Hỡnh 5.5 cho thấy kiến trỳc một mạng IP hoỏ hoàn toàn theo qui định trong R4/R5 của 3GPP. Mặc dự R4/R5 cố gắng thực hiện toàn bộ các chức năng truyền dẫn qua truyền tải IP nh−ng phạm vi CS và PS vẫn được tỏch riờng và hệ thống chuyển mạch gúi vẫn dựa trờn Dịch vụ vụ tuyến gúi chung (GPRS). Chức năng di động của nú
vẫn dựa trờn cơ chế điều khiển di động hiện tại và vẫn cũn nhiều vấn đề cần được nghiờn cứu liờn quan đến sự ra đời của di động IP chẳng hạn nh− IP động. Một trong những đặc tớnh đỏng chỳ ý nhất là cơ chế cung cấp dịch vụ đa phương tiện IP phối hợp với Internet gọi là Phõn hệđa phương tiện IP (IMS).
Hình 5.5 Kiến trúc mạng IP hoá hoàn toàn theo 3 GPP ( chuẩn R4/5)
Hỡnh 5.6 minh hoạ một ví dụ về cấu hỡnh của một mạng định tuyến IP hoỏ hoàn
toàn, kết hợp cỏc cụng nghệ IP đó được giải thớch ở trờn. Cổng phương tiện (MG) cung Mạng IP đa ph−ơng tiện Mạng bên ngoài/ mạng PSTN Mạng di động mặt đất công cộng
Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
Mạng báo hiệu hiện tại Các ứng dụng và dịch vụ Các PLMN khác Các ứng dụng và dịch vụ Miền PS
cấp chức năng kết nối mạng điện thoại cốđịnh hoặc RAN hiện tại với IP CN (chuyển đổi gúi IP, mó hoỏ, v.v…). IP CN gồm cú một bộ định tuyến IP được gọi là Bộ định tuyến lừi (CR). Mạng định tuyến IP được trang bị một nỳt có cỏc chức năng Home Agent (HA) và Foreign Agent (FA) và cung cấp cỏc chức năng IP di động. Hệ thống điều khiển bao gồm CA, FS, v.v… và được tỏch riờng khỏi hệ thống truyền tải về mặt cấu trỳc.
Nhiệm vụ quan trọng trong tương lai là đỏnh giỏ toàn diện việc ứng dụng IP
trong cỏc mạng di động và tiến tới một mạng IP chớnh thức kế tiếp của 3GPP R5.
Hình 5.6 Tổng quan về cấu hình mạng di động dựa trên IP
5.4 Viễn cảnh về các công nghệ xử lý tín hiệu
Như đó đề cập trong chương trước, cú hai loại bộ mó hoỏ/ giải mó (CODEC) được qui định trong Release99 của 3GPP: CODEC cho cỏc dịch vụ thoại cơ bản và CODEC cho điện thoại videọ Cỏc thụng số này ban đầu do Nhúm đặc tả kỹ thuật 3GPP xõy dựng. Hiện tại, cỏc nghiờn cứu đang được thực hiện nhằm nõng cao chất lượng và tăng cường cỏc chức năng cho cỏc phiờn bản 3GPP tương laị Dưới đõy là cỏc cụng nghệ chớnh. Máy di động IP Mạng thông tin cố định Tách hệ thống truyền tải và hệ thống điều khiển ứng dụng API mở Mạng định tuyến IP Đạt đ−ợc tính di động IP Thiết bị đầu cuối SIP
Thiết bị đầu cuối H.323 Đảm bảo QoS API mở API mở Router lõi Router lõi FS: Máy chủ đặc tr−ng CA: Phần xử lý cuộc gọi MG: Gateway đa ph−ơng tiện HA: Phần xử lý th−ờng trú FA: Phần xử lý giao diện với ISP AAA: Nhận thực, cấp phép, và tính c−ớc RAN hiện tại RAN dựa trên IP ? Tích hợp ?
5.4.1 Công nghệ tránh kết nối chuyển tiếp (Tandem)
Cỏc kết nối như trong hỡnh 5.7 xuất hiện trong kết nối di động tới di động được coi là kết nối tandem của CODEC. Chúng ta đã biết khi cú một kết nối tandem, quá
trình mó hoỏ và giải mó diễn ra 2 lần hoặc nhiều hơn dẫn đến sự suy giảm chất lượng
do mộo lượng tử trong CODEC. Sự suy giảm chất lượng thể hiện đặc biệt rừ ở những
ph−ơng pháp mó hoỏ với tốc độ bit thấp. Công nghệ hoạt động không có kết nối
tandem (TFO) và Công nghệ hoạt động khụng cú chuyển đổi mó (TrFO) được chuẩn
hoỏ trong 3GPP Release 4 là cỏc cụng nghệ để trỏnh cỏc kết nối tandem, cú thể được ứng dụng khi sử dụng cùng một CODEC. Ngoài việc trỏnh sự suy giảm chất lượng, TFO và TrFO cũn cú thể giỳp sử dụng một cỏch cú hiệu quả cỏc tài nguyờn mạng và hạn chế sự gia tăng độ trễ.
Hình 5.9 TrFO Hình 5.7 Tandem
Mã hoá Giải mã Mã hoá Giải mã Nút B Nút B Đ−ờng truyền PCM 64 kbit/s Hình 5.8 TFO Đ−ờng truyền PCM 64 kbit/s Nút B Nút B Các mẫu thoại gốc Các mẫu thoại đã đ−ợc nén Các bit điều khiển Các bản tin TFO
Nút B Nút B Điều khiển chuyển đổi mã
Sự khỏc biệt giữa TFO và TrFO tuỳ thuộc vào việc cú bộ chuyển mó (TC) trong tuyến thụng tin hay khụng. Trong TFO, những TC giao tiếp với CODEC sử dụng bit
có ý nghĩa nhỏ nhất trong đ−ờng truyền PCM 64kbit/s và ỏnh xạ thụng tin mó húa vào
những bit có ý nghĩa nhỏ nhất (hỡnh 5.8). Ngược lại, trong TrFO, Mỏy chủ trung tõm chuyển mạch di động (MSC-Server) giao tiếp với CODEC và thực hiện định tuyến bằng cỏch loại TC ra khỏi tuyến thụng tin để truyền gúi Iu UP mang thụng tin đó mó hoỏ trực tiếp tới RNC ở phớa kia (hình 5.9). Do TFO và TrFO được mạng điều khiển
nên người sử dụng khụng cần biết đến chỳng.
5.4.2 Công nghệ mã hoá đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-WB)
Cỏc dịch vụ truyền õm thanh chất lượng cao trong đú cú dịch vụ cung cấp õm nhạc qua Internet đang phát triển nhanh chúng. Hiện tại, cỏc tiờu chuẩn mó hoỏ quốc tế
đã được qui định để cung cấp õm nhạc với chất lượng tương đương với đĩa tích hợp
mật độ cao (CD), bao gồm các tiêu chuẩn của Tổ chức quốc tế về tiờu chuẩn/ Uỷ ban
kỹ thuật điện tử quốc tế (ISO/IEC), nhúm chuyờn gia hỡnh ảnh động (MPEG)1, 2, 4,
v.v…Cỏc tiờu chuẩn này chủ yếu sử dụng tần số lấy mẫu 48 kHz (tần số phỏt lại 24 kHz) đểđỏp ứng việc phỏt lại nhạc chất lượng cao với tốc độ bit xấp xỉ 48 kbit/s – 128 kbit/s (hỡnh 5.10). Mặt khỏc, công nghệ mã hoá đa tốc độ thớch ứng băng hẹp (AMR- NB)- một CODEC AMR dành cho cỏc dịch vụ thoại đó được đề cập tới trong chương trước-cú khả năng ỏp dụng cho băng tần phát lại 3,4 kHz và chuyờn dành cho mó hoỏ
thoại với tốc độ bit từ 4,75 kbit/s đến 12,2 kbit/s.
Hình 5.10 Phạm vi ứng dụng của CODEC âm thanh/thoại
Tốc độ bít (kbit/s/ch) Băng tần (k H z) Mã hoá âm thanh
Với mục đớch xoỏ bỏ sự ngăn cỏch về phạm vi ứng dụng của hai tiờu chuẩn này,
quá trình chuẩn hoỏ AMR-WB đang được tiến hành. Quá trình chuẩn hoỏ này được
nghiờn cứu như một cơ chế mó hoỏ thoại băng rộng (băng tần phát lại 7 kHz) cú thể
được sử dụng chung giữa kờnh UTRAN 3G, kờnh GSM tốc độ đầy đủ (22,8 kbit/s),
kờnh EDGE pha II và kờnh GSM đa khe (n*22,8 kbit/giõy). Cỏc yờu cầu trong đú cú
yờu cầu về chất lượng được chỉ ra trong bảng 5.2 và một thuật toỏn với tốc độ bit xấp xỉ 6,6 đến 23,85 kbit/s đó được 3GPP thụng qua thỏng 3/2001.
Bảng 5.2: Cỏc yờu cầu đối với AMR-WB Yờu cầu Ghi chỳ Yêu cầu về bộ nhớ 15 kword RAM 18 kword ROM xấp xỉ từ 1,2 tới 2,8 lần AMR-NB Chất lượng
Phải vượt về tỷ số C/I 13dB so với
G.722-48k và G.722-56 k trong
điều kiện giả thiết khụng cú lỗi
5.4.3 Truyền thông đa ph−ơng tiện theo gói
Nhưđó đề cập trong chương trước, IMT-2000 cú thể cung cấp nhiều ứng dụng da phương tiện khỏc nhau như điện thoại videọ Do những giới hạn trong hiệu quả sử dụng kờnh, truyền thụng đa phương tiện sẽ chủ yếu được cung cấp trong cỏc kết nối CS cú tiêu đề hạn chế, đặc biệt trong thời gian đầu khai thỏc dịch vụ. Tuy nhiờn, việc sử dụng đa phương tiện trên giao thức IP đ−ợc hy vọng sẽ phỏt triển mạnh trong tương lai, do khả năng tương thớch của chỳng với cỏc ứng dụng đa phương tiện trờn Internet. 3GPP đang nghiờn cứu cỏc giao thức đa phương tiện và cỏc CODEC với dự kiến đưa ra cỏc cụng nghệ đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) khỏc nhau bao gồm Phõn hệ IM
trong CN.
Cỏc hoạt động chuẩn húa thông tin đa phương tiện trờn cơ sở cỏc giao thức IP
đang đ−ợc đẩy mạnh nhưhoạt động chuẩn húa giao thức truyền tải của IETF và chuẩn
hoá việc cung cấpcác dịch vụcủa Tổ chức diễn đàn thông tin đa phương tiện vụ tuyến
(WMF). Cỏc hoạt động của 3GPP tập trung chủ yếu vào ph−ơng pháp mó hoỏ thớch
Hình 5.11 Cấu hình luồng tin (liên tục) gói
Hai loại CODEC đa phương tiện gúi đang được 3GPP nghiờn cứu cú tờn là
CODEC đa phương tiện gúi cho thoại thời gian thực, tương tỏc và CODEC cho luồng
thông tin ( thông tin liên tục) theo gúi. Loại CODEC thứ hai chuyờn dựng cho luồng
thông tin nghe nhỡn, vớ dụ như hệ thống được minh hoạở hỡnh 5.11.
Như minh hoạ trong hỡnh 5.12, khả năng hoạt động giúp xác định cỏc loại
CODEC và những đặc tính cơ bản của chúng khụng chỉ bao gồm các CODEC cho
thoại, video và õm thanh mà cũn các CODEC cho truyền văn bản, hỡnh ảnh tĩnh, ngụn ngữ tớch hợp đa phương tiện đồng bộ (SMIL),cỏc ngụn ngữ tả cảnh và cung cấp cỏc giao thức đầu cuối giữa các loại CODEC. Để phục vụ cho lớp truyền tải thì khả năng tương thớch với cỏc tiờu chuẩn của IETF như giao thức truyền tải thời gian thực (RTP), giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực (RTCP), giao thức phõn luồng thời gian thực (RTSP) đặc biệt được coi trọng. Trong tương lai, thụng tin đa phương tiện giữa nhiều loại thiết bịđầu cuối sử dụng Internet sẽ trở thành hiện thực.
Các máy chủ cung cấp nội dung Máy khách Streaming Máy khách Streaming Mạng IP Mạng lõi UMTS Các thông tin về thiết bị đầu cuối và thuê bao L−u trữ nội dung
Hình 5.12 Các đặc tính kỹ thuật của CODEC cho luồng tin gói Hiển thị đồ hoạ Đầu ra âm thanh Các khả năng của thiết bị đầu cuối
Giao diện thuê bao Phạm vi của 3GPP PSS Điều khiển trình diễn Bộ giải mã Video Bộ giải mã hình ảnh Bộ giải mã đồ hoạ véc tơ Văn bản Bộ giải mã âm thanh Bộ giải mã thoại Trao đổi khả năng Điều khiển phiên
Lựa chọn nội dung Đ ồn g bộ Kh uô n dạ ng tả i Các g iao Thức FFS Bố c ục khôn g gian và thờ i g ia n
Các từ viết 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
Tỷ số sóng mang trên nhiễu CDMA: Code Division Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã CODEC: Coding and Decoding
Mã hoá và giải mã
CRC: Cyclic Redundance Check Kiểm tra các bít d− theo chu kỳ 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 l−ợng của một bít/tạp âm
Ec/Io : Energy of a chip/ Interference
Năng l−ợng của một chip/nhiễu
EMI: Environment Mobile Interference Nhiễu môi tr−ờng di động
ERP: Effective Radiative Power Công suất bức xạ hiệu dụng EVRC: Enhanced Variable Rate Coding
Ph−ơng pháp mã 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
FM: Frequency Modulation Điều tần (t−ơng tự) FSK: Frequency Shift Keying
Khoá dịch tần ( điều tần trong kỹ thuật số) GOS : Grade of Service
Cấp 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 sự hỗ trợ của máy di động
MS: Mobile Station Trạm di động
MSC: Mobile Services Switching Center
Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (tổng đài cho hệ thống di động) NAMPS: Narrow Advanced Mobile Phone System
Hệ thống điện 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 khiển công suất PDC: Personal Digital Cellular
Hệ thống thông 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
PWR STEP: Power Step
B−ớc (điều khiển) công suất
QCELP: Qualcom Code Excited Linear Prediction
Ph−ơng pháp mã hoá (thoại) dự đoán tuyến tính kích thích bằng mã của Qualcom QPSK: Quadrature Phase Shift Keying
Điều chế pha cầu ph−ơng RF: Radio Frequency
Tần số vô tuyến (cao tần) SNR ( S/N): Signal to Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm SU: Subscriber Unit
Khối thuê bao T_AĐ : Threshold Ađ
Tăng ng−ỡng
TACS: Total Access Communication System Hệ thống thông tin truy nhập toàn diện TCOMP : Threshold Compare
Ng−ỡng so sánh
TDMA: Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian T_DROP: Threshold Drop
Giảm ng−ỡng (tín hiệu)
WLL: Wireless Local Loop
Tμi liệu tham khảo
1. W-CDMA Mobile Communications System, John Wiley & Sons LTD, 2002. 2. CDMA Systems Engineering Handbook , Artech House , 1998
3. CDMA RF System Engineering, Artech House , 1998 4. TIA/EIA-95-B, Global Engineering Documents-USA, 1999 5. CDMA General, NEC, 2001
6. Radio Network Planning For CDMA Systems , NEC, 2001 7. W-CDMA introduction, NEC,20001
8. IMT-2000 Project, trang web www.IMT-2000.org , 2002
9. Hệ thống thông tin di động 3G và xu h−ớng phát triển, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2004
10. Thông tin di động thế hệ 3, Nhà xuất bản B−u điện, 2001 11. CDMA 2000, TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, 2001
12. ATM & CDMA technology (Công nghệ ATM và CDMA), LGIC & VNPT (Sách song ngữ ), 1996