Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 CDMA2000

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 CDMA2000

SVTH:Thái Hoàng Hữu Nghị0620045Huỳnh Văn Tưng0620103Nguyễn Văn Liêm0620031Nguyễn Kim Long0620034 Nguyễn Thành Phương 0620053

Học kì I

Năm học 2008-2009

II. Quá trình thực hiện

 Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đã làm quen, tìm hiểu và nắm bắt được khái niệm về các thuật ngữ chuyên ngành hệ thống truyền thông

 Nhóm cũng đã đi sâu vào tìm hiểu lịch sử phát triển của mạng thông tin di động cũng như một số kiến trúc của mạng thông tin di động  Tìm hiểu sâu vào kiến trúc hệ thống CDMA2000 cũng như cách 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 trong nhóm

Thực hiện phần cấu trúc Layer Nguyễn Kim LongThực hiện phần chuyển giao Nguyễn Văn LiêmThực hiền phần hoạt động thu phát tín hiệu Thái Hoàng Hữu NghịThực hiện phần điều khiển công suất Nguyễn Thành Phương Thực hiện phần hướng phát triển Huỳnh Văn Tưng

Khía cạnh chủ yếu phân biệt giữa 0G và 1G là công nghệ 1G sử dụng mạng 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 là trạm gốc Trên thực tế, cũng có một vài ví dụ về việc sử dụng mạng tổ ong trong 0G, nhưng điều làm nên sự khác biệt giữa 1G và 0G là 1G hỗ trợ việc kết nối liền mạch khi di chuyển từ cell này sang cell khác Điều này có nghĩa là, khi người dùng ra khỏi tầm hoạt động của một trạm gốc trong khi đang thực hiện

cuộc 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 Một khía cạnh khác phân biệt 0G và 1G là các công nghệ 0G thường là bán song công (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 tải nghiêm trọng Một chuẩn tương tự khác được giới thiệu, đó là 1G Giống như 0G, 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 cố gắng của nhà chức trách nhằm ngăn chặn việc xâm nhập bất hợp pháp này đều không giải quyết được vấn đề Bên cạnh việc bảo vệ thông tin cá nhân, nhược điểm 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 các hacker

Hầu hết các công nghệ 1G chỉ có một dạng bảo mật, một thủ tục nhận thực hết sức thô sơ Thủ tục này bao gồm việc xác nhận hai số: số nhận dạng di động MIN 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 kiểm tra xem thiết bị di động này có bị khóa hay không Tiếp theo, một bản tin được gửi tới HLR để thông qua sự kết hợp của MIN và ESN Cả hai số này được truyền 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, các hacker có thể nhận thực thành công dưới dạng một thuê bao khác Vấn đề càng trở nên trầm trọng khi nhiều nhà cung cấp thậm chí không thực hiện việc nhận thực trên các máy di động do việc thiếu hụt sự chuẩn hóa và các lý do về hiệu suất Điều này gây nên việc sử dụng trái phép vô cùng lớn trong các mạng di động.

2.Công nghệ số 2G và 3G

2.12G ( second generation )

Mốc đánh dấu quan trọng trong quá trình phát triển của các công nghệ di động là sự ra đời của xử lý tín hiệu số DSP Nhờ có DSP, chất lượng thoại được cải tiến đáng kể vì thông tin số không bị ảnh hưởng bởi méo Thêm vào đó, dải phổ có thể được sử dụng một cách hiệu quả hơn hẳn nhờ có các kỹ thuật hợp kênh 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 công nghệ 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 chuẩn chính trong 2G: GSM và cdmaOne Cả hai chuẩn này đều sử dụng kỹ thuật đòi hỏi – đáp ứng (challenge – response) để nhận diện người dùng Khi thực hiện cuộc 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 có thể được xác nhận bởi mạng, vì nó cũng lưu trữ khóa bí mật trùng với khóa lưu tại thiết bị di động của người dùng Khóa này sau đó có thể sử dụng để thiết lập việc 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 pháp nhận 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 sự khó 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 Thứ hai, các chuẩn này có nhiều khuyết điểm về mặt giao thức có thể sử dụng để nhận thực bất hợp pháp một máy di động lậu Một nhược điểm nữa là việc thiếu hụt trong bảo vệ sự toàn vẹn Khi một thiết bị di động được nhận thực, nhưng không 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.

2.23G ( third generation )

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng dựa trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không đáp ứng được nhu cầu của các dịch vụ mới, thêm vào đó là có quá nhiều tiêu chuẩn khác nhau, làm cho việc di chuyển của thuê bao giữa các quốc gia này với các quốc gia khác gặp nhiều khó khăn Chính vì lẽ đó mà các tổ chức viễn 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 tương lai vừa đáp ứng được các yêu cầu của thời đại mới, vừa mang tính thống nhất chung cho các hệ thống Kết quả là IMT – 2000 do ITU – R xây dựng đã ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu đó IMT – 2000 mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép nhiều phương tiện thông tin có thể cùng hoạt động, từ các phương 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

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

CDMA và TD – SCDMA, cả hai đều được chuẩn hóa để sử dụng trong 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 (hay CDMA2000) được coi là hai chuẩn chính UMTS được phát triển ở châu Âu và là thế 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.

II.Tổng quan về mạng thông tin di động 3G1.Giới thiệu

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 băng thông rộng thế hệ thứ 3 tuân thủ theo các chỉ định trong IMT-2000 của ITU (Tổ chức 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 Với các tiêu chuẩn sau:

 Sử dụng dải tần quy định Quốc Tế:

♦ Đường lên : 1885 – 2025 MHZ

♦ Đường xuống :2110 – 2200 MHZ

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.

♦ Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến

♦ Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

 Sử dụng được trong các môi trường khác nhau :

♦ Công sở , ngoài đường , vệ tinh …  Có thể hỗ trợ được các dịch vụ khác:

♦ Môi trường ảo

♦ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện

 Giai đoạn thứ nhất được định nghĩa là chuẩn có tên 1xRTT Được hoàn tất vào tháng 7 năm 1999, giai đoạn này của CDMA2000 mang tên là chuẩn TIA theo IS-2000 và mang tên là chuẩn MC-1X theo 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 lý thuyết) Nó hoạt động ở kênh 1.25 MHz

 Giai đoạn thứ hai của CDMA2000 là 3xRTT kết hợp chặt chẽ các khả năng của 1xRTT, có tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps (theo lý thuyết), 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 dữ liệu cao Qualcomm HDR Các xu hướng dẫn đến sự ra đời của 1xEV là:

 Trong trình tự phát triển của CDMA2000 1x, khả năng dữ liệu tốc độ cao để hỗ trợ các dịch vụ dựa trên nền Internet ở hiện tại và trong tương lai sẽ trở nên hết sức quan trọng.

 Dải phổ sẽ trở thành một tài nguyên khan hiếm, làm cho hệ 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:

♦ Tốc độ cao và dung lượng cao của hệ thống truyền dẫn dữ liệu gói.

♦ Hiệu quả sử dụng dải phổ cao hơn cho chuyển mạch gói.

♦ Thoại với hiệu quả sử dụng dải phổ cao hơn.

♦ Sự nâng cấp và linh hoạt của hệ thống CDMA2000 1x tốt hơn nhiều so với hệ thống 3x trong việc phát triển lên từ hệ thống 2G hiện 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 các dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao.

Để đạt được các yêu cầu của nhà khai thác CDMA2000 trong việc triển khai các dịch vụ dữ liệu gói tốc độ cao trong sóng mang 1.25 MHz, 1xEV sẽ được 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 động trên một sóng mang Nếu thuê bao cần thoại hoặc các dịch vụ thời gian thực khác, hệ thống 1xEV sẽ sử dụng CDMA2000 1x để thực thi dịch vụ đó Mục đích là nhằm làm cho hoạt động dễ hiểu đối với người dùng.

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

vụ thời gian thực.

Trong cách tiếp cận tích hợp, mục đích là để tích hợp khả năng của giai đoạn một trên cùng một sóng mang, trong khi vẫn còn khả năng duy trì dịch vụ dữ liệu gói trên một sóng mang riêng biệt.

2.11xEV – DO

1xEV-DO là một chuẩn trong họ các tiêu chuẩn vô tuyến của CDMA2000 1x EV-DO là viết tắt của “EVolution, Data-Only" (gần đây được sửa thành “Evolution, Data Optimized”) 1xEV-DO cung cấp tốc độ dữ liệu nhanh gấp 10 lần so với 1xRTT, công nghệ dữ liệu trước đó của mạng CDMA Không giống như các chuẩn 1x khác, 1xEV-DO chỉ dành cho dữ liệu, không dùng cho thoại Nó yêu cầu một khoảng phổ dành riêng, tách biệt với mạng thoại sử dụng các chuẩn 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 khai rộng 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 liệu của Release 0 tương đồng với tốc độ dữ liệu của 1xEV-DV Revision C.

 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 tính năng như VoIP và thoại video.

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

2.21xEV – DV

1xEV-DV là một chuẩn trong họ các tiêu chuẩn vô tuyến của CDMA2000 1x EV-DV là viết tắt của “Evolution, Data and Voice” 1xEV-DV kết hợp cả công nghệ tốc độ cao HDR từ 1xEV-DO với chuẩn 1xRTT được triển khai rộng rãi Nó tích 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"

 Revision C cung cấp tốc độ dữ liệu cao chỉ cho chiều xuôi, có nghĩa là tốc độ download sẽ nhanh hơn Chiều ngược giống như chuẩn 1xRTT.

 Revision D cung cấp tốc độ dữ liệu cao cho cả hai chiều, lý tưởng cho các ứng dụng như hội thoại video và tải lên các file dung lượng lớn Revision D cũng tích hợp việc nhận dạng thiết bị di động MEID.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 các chuẩn 2G CDMA và IS-95 Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ 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 Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU.

2.Tính năng

2.1Loại lưu lượng

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

 Thoại truyền thống và VoIP. Các dịch vụ dữ liệu.

♦ Dữ liệu gói: Các dịch vụ này dựa trên nền IP với giao thức TCP hoặc UDP tại lớp giao vận Nằm trong loại này là các ứng dụng Internet, các dịch vụ đa phương tiện loại H.323 vv

♦ Dữ liệu băng rộng mô phỏng kênh (circuit-emulated broadband data): ví dụ như fax, truy cập dial-up không đồng bộ, các dịch vụ đa phương tiện loại H.321 nơi mà audio, video, dữ liệu, điều khiển và chỉ 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, các ứng dụng bộ hành hoặc trên xe cộ, và các môi trường cố định như tổng đài nội hạt vô tuyến (wireless local loop) Kích cỡ tế bào từ vài chục mét (nhỏ hơn 50 m đối với picocell) tới vài chục km (hơn 35 km cho các tế bào cỡ lớn).

2.2Độ rộng băng

Hệ thống CDMA2000 có thể hoạt động ở các độ rộng băng khác nhau với một hoặc nhiều sóng mang Trong hệ thống đa sóng mang, các sóng mang cạnh nhau 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 sóng mang IS-95 bằng mã trực giao Tuy nhiên, khi ba sóng mang được sử dụng trong hệ thống đa sóng mang, băng thông yêu cầu là 5 MHz Để cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, một kênh đơn có thể có độ rộng băng danh định là 5 MHz với tốc độ chip 3.6864 Mcps ( = 3 x 1.22887 Mc/s) Băng thông BW trong hình 4, ngoài mật độ công suất có thể bỏ qua, tùy thuộc vào bộ lọc tạo dạng tại băng gốc Nếu bộ lọc cosine tăng được sử dụng, BW = Rc(1 + α), trong đó Rc là tốc độ chip và α là thừa số cắt lăn (rolloff factor) Nếu α = 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 để tăng cường hoạt động của hệ thống.

Hình 2: Độ rộng băng trong CDMA2000.

2.3Chất 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 mạng được mong đợi là sẽ đảm bảo chất lượng yêu cầu mà không có sự sút giảm đáng kể trong QoS đã quy ước với khách hàng.

2.4Các 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 dùng riêng sử dụng phương thức đa truy cập phân khe Aloha Trong phương thức này, một xung nhịp tham chiếu được sử dụng để tạo ra một dãy các khe thời gian có độ dài bằng nhau Khi người dùng có một gói cần gửi, nó có thể bắt đầu truyền, nhưng chỉ tại lúc bắt đầu của một khe thời gian chứ không phải tại khoảng thời gian bất kỳ lúc nào Lưu ý rằng mặc dù người dùng được đồng bộ hóa nhờ xung nhịp tham chiếu, có một vài xác suất rằng có thể có hai người

dùng hoặc nhiều hơn có thể bắt đầu truyền tại cùng một thời điểm Khi các kênh này được thiết lập, người dùng có thể gửi các gói tin thông qua kênh điều khiển dùng riêng, và có thể yêu cầu một kênh lưu lượng hoặc một độ rộng băng thích hợp 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 lưu lượng ngay sau khi truyền xong hoặc sau một khoảng thời gian nhất định Nếu không còn gói nào để gửi, kênh điều khiển dùng riêng cũng được giải phóng sau một khoảng thời gian, nhưng kết nối lớp mạng và lớp liên kết vẫn được duy trì trong một khoảng thời gian để nếu có gói mới đến thì vẫn sẽ được truyền mà không 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 có các 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.

 Bộ điều khiển trạm gốc BSC( Base Station Controller): có nhiệm vụ điều khiển các BTS gắn với nó và định tuyến các gói đến và đi từ PSDN Ngoài ra, BSC còn làm nhiệm vụ điều khiển/quản lý chuyển giao.

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

 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register): là cơ sở dữ liệu lưu thông tin về thuê bao.

 Bộ ghi định vị vãng lai VLR (Visitor Location Register): là cơ sở dữ liệu lưu thông tin thuê bao đang hoạt động trên một MSC nhất định. Trung tâm nhận thực AC (Authentication Centre): xác nhận thuê bao

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

 IWF (Interworking Function): cho phép các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh.

 Nút dịch vụ dữ liệu gói PDSN (Packet Data Service Node): chỉ có ở mạng 3G, cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói.

 Trung tâm nhận thực, trao quyền và thanh toán AAA (Authentication, Authorization, and Accounting): là một server cung cấp các dịch vụ nhận thực, trao quyền và thanh toán cho PSDN, lần lượt chuyển các dịch vụ kết nối với mạng dữ liệu gói cho người dùng di động.

3.2Các giao thức sử dụng

Trong cấu trúc mạng CDMA2000 ở trên, có các giao diện giữa các thành phần 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 số chuẩn quan trọng là:

 IS-2000: Các chuẩn này quy định giao diện không trung giữa MS và BSC trong mạng CDMA2000.

 IS-2001: Đây là phiên bản 3G của IOS (InterOperability Specification), là chuẩn định nghĩa giao diện giữa BSC và PDSN Nó cũng định nghĩa giao diện giữa BSC và MSC, cũng như giao diện giữa các BSC với nhau nhằm quản lý di động.

 IS-41: Chuẩn này, đã sử dụng ở mạng 2G, cũng vẫn được sử dụng ở mạng 3G Nó định nghĩa giao diện giữa MSC, HLR, VLR, và AC, cũng như giao diện giữa các MSC với nhau.

3.3Simple 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 được trao 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 địa chỉ nguồn là S,địa chỉ đích là M.

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

3.4Mobile 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 PSDN khác.

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):

 Home agent (HA):Xác định PSDN mà MS di chuyển tới và gửi những gói dữ liệu đến foreign agent.

 Foreign agent (FA):Nhận các gói dữ liệu từ MS’HA và gửi cho MS tại thời điểm hiện tại.

Khi MS di chuyển từ home PSDN đến foreign PSDN,gói dữ liệu do MS gửi vẫn đến được server vì gói dữ liệu này mang địa chỉ đến là S.Ngược lại,khi server gửi xuống MS thì server vẫn lấy địa chỉ là M.Do đó gói dữ liệu được gửi tới 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 PSDN khác thì MS phải đăng kí với FA.Foreign agent sẽ tạo ra một địa chỉ tạm thời T.

 FA’registration with the HA :Sau khi FA tạo ra địa chỉ T,FA cần 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

4.1.2Kênh xuôi

Các kênh xuôi trong CDMA2000 chia làm kênh báo hiệu và kênh người dùng.Kênh báo hiệu mang thông tin điều khiển.Kênh người dùng mang dữ liệu

Kênh xuôi trong CDMA2000

Kênh báo hiệu

Kênh dùng chung

F-PCH (Paging Channel)

F-QPCH (Quick Paging Channel)

F-CCCH (Forward Common Control Channel)F-BCCH (Broadcast Control Channel)

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 tiêu Channel)

Kênh chuyên dụng

F-DCCH (Forward Dedicated Control Channel)

Kênhbáo hiệu

Kênh dùng chung R-ACH (Access Channel)

R-EACH (Enhanced Access Channel)

R-CCCH (Reverse Common Control Channel)Kênh chuyên dụng R-PICH (Reverse Hoa tiêu Channel)

R-DCCH (Reverse Dedicated Control Channel)

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

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

4.1.5Chức 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 phổ trực tiếp được biểu diễn trên hình 6 Trước tiên hãy xem xét kênh cơ bản Dữ liệu 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 được thêm vào khung Một vài bit đuôi được thêm vào để đảm bảo việc hoạt động chuẩn 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 bị xóa Lối ra của bộ ghép xen (interleaver) được trải phổ với mã Walsh, ánh xạ tới các biểu tượng điều chế, và nhân với các hệ số tích lũy (gain factor), kết quả là báo hiệu được gán nhãn Afund Kênh phụ 1 và 2 và các kênh điều khiển được xử 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 khiển dành riêng Tương tự, kênh hoa tiêu ngược R-PICH, có các chuỗi bit 0 (có giá trị thực là +1), được xử lý khác bởi vì nó không được mã hóa thành mã kênh, ghép xen 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 suất hoặc 16 bit điều khiển công suất trên một khung Đề đơn giản, bỏ qua sự lặp lại này 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 trường hợp 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 dữ liệu của một kênh thành hai dòng phụ Các chuỗi I và Q được trải phổ bởi mã phức dưới dạng SI + jSQ, trong đó SI và SQ là do người dùng định nghĩa bởi vì nó được lấy từ mã mặt nạ 42-bit gán cho mỗi người dùng, các dãy PN hoa tiêu kênh I và kênh Q, và mã Walsh.

4.2Medium Access Layer ( MAC )

4.2.1Giới thiệu

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

4.2.2Phân loại các thực thể chínhGồm 4 thực thể chính:

 Common channel multiplexing sublayer:Lớp con hợp nhất kênh dùng chung.

 Dedicated channel multiplexing sublayer:Lớp con hợp nhất kênh chuyên dụng.

 Signaling radio burst protocol (SRBP). Radio link protocol (RLP).

4.2.3Chức năng lớp MAC

 Hợp nhất các kênh logic về phía các kênh vật lý. Giải hợp nhất các kênh vật lý thành các kênh logic. Xử lý các gói dữ liệu.

 Xử lý việc báo hiệu trên kênh chung.4.2.4Data Units

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

Hai dạng primitive được sử dung nhiều nhất là:

 Request primitives được gởi từ dịch vụ yêu cầu đến dịch vụ cung cấp.Một thiết bị yêu cầu dùng request primitive để yêu cầu sự phục vụ hay một tài nguyên.

 Indication primitives được gởi từ dịch vụ cung cấp đến dịch vụ yêu cầu để thông báo thông tin mà dịch vụ yêu cầu đã được thực hiện.Một primitive có thể được viết dưới dạng:

Layer/sublayer-Primitive_name.Primitive_Types (Parameters).Trong đó:

♦ Layer/sublayer là tên của dịch vụ cung cấp,chỉ có thể là PHY (physical layer) hoặc MAC (MAC sublayer).

♦ Primitive_name là tên riêng biệt của kênh

♦ Primitive_Types là dạng primitive như request hay indication.

♦ Parameters là thông số được mang theo primitive như kích 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).

4.2.6Lớp con hợp nhất

Bao gồm kênh chung và kênh chuyên dụng có nhiệm vụ sắp xếp giữa các kênh 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.

Forward common signaling channel

Forward dedicaded signaling channel

Forward dedicaded traffic channel

Sync channelPaging channelForward common control channelBroadcast control channel

Common power control channelCommon assignment channel

Forward dedicated control channelForward fundamental channel

Forward dedicated control channelForward fundamental channelForward supplemental channel

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

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

Reverse common signaling channel

Reverse dedicaded signaling channel

Reverse dedicaded traffic channel

Access channelEnhanced access channel

Reverse common control channelReverse dedicated control channelReverse fundamental channel

Reverse dedicated control channelReverse fundamental channelReverse 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.

4.2.7Radio Link ProtocolChức năng:

 Phân phát và nhận các gói dữ liệu của người dùng.

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

 Phát hiện lỗi và thông báo việc truyền lại nếu dữ liệu nhận bị lỗi.Các cơ chế phát hiện lỗi:

 Positive acknowledgement (ACK) :Nếu nhận gói dữ liệu không có lỗi thì phía nhận sẽ gửi tín hiệu ACK đến phía truyền xác nhận việc nhận đã thành công.

 Negative acknowledgement (NAK): Nếu nhận gói dữ liệu có lỗi thì phía nhận sẽ gửi tín hiệu NAK đến phía truyền xác nhận việc nhận chưa thành công.

 Retransmission:Có nhiệm vụ báo cho phía nhận phải truyền lại khi nhận được tín hiệu NAK.

Việc phân phát và nhận các gói dữ liệu được đảm bảo nhờ các cơ chế này.

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.

•SEQ là các chuỗi dữ liệu.Ở ví dụ này SEQ gồm 2 bit.

•D là khoảng thời gian delay.

Có 4 gói dữ liệu được truyền đi vào các thời điểm a1,a2,a3,a4.Tại thời điểm b1,b2,b3,b4 nhận gói dữ liệu tương ứng SEQ 0,SEQ 1,SEQ 2,SEQ 3,SEQ 4.Nhưng tại thời điểm b2 gói dữ liệu bị lỗi,không nhận được.Do đó phía nhận gửi tín hiệu báo lỗi NAK 0 vào thời điểm b3 về phía truyền để yêu cầu gửi lại.Phía truyền 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 độ truyền lên tới 2Mbit/s.

4.2.8Signaling radio burst protocol ( SRBP )

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.

4.3Link Access Control ( Lớp LAC )

•Authentication sublayer : Lớp con xác nhận.

•Addressing sublayer : Lớp con định địa chỉ.

•Automatic repeat request (ARQ) sublayer : Lớp con tự động lặp lai yêu cầu.

•Utility sublayer : Lớp con tiêu chuẩn hóa.

•Segmentation and reassembly (SAR) sublayer : Lớp con phân chia và hợp lại.

Hình 13: các lớp con trong LAC.

 Authentication and addressing sublayer

♦ Xác nhận máy di động đang truy cập vào hệ thống.

♦ Xử lý thông tin địa chỉ của máy di động như số nhận diện (Mobile Identified Number).

♦ Sự xác nhận chỉ cần thiết khi máy di động lần đầu tiên truy cập vào hệ thống dùng kênh báo hiệu chung.Sau đó,máy di động dùng kênh chuyên dụng.

♦ Sự định địa chỉ chỉ cần thiết khi máy di động liên lạc với kênh báo hiệu chung.

 ARQ sublayer

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

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

♦ Assured delivery:Lớp LAC lập lại việc gửi dữ liệu tại những khoảng thời gian cố định đến khi nhận được tín hiệu ACK từ phía nhận.Nếu số lần truyền lại vượt qua số lần truyền định trước thì lớp LAC sẽ hủy bỏ việc truyền thêm nữa.

♦ Unassured delivery:Lớp LAC truyền dữ liệu nhưng phía nhận không gửi lại tín hiệu ACK.Do đó lớp LAC phải truyền dữ liệu nhiều lần.phía nhận sẽ phát hiện và giữ lại những dữ liệu giống nhau. Segmentation and Reassembly sublayer (SAR)

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

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

4.3.3Xử lý các lớp con

4.3.3.1Báo hiệu chung ở kênh xuôi

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 di động (Mobile station-MS) thì các lớp con của LAC sẽ thực hiện các bước xử lý như hình vẽ.Chỉ có 4 lớp con của LAC liên quan bởi vì authentication sublayer được 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 thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất,và lớp con addressing sẽ thêm các bit định địa chỉ thích hợp nhất (địa chỉ của máy di động).Tiếp đến,một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính 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 xuống lớp MAC.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 vẽ sau.

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

4.3.3.2Báo hiệu chung ở kênh ngược

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 đều được 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 con authentication.Tại đây,PDU được thêm vào mã xác minh.Sau đó chuyển xuống lớp con ARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất,và lớp con addressing sẽ thêm các bit định địa chỉ thích hợp nhất (địa chỉ của máy di động).Tiếp đến, một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính 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 xuống lớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chung ở kênh ngược được truyền trên kênh logic r-csch.

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

Hình 17 :Báo hiệu chung kênh ngược ở BS.

4.3.3.3Báo hiệu chuyên dụng ở kênh xuôi

Hình vẽ sau minh họa việc xử lý khi BS truyền dữ liệu báo hiệu chuyên dụng đến máy di động.Trong trường hợp này chỉ liên quan đến ARQ,utility,SAR.Các lớp authentication và addressing không hoạt động vì mỗi máy 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 con ARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất.Tiếp đến,một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính 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 xuống lớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chuyên dụng ở kênh xuôi được truyền trên kênh logic f-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 hiệu chuyên dụng từ BS.Tại đây,việc xử lý được thực hiện ngược lại.

4.3.3.4Báo hiệu chuyên dụng ở kênh ngược

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 trên kênh r-dsch.

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

4.3.4Sự tương tác giữa lớp chính và lớp phụ

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

•L2-Data.Request:được dùng khi LAC gửi PDU đến layer 3,thông báo cho Upper layer nhận dữ liệu đã được xử lý tại LAC.