Hệ thống thông tin di động WCDMA Phần 2

Chơng Các kỹ thuật xử lý đa phơng tiện 4.1 Tổng quan Phần trình bày vấn đề chính: Xử lý tín hiệu: Công nghệ, đặc điểm xu hớng phơng pháp mà hoá hình ảnh (MPEG-4), mà hoá thoại nhiều tốc độ thích ứng(AMR) công nghệ 3G324M MPEG-4 đợc xem công nghệ then chốt hợp chuẩn ITM-2000, đợc phát triển để dùng cho thông tin di động, MPEG-4 đợc chuẩn hoá dựa tảng phơng pháp đà có trớc Mà hoá thoại AMR: đợc thiết kế để sử dụng nhiều điều kiện khác nhau, nhà hay di chuyển, với chất lợng tuyệt vời 3G-324M đợc 3GPP chọn công nghệ hệ thống thiết bị đầu cuối để thực dịch vụ nghe nhìn Các dịch vụ ISP di động sử dụng mạng IMT-2000, vấn đề liên quan cung cấp dịch vụ (phơng pháp phát tán thông tin, xu hớng ngôn ngữ đánh dấu nội dung) Phơng hớng chuẩn hoá diễn đàn WAP ( chịu trách nhiệm hoàn thiện chuẩn truy nhập Internet từ mạng không dây), xu hớng kỹ thuật chuẩn hoá chức tảng chung cần thiết cho việc mở rộng ứng dụng tơng lai 4.2 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu đa phơng tiện 4.2.1 Xử lý hình ảnh Phơng pháp mà hoá hình ảnh MPEG-4 đợc sử dụng dịch vụ đa phơng tiện IMT2000 khác nh điện thoại video truyền video Phần giới thiệu kỹ thuật đặc trng phơng pháp mà hoá hình ảnh đà đời trớc chuẩn MPEG-4 4.2.1.1 Công nghệ m hoá phần tử ảnh Thông thờng, tín hiệu hình ảnh chứa khoảng100Mb/s thông tin, dựa đặc tính hình ảnh có nhiều phơng thức xử lý đà đợc phát triển nh: Phơng pháp dự đoán bù chuyển động khung hình (IMCP), phơng pháp biến 121 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt đổi cosin rời rạc (DCT), phơng pháp mà hoá độ dài biến thiên (VLC) Các phơng pháp đợc gọi công nghệ xử lý phần tử ảnh Phơng pháp dự đoán bù chuyển động khung hình (IMCP) Hình 4.1 minh hoạ ý tởng phơng pháp mà hoá dự đoán bù chuyển động (IMCP) IMCP kỹ thuật mà hoá độ lớn hớng chuyển động phần tử ảnh (xác định cách so sánh hình ảnh trớc sau ảnh tại) thay mà hoá ảnh (khung hình) Hớng độ lớn chuyển động (vectơ chuyển động) thay đổi theo khối ảnh Vì vậy, ảnh đợc chia thành khối (block) có kích thớc 16x16 điểm ảnh ( đợc gọi khối ảnh lớn ) để xác định đợc vectơ chuyển động khối Sự khác khối ảnh lớn hình ảnh hình ảnh trớc đợc gọi sai số dự đoán đợc DTC đợc ứng dụng để mà hoá khác Khung hình Khung hình ( Có khác dịch chuyển đám khói máy bay) Hình 4.1 ý tởng phơng pháp mà hoá dự đoán bù chuyển động khung hình DCT Mỗi hình ảnh video đợc biểu diễn tổng hợp thành phần ảnh từ đơn giản (thành phần tần số thấp) đến phức tạp (thành phần tần số cao) Nh đà biết, thông tin chủ yếu tập trung thành phần tần số thấp - đóng vai trò quan trọng thị giác Sau thực DCT, ngời ta tách lấy thành phần tần số quan trọng đầu cuối để nén thông tin Phơng pháp đợc áp dụng rộng rÃi việc chuyển đổi thông tin hình ảnh sang miền tần số-không gian đợc tiến hành cách hiệu 122 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong thực tế, DCT đợc áp dụng với block khung hình (8x8 điểm ảnh) Trong hình 4.2, hệ số DCT Hệ số đợc lợng tử hoá làm tròn đến mức lợng tử, sau đợc mà hoá theo phơng pháp mà hoá độ dài biến thiên (VLC) Hình 4.2 minh hoạ khái quát DCT Hình 4.2 Khái niệm DCT Khung hình VLC VLC đợc dùng để nén thông tin dựa vào tính chất bất thờng giá trị tín hiệu (phần tử ảnh) đầu vào Phơng pháp phân chia mà ngắn cho giá trị tín hiệu xuất thờng xuyên mà dài cho giá trị tín hiệu xuất thờng xuyên 4.2.1.2 Vị trí phơng pháp m hoá hình ảnh động (video) khác Các phơng pháp mà hoá hình ảnh động theo tiêu chuÈn quèc tÕ bao gåm: H.261, MPEG-1, MPEG-2, H.263 vµ MPEG-4 Hình 4.3 trình bày phạm vi ứng dụng phơng pháp Phần dới miêu tả cách ứng dụng công nghệ mà hoá phần tử ảnh đà giới thiệu phơng pháp để tăng hiệu suất nén khác chức phơng pháp mà hoá hình ảnh động Chất lợng Cao Thấp Hình 4.3 Sự tơng quan MPEG-4 tiêu chuẩn khác 123 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt M hoá Video H.261 Là chuẩn Quốc tế cho mà hoá hình ảnh video, chuẩn hoá ITU-T năm 1990, đợc dùng dịch vụ thoại thấy hình ISDN, hội nghị truyền hình H.261 áp dụng tất công nghệ mà hoá phần tử ảnh đà giới thiệu phần trên, là: Dự đoán vectơ chuyển động khối 16x16 điểm ảnh để thực IMCP DTC đợc ứng dụng để mà hoá khác (lỗi dự đoán đợc) khối khung hình (mỗi khối có kích thớc 8x8 điểm ảnh) Đối với vùng hình ảnh có thay đổi lớn vợt ngỡng chất lợng lỗi dự đoán đợc phơng pháp IMCP không đợc sử dụng, thay vào ngời ta sử dụng phơng pháp DTC với khối 8x8 điểm ảnh để tăng hiệu mà hoá Thực VLC riêng biệt cho vectơ chuyển động thu đợc từ IMPC kết DCT H.261 đợc áp dụng cho camera truyền hình thông thờng giám sát Các dạng tín hiệu TV (khung dòng quét) theo tiêu chuẩn khu vực hệ truyền hình giới khác nhau, để phục vụ thông tin liên lạc mang tính quốc tế dạng tín hiệu phải đợc chuyển thành định dạng trung gian Định dạng trung gian có tên định dạng trung gian chúng (CIF) với đặc tính: 352x288 điểm ảnh , số hình giây lớn 30 " M hoá video MPEG-1/MPEG-2 MPEG-1 đợc chuẩn hoá ISO/IEC vào năm 1993 dùng cho phơng tiện lu trữ liệu hình ảnh (CD-ROM) với tốc độ khoảng 1,5Mbit/s MPEG-1 đáp ứng đợc yêu cầu xử lý thời gian thực, áp dụng đợc công nghệ với khả nh: tìm kiếm ngẫu nhiên Về MPEG-1 giống nh H.261 nhng có thêm tính sau: Nếu H261 dự đoán vectơ chuyển động từ hình ảnh trớc để thực IMCP (dự đoán xuôi ) MPEG-1 có thêm khả dự đoán từ hình ảnh sau (dự đoán ngợc ) nhờ đặc tính công cụ lu trữ Thêm vào đó, MPEG-1 thực so sánh lỗi dự đoán đợc từ phơng 124 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt pháp dự đoán xuôi, ngợc giá trị trung bình phơng pháp sau lấy giá trị nhỏ để tăng tỷ lệ nén Trong H261 dự đoán vector chuyển động đơn vị điểm ảnh, MPEG-1 dự đoán đơn vị 0,5 điểm ảnh tạo hình ảnh nội suy thông qua giá trị trung bình điểm ảnh liền kề Dự đoán chuyển động đa khung với hình ảnh néi suy cho phÐp n©ng cao tû lƯ nÐn Víi khả MPEG-1 đợc dùng rộng rÃi nh mà hoá đọc video cho máy tính cá nhân MPEG-2 đợc chuẩn hoá ISO/IEC vào năm 1996 đợc sử dụng cho viễn thông, thông tin quảng bá lu trữ hình ảnh với tốc ®é 3-20Mbit/s Trong thùc tÕ, MPEG-2 ®−ỵc dïng réng r·i cho truyền hình số, truyền hình độ phân giải cao (HDTV), DVD MPEG-2 thừa hởng đặc tính MPEG-1 có thêm đặc tính sau: Khả mà hoá cách hiệu hình ảnh xen kẽ dùng tín hiệu TV thông thờng Tính điều chỉnh kích thớc, chất lợng hình ảnh theo ý muốn cách khôi phục lại phần liệu đà đợc mà hoá Vì đặc tính đợc thêm vào cho mục sử dụng khác nên phải bảo đảm tính tơng thích liệu đợc mà hoá MPEG-2 đà đa vào khái niệm profile level để phân lớp khác chức phức tạp việc xử lý M hoá Video H.263 Đợc chuẩn hoá ITU-T năm 1996, phơng pháp mà hoá hình ảnh với tốc độ bit cực thấp 28,8Kb/s, kế thừa đặc tính chuẩn MPEG-1 Các tính bắt buộc H263 là: Dự đoán bù chuyển động khung hình đơn vị 0,5 điểm ảnh, mà hoá VLC Ngoài ra, tuỳ chọn nh: Dự đoán bù chuyển động khung hình cho khối 8x8 điểm ảnh, giảm nhiễu khối hình ảnh v.v đợc thêm vào 125 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt H263 đợc dùng số thiết bị phục vụ hội nghị truyền hình, điện thoại thấy hình ISDN 4.2.1.3 M hoá video MPEG-4 MPEG-4 đợc ISO/IEC phát triển dựa u điểm H263 ITU-T vào năm 1999 , bao gồm khả chống lỗi cao Với MPEG-2 đợc xây dựng chủ yếu dùng cho việc xử lý hình ảnh máy tính cá nhân, truyền hình số thông tin tốc độ cao Ngoài dịch vụ kể trên, MPEG4 đợc chuẩn hoá với tập trung đặc biệt vào ứng dụng viễn thông nói chung thông tin di động nói riêng MPEG-4 đợc đánh giá công nghệ then chốt cho dịch vụ đa phơng tiện: video-th, truyền video nh điện thoại video ITM2000 Thông tin - Điện thoại di động video - Điện thoại di động truyền hình hội nghị Máy tính - Th Video - Thông tin đa phơng tiện theo yêu cầu - Internet di động Thông tin quảng bá - T.V di động - Phát tán thông tin di động ( Video âm thanh) Hình 4.4 Phạm vi ứng dụng MPEG-4 Profile Level Để đảm bảo khả hoán đổi tơng tác liệu đợc mà hoá ứng dụng khác nhau, chức MPEG-4 đợc phân lớp theo profile (lớp chức năng) mức độ phức tạp tính toán đợc phân lớp theo level (mức) nh MPEG2 Các lớp chức đợc định nghĩa gồm: Lớp đơn giản (Simple), lớp lõi (Core), lớp (Main) lớp đơn giản mở rộng (Simple Scalable) lớp đơn giản định nghĩa chức VD: Dự đoán bù chuyển động đa khung với 8x8 điểm ảnh H 263 nằm lớp đơn giản 126 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Với lớp đơn giản , hình ảnh QCIF với kích thớc 1/4 CIF đợc xử lý mức CIF mức Các tiêu chuẩn ITM 2000 Tiêu chuẩn cho điện thoại thấy hình 3GPP 3G-324M ITM2000 đòi hỏi chức H263 nh phơng thức mà hoá hình ảnh bắt buộc khuyến nghị sử dơng MPEG-4 víi Simple profile vµ level Simple profile bao gồm công cụ chống lỗi: Đồng lại : Hạn chế lỗi truyền dẫn cách chèn mà đồng lại vào liệu VLC xắp xếp mà vào vị trí hợp lý khung liệu Vì thông tin tiêu đề nối tiếp sau mà đồng lại để xác định tham số mà hoá nên cho phép liệu đợc khôi phục lại nhanh chóng từ trạng thái lỗi mà hoá Phân chia liệu: Dấu lỗi cách chèn mà đồng SC vào ranh giới loại liệu VD: nhờ chèn SC vào liệu vectơ chuyển động hệ số DCT, vectơ chuyển động đợc truyền cách xác lỗi bit bị lẫn vào phần hệ số DCT VLC nghịch (RVLC) : Có thể giải mà liệu theo hai chiều, đợc áp dụng hệ số DCT Với công cụ này, tất khối điểm ảnh lớn (macro) đợc giải mà trừ khối nằm lỗi bit bị bỏ qua Không giải mà bỏ Giải mà Lỗi (a) Giải mà chiều với mà độ dài biến thiên thông thờng Giải mà Không giải mà bỏ Lỗi Lỗi (b) Giải mà hai chiều với RVLC Giải mà ngợc Hình 4.5 Ví dụ trình giải mà RVLC Với đặc điểm trên, MPEG-4 lớp chức đơn giản- mức tạo thành CODEC đơn giản phù hợp cho thông tin di động 127 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.2.2 Xử lý âm thoại 4.2.2.1 Thuật toán CELP Có ba phơng pháp mà hoá thoại thông dụng là: mà hoá dạng sóng âm (waveform), mà hoá giọng nói (vocoder) mà hoá kết hợp (Hybrid) M hoá dạng sóng âm: Giống nh PCM APCM, mà hoá dạng sóng âm thực mà hoá dạng sóng tín hiệu mức xác có thể, không phụ thuộc vào tính chất tự nhiên tín hiệu nên tốc độ bit đủ lớn chất lợng tốt (16kbit/s), nhiên tốc độ bít giảm chất lợng giảm nhanh chóng M hoá giọng nói: Phơng pháp dựa vào mô hình tạo tiếng nói phân tích, mà hoá tham số mô hình Mặc dù phơng pháp cho phép tốc độ bit thấp (2kbit/s), nhng khó để cải thiện chất lợng tiếng nói tốc độ bít đợc nâng cao chất lợng tiếng nói phụ thuộc lớn vào mô hình tạo tiếng nói M hoá kết hợp: Là phơng pháp kết hợp hai phơng pháp Phân tích tham số tạo tiếng nói mà hoá dạng sóng phần thông tin lại CELP phơng pháp mà hoá tiêu biểu cho phơng pháp đợc dùng rộng rÃi thông tin di động Hình 4.6 mô tả tạo tiếng nói phơng pháp mà hoá CELP Bộ mà hoá giải mà CELP có cấu trúc bên Bộ giải mà gồm có: lọc tổng hợp dự đoán tuyến tính hai tham chiếu (bảng mÃ) tạo tín hiệu điều khiển lọc Bộ lọc đóng vai trò nh khoang miệng tái tạo lại phổ tín hiệu tiếng nói, tín hiệu điều khiển đóng vai trò nh âm thanh quản CELP tái tạo lại hệ thống phát âm ngời 128 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Công suất Phụ âm (vòm miệng) Thanh âm (dây quản) Ngn ©m (giäng nãi) Ngn phơ ©m Phỉ giäng nãi Tần số Dạng sóng giọng nói Phổ tin tức Bộ lọc tổng hợp Thông tin kích thích Hình 4.6 Cách tạo giọng nói phơng pháp mà hoá CELP Phần mô tả kỹ thuật đợc dùng CELP Phân tích dự đoán tuyến tính Dựa vào tính tơng quan tạm thời tín hiệu thoại dự đoán tín hiệu dựa vào tín hiệu trớc Sự khác tín hiệu dự đoán đợc tín hiệu gốc gọi phần d dự đoán Mà hoá CELP tính toán độ tơng quan tín hiệu thoại hệ số dự đoán tuyến tính i Bậc hệ số dự đoán băng tần thoại thông thờng 10 Vì khó xác định ổn định lọc, hệ số lọc đợc chuyển đổi thành hệ số tơng đơng hệ số ổn định, ví dụ nh hệ số phản hồi, sau đợc lợng tử hoá để truyền Bộ giải mà tạo thành lọc tổng hợp với hệ số truyền dẫn i điều khiển lọc phần d dự đoán tái tạo tín hiệu thoại Đặc tính tần số lọc tơng đơng với đờng bao phổ tín hiệu thoại Bộ lọc tải theo độ nhạy (Perceptual Weighing Filter) CELP mà hoá tín hiệu cách tìm mẫu độ lớn bảng mà (codebook) cho lỗi tín hiệu thoại tổng hợp tín hiệu thoại đầu vào nhỏ nhất, kỹ thuật đợc gọi phân tích tổng hợp (A-b-S) đặc tính CELP 129 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hàm truyền Bộ lọc dự đoán tuyến tính Thời gian Phần d dự đoán Bộ lọc đảo Bộ lọc tổng hợp Giá trị dự đoán Các thông số dự đoán Hình 4.7 Phơng pháp phân tích dự đoán tuyến tính Bảng m tơng thích Bảng mà tơng thích lu trữ tín hiệu kích thích trớc nhớ thay đổi chúng cách linh động Nếu tín hiệu kích thích tuần hoàn, giống nh tiếng nói, tín hiệu kích thích đợc biểu diễn hiệu cách hiệu sử dụng bảng mà tín hiệu lặp lại đỉnh chu kỳ tơng ứng với đỉnh giọng nói 4.2.2.2 Các công nghệ ngoại vi dùng thông tin di động Trong thông tin di động, công nghệ ngoại vi đợc áp dụng để đáp ứng đợc với điều kiện đặc biệt nh: sử dụng đờng truyền vô tuyến, sử dụng dịch vụ dịch vụ trời di chuyển Công nghệ sửa lỗi Mà sửa lỗi dùng để sửa lỗi trình truyền dẫn tạo kênh vô tuyến Phơng pháp sửa lỗi đờng truyền lựa chọn bít (BS-FEC) hay phơng pháp chống lỗi không đồng ( UEP) sửa lỗi hiệu chúng sử dụng mà sửa lỗi với khả khác phụ thuộc vào độ nhạy với lỗi bit thông tin mà hoá thoại Công nghệ ẩn lỗi Nếu lỗi sửa đợc phơng pháp trên, thông tin bị giải mà xác tín hiệu thu Trong trờng hợp phần bị lỗi tín hiệu thoại đợc tái tạo phép nội suy giá trị dựa vào thông tin thoại đà biết, để giảm thiểu suy giảm chất luợng thoại Đây công nghệ ẩn lỗi Các 130 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt theo định kỳ Trờn c s kt qu đo ®−ỵc, BS sÏ xác định điện thoại di động mà thông tin nên truyền tới tốc độ truyền tối ưu khoảng thêi gian xen kÏ Để hỗ trợ tốc độ truyền dẫn cao hơn, chế điều chế nghiên cứu không bao gm điều chế pha trạng thái (QPSK) nh hin m cũn cú điều chế pha trạng thái (8PSK), điều biên trực giao16 mức ( 16QAM) v c 64QAM Tốc độ mã hố ®ang xem xét ¼ ¾ Hình 5.3 minh hoạ ví dụ hoạt động AMC, cho thÊy AMC sử dụng tin tøc truyền tới hai điện thoại di động lúc Trong trường hợp ®iỊu khiển công suất phát (TPC) nhanh, tc truyn dn cần phải kiểm soát thường xuyên để thÝch øng víi nh÷ng thay đổi mơi trường truyền lan ViƯc kim soỏt tc truyn dẫn theo khoảng thi gian định kỳ ang c nghiên cứu vỡ chớnh xác phÐp đo môi trường truyền lan điện thoại di động BS thực có ảnh hưởng lớn đến hiƯu st chế truyền dẫn M¸y di động Chất lợng vô tuyến Cao Máy di ®éng Tèc ®é trun Cao Thêi gian Kho¶ng xen kẽ Truyền số liệu tới máy di động Truyền số liệu tới máy di động Hình 5.3 Ví dụ ứng dụng AMC 5.2.2.3 Yêu cầu lặp tự động hỗn hợp (H-ARQ) Cỏc nghiờn cu ng dng yêu cầu lặp tự động hỗn hợp (H-ARQ; xem phần 2.2.4.1) -một chế truyền dẫn kết hợp ARQ với trình FEC- tiến hành 164 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt mạnh mẽ Nỳt đầu cui tim nng trờn Mng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) dành cho H-ARQ l nỳt B Bộ điu khin mng vụ tuyn (RNC) Tuy nhiên, xét ®Õn tác động tíi chất lượng truyền dÉn dung lượng nhớ điện thoại di động, nghiên cứu thiên Nút B nút đầu cuối khả rút ngắn tr truyn dn 5.3 Viễn cảnh công nghệ mạng 5.3.1 Thông tin gói IP mạng thông tin di động C hai cụng ngh chuyn mch kênh chuyển mạch gói mạng di động ti h tr u da trờn trình iu khin di động thực với tham chiếu tới mét số điện thoại đầu cuối di động cụng ngh nh tuyn Theo đó, thụng tin gúi chØ đóng vai trị phương tiện truy nhập internet, phối hợp mạng cục (LAN) với mạng IP bên ngồi khác cách tạo đường truyền gói bªn mạng khơng định tuyến trực tiếp gói IP người sử dụng (hình 5.4) M¹ng di động Đờng hầm (thông suốt) Giao thức Giao thức thông suốt thông suốt Giao thức định tuyến Tích hợp LAN/Internet Giao thức định tuyến Hình 5.4 Thông tin gói di ®éng IMT-2000 Tuy nhiên, gần đây, thông tin IP ngày chiếm ưu lưu lượng Vì vậy, định tuyến trực tiếp điều khiÓn lưu ®ộng gói IP biện pháp hiệu để đạt ph−¬ng thøc trun tải có mức tương quan cao với hệ thống thông tin IP phù hợp để điều phối cung cấp ứng dụng IP khác mạng di động Bằng cách hiÖu chỉnh chế truyền tải cho phù hợp với Internet, 165 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt công nghệ IP đạt tiến nhanh chóng, nâng cao khả tạo dịch vụ kÕt hợp với Internet Do ®ã, mạng sở chức vµ mục đích nỗ lực xây dựng, nhằm tích hợp tất loại h×nh thơng tin bao gồm thoại với IP nhanh chúng triển khai, cung cp nhiều loại hình dịch vụ Giả thiết tương lai, sau tiến thông tin IP, tất thiết bị đầu cuối thiÕt bÞ đầu cuối IP, lóc ®ã mạng phải có chức để thực định tuyến điều khiển lưu động trực địa IP người sử dụng Các chức truyền tải chuyển mạch dựa phần cứng nhằm đạt công suất lớn tốc độ nhanh cần phải tách biệt với chức điều khiển dựa phần mềm với mc ớch a dng v linh hot Vi chức nh− vËy, thiết bị phân tán phân bổ thích hợp theo khả loại v cỏc chc nng m rng, b sung ch đợc cung cấp cho thit b cần Vi yêu cÇu cung cấp nhiều dịch vụ khác tương lai, việc cung cấp triển khai dịch vụ nhanh chóng quan trọng Để thực điều này, giao diện ứng dụng mở (API mở) cần phải áp dụng 5.3.2 Xu h−íng c«ng nghƯ mạng IP xõy dng mt mng IP vi mục đích chức đề cập phn trc, cỏc k thut sau cn phải giải Nghiên cứu kiến trúc mạng hồn chỉnh IP hố tồn từ điểm ci tới điểm cuèi , không thiết phải gắn với cấu hình truyền thống dựa mạng truy nhập vơ tuyến (RAN) mạng lõi (CN) Thiết lập chế điều khiển di động IP dựa địa IP không cần sử dụng số thuê bao điện thoại di động Thực kiểm soát chất lượng dịch vụ từ điểm cuối tới điểm cuối (QoS) thông tin thời gian thực bao gồm thoại video sở cơng nghệ ứng dụng 166 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thiết lập chế báo hiệu qua IP cho điều khiển kết nối Thoại qua IP (VoIP), v.v… Nghiên cứu biện pháp áp dụng kiến trúc tách biệt hệ thống điều khiển khỏi hệ thống chung kiểm tra hiệu tách biệt øng dụng API mở hệ thống điều khiển nghiên cứu dịch vụ đa phương tiện IP kết hợp với Internet dựa øng dơng Phần đề cập đến công nghệ di động IP nhắc đến điểm 2, công nghệ VoIP điểm 4, API mở điểm 5.3.2.1 C«ng nghƯ di ®éng IP Các mạng thơng tin gói di động thực điều khiển di động c s cỏc s điện thoại di động s dng ghi định vị (LR) giống nh mng chuyn mạch kênh Nói cách khác, di chuyển MS c theo dừi v ghi vo LR đa ch IP gọi đến từ mạng IP bên chuyển đổi thành số điện thoại gateway, sau chuyển tiếp tới vị trí nhận dạng LR Ngược lại, mạng dựa IP yêu cầu chức điều khiển di động sử dụng địa IP Một biện pháp ®Ĩ thực di động IP sử dụng IP động ang c tổ chức kỹ thuật Internet (IETF) tán thành Tuy nhiên, IP động dự kiến thực hoỏ tớnh động ca cỏc a ch IP ( ®Þa chØ IP ®éng ) thực điều khiển di động cách phân tán Do viÖc điều khiển di động nhanh phải đảm bảo øng dụng cho mạng di động thêi ®iĨm chun giao nªn việc thiết lập chế di động IP phù hợp với mạng di động, tÝch hợp nhiÒu chức rÊt cần thiết 5.3.2.2 Thoo¹i qua IP (VoIP) Sự tiến c¸c hệ thống thơng tin IP làm gia tăng nhu cầu phải hỗ trợ khơng liệu máy tính mà cịn thoại, video v cỏc loại hình thông tin thi gian thc khác xuÊt ph¸t tõ mạng điện thoại c¸c hệ thống thông tin quảng bá (phát thanh, truyền hình) Kiểm sốt QoS cơng nghệ giúp thực điều công nghệ bật bao gồm c¸c dịch vụ tích hợp (Intserv) c¸c dịch vụ khác biệt (Diffserv) Cần phải kiểm tra xem liệu loại hình thông tin thời gian thực cú th hoạt động hiu qu cỏc mng thụng tin di động qui mơ lớn hay khơng liệu chúng đảm bảo thông tin tin cậy kể trường hợp nghẽn mạch điều kiện khơng bình thường khác hay không Một trở ngại quan trọng cần giải 167 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ph¶i xây dựng kỹ thuật QoS cho phép thơng tin IP trun qua hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng cho th«ng tin thoại truyÒn thèng Để thực VoIP, cần phải có chế báo hiệu cho phép trao i dung lợng gia thiết bị đầu cuối v mạng kiểm tra kết nối an toàn với QoS đảm bảo Các giao thức giúp đạt điều bao gồm H.323 Giao thức khởi tạo phiên làm việc (SIP) Hiện 3GPP thực nghiên cứu theo hướng sử dụng SIP 5.3.3 TriĨn khai vµ cấu hình mạng IP hoá hoàn toàn Hỡnh 5.5 cho thấy kiến trúc mạng IP hố hồn tồn theo qui định R4/R5 3GPP Mặc dù R4/R5 cố gắng thực tồn c¸c chức truyền dẫn qua truyền tải IP nh−ng phạm vi CS PS tách riêng hệ thống chuyển mạch gói dựa Dịch vụ vơ tuyến gói chung (GPRS) Chức di động vÉn dựa chế điều khiển di động nhiều vấn đề cần nghiên cứu liên quan đến đời di động IP chẳng hạn nh− IP ®ộng Một đặc tính đáng ý chế cung cấp dịch vụ đa phương tiện IP phối hợp với Internet gọi Phân hệ a phng tin IP (IMS) Các ứng dụng dịch vụ Mạng báo hiệu Mạng IP đa phơng tiện Các PLMN khác Miền PS Mạng bên ngoài/ mạng PSTN Mạng di động mặt đất công cộng Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Các ứng dụng dịch vụ Hình 5.5 Kiến trúc mạng IP hoá hoàn toàn theo GPP ( chn R4/5) Hình 5.6 minh ho¹ mét vÝ dơ vỊ cấu hình mạng định tuyến IP hố hoµn tồn, kết hợp cơng nghệ IP giải thích Cổng phương tiện (MG) cung 168 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cấp chức kết nối mạng điện thoại cố định RAN với IP CN (chuyển đổi gói IP, mã hố, v.v…) IP CN gồm có định tuyến IP gọi Bộ định tuyến lõi (CR) Mạng định tuyến IP trang bị nút cã chức Home Agent (HA) Foreign Agent (FA) cung cấp chức IP di động Hệ thống điều khiển bao gồm CA, FS, v.v… tách riêng khỏi hệ thống truyền tải mỈt cÊu trúc Nhiệm vụ quan trọng tương lai đánh giá toµn diƯn việc ứng dụng IP mạng di động tiến tới mạng IP thức 3GPP R5 Tách hệ thống truyền tải hệ thống điều khiển ứng dụng API mở Đảm bảo QoS RAN Thiết bị đầu cuối SIP API mở API mở Router lõi Router lõi Mạng thông tin cố định Thiết bị đầu cuối H.323 RAN dựa IP ? Máy di động IP Tích hợp ? Mạng định tuyến IP Đạt đợc tính di động IP FS: Máy chủ đặc trng CA: Phần xử lý gọi MG: Gateway đa phơng tiện HA: Phần xử lý thờng trú FA: Phần xư lý giao diƯn víi ISP AAA: NhËn thùc, cÊp phép, tính cớc Hình 5.6 Tổng quan cấu hình mạng di động dựa IP 5.4 Viễn cảnh công nghệ xử lý tín hiệu Nh ó đề cập chương trước, có hai loại mã hoá/ giải mã (CODEC) qui định Release99 3GPP: CODEC cho dịch vụ thoại CODEC cho điện thoại video Các thông số ban đầu Nhóm đặc tả kỹ thuật 3GPP xây dựng Hiện tại, nghiên cứu thực nhằm nâng cao chất lượng tăng cường chức cho phiên 3GPP tương lai Dưới cơng nghệ 169 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.4.1 C«ng nghƯ tr¸nh kÕt nèi chun tiÕp (Tandem) Các kết nối hình 5.7 xuất kết nối di động tíi di động coi kết nối tandem cđa CODEC Chóng ta ®· biÕt có kết nối tandem, trình mó hoỏ v gii mó din lần nhiều dẫn đến sù suy giảm chất lượng méo lượng tử CODEC Sự suy giảm chất lượng thể đặc biệt rõ nh÷ng phơng pháp mó hoỏ vi tc bit thp Công nghƯ hoạt động kh«ng cã kÕt nèi tandem (TFO) Công nghệ hot ng khụng cú chuyn đổi mó (TrFO) chuẩn hố 3GPP Release cơng nghệ để tránh kết nối tandem, ứng dụng sư dơng cïng mét CODEC Ngồi việc tránh suy giảm chất lượng, TFO TrFO giúp sử dụng cách có hiệu tài nguyên mạng hạn chế gia tăng ®é trễ Nót B Nót B §−êng trun PCM 64 kbit/s Mà hoá Giải mà Mà hoá Giải mà Hình 5.7 Tandem Nót B Nót B §−êng trun PCM 64 kbit/s Các mẫu thoại gốc Các mẫu thoại đà đợc nén Các bit điều khiển Các tin TFO Hình 5.8 TFO Nút B Điều khiển chuyển đổi mà Nút B H×nh 5.9 TrFO 170 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sự khác biệt TFO TrFO tuỳ thuộc vào việc có chuyển mã (TC) tuyến thông tin hay không Trong TFO, TC giao tiếp với CODEC sử dụng bit cã ý nghÜa nhá ®−êng trun PCM 64kbit/s ánh xạ thơng tin mã hóa vào bit cã ý nghÜa nhá (hình 5.8) Ngược lại, TrFO, Máy chủ trung tâm chuyển mạch di động (MSC-Server) giao tiếp với CODEC thực định tuyến cách loại TC khỏi tuyến thông tin để truyền gói Iu UP mang thơng tin mã hố trực tiếp tới RNC phía (h×nh 5.9) Do TFO TrFO mạng điều khiển nªn người sử dụng khụng cn bit n chỳng 5.4.2 Công nghệ mà hoá đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-WB) Cỏc dch vụ truyền âm chất lượng cao có dịch vụ cung cấp âm nhạc qua Internet ph¸t triĨn nhanh chóng Hiện tại, tiêu chuẩn mã hố quốc tế ®· qui định để cung cấp âm nhc vi cht lng tng ng với đĩa tích hợp mật độ cao (CD), bao gm tiêu chuẩn Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn/ Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế (ISO/IEC), nhóm chun gia hình ảnh động (MPEG)1, 2, 4, v.v…Các tiêu chuẩn chủ yếu sử dụng tần số lấy mẫu 48 kHz (tần số phát lại 24 kHz) để đáp ứng việc phát lại nhạc chất lượng cao với tốc độ bit xấp xỉ 48 kbit/s – 128 kbit/s (hình 5.10) Mặt khác, công nghệ mà hoá a tc thớch ứng băng hÑp (AMRNB)- CODEC AMR dành cho dịch vụ thoại đỊ cập tới chương trước-có khả nng ỏp dng cho bng tn phát lại 3,4 kHz v chuyờn dnh cho mó hoỏ Băng tần (kHz) thoi víi tèc ®é bit từ 4,75 kbit/s ®Õn 12,2 kbit/s Mà hoá âm Tốc độ bít (kbit/s/ch) Hình 5.10 Phạm vi ứng dụng CODEC âm thanh/thoại 171 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vi mc ớch xoỏ bỏ ngăn cỏch phạm vi øng dơng cđa hai tiêu chuẩn này, qu¸ trình chun hoỏ AMR-WB ang c tin hnh Quá trình chuẩn hoá nghiên cứu chế mó hoỏ thoi bng rng (bng tn phát lại kHz) sử dụng chung kênh UTRAN 3G, kờnh GSM tc đầy đủ (22,8 kbit/s), kờnh EDGE pha II kênh GSM đa khe (n*22,8 kbit/giây) Các yêu cầu có yêu cầu chất lượng bảng 5.2 thuật toán với tốc độ bit xấp xỉ 6,6 đến 23,85 kbit/s 3GPP thông qua tháng 3/2001 Bảng 5.2: Các yêu cầu AMR-WB Yêu cầu Ghi xp x t 1,2 ti 2,8 Yêu cầu b 15 kword RAM 18 kword ROM lần AMR-NB nhớ Phải vượt vỊ tû sè C/I 13dB so víi Chất lượng G.722-48k G.722-56 k điều kiện gi thit khụng cú li 5.4.3 Truyền thông đa phơng tiện theo gói Như đề cập chương trước, IMT-2000 cung cấp nhiều ứng dụng da phương tiện khác điện thoại video Do giíi hạn hiệu sử dụng kênh, truyền thông đa phương tiện chủ yếu cung cấp kết nối CS cú tiêu đề hn ch, c bit thi gian đầu khai thác dịch vụ Tuy nhiên, việc sử dụng a phng tin giao thc IP đợc hy vọng sÏ phát triển m¹nh tương lai, khả tương thích chúng với ứng dụng đa phương tiện Internet 3GPP nghiên cứu giao thức đa phương tiện CODEC với dự kiến đưa công nghệ đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) khác bao gồm Phân hệ IM CN Các hoạt động chuẩn hóa th«ng tin đa phương tiện trờn c s cỏc giao thc IP đợc đẩy mạnh nh hoạt động chun húa giao thc truyn ti cđa IETF chn ho¸ viƯc cung cÊp c¸c dịch vụ cđa Tỉ chøc diễn đàn th«ng tin đa phương tiện vơ tuyến (WMF) Các hoạt động cđa 3GPP tập trung ch yu vo phơng pháp mó hoỏ thớch ứng với đặc tÝnh truyền dẫn hệ thống 3G 172 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt M¸y kh¸ch Streaming C¸c m¸y chđ cung cấp nội dung Lu trữ nội dung Mạng lõi UMTS Mạng IP Các thông tin thiết bị đầu cuối thuê bao Máy khách Streaming Hình 5.11 Cấu hình luồng tin (liên tục) gói Hai loi CODEC a phương tiện gói 3GPP nghiên cứu có tên CODEC đa phương tiện gói cho thoại thời gian thực, tương tác CODEC cho luồng th«ng tin ( thông tin liên tục) theo gúi Loại CODEC th hai chun dùng cho luồng th«ng tin nghe nhìn, ví dụ hệ thống minh hoạ hình 5.11 Như minh hoạ hỡnh 5.12, khả hot ng giúp xác định cỏc loại CODEC v nhng đặc tính chúng khụng ch bao gm CODEC cho thoại, video âm mà cịn c¸c CODEC cho truyền văn bản, hình ảnh tĩnh, ngơn ngữ tích hợp đa phương tiện đồng (SMIL),các ngôn ngữ tả cảnh cung cấp cỏc giao thc u cui loại CODEC phc v cho lp truyn ti khả tương thích với tiêu chuẩn IETF giao thức truyền tải thời gian thực (RTP), giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực (RTCP), giao thức phân luồng thời gian thực (RTSP) đặc biệt coi trọng Trong tương lai, thông tin đa phương tiện nhiều lo¹i thiết bị đầu cuối sử dụng Internet trở thành thực 173 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt §iỊu khiĨn trình diễn Các khả thiết bị đầu cuối Giao diện thuê bao Các giao Thức FFS Bộ giải mà hình ảnh Bộ giải mà đồ hoạ véc tơ Văn Bộ giải mà âm Bộ giải mà thoại Khuôn dạng tải Đầu âm Bố cục không gian thời gian Hiển thị đồ hoạ Đồng Bộ giải mà Video Trao đổi khả Điều khiển phiên Lựa chọn nội dung Phạm vi 3GPP PSS Hình 5.12 Các đặc tính kỹ thuật CODEC cho luång tin gãi 174 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt C¸c tõ viÕt tắt AMPS: Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến BS: Base Station Trạm gốc BTS: Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C/I: Carrier / Interference Tû sè sãng mang trªn nhiƠu CDMA: Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mà CODEC: Coding and Decoding Mà hoá giải mà CRC: Cyclic Redundance Check KiĨm tra c¸c bÝt d− theo chu kú DS: Direct Sequence Chuỗi trực tiếp DS-SS: Direct Sequence - Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp Eb/No: Energy of a bit / Noise Năng lợng bít/tạp âm Ec/Io : Energy of a chip/ Interference Năng lợng mét chip/nhiƠu EMI: Environment Mobile Interference NhiƠu m«i tr−êng di động ERP: Effective Radiative Power Công suất xạ hiệu dụng EVRC: Enhanced Variable Rate Coding Phơng pháp mà hoá tốc độ thay đổi nâng cao FDMA: Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC: Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi thuận FER: Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung FH: Frequency Hopping Nhảy tần 175 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt FM: Frequency Modulation Điều tần (tơng tự) FSK: Frequency Shift Keying Khoá dịch tần ( điều tần kü thuËt sè) GOS : Grade of Service CÊp dịch vụ GSM: Global System for Mobile Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động ID : Identification Nhận dạng INIT- PWR: Initial Power Công suất khởi đầu MAHO: Mobile Assisted Hand Off Chuyển giao có hỗ trợ máy di động MS: Mobile Station Trạm di động MSC: Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (tổng đài cho hệ thống di ®éng) NAMPS: Narrow Advanced Mobile Phone System HÖ thèng ®iÖn thoại di động tiên tiến băng hẹp NOM-PWR: Nominal Power Công suất danh định PCB: Power Control Bit Bít điều khiển công suất PCG: Power Control Group Nhóm bít điều khiển công suất PCS: Power Control Subchannel Kênh phụ điều khiĨn c«ng st PDC: Personal Digital Cellular HƯ thèng th«ng tin di động số cá nhân (của Nhật) PILOT INC: Pilot Increase Tăng kênh hoa tiêu PMRM: Power Measurement Report Message Bản tin báo cáo phép đo công suất PN: Pseudorandom Noise Tạp âm giả ngẫu nhiên PSK: Phase Shift Keying §iỊu chÕ pha 176 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... cuối hệ thống mạng PSTN IP đợc nghiên cứu đa đến việc đời khuyến nghị H.310 H 324 , H. 323 vào năm 1996 Với phát triển bùng nổ thông tin di động hoạt động tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động hệ. .. ITM2000 Thông tin - Điện thoại di động video - Điện thoại di động truyền hình hội nghị Máy tính - Th Video - Thông tin đa phơng tiện theo yêu cầu - Internet di động Thông tin quảng bá - T.V di động. .. công nghệ di động IP nhắc đến điểm 2, công nghệ VoIP điểm 4, API mở điểm 5.3 .2. 1 Công nghệ di động IP Cỏc mng thụng tin gói di động thực điều khiển di ng trờn c s cỏc s điện thoại di động s dng