàng phát triển mạng và khả năng truyền số liệu tốc độ cao, đáp ứng được các dịch vụ tiên tiến sử dụng băng thông rộng như truyền số liệu tốc độ cao, các dịch vụ giải trí multimedia Tuy nhiên việc sử sụng các công nghệ CDMA mới nói chung và ở Việt nam nói riêng gặp một số khó khăn, ví dụ như khả năng roaming bị hạn chế, không tương thích với các công nghệ hiện có Đây là một vấn đề rất được quan tâm trong hoạt động tác nghiệp, nghiên cứu hàng ngày của tôi

Vì những lý do trên, tôi đã lựa chọn Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO để thực hiện đề tài nghiên cứu tốt nghiệp cao học của mình

Luận văn “Nghiên cứu công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO và đề xuất một số giải pháp ứng dụng” sẽ được chia làm 3 phần với 4 chương trong đó phần 1 sẽ tập trung nghiên cứu về công nghệ CDMA 2000 1x và CDMA 2000 1xEV-DO; phần 2 là một số đề xuất ứng dụng cho mạng CDMA với các giải pháp về thiết kế mạng và roaming cho các mạng CDMA Việt Nam; phần 3 là một số kết luận tóm tắt về luận văn Cụ thể:

Chương I: “Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển” sẽ trình bày về các ưu điểm của công nghệ CDMA 2000 so với các công nghệ di động khác và xu hướng phát triển lên 3G để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng và dịch vụ của khách hàng

Chương II: “Công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO” sẽ tập trung nghiên cứu về cấu trúc, cơ chế hoạt động và các điểm mới của CDMA 2000 1x EV-DO

Chương III: “Thực trạng mạng CDMA 2000 tại Việt Nam” sẽ giới thiệu sơ lược về hệ thống mạng CDMA Việt Nam hiện nay, các khó khăn, tồn tại và những phương hướng giải quyết chung để thúc đẩy mạng CDMA phát triển

Chương IV: “ Một số giải pháp cụ thể” sẽ đề xuất một giải pháp ứng dụng cụ thể gồm giải pháp về thiết kế một hệ thống CDMA 2000 1xEV-DO tiêu chuẩn và đề xuất roaming cho mạng CDMA Việt Nam

Do khả năng và kiến thức còn hạn chế nên cuốn luận văn này chắc chắn sẽ không khỏi có những thiếu sót Tôi rất mong nhận được những góp ý của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn đọc để hoàn thiện cuốn luận văn này

PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN LÊN 3G

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

I.1 Giới thiệu chung

Thông tin di động đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới Sự ra đời của thông tin di động số GSM đã tạo nên bước ngoặt lớn, đem tới cho con người những lợi ích không thể phủ nhận được về thời gian, chi phí, tính tiện dụng Trên thế giới, GSM chiếm 70% số thuê bao di động, 30% còn lại chia sẻ bởi các công nghệ TDMA khác như IS-95 (CDMA), AMPS, IS96, PDC

Tuy nhiên, khi nhu cầu về thông tin di động của con người ngày càng tăng, ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ, chất lượng, loại hình, chi phí thì GSM đã bộc lộ những nhược điểm không thể đáp ứng được các yêu cầu này Trước tình hình đó, xu thế tất yếu của thông tin di động là phải phát triển công nghệ mới, khắc phục nhược điểm của thông tin di động thế hệ 2, đem lại những dịch vụ di động cao cấp hơn, đưa thông tin di động phát triển lên một tầm cao mới - đó là thông tin di động thế hệ 3 mà một trong những đại diện là công nghệ CDMA2000

Trong các phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về các đặc điểm của công nghệ CDMA2000, lý do nó được lựa chọn làm công nghệ của thế hệ thứ ba và phiên bản công nghệ thê hệ thứ 3 của CDMA2000

I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA

I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống

Với dải tần là 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là 5MHz), còn CDMA 2000 có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng

mang là 1,25MHz) Như vậy với 62 kênh lưu lượng TCH/sóng mang thì CDMA có tối đa 124TCH/sector còn CDMA 2000 1x có tới 266TCH/sector

Erl 37 21 ÷ 35 29 ÷ 47 111 ÷ 176 230.9 ÷ 328.7 User/Sector 48 29 ÷ 44 38 ÷ 58 124 ÷ 190 245 ÷ 343

Bảng 1.1 So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ

Với các giả định như trên từ bảng so sánh trên ta thấy dung lượng thoại của CDMA 2000 1x là lớn nhất trong các công nghệ TDMA, GSM, W-CDMA và do đó số người sử dụng cùng một lúc là lớn nhất

2000 1x

CDMA 2000 1xEV-DO

Lưu lượng trung bình

Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 3/9 1/1 1/1 1/1

Bảng 1.2 So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ

Qua bảng trên ta thấy dung lượng số liệu của CDMA 2000 1x và 1xEV-DO lớn hơn rất nhiều so với các công nghệ trên nền GSM khác như GPRS, EDGE và thậm chí cả W-CDMA Nhờ khả năng truyền số liệu tốc độ cao mà CDMA 2000 có thể đưa ra một mức giá dịch vụ truyền số liệu rất cạnh tranh

Tái sử dụng tần số

Công nghệ CDMA sử dụng một tần số duy nhất cho tất cả các trạm với độ rộng băng thông lớn vì vậy dung lượng của mạng CDMA lớn hơn rất

nhiều so với dung lượng của GSM và các công nghệ khác vì số người sử dụng trong một sector của hệ thống CDMA tương đương với số người sử dụng trên toàn bộ một kênh CDMA 1,25MHz

Giảm tỷ số Eb/N0

Các hệ thống số chia ô đều sử dụng mã sửa lỗi Các hệ thống điều chế băng hẹp thường sử dụng các phương thức ít phức tạp hơn để tốn ít dải băng tần hơn Do đó, để giữ chất lượng âm thanh tốt thì nhà khai thác phải cần một tỷ số Eb/N0 cao(năng lượng bít/công suất nhiễu), dẫn tới họ phải giới hạn số lượng người sử dụng trên hệ thống nên làm hạn chế dung lượng

Trong khi đó, CDMA sử dụng phương pháp mã hoá sửa lỗi tiên tiến nên yêu cầu tỷ số Eb/N0 không cao Việc sử dụng tỷ số Eb/N0 thấp hơn để đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng thoại khiến cho hệ thống CDMA có dung lượng lớn hơn, cần ít công suất truyền tải hơn so với các hệ thống băng hẹp

Mã hoá tốc độ biến đổi

Sự phát hiện ra tính linh động của thoại là một thay đổi khác giúp tăng dung lượng hệ thống CDMA IS-95 CDMA đã lợi dụng tính linh động của thoại bằng cách sử dụng các bộ mã hoá có tốc độ biến đổi

Trong một cuộc nói chuyện qua điện thoại, một người chỉ thực sự nói trong khoảng 35% thời gian cuộc gọi, 65% còn lại là nghe người kia nói hoặc là thời gian im lặng nếu như người kia không nói Nguyên tắc của bộ mã hoá có tốc độ biến đổi là nó chỉ hoạt động ở tốc độ cao và cung cấp chất lượng thoại tốt nhất khi có sự hoạt động của tiếng nói Khi không phát hiện thấy tiếng nói thì bộ mã hoá sẽ hạ thấp tốc độ mã hoá vì không có lý do gì phải mã hoá sự im lặng ở tốc độ cao Khi đó, tốc độ mã hoá có thể giảm xuống đến 4 hoặc 2 hoặc 1Kbps Bởi vậy, bộ mã hoá có tốc độ biến đổi chỉ sử dụng hết

dung lượng kênh khi thực sự cần thiết Vì mức nhiễu giao thoa do tất cả những người sử dụng gây ra trực tiếp quyết định dung lượng của hệ thống và sự phát hiện ra tính linh động của thoại đã làm giảm mức nhiễu trong hệ thống nên dung lượng có thể đạt tới giá trị cực đại

Điều khiển công suất

Một yếu tố then chốt quan trọng để nâng cao dung lượng của CDMA là điều khiển công suất Mục đích thiết kế chủ yếu của một hệ thống CDMA là để tất cả những người sử dụng cùng nhận được một mức công suất như nhau từ trạm gốc và để mức công suất này càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì được cuộc gọi có chất lượng cao Bất kỳ một công suất nào lớn hơn nhu cầu sẽ chỉ làm tăng thêm mức nhiều toàn bộ trên kênh CDMA một cách không cần thiết và sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống Bởi vậy, việc điều khiển công suất càng chính xác thì dung lượng càng lớn

Trong CDMA, trạm gốc liên lạc với trạm di động MS, chỉ dẫn cho trạm di động điều chỉnh tăng giảm công suất.Trạm di động chỉ truyền đủ công suất để duy trì đường nối, do vậy công suất truyền dẫn trung bình của CDMA thấp hơn nhiều so với công suất truyền dẫn của hệ thống tương tự Ô liên tục đo đạc tín hiệu nhận được từ máy di động và so sánh với mức công suất thiết kế và sau đó quyết định sẽ tăng hay giảm công suất truyền dẫn của một trạm di động xác định Công việc này được tiến hành cứ mỗi 1,25ms một lần, tức 800lần/1 giây CDMA điều chỉnh mức công suất lên xuống theo 84 mức của 1dB Phương thức này bảo đảm rằng cho dù mobile có ở gần hay xa ô thì mỗi mobile vẫn nhận được một mức công suất như nhau

I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi

Các hệ thống điện thoại cellular sử dụng công nghệ CDMA cung cấp âm thanh có chất lượng cao hơn và ít xảy ra rớt cuộc gọi hơn các hệ thống hoạt động dựa trên những công nghệ khác Có nhiều đặc tính tồn tại trong hệ thống CDMA đã tạo ra khả năng đó như:

• Các phương pháp sửa lỗi tiên tiến làm tăng khả năng chính xác cho các khung nhận được

• Các bộ mã hoá tinh vi cho phép mã hoá tốc độ cao và giảm tạp âm nền • CDMA sử dụng ưu điểm của nhiều loại phân tập khác nhau để nâng

cao chất lượng thoại như:

o Phân tập tần số (bảo vệ khỏi fađing chọn lọc tần số) o Phân tập không gian (dùng 2 anten nhận)

o Phân tập đường truyền (sử dụng bộ thu Rake để khắc phục sự thu nhận một tín hiệu qua nhiều đường gây ra “nhiễu giao thoa” và thậm chí còn nâng cao chất lượng âm thanh)

o Phân tập thời gian (dùng cài xen và mã hoá)

• Thực hiện chuyển giao soft để góp phần làm tăng chất lượng thoại bằng cách cung cấp một kết nối “make before break” Quá trình chuyển giao softer giữa các sector của cùng 1 cell cũng cung cấp những lợi ích tương tự

• Điều khiển công suất chính xác, bảo đảm cho tất cả các mobile đều có mức công suất gần bằng mức công suất tối ưu để có thể đạt được một chất lượng thoại tốt nhất

I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá

Tất cả thuê bao sử dụng chung một sóng mang CDMA, cùng chia sẻ một phổ tần số với nhau Hệ số sử dụng lại tần số bằng 1 là một yếu tố quan trọng đã làm cho dung lượng của CDMA lớn hơn nhiều so với các công nghệ khác, đồng thời nó còn làm cho việc thiết kế hệ thống đơn giản hơn Nhà khai thác sẽ không phải lập kế hoạch sử dụng tần số - một công việc hết sức phức tạp trong hệ thống tương tự và TDMA Quan trọng hơn, kể cả việc điều chỉnh lại tần số để mở rộng cũng được loại bỏ Nếu nhà khai thác muốn thêm một cell hay một kênh mới thì không cần phải thiết lập lại toàn bộ tần số của hệ thống

I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin

Thông tin trong CDMA được bảo mật rất cao, việc xâm nhập bất hợp pháp vào tín hiệu CDMA là cực kỳ khó Đó là vì các khung thông tin đã số hoá được trải phổ trên một nền phổ rộng Hơn thế nữa, trong tương lai CDMA có các kế hoạch mã hoá số mới để tạo ra các mức bảo mật và an toàn hơn nhiều

I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng

Một cell CDMA có vùng phủ sóng lớn hơn nhiều so với cell tương tự hay số khác vì CDMA sử dụng thiết bị thu có độ nhạy lớn hơn các kỹ thuật khác Do đó, để phủ sóng cùng một vùng địa lý như nhau thì số cell CDMA phải dùng sẽ ít hơn Tuỳ thuộc vào nhu cầu tải của hệ thông và nhiễu giao thoa mà việc giảm số cell có thể tới 50% so với GSM

I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin

Do việc điểu khiển công suất chính xác và các đặc tính khác của hệ thống, các máy mobile CDMA thường chỉ truyền công suất bằng một phần

nhỏ công suất so với các máy tương tự và TDMA Điều này cho phép các thuê bao tăng thời gian sử dụng pin của máy mobile

I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu

Một kênh CDMA băng rộng cung cấp tài nguyên chung mà tất cả các mobile trong hệ thống cùng dùng chung, tuỳ theo ứng dụng là truyền thoại, dữ liệu, fax hay ứng dụng khác Tại một thời điểm bất kỳ, phần dải thông không được sử dụng bởi mobile này thì có thể được cung cấp cho một mobile khác Điều này làm cho CDMA thực sự linh hoạt và được khai thác để tạo ra các khả năng mạnh hơn như dịch vụ dữ liệu tốc độ cao

I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng

Không giống như việc nâng cấp mạng GSM (2G) lên thế hệ thứ 3 là EDGE hay W-CDMA thì cần phải lắp thêm một hệ thống trạm BTS mới (với EDGE) hay cả một mạng CDMA (với W-CDMA) chạy song song với mạng cũ, CDMA 2000 1x khi phát triển mạng lên 3G - CDMA 2000 1xEV là khá đơn giản, chúng ta sẽ chỉ phải lắp thêm các card thu phát mới cho 1xEV và nâng cấp phần mềm hệ thống Như vậy so với việc phát triển GSM Æ W-CDMA thì việc phát triển từ CDMA 2000 1x lên CDMA 2000 1xEV đòi hỏi lắp thêm ít thiết bị hơn, đơn giản hơn mà vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng đã triển khai

I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay

Với những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ di động khác, CDMA đã có những phát triển rất nhanh chóng trong những năm gần đây Hầu hết các nhà khai thác mới đều lựa chọn công nghệ CDMA cho hệ thống của mình, không những thế các nhà khai thác GSM hiện hữu cũng triển khai công nghệ CDMA 2000 để có thể cung cấp các dịch vụ 3G

Tính đến tháng 8 năm 2006 thì đã có gần 200 nhà khai thác trên 72 nước và vùng lãnh thổ sử dụng công nghệ CDMA 2000 với tổng số thuê bao đạt khoảng 275 triệu thuê bao trong đó khu vực châu Mỹ La Tinh và châu Á Thái Bình Dương là hai khu vực có số thuê bao lớn nhất, chiếm khoảng 80% tổng số thuê bao CDMA 2000 đang là công nghệ có tốc độ tăng trưởng thuê bao lớn nhất hiện nay, mỗi tháng CDMA 2000 có khoảng 8.5 triệu thuê bao mới Dự kiến số lượng thuê bao CDMA 2000 sẽ đạt khoảng 350 triệu thuê bao vào cuối năm 2006 và đạt khoảng 450 thuê bao vào năm 2009

Với 275 triệu thuê bao như hiện nay CDMA chiếm 13% thị phần thuê bao di động trên toàn thế giới (trên tổng số 2 tỷ thuê bao di động hiện nay) Với tốc độ phát triển thuê bao vượt trội như hiện nay, dự báo thị phần thuê bao CDMA sẽ đạt 18% vào năm 2009

Hình 1.1 Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000

I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x

Ngày nay nhu cầu sử dụng các ứng dụng di động không chỉ dừng lại ở thoại, nhắn tin mà người sử dụng còn mong muốn có nhiều các dịch vụ truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, thư điện tử, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao cùng nhiều các ứng dụng tiên tiến khác Điều này đặt ra cho các nhà khai thác dịch vụ phải nâng cấp hệ thống mạng để có khả năng các dịch vụ truy cập dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng

Dù sử dụng công nghệ nào thì các nhà khai thác cũng tìm cách để nâng cấp hệ thống mạng của mình và cụ thể là tiến tới hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G), thứ 4 (4G)…để nâng cao khả năng truyền dữ liệu nhằm đáp ứng được các dịch vụ tiên tiến cho khách hàng

Hình 1.2 Lộ trình phát triển của các công nghệ

Trong tiến trình phát triển lên công nghệ không dây thế hệ tiếp theo (3G) nổi lên hai hướng phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T công nhận đó là CDMA 2000 và W-CDMA:

• Phát triển lên 3G CDMA từ các công nghệ TDMA, GSM: TDMA, GSM Æ GPRS Æ EDGE Æ W-CDMA

• Phát triển lên 3G CDMA từ IS-95:

IS-95A Æ IS-95B Æ CDMA 2000 1x Æ CDMA 2000 1xEV

Xem xét 2 hướng phát triển trên chúng ta thấy để có thể tiến tới thế hệ di động thứ 3 một cách hoàn chỉnh thì hướng xuất phát từ GSM Æ W-CDMA có một sự thay đổi lớn về mặt thiết bị cũng như là băng tần Trong khi đó thì hướng xuất phát từ CDMA Æ CDMA 2000 1xEV có sự phát triển dễ dàng hơn với việc bổ sung phần cứng và nâng cấp phần mềm

Hình 1.3 Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới

Hiện nay các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA đều định hướng phát triển mạng di động tới công nghệ CDMA 1xEV-DO nhằm nâng cao tốc

độ, chất lượng, độ tin cậy và sự đa dạng của dịch vụ di động đối với khách hàng và công nghệ CDMA cũng là công nghệ dẫn đầu trong xu hướng phát triển lên 3G hiện nay Với sự thành công của 1x EV-DO thì các nhà nghiên cứu cũng đã tạm dừng triển khai một phiên bản khác của 3G CDMA là 1x EV-DV để tập trung cho 1x EV-DO

CDMA 2000 1x EV-DO là thế hệ phát triển tiếp theo của CDMA 2000 1x (hay 1xRTT), tiêu chí của công nghệ là dựa trên nền của IS-856, được xây dựng để nhằm tối ưu hoá khả năng truyền số liệu vô tuyến, vì vậy 1xEV-DO còn được biết đến với các tên như: CDMA IS-856, CDMA High - speed Data Rate (HDR) hay CDMA Evolution of Data Optimazation

Để trả lời cho câu hỏi tại sao các nhà khai thác đều có xu hướng phát triển lên công nghệ 1x EV-DO và công nghệ 1x EV-DO có những ưu điểm gi so với CDMA2000, trong chương tiếp theo chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu các đặc điểm, tính năng và cơ chế hoạt động của hệ thống 1x EV-DO

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO

Về cấu trúc mạng CDMA 1xEV-DO không khác nhiều so với CDMA 2000 1x, việc nâng cấp từ CDMA 2000 1x lên 1xEV-DO là khá dễ dàng Phần mạng lõi không cần phải nâng cấp hay thay thế phần cứng, chỉ cần nâng cấp phần mềm để hỗ trợ 1xEV-DO BTS, BSC, PDSN chỉ cần cắm thêm card, nâng cấp phần mềm Bên cạnh đó cần trang bị một số phần tử mới để điều khiển, quản lý 1xEV-DO như AN-AAA, RNC

Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO như hình dưới đây:

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO

Chức năng của các thành phần mạng cũng tương tự như ở hệ thống 1x2000 tuy nhiên tên gọi của chúng có sự thay đổi để dễ dàng phân biệt giữa các công nghệ

BSC (Base Station Controller) AN (Access Network) BTS (Base Transceiver Station) AP (Access Point) MS (Mobile Station) AT (Access Terminal) Vì thoại và dữ liệu có những yêu cầu rất khác nhau nên sẽ không hiệu quả nếu kết hợp 2 dịch vụ này trên cùng một sóng mang Vì vậy để tối ưu hoá cho việc truyền dữ liệu hệ thống 1xEV sử dụng một CDMA carrier riêng rẽ, tuy nhiên nó hoàn toàn tương thích với công nghệ CDMA2000 1x Nghĩa là cần 1 sóng mang cho thoại và 1 sóng mang cho dữ liệu

1xEV-DO yêu cầu một sóng mang riêng biệt để tối ưu cho việc truyền tải dữ liệu, nâng tốc độ đường xuống tới 2,4Mbps và đường lên tới 153,6Kbps đối với phiên bản 0 Đối với phiên bản A, tốc độ đường xuống đạt tới 3,1Mbps và đường lên tới 1,8Mbps Sóng mang này tương tự như sóng mang CDMA 2000 1x, độ rộng là 1,25MHz

Hình 2.2 1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt

Đứng về khía cạnh của Nhà khai thác, đặc biệt khi nhằm mục đích cung cấp các dịch vụ số liệu vô tuyến, có hai vấn đề cần phải quan tâm đó là:

• Năng lực của hệ thống: số lượng thuê bao có thể được phục vụ trong mỗi cell site sử dụng một quỹ tài nguyên tần số cố định (ví dụ 1,25 MHz băng thông)

• Mức độ của các dịch vụ được cung cấp: thông lượng dữ liệu trung bình có thể cung cấp được cho mỗi thuê bao

Ngày nay, hầu hết các ứng dụng Internet như: duyệt web, email, video streaming… luôn yêu cầu các băng thông bất đối xứng, tỷ lệ thông thường giữa download và upload là khoảng 6 đến 8 lần cho nên vấn đề tối ưu hoá kênh đường xuống là một vấn đề rất quan trọng cần phải được xem xét khi cung cấp các dịch vụ Internet không dây Có hai hệ số quan trọng để xác định hiệu năng của kênh đường xuống là:

• Tốc độ cụm dữ liệu (Burst Data rate): đây là tốc độ nhận dữ liệu của

thuê bao từ trạm BTS, khi hệ thống nằm ở trạng thái chịu tải cao thì chỉ một số ít thuê bao được kích hoạt dịch vụ, tốc độ cụm dữ liệu được xác định thông qua thông lượng thực tế của thuê bao

• Hiệu suất ghép kênh: Đây là hệ số để xác định khả năng cung cấp tài

nguyên của hệ thống cho mỗi thuê bao trong tổng số nhiều thuê bao cùng đăng nhập vào mạng Khi hệ thống được kích hoạt ở chế độ chịu tải, tại mỗi thời điểm sẽ có nhiều thuê bao cố gắng kết nối vào mạng, thông lượng thực tế của mỗi thuê bao được xác định thông qua hệ số này

Nhìn chung việc cải thiện hai yếu tố trên sẽ là điều kiện trực tiếp làm tăng dung lượng của hệ thống cũng như là mức độ dịch vụ có thể cung cấp Ở đây chúng ta sẽ thảo luận một cách chi tiết tại sao 1x EV-DO có thể vượt trội hơn so với các công nghệ khác ở hai vấn đề trên

Hệ thống 1xEV-DO có thể cung cấp hiệu suất sử dụng băng thông tốt hơn từ 3 đến 4 lần so với 1xRTT và W-CDMA đó là nhờ khả năng tăng tốc

độ cụm dữ liệu và cải thiện hiệu suất ghép kênh Bảng sau đưa ra so sánh về thông lượng dữ liệu giữa các công nghệ

Bảng 2.1 So sánh thông lượng giữa các công nghệ

II.2 Các đặc điểm mới của 1xEVDO

II.2.1 Tăng tốc độ cụm dữ liệu

Một yêu cầu luôn luôn phát sinh từ phía khách hàng là tốc độ dữ liệu nhận được phải luôn ở mức cao nhất và thời gian kết nối tới mạng phải nhanh nhất, để giải quyết được vấn đề này hệ thống phải đáp ứng được:

• Khả năng tương thích tốc độ dữ liệu theo điều kiện kênh khi điều kiện kênh truyền luôn thay đổi một cách nhanh chóng do sự di chuyển của thuê bao di động cũng như là do fading của tín hiệu

• Cung cấp các kỹ thuật mã hoá và điều chế đa mức tiên tiến • Sử dụng các kỹ thuật phân tập tiên tiến để giảm fading

Bằng việc sử dụng kỹ thuật vượt cao hơn cho cả ba vấn đề trên, EV-DO có thể cung cấp tốc độ cụm trung bình lên tới 600 – 1200 Kbps trên mỗi thuê bao Tức là cao hơn ít nhất 2 lần so với các chuẩn 3G hiện nay là 1xRTT và W-CDMA (với cùng một phổ tần)

II.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO

Thông thường, các hệ thống CDMA được thiết kế để cung cấp tốc độ không đổi từ 8-16Kbps cho mỗi cuộc gọi thoại Nếu tốc độ giảm xuống dưới mức này, dù chỉ tạm thời thì cuộc gọi vẫn có thể bị rơi Trái lại, đối với dữ liệu gói thì việc duy trì tốc độ dữ liệu không đổi là không quan trọng, miễn là duy trì được mức chất lượng tối thiểu nào đó Tuy nhiên hệ thống sẽ cố gắng cung cấp tốc độ dữ liệu lớn nhất có thể tại bất kỳ thời điểm nào tuỳ theo điều kiện kênh truyền của các thuê bao

Các hệ thống dữ liệu gói 3G hiện tại như 1xRTT và W-CDMA được tối ưu cho tốc độ dữ liệu cố định, không có cơ chế thích ứng tốc độ dữ liệu hiệu quả dựa trên chất lượng kênh truyền của thuê bao Điều này dẫn tới dung lượng bị giảm đáng kể Ví dụ, 1 người sử dụng chỉ được phục vụ với tốc độ 32Kbps dù điều kiện kênh truyền cho phép tốc độ cao hơn nhiều

Hình 2.3 Minh hoạ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO

Còn hệ thống 1x EV-DO sử dụng cơ chế thích ứng tốc độ hiệu quả cho phép BTS thích ứng nhanh (cứ mỗi vài ms) tốc độ dữ liệu cho mỗi người sử dụng tích cực Điều này cho phép BTS cung cấp cho mỗi người sử dụng tốc độ dữ liệu cao nhất mà tình trạng kênh truyền cụ thể của họ cho phép Tuỳ theo tốc độ dữ liệu từ 38,4Kbps đến 2,45Mbps, BTS EV-DO sẽ lựa chọn cách điều chế đa mức phù hợp như QPSK, 8-PSK, 16-QAM Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO còn bao gồm một cơ chế Hybrid ARQ rất tinh vi có khả năng loại bỏ sự ước lượng sai tốc độ dữ liệu từ đầu cuối, đặc biệt trong những tình huống di động cao

II.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến

Mã Turbo là một phát minh quan trọng trong lĩnh vực mã hoá điều khiển lỗi, nó cho phép các hệ thống thông tin vận hành gần với giới hạn Shanon Giống như các chuẩn giao diện vô tuyến 3G khác, EV-DO sử dụng mã Turbo mạnh với độ dư thừa là 100-400% Đối với đường xuống, độ dư thừa tối đa của nó trong EV-DO lớn hơn 33% so với 1xRTT

Bên cạnh đó, EV-DO còn sử dụng điều chế nhiều mức (8PSK và QAM) Các chuẩn 3G hiện tại bị giới hạn ở QPSK Sử dụng điều chế mức cao hơn cho phép EV-DO hoạt động với hiệu suất dải thông cao hơn

II.2.4 Phân cực marco qua việc lựa chọn vô tuyến

Sự quan trọng của phân cực marco chống lại phađinh được biết tới trong thông tin cellular Trong các hệ thống CDMA tập trung vào thoại như 1xRTT và W-CDMA, phân cực marco được đạt được nhờ sử dụng chuyển giao mềm Trong chuyển giao mềm ở đường xuống, nhiều BTS phát cùng khung liên kết vô tuyến cho phép máy cầm tay kết hợp các tính hiệu thu được để tăng độ tin cậy, chống lại phađinh Tuy nhiên, vì phải sử dụng nhiều tài

nguyên vô tuyến để gửi cùng một khung nên lợi ích thực tế của chuyển giao mềm ở đường xuống đối với dung lượng hệ thống thấp hơn so với phân cực marco

Bên cạnh việc sử dụng quá nhiều tài nguyên vô tuyến, chuyển giao ở đường xuống trong các hệ thống dữ liệu gói sẽ đẩy việc sắp xếp gói từ BTS tới bộ điều khiển mạng vô tuyến Điều này gây ra trễ và làm giảm đáng kể hiệu suất sắp xếp gói EV-DO khắc phục nhược điểm này bằng cách sử dụng sơ đồ phân cực marco, mỗi đầu cuối thực hiện đo chất lượng tín hiệu pilot nhận được từ tất cả các bộ thu phát vô tuyến quanh đó và sau đó gửi thông tin về trạm thu phát vô tuyến mà nó yêu cầu tới mạng Nhờ đó, mạng có thể điều khiển trạm thu phát vô tuyến được yêu cầu phục vụ thuê bao để đạt tốc độ dữ liệu cao nhất Sau đó, trạm thu phát vô tuyến phối hợp với bộ điều khiển mạng vô tuyến để đảm bảo các gói được phân phối chính xác đến trạm thu phát vô tuyến phục vụ và trạm thu phát vô tuyến phục vụ này sẽ sắp xếp các gói để truyền với tốc độ dữ liệu được lựa chọn bởi dầu cuối thuê bao

II.2.5 Ghép kênh hiệu quả khi sử dụng phân cực đa người dùng

Đối với Wireless Internet, các BTS cần chia thông lượng đường xuống sẵn có giữa tất cả thuê bao tích cực theo cách ghép kênh nào đó Hiệu quả của việc ghép kênh có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất hệ thống, đặc biệt trong giờ bận Trong các hệ thống CDMA cellular tập trung vào thoại, 1 BTS đơn có thể hỗ trợ nhiều cuộc gọi thoại bằng cách cấp phát công suất phát và không gian mã sẵn có (ghép kênh phân chia theo mã) giữa tất cả các cuộc gọi Các hệ thống gói 3G hiện tại cũng sử dụng cách tiếp cận tương tự để hỗ trợ nhiều người sử dụng dữ liệu tích cực Những hệ thống như vậy thường cấp phát nhiều tài nguyên vô tuyến (công suất) cho người sử dụng khi họ đang ở những vùng có chất lượng kênh thấp để duy trì tốc độ dữ liệu không đổi nào đó

Cách tiếp cận này hoàn toàn thích hợp cho thoại nhưng thực tế là không thích hợp cho dữ liệu gói vì 1 người sử dụng khi có chất lượng kênh thấp thì có thể nhường đáng kể dải thông cho những người khác

Để cải thiện hiệu suất ghép kênh, EV-DO sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian dựa vào gói BTS có một bộ sắp xếp để xác định thứ tự các gói sẽ được truyền Bộ sắp xếp này được chọn làm sao cho có ảnh hưởng lớn nhất tới hiệu suất của toàn hệ thống

Một tính năng rất quan trọng của EV-DO là khả năng sắp xếp gói dựa vào chất lượng kênh của người sử dụng Điều này làm cải thiện hiệu suất ghép kênh đáng kể đối với bộ sắp xếp luân chuyển Nhờ phục vụ các thuê bao tích cực khi tình trạng kênh của họ tương đối tốt nên thông lượng đánh giá từ phía người sử dụng được cải thiện tương đối (hình 2.4) Đây được gọi là sự phân cực đa người dùng Phân cực đa người dùng phụ thuộc vào một số yêu tố, nhưng có thể dễ dàng đạt tới 50-100% chỉ với một số người sử dụng tích cực

Hình 2.4 Thông lượng hệ thống khi sử dụng phân cực đa người dùng

II.2.6 Các tính năng khác của EV-DO

II.2.6.1 Đường lên có khả năng thích ứng tốc độ

Mặc dù đường lên tương đối ít quan trọng trong Wireless Internet, tuy nhiên người ta vẫn mong muốn đạt được hiệu suất cao ở đường lên để hỗ trợ các ứng dụng một cách hiệu quả như upload các file đính kèm email và hội nghị truyền hình qua IP

Ngược lại với đường xuống, đường lên của EV-DO sử dụng đa truy cập phân chia theo mã CDMA Đường lên cung cấp hiệu suất dải thông cao và rất đơn giản cho hoạt động của đầu cuối thuê bao Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng CDMA rất hấp dẫn đối với đường lên của các hệ thống dữ liệu gói vì nó hỗ trợ ghép kênh thống kê và có trễ thấp đối với việc truyền các báo đáp TCP

Một ưu điểm nổi bật của EV-DO so với 1xRTT và W-CDMA đối với đường lên là khả năng thích ứng tốc độ EV-DO hỗ trợ các tốc độ dữ liệu từ 9,6Kbps tới 153,6Kbps Với điều khiển thích ứng tốc độ, BTS có thể điều khiển tốc độ dữ liệu của các đầu cuối cả đối với từng đầu cuối và toàn bộ các đầu cuối, do đó làm tăng tổng thông lượng đường lên trong khi điều khiển giao thoa Khi được sử dụng đúng cách, việc điều khiển tốc độ như vậy cho phép BTS đạt được thông lượng đường lên lớn hơn 50% so với các hệ thống 3G tập trung vào thoại

II.2.6.2 Luôn hoạt động

Luôn hoạt động là một tính năng quan trọng đối với bất cứ hệ thống truy cập Internet tốc độ cao nào Điều đó có nghĩa là khi một đầu cuối sẵn sàng nhận hay truyền dữ liệu thì nó có thể thực hiện ngay lập tức mà không phải làm thủ tục kết nối dài dòng

Trong tất cả các hệ thống truy cập không dây di động, 1 đầu cuối thuê bao hoặc ở trạng thái tích cực hoặc ở trạng thái chờ và nó chỉ truyền hay nhận gói ở trạng thái tích cực, hai trạng thái này cần vì các lý do sau:

• Cho phép đầu cuối không tích cực vào trạng thái chờ để tiết kiệm pin

• Giảm thiểu phần mào đầu địa chỉ đối với các khung đường xuống • Quản lý chất lượng đường lên và xuống tốt hơn

Trong EV-DO, khi 1 đầu cuối ở trạng thái tích cực thì nó được gọi là có “kết nối” với mạng Khái niệm kết nối này giống với 1 cuộc gọi trong các hệ thống thoại nhưng khác ở một số điểm quan trọng Đối với thoại, cuộc gọi thông thường kết thúc trong vài phút Còn đối với dữ liệu gói, kết nối này rất ngắn và có thể được thiết lập hay ngắt vài lần trong 1 phiên dữ liệu gói

Một tính năng quan trọng của EV-DO là khả năng hỗ trợ thiết lập và ngắt nhanh kết nối Các đầu cuối có thể thiết lập các kết nối bằng việc gửi 1 bản tin yêu cầu rất ngắn tới BTS Vì bản tin này có định dạng đặc biệt cho dữ liệu gói nên nó ngắn hơn các bản tin tương tự được sử dụng trong các hệ thống 3G tập trung vào thoại

EV-DO còn có khả năng kết nối lại nhanh cho phép mạng thiếp lập lại nhanh chóng kết nối với 1 thuê bao Tính năng này cực kỳ hữu ích, đặc biệt với các ứng dụng dữ liệu gói cố định

II.2.6.3 Phối hợp hoạt động

EV-DO là một chuẩn quốc tế được hỗ trợ bởi một số chuẩn thành phần bao gồm 3GPP2, TIA, CDG và ITU Điều này đảm bảo sự phối hợp hoạt động giữa các đầu cuối/máy cầm tay và mạng vô tuyến

Còn có 1 chuẩn mạng cho EV-DO gọi là EV-DO Interoperability Specification (IOS) xác định các giao diện giữa các thành phần khác nhau của mạng EV-DO Chuẩn này bao gồm giao diện giữa mạng truy cập vô tuyến và các thiết bị mạng khác như PDSN, AAA servers cũng như các giao diện giữa các mạng truy cập vô tuyến EV-DO của các nhà cung cấp khác

nhau Các chuẩn này cho phép các nhà khai thác không dây tự do hơn trong việc chọn lựa nhà cung cấp

EV-DO còn hỗ trợ giao tiếp với các mạng thoại 1xRTT và CDMA 95A/B cho phép máy cầm tay dual-mode (CDMA/EV-DO) có thể nhận và thực hiện các cuộc gọi thoại ngay khi đang tham gia 1 phiên dữ liệu EV-DO

IS-Các kỹ thuật mô tả ở trên đem lại cho 1xEV-DO thông lượng mỗi người sử dụng và dung lượng thuê bao cao nhất so với công nghệ 2,5G hay 3G

II.2.7 Lý do lựa chọn 1x EVDO

Từ các phân tích trên cho thấy, dung lượng dữ liệu của CDMA DO lớn hơn rất nhiều so với CDMA 2000 1x và các công nghệ trên nền GSM khác như GPRS, EDGE và thậm chí cả W-CDMA Nhờ khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao mà CDMA 1xEV-DO có thể đưa ra một mức giá dịch vụ truyền dữ liệu rất cạnh tranh Các hình dưới đây đưa ra một ví dụ minh hoạ về tốc độ download dữ liệu của các công nghệ, qua đó ta có thể hình dung ra sự vượt trội của 1xEV-DO về khả năng truyền tải dữ liệu

1xEV-Bảng 2.2 So sánh tốc độ download giữa các công nghệ

Bảng 2.3 So sánh giữa công nghệ CDMA 2000 1x và 1xEV-DO

Nhờ sự vượt trong trội khả năng truyền tải dữ liệu, 1xEV-DO cho phép nhà khai thác cung cấp các dịch vụ dữ liệu cao cấp như game online, Video on demand, truyền hình ảnh thời gian thực, định vị vị trí, duyệt Web, download tốc độ cao và nhiều ứng dụng cao cấp khác trong tương lai như quảng bá đa phương tiện số qua vệ tinh

Hình 2.5 So sánh khả năng cung cấp dịch vụ của các công nghệ

II.3 Giao diện vô tuyến của 1x EV-DO

II.3.1 Đường xuống

II.3.1.1 Tối đa công suất phát

Trong hệ thống 1xEVDO kênh dữ liệu được ghép theo thời gian nên nó không cần phải chia sẻ công suất như trong hệ thống IS 95 hoặc CDMA 2000, do đó kênh dữ liệu sẽ được BTS phát với toàn bộ công suất để có thể cung cấp một tỷ số năng lượng trên nhiễu (Eb/Nt) lớn nhất, điều này cho phép truyền tốc độ dữ liệu lớn hơn

Hệ thống 1xEVDO sử dụng đường lên chung cho tất cả AT và chỉ phục vụ 1 AT tại một thời điểm Khi được phục vụ, AT sẽ nhận toàn bộ công suất truyền của sector AT tính toán tỷ lệ tín hiệu nhiễu trên sóng mang C/I của nó và gửi yêu cầu về tốc độ dữ liệu cao nhất mà nó có thể hỗ trợ tại thời điểm hiện tại về BTS

Hình 2.6 Tối đa thông lượng nhờ sử dụng hiệu quả công suất phát BTS

II.3.1.2 Cấu trúc khung đường xuống

Đường xuống của 1xEV được cấu trúc để tối đa thông lượng dữ liệu của sector, không có sự xác định trước khe thời gian cho thuê bao mà được sắp xếp linh hoạt, động phụ thuộc vào điều kiện kênh truyền (C/I) của AT

Hình 2.7 Chu kỳ của kênh điều khiển đường xuống

Hình 2.8 Cấu trúc khe thời gian đường xuống của 1xEVDO

Đường xuống được cấu trúc thành khung có độ dài 26,67 ms Trong 1 khung có 16 khe thời gian, mỗi khe thời gian dài 2048 chip hay 1,67ms Mỗi khung bao gồm 2 nửa khung, mỗi nửa khung là 8 khe thời gian Mỗi khe thời gian chia làm 2 nửa khe, mỗi nửa khe chứa 1 cụm pilot dài 96 chip và ở giữa

nửa khe Trong mỗi khe, các kênh Pilot, MAC, lưu lượng hay điều khiển được ghép kênh theo thời gian Tất cả các kênh TDM này được phát với công suất cực đại của sector

II.3.1.3 Cấu trúc kênh đường xuống

Trong hệ thống 1xEVDO một kênh đơn đường xuống được chia thành 4 kênh ghép theo thời gian:

• Kênh Pilot

• Kênh điều khiển MAC • Kênh lưu lượng

• Kênh điều khiển

Hình 2.9 Cấu trúc kênh đường xuống của 1xEV-DO

II.3.1.4 Kênh Pilot

1xEV sử dụng cụm pilot, tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói theo cụm Cụm pilot không được truyền trên 1 kênh riêng biệt như với CDMA 2000 1x mà được chèn vào đường xuống ở những khoảng thời gian xác định trước Cụm pilot của 1xEVDO được truyền với công suất cao nhất mà sector có thể

để cung cấp tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR của pilot cao nhất có thể cho phép AT ước lượng được chính xác ngay cả khi điều kiện kênh truyền thay đổi liên tục Các cụm pilot có độ rộng là 96 chip và nằm ở giữa các nửa khe

II.3.1.5 Kênh điều khiển truy nhập phương tiện MAC

MAC Channel được truyền trong 2 cụm MAC của mỗi nửa khe và bao gồm 3 kênh con là: kênh điều khiển công suất đường lên RPC, kênh DRCLock và kênh tích cực đường lên RA kênh RA (truyền bit tích cực đường lên RAB) Các kênh con này được điều chế BPSK vào các kênh I hoặc Q với một mã Wash 64 trực giao và mỗi mã Wash này được xác định duy nhất bởi chỉ mục MAC (MAC index) có giá trị từ 0 - 63

Hình 2.10 RPC và DRCLock được ghép kênh theo thời gian

• Điều khiển công suất đường lên RPC: dùng cho mục đích điều khiển công suất, nó chỉ dẫn AT biết phải tăng hay giảm công suất phát

• Khoá điều khiển tốc độ động DRCLock: chỉ thị liệu BTS có thể nhận được DRC mà AT gửi không

• Bít tích cực đường lên RAB: chỉ dẫn AT biết phải tăng hay giảm tốc độ truyền trên kênh lưu lượng đường lên

o RAB = 0: AT được phép tăng tốc độ dữ liệu đường lên o RAB = 1: AT phải giảm tốc độ dữ liệu đường lên

o Tốc độ nhanh chậm mà AT tăng/giảm tốc độ dữ liệu được xác định bởi cấp độ mà AT đó được ấn định Vì vậy, các thuê bao khác nhau sẽ có những cấp độ dịch vụ (class of service) khác nhau

II.3.1.6 Kênh lưu lượng/Dữ liệu:

Trong hệ thống 1xEV có khả năng cung cấp nhiều tốc độ truyền dữ liệu tương ứng với cách mã hoá khác nhau tuỳ theo điều kiện kênh truyền Các kênh lưu lượng được truyền với tốc độ biến đổi theo 12 mức từ 38,4Kbps tới 2,4576Mbps

Mã hoá gói Tỷ lệ

mã

Kiểu điều chế

Số khe

thời gian Thời gian truyền (ms) Số bít

Tốc độ dữ liệu (Kbps)