Công nghệ mạng điện thoại

Mục lục Lời mở đầu trang 3 Phần I: Mạng điện thoại có dây . .trang 5 1.Lịch sử hình thành và phát triền trang 5 2.Bộ điều khiển PSTN . . trang 6 3.Quy chế của PSTN .trang 6 Phần II : Công nghệ mạng điện thoại di động . .trang 7 I- Tổng quan về GSM trang 7 1.Tổng quan . .trang 7 1.1. Cấu trúc địa lý của mạng . trang 9 1.2- Hệ thống chuyển mạch trang 10 1.3. Hệ thống trạm gốc BSS . trang 14 1.4. Trạm di động MS . trang 15 1.5. Hệ thống vận hành khai thác và bảo dưỡng OSS . trang 17 2. Sử dụng tần số trong GSM trang 19 II- Công nghệ CDMA trang 23 1.Tổng quan trang 23 2.Thủ tục thu/phát tín hiệu trang 24 3.Các đặc tính của CDMA trang 24 4-Bước tiến công nghệ CDMA về băng rộng trang 29 5.Các công nghệ giao diện vô tuyến cho 3G .trang 30 6-Cấu trúc WCDMA trang 30 7.CDMA 2000 trang 33 III- Ứng dụng của GSM và CDMA vào thông tin di động trang 35 1.Thế hệ điện thoại thứ 1(1G) trang 35 2. Thế hệ điện thoại thứ 2(2G) trang 35 3.2,5G trang 36 4. Thế hệ thứ 3(3G) .trang 37 5. 3,5G .trang 38 6. thế hệ thứ 4 .trang 39 LỜI NÓI ĐẦU Một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người trong thời gian khoảng thập niên 80 là việc con người đã phát minh ra điện thoại và điện thoại di động. Điện thoại đem lại lợi ích vô cùng lớn cho con người, trong mọi lĩnh vực thông tin liên lạc, nó giúp con người xích lại gần nhau không phân biệt khoảng cách xa gần, xóa bỏ khoảng cách không gian về địa lý mọi người đều có thể trực tiếp nói chuyện với nhau điều này góp phần to lớn trong việc trao đổi buôn bán giao lưu kinh tế nó tham gia một cách tích cực vào cuộc sống của con người .kể từ khi điện thoai ra đời nó đã trở thành thiết bị mang tính chuyên biệt rồi trở thành vật dụng thiết yếu đối với mỗi con người trong cuộc sống và sinh hoạt. Qua II thập kỷ gần đây với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ di động nói riêng đã có những bước tiến đáng kể nó đã đáp ứng được rất nhiều các dịnh vụ mà con người cần thiết Ví dụ: từ các dịch từ đơn thuần như nghe gọi, nhắn tin,cho đến các dịch vụ cao hơn như GPRS, VIDEO CALL, MOBI INTERNET v.v Với những dịch vụ ngày càng phong phú cộng với giá cước ngày càng trở nên bình dân hơn. ngày nay số lượng thuê bao di động ngày một tăng nhanh ,Vào khoảng những năm 2000 ở châu âu có trên 220 triệu thuê bao di động và trên toàn cầu có trên 580 triệu thuê bao, ở Anh cứ 2 người thì lại có 1 thuê bao di động , rong khi ở phần Lan con số người sử dụng di động đã vươt quá số lượng thuê bao cố định .Ở việt Nam tính đến ngày 31/1/2010 số lượng thuê bao di động đã gấp 6 lần thuê bao cố định, với 8 nhà cung cấp dịch vụ di động.Điều này cho thấy nghành di động đang phát triển với 1 tốc độ chóng mặt. Sự phát triển của điện thoại di động đã trải qua 3 thế hệ 1G, 2G, 3G và hiện nay là 4G với rất nhiếu các dịch vụ đa dạng như GPRS,lướt wet,xem tivi qua di động với tốc độ truy suất dữ liệu cao.hiện nay các nhà khoa học đang trong quá trình nghiên cưu thế hệ di động thứ tư 4G cho tốc độ dữ liệu cực cao 2MB/s và có khả năng lên đến 155MB/s trong 1 số môi trường nhất định . Ở nước ta cùng với sự hòa nhập của công nghệ di động hiện nay công nghệ 3G cũng đang được sử dụng rộng rãi kể từ giữa năm 2009 với 3 nhà cung cấp dịch vụ 3G đó là viettell, mobiphone, vinaphone. Đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Chính sự quan trọng của công nghệ di động đối với cuộc sống và sự đam mê đối với nghành công nghệ còn khá mới mẻ này đã giúp chúng em thực hiện bài báo cáo với chủ đề “ Công nghệ mạng điện thoại”. Nội dung nghiên cứu đề tài của chúng em gồm : Phần I: Mạng điện thoại có dây ( thuê bao cố định): PSTN (Public switched telephone network) Phần II: Công nghệ mạng điện thoại di động - Công nghệ GSM - Công nghệ CDMA

docx40 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2465 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Công nghệ mạng điện thoại, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hư mô tả ở trên, trao đổi điện thoại tự động nhất hiện nay sử dụng kỹ thuật số chuyển đổi hơn là chuyển đổi cơ học hoặc tương tự. Các trung kế kết nối các tổng đài dùng kỹ thuật số,gọi là mạch hay kênh. Tuy nhiên hai dây mạch tương tự vẫn còn được sử dụng để kết nối những dặm cuối cùng từ trao đổi với các điện thoại trong nhà (cũng được gọi là vòng lặp địa phương). Để thực hiện một cuộc gọi điện thoại thông thường từ một bên mời cho một bên được gọi là, tín hiệu âm thanh analog được số hóa với tốc độ 8 mẫu kHz bằng cách sử dụng 8-bit điều chế xung mã (PCM). cuộc gọi này sau đó truyền từ đầu đến cuối khác thông qua trao đổi qua điện thoại. Các cuộc gọi được chuyển sang sử dụng một cuộc gọi thiết lập giao thức (thường ISUP) giữa các tổng đài điện thoại theo một chiến lược định tuyến tổng thể. Cuộc gọi được thực hiện qua mạng PSTN sử dụng kênh 64 kbit / s, ban đầu được thiết kế bởi Bell Labs. Các tên được đặt cho kênh này là tín hiệu số 0 (DS0). Các mạch DS0 là độ chi tiết cơ bản của chuyển mạch trong một tổng đài điện thoại. DS0 A còn được gọi là khe thời gian một vì DS0s được tổng hợp trong thời gian bộ phận thiết bị (TDM) ghép kênh để hình thành các liên kết cao năng lực giao tiếp cao hơn. Phần II : Công nghệ mạng điện thoại di động : I- Tổng quan về GSM 1. Tổng quan Hình 1.1. CẤU TRÚC MẠNG GSM Trong đó: SS: Swithching system – hệ thống chuyển mạch AUC: Trung tâm nhận thực VLR: Bộ ghi định vị tạm trú HLR: Bộ ghi định vị thường trú EIR: Equipment Identifed Reader – Bộ ghi nhận dạng thiết bị MSC: Mobile Switching Central –trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động BTS: Base station system –hệ thống trạm gốc BSC: Base station Control – Đài điều khiển trạm gốc MS: Máy di động OSS: Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác và giám sát. OMC: Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác và bảo dưỡng ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ PSTN: Mạng điện thoại mặt đất công cộng CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng MS: Máy di động. Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) và hệ thống trạm gốc (BSS). Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa nhiễu. Một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như một trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC điều khiển một số trạm BTS. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PDN, và có thể là các mạng riêng. Ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu để theo dõi như: - Bộ đăng ký định vị thường trú HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung các thông số nhận thực và thông tin về vị trí của MS. - Trung tâm nhận thực AUC được nối đến HLR. Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho các khóa bảo mật. - Bộ ghi định vị tạm trú VLR : là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang phục vụ của vùng MSC, Mỗi MSC có một VLR. - Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị,chuyển giao, điều khiển công suất. 1.1. Cấu trúc địa lý của mạng Mọi mạng điện thoại đều có một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Trong mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Về mặt địa lý một mạng di động bao gồm : - Vùng mạng. GSM/PLMN - Vùng phục vụ. MSC/VLR - Vùng định vị. LA: Location Area - Ô (Cell):Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI –Cell Global Identity). Hình 1.2. Ví dụ về phân cấp cấu trúc địa lý của mạng di động cellular (GSM) Hình 1.3 Vùng mạng GSM/PLMN 1.2- Hệ thống chuyển mạch (ss- swictching subsytem) Hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng của mạng GSM với nhau và với mạng khác. 1.2.1. Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC –Mobile service switching centre) Ở SS chức năng chính chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt BSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tai số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7), mạng này bảo đảm hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong nhiều hay một mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình). Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác. IWF bao gồm một số thiết bị để thích ứng giao tiếp truyền dẫn. Nó cho phép kết kết nối với các mạng: PSTPDN (Packet swictched public dât network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit siched public daat network: Mạng số liệu chuyển mạch công cộng chuyển mạch theo mạch), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. 1.2.2. Bộ ghi định vị thường trú ( HLR –Home Location Register) Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứ các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiêm vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép. 1.2.3. Bộ ghi định vị tạm trú (VRL-Lisitor –location register) VRL là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiện vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính sác hơn HLR. Mỗi MSC có một HLR. Ngay khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầ số liệu về MS này từ HLR. Đồng thời HLR sẽ thông báo là MS đang ở vùng phục vụ nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VRL sẽ có tất cả thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần hỏi HLR. Có thể coi VLR như một HLR phân bố. - Dữ liệu bổ xung được lưu giữ ở HLR gồm: + Tình trạng của thuê bao (bận, rỗi, không trả lời…) + Nhận dạng vùng định vị (LAI). + Nhận dạng của thuê bao di động tam thời (TMSI). + Số lưu động của trạm di động (MSRN). Các chứ năng VLR thường được liên kết với chức năng MSC. 1.2.4. Tổng đài di động cổng (GMSC – Gate MSC) SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến tổng đài cổng được gọi là GSMC mà không cần biết hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú). Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số danh bạ của thêu bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với một mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các các mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu đường dây số 7 (CCS7) để có thể tương tác với các phần tử khác của SS. Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC. 1.2.5. Trung tâm nhận thực (AUC-Authentication Center) Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã. Trung tâm nhận thực liên tục cung cấp các bộ ba cho từng thuê bao. Các bộ ba này được coi như là số liệu liên quan đến thuê bao. Một bộ ba (RAND, SRES, khóa mật mã (Ks) được sử dụng để nhận thực một cuộc gọi để tránh trường hợp Card thuê bao (card thông minh) bị mất. Ít nhất phải luôn có bộ ba mới (cho một thuê bao) ở HLR để luôn có thể cung cấp bộ ba này theo yêu cầ của MSC/VLR. AUC chủ yếu chứa một số các máy tính cá nhân gọi là PC- AUC để tạo ra các bộ ba và cung cấp chúng đến HLR. PC- AUC được coi như thiết bị vào/ra (I/O). Trong AUC các bước sau đây để tạo ra bộ ba: - Một số ngẫu nhiên không thể đoán trước được (RAND) được tạo ra. - RAND và Ki được sử dụng để tính toán trả lời được mật hiệu (SRES) và khóa mật mã (Kc) bằng hai thuật toán: SRES = A3(RAND, Ki) Kc = A8 (RAND, Ki) - RAND, SRES và Kc cũng được đưa đến HLR như một bộ ba. - Qúa trình nhận thực sẽ luôn diễn ra mỗi lần thuê bao truy cập vào mạng của hệ thống. Qúa trình nhận thực diễn ra như sau: VLR có tất cả thông tin yêu cầu để thực hiện quá trình nhận thực (Kc, SRES, RAND). Nếu các thông tin này không sẵn có ở VLR thì VLR sẽ yêu cầu chúng từ HLR/AUC. Bộ ba (Kc, SRES, RAND) được lưu giữ nó trong VLR. VLR gửi RAND qua MSC và BSS tới MS ( không được mã hóa). 3 . MS sử dụng các thuật toán A3 và A8 và tham số Ki được lưu giữ trong SIM card của MS, cùng với RAND nhận được từ VLR, sẽ tính toán các giá trị của SRES và Kc. 4. MS gửi SRES không mã hóa tới VLR. 5. Trong VLR giá trị của SERS được so sánh với SRES mà nhận được từ máy di động. Nếu hai giá trị này là phù hợp thì nhận thực là thành công. 6. Máy di động tính toán Kc từ RAND và Ki (Ki ở trong SIM) bằng thuật toán A8. 7. Dùng Kc, thuật toán A5 và số siêu siêu khung sự mã hóa giữa MS và BSS bây giờ có thể xảy ra qua giao diện vô tuyến. 1.2.6. Chức năng tương tác (IWF –Interworking function) IWM cung cấp chức năng để đảm bảo hệ thống GSM có thể giao tiếp với nhiều dạng khác nhau của mạng số liệu tư nhân và công cộng đang được sử dụng. Các đặc điển cơ bản của IEM gồm: - Sự thích hợp tốc độ dữ liệu. - Sự chuyển đổi giao thức. Một số hệ thống yêu cầu nhiều khả năng của IWM hơn các hệ thống khác, điều này phụ thuộc vào mạng mà IWM được nối tới. CCS7 phụ thuộc quy định của từng nước, một hãng khai thác GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung. Nếu hãng khai thác có mạng báo hiệu này thì riêng các điểm chuyển giao báo hiệu (STP) có thể là một bộ phận của SS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay trong cùng một MSC tùy thuộc vào hoàn cảnh kinh tế. Tương tự, một nhà khai thác GSM cũng có thể có quyền thực hiện một mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các tổng đài quá giang có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể được thực hiện như một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC. 1.3. Hệ thống trạm gốc BSS. Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông qua giao diện vô tuyến. Vì thế nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường truyền vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. Tóm lại BSS thực hiện đấu các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển và ít vậy nó được đấu nối với OSS. BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. 1.3.1. Trạm thu phát gốc (BTS –Base transceiver station) Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diên vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ truyền, trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC. Các chức năng chính của BTS là : - Biến đổi truyền dẫn (dây dẫn –vô tuyến). - Các phép đo vô tuyến. - Phân tập anten. - Mật mã. - Nhảy tần. - Truyền dẫn không liên tục. - Đồng bộ thời gian. - Giám sát và kiểm tra. Mỗi BTS có thể có tối đa 4 bộ thu phát (TRX –Transceiver). Bộ thu phát cho phép đấu nối 16 TRX trên cùng một anten. Có thể đấu nối 32 TRX đến cùng một trạm anten thu. 1.3.2. BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis. BSC có các chức năng chính sau: - Giám sát các trạm vô tuyến gốc. - Quản lý mạng vô tuyến. - Điều khiển nối thông đến các máy di động. - Định vị và chuyển giao. - Quản lý tìm gọi. - Khai thác bảo dưỡng của BSS. - Quản lý mạng truyền dẫn. - Chức năng chuyển đổi máy (gồm cả ghép 4 kênh lưu thông GSM toàn bộ tốc độ vào một kênh 64kbit/s). - Mã hóa tiếng (giảm tốc độ bít xuống 13kbit/s) sẽ được thực hiện ở BSC. Vì vậy một đường PCM có thể truyền được 4 cuộc nối tiếng. 1.4. Trạm di động MS Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hay cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và sử lý giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp giao diện với người sử dụng (như mic, loa, màn hình, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác như giao diện với máy tính cá nhân, fax… Hiện nay người ta đang cố gắng sản suất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mở cho các nhà sản suất. Ta có thể liệt kê ba chức năng chính: - Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên kết qua mạng GSM. - Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. - Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối – modem. Cấu trúc của một máy di động: Máy di động gồm thiết bị di động ME (Mobile equipment) và modun nhận dạng thuê bao SIM. Modun nhận dạng thuê bao: SIM là một modun tháo rút được để cắm vào mỗi khi thuê bao muốn sử dụng MS và rút ra khi MS không có người hoặc lắp đặt ở MS khi ban đầu đăng ký thuê bao. Có hai phương án được đưa ra: - SIM dạng card IC. - SIM dạng cắm. 1.4.1- SIM dạng card IC: Là một modun để có một giao tiếp với bên ngoài theo các tiêu chuẩn ISO về các card IC. SIM có thể là một bộ phận của card đa dịch vụ trong đó viễn thông di động GSM là một trong số các ứng dụng. 1.4.2- SIM dạng cắm: Là một modun riêng hoàn toàn được tiêu chuẩn hóa trong hệ thống GSM. Nó được dự định lắp đặt bán cố định ở ME. Các khai thác mạng GSM là các khai thác khi thiết lập, hoạt động xóa một cuộc gọi. Khi sử dụng ở ME, SIM đảm bảo các chức năng sau nếu nó nằm trong khai thác của mạng GSM: - Lưu giữ thông tin bảo mật liên quan đến thuê bao (như IMSI) và thực hiện các cơ chế nhận thực và tạo khóa mật mã. - Khai thác PIN người sử dụng (nếu cần mã PIN) và quản lý. - Quản lý thông tin liên quan đến thuê bao di động chỉ được thực hiện khai thác mạng GSM khi SIM có một IMSI đúng. - SIM phải có khả năng sử lý một số nhận dạng cá nhân (PIN), kể cả khi không bao giời sử dụng nó. PIN bao gồm 4 đến 8 chữ số. Một PIN ban đầu được nạp bởi bộ hoạt động dịch vụ ở thời điểm đăng ký. Sau đó người sử dụng có thể thay đổi PIN cũng như độ dài PIN tùy ý. Người sử dụng cũng có thể sử dụng chức năng PIN hay không bằng một chức năng SIM-ME được gọi là chức năng cấm PIN. Việc cấm này giữ nguyên cho đến khi người sử dụng cho phép lại kiểm tra PIN. Nhân viên được phép của hãng khai thác có thể chặn chức năng cấm PIN khi đăng ký thuê bao, nghĩa là thuê bao khi bị chặn chức năng cấm PIN không còn lựa chọn nào khác là sử dụng PIN. Chặn SIM nghĩa là đặt nó vào trạng thái cấm khai thác mạng GSM, có thể dùng khóa giải tỏa chặn cá nhân để giải tỏa chặn. Ngoài ra SIM phải có bộ nhớ không mất thông tin cho một số khối thông tin như: - Số seri: Là số đơn vị xác định SIM và chứa thông tin về nhà sản suất, thế hệ điều hành, số SIM,… - Trạng thái SIM (chặn hay không). - Khóa nhận thực. - Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI). - Khóa mật mã. - Số trình tự khóa mật mã. - Nhận dạng số thuê bao di động tạm thời (TMSI). - Loại điều khiển thâm nhập thuê bao. - Số nhận dạng cá nhân (PIN). 1.5. Hệ thống vận hành khai thác và bảo dưỡng OSS OSS thực hiện ba chức năng chính sau: - Khai thác và bảo dưỡng mạng. - Quản lý thuê bao và tính cước. - Quản lý thiết bị di động. Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên: 1.5.1- Khai thác và bảo dưỡng mạng Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chậm, số lượng chuyển giao (handover) giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ vật chất của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời sử lý sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề suất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ. Việc thay đổi mạng có thể được thực hiện “mềm” qua báo hiệu, hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường. Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy vi tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sữa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị hiện đại của mạng viễn thông có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bi để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể được thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay đổi thiết bị có sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được thực hiện trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network: mạng quản lý viễn thông). Lúc này một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống được gọi là OMC (Operation and mainternance center: trung tâm khai thác và bảo dưỡng). 1.5.2- Quản lý thuê bao Bao gồm các hoạt động đăng ký quản lý thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập vào tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của nhà khai thác là tính cước các cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. SIM card cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao. 1.5.3- Quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động được đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equiment Identity Register) thực hiện. EIR lưu giữa tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR Chứa số liệu phần cứng của của thiết bị đó là nhận dạng thiết bị di động quốc tế ( IMEI). IMEI là duy nhất đối với một thiết bị di động (ME) nhưng nó không phải là duy nhất đối với thuê bao mà đang sử dụng nó thiết lập hay nhận một cuộc gọi. EIR được nối với MSC qua một đường báo hiện. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị, bằng cách này có thể cấm một MS có dạng không được chấp thuận. Cơ sở dữ liệu của EIR chứa danh sách của các IMEI được tổ chức như sau: - Danh sách trắng: Chứa các IMEI mà được dùng để ấn định trước sự hợp lệ của thiếp bị di động. - Danh sách đen: Chứa các IMEI của MS mà được thông báo là bị mất cắp hay bị từ chối phục vụ vì một số lý do khác. - Danh sách sám: Chứa các IMEI của MS mà có vấn đề (ví dụ: lỗi phần mềm). Tuy nhiên chúng chưa đủ lý do xác đáng để đưa vào danh sách đen. 1.5.4- Trung tâm quản lý mạng (OMC: operation and maintenance center) OMC cung cấp khả năng phân phối việc quản lý mạng được phân vùng hóa theo phân cấp của một hệ thống GSM hoàn chỉnh. NMC chịu trách nhiệm cho khai thác và bảo dưỡng ở mức mạng. NMC nằm ở đỉnh của cấu trúc mạng và vùng cấp mạng quản lý toàn cầu. 1.5.5- Trung tâm khai thác và bảo dưỡng (OMC: Operation and maintenance centr) OMC cung cấp một điển trung tâm mà từ đó điều khiển và giám sát các thực thể khác của mạng (như: các trạm cơ sở, các chuyển mạch, cơ sở dữ liệu …) cũng như giám sát chất lượng dịch vụ mà được cung cấp. Có hai loại OMC là: - OMC (R): điều khiển BSS. - OMC (S): điều khiển NSS. OMC cung cấp các chức năng sau: - Quản lý, cảnh báo sự kiện. - Quản lý việc thực hiện. - Quản lý cấu hình. - Quản lý sự an toàn. 2. SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG GSM Việc sử dụng tần số của hệ thống GSM, ta cần quan tâm đến 3 thông số: 2.1. Tỷ số C/I Tỷ số này đánh giá được nhiễu đồng kênh, nhiễu do tín hiệu không mong muốn có cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn. C/I = 10log(Pc/Pi) (dB) Trong đó: - Pc: Công suất của tín hiệu thu mong muốn. - Pi: Công suất nhiễu thu được. Trong GSM, cho phép GSM nhỏ nhất là 12dB. 2.2. Tỷ số C/R C/R được tính bằng tỷ số giữa năng lượng trong cửa sổ và năng lượng ngoài cửa sổ của bộ cân bằng equalizer. C/R = 10log(Pd/Pr) - Pd: Là công suất thực hiện nhận được từ đường trực tiếp. - Pr: Công suất thực hiện nhận được từ đường gián tiếp. 2.3. Tỷ số C/A Tỷ số sóng mang trên nhiễu giao thoa kênh lân cận: C/A = 10log(Pc/PA) - Pc: Công suất thu của tín hiệu thu mong muốn. - PA: Công suất thu của tín hiệu kênh lân cận. Hình 3.1. Để tăng số thuê bao sử dụng, cần sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến cho phép, người ta đưa ra rất nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sử dụng lại tần số được sử dụng lại hiệu quả nhất. Hình 3.2. Trong mạng GSM, mỗi cell có một trạm BTS, được cấp phát một nhóm tần số vô tuyến, và không trùng với các BTS liền kề. Một cụm cluster có kích thước N cell được lặp lại tại các vị trí địa lý khác nhau trong toàn vùng phủ sóng. Hệ thống tái sử dụng tần số: Hình 3.3. - Với D: Là khoảng cách gần nhất giữa các cell đồng kênh. - R: Bán kính của một cell. - N: Số cell trong một cluster. D = ( i2+ ij + j2)1/2 (2) - Q nhỏ: Dung lượng tăng (N giảm). - Q lớn: Chất lượng truyền dẫn vô tuyến tốt hơn. Có ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số phổ biến là: 3/9, 4/12, 7/21. Sử dụng cho các trạm gốc có anten phát 3 hướng, mỗi hướng dành cho một ô và góc phương vị phân cách nhau 120 độ. Mỗi mỗi ô sử dụng các anten phát 600 và hai anten thu thập phân 600 cho một góc phương vị. Sơ đồ 3/9 ô sử dụng các nhóm tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 đài trạm: Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 có nghĩa các tần số sử dụng được chia thành 9 nhóm tần số định trong 3 vị trí trạm gốc. Mẫu này có khoảng cách giữa các đài đồng kênh là D = 5x2R. Các tần số ở mẫu 3/9 ẤN ĐỊNH TẦN SỐ A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Ta thấy mỗi Cell có thể phân bố cực đại đến 5 sóng mang. Như vậy, ta phải dành một khe thời gian cho BCH, một khe thời gian cho SDH/8. Vậy còn (5×8) -2 = 38 khe thời gian cho kênh lưu lượng. Tra bảng erlang-B gos 2% thì một cell có thể cung cấp dung lượng 29,166 erlang. Gỉa sử một thuê bao chiếm 0,33 erlang. Như vậy mỗi cell có thể phục vụ được 29,166/0,33 = 833 thuê bao. Thông thường cụm 9 Cell có tỉ số C/I khoảng 9 dB. Với tỉ số này các máy di động có thể hoạt động được nhờ việc GSM cung cấp các phương pháp đo lường đặc biệt để có thể làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. Các phương phát đo lường này gồm nhảy tần, điều khiển công suất động và truyền dẫn gián đoạn (DTX). Tỉ số C/A cũng là một tỉ số quan trọng và người ta cũng dựa vào tỉ số này để đảm bảo rằng việc ấn định tần số sẽ làm cho các Cell không giống nhau có các sóng mang liền nhau không nên được sử dụng ở các Cell bên cạnh nhau về mặt địa lý. Tuy nhiên trong hệ thống 3/9 các Cell cạnh nhau về mặt địa lý là A1 và C3 lại dử dụng các sóng mang liền nhau. Điều này chứng tỏ rằng tỉ số C/A đối với các máy di động hoạt động ở biên giới giữa hai cell A1 và C3 là 0 dB và mặc dù tỉ số này là lớn hơn tỉ số chuẩn của GSM là -9 dB, đây là mức nhiễu cao. Việc sử dụng các biện pháp như nhảy tần, điều khiển công suất động, truyền dẫn gián đoạn là nhằm mục đích giảm tối thiểu các hiệu ứng này. Hình 3.4. Mẫu sử dụng tần số 3/9 II- Công nghệ CDMA 1.Tổng quan Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hóa từ phương pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phương pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm-Mỹ vào năm 1990 CDMA sư dụng kĩ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi. Những người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ dùng 1 mã đặc trưng không trùng với bất kì ai. Kênh vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, bà những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên. Một kênh CDMA rộng 1,23MHz với 2 dải biên phòng vệ 0,27MHz, tổng cộng 1,77MHz. CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt chip(chip rate) 1,2288MHz. Dòng dữ liệu gốc được mã hóa và điều chế ở tốc độ cắt. Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra(mã trải phổ giả ngẫu nhiên, PN Pseudonoise: giả tạp âm) của máy phát PN. Một cắt là phần dữ liệu mã hóa qua cổng XOR. Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác như tín hiệu được xử lí ở máy phát. Nếu mã PN ở máy thi khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận được. Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệu vào một dải tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc. ở phía thu, phổ của tín hiệu lại dduocj nén trở lại về phổ của tín hiệu gốc. 2.Thủ tục thu/phát tín hiệu - Tín hiệu số kiệu thoại (9,6Kb/s) phía phát dduocj mã hóa, lặp,chèn và dduocj nhân với sóng mang và mã PN ở tốc độ 1,2288Mb/s(9,6 Kb/s x 128) -Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25MHz sau đo phát qua angten -Ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ angten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25MHz và số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã Sơ đồ phát/thu CDMA: Các đặc tính của CDMA Tính đa dạng của phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với cá hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục do đó bộ giải điều chế không thể xử lí tín hiệu thu một cách độc lập được. Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt được nhờ sử dụng việc chèn mã và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu(200-300KHz) Phân tập ảnh hưởng theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau: + Thiết lập nhiều đường báo hiệu(chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với 2 hoặc nhiều BS + Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời gian. +Đặt nhiều angten tại BS. Hai tặp angten thu của BS, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS(chuyển vùng mềm) Phân tập angten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA. Phân tập theo thời gian có thể được áo dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã truyền dẫn cao với thủ tục sửa sai yêu cầu. Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thê được cung cấp nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo nên những hoạt động tốt hơn trong môi trường EMI lớn. Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương quan.Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét , nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được. Fading đa đường có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong các tín hiệu thu được là rất thấp. Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có 2BS sao có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di động. 3.2-Điều khiển công suất CDMA Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phát chung ở 1 tần số ở cùng 1 thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh đới với nhau. Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong mỗi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No, trong đó Eb là năng lượng bit còn No là mật độ tạp âm trắng GAUSO cộng bao gồm tự tạp âm và tập âm quy đổi từ máy phát của người sử dụng khác. Để đảm bảo tỷ số Eb/No không đổi và lớn hơn ngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất của các máy phát của người sử dụng theo khoảng cách của nó với trạm gốc. Nếu ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điều khiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở hệ thống CDMA việc điều khiển công suất là bắt buộc và điều khiển công suất phải nhanh nếu không dung lượng hệ thống sẽ giảm. Dung lượng của một hệ thống CDMA đạt giá trị cực đại nếu công suất phát của các máy di động được điều khiển sao cho ở trạm gốc công suất thu được là như nhau đối với tất cả các người sủ dụng. Điều khiển công suất được sử dụng cho đường lên để tránh hiện tượng gần xa và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên dung lượng hệ thống. Đối với công suất đường xuống không cần điều khiển côn suất ở hệ thống đơn ô, vì nhiễu gây ra bởi người sử dụng khác luôn ở mức không đổi đối với tín hiệu hữu ích. Tất cả các tín hiệu đều được phát chung vì thế không xảy ra sự khác biệt tổn hao truyền sóng như ở đường lên. Ngoài việc giảm hiện tượng gần xa, điwwù khiển công suất còn được sử dụng để làm giảm hiện tượng che tối và duy trì công suất phát trên một người sủ dụng, cần thiết để đảm bảo tỷ số lỗ bit ở mức cho trước ở mức tối thiểu. Như vậy điều khiển công suất còn giúp phần làm tăng tuổi thọ pin của máy cầm tay. 3.3-Dung lượng Việc phân tích dung lượng của các hệ thống thông tin di động phải dựa trên rất nhiều các thông số khác nhau. Thông số có giá trị nhất là hiệu suất sử dụng tần số và tốc độ bit chuẩn hóa cực đại. Các hệ thống CDMA thường được coi là có dung lượng cao hơn so với các hệ thống FDMA và TDMA vì ở hệ thống này hệ số tái sử dụng tần số bằng 1, nghĩa là các trạm gốc cạnh nhau có thể sử dụng cùng 1 băng tần. Tuy nhiên, nhiễu giao thoa đông kênh là một trở ngại ở các mạng CDMA, nhiễu này thường đc gọi là nhiễu giao thoa đa thâm nhập(MAI- multiple access interference) hay nhiễu giao thoa đa người sủ dụng(MUI-multiple user interference). 3.4-Bộ mã-giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi Bộ mã-giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến đổi 8Kb/s. Dịch vụ điện thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cng cấp thông tin ddienj thoại có sử dụng thuật toán mã-giải mã thoại tốc độ số kiệu biến đổi động giữa BS và máy di động. Bộ mã-giải mã thoại phía phát lấy mẫu tin tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hóa dùng để truyền tới bộ mã-giải mã thoại phía thu. Bộ mã-giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại. 2 bộ mã-giải mã thoại thông tin với nhau vở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600b/s, 4800b/s, 2400b/s và 1200b/s. các tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã-giải mã thoại chấp nhận CELP(mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng co hệ thống CDMA là QCELP. Bộ mã-giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thích để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong mọi môi trương tạp âm. 3.5-Bảo mật cuộc gọi Hệ thống CDMA cung cấp chúc năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là không tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn. Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm các khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được đinh rõ trong EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hóa kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ tiêu chuẩn khác 3.6-Tái sử dụng tần số và phủ sóng Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS là giao thoa tạo ra trong các máy di động của cùng 1 BS và giao thoa trong các máy di động của BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu cảu mỗi máy di động giao hoa với tín hiệu của các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả các máy di dộng bên cạnh bằng 1 nửa giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng 1 BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng 1 BS với giao thoa từ tất cả các BS. Hình sau trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo phần trăm. Giao thoa từ mỗi BS trong vòng biên thứ 1 tương ứng với 6% của giao thoa tổng Do đó, giao thoa từ biên thứ 1 là gấp 6 lần 6% tức là 36%, và giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp angten của BS là định hướng thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi angten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần 4-Bước tiến công nghệ CDMA về băng rộng Hiện nay đang mở rộng nghiên cứu ứng dụng hệ thống CDMA trong vai trò sơ đò đa truy cập ở giao diện vô tuyến IMT-2000/UMTS. CDMA chứng tỏ là ứng củ viên triển vọng nhất cho hệ thống thông tin cá nhân(TCS), không dây thế hệ thứ 3(3G). Động lực hướng tới 3G là nhu cầu bức xúc về các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và cần sử dụng phổ hiệu quả hơn. Từ 1985 ITU đã phát triển IMT 2000. Từ 1990 ETSI đã bắt đầu tiêu chuẩn hóa UMTS. Mục tiêu chủ yếu của giao diện vô tuyến IMT-2000 là: +Phủ sóng và di động hoàn hảo trong thông tin 144Kb/s, mong muốn đạt 384Kb/s. +Phủ sóng và di động hạn chế đới với thông tin 2Mb/s. +Nâng cao được hiệu suất sử dụng phổ so với hệ thống đã có. +Có độ linh hoạt cao để cung cấp các dịch vị mới 5.Các công nghệ giao diện vô tuyến cho 3G WCDMA 3G chuẩn hóa băng thông 5MHz. có 3 lí do cho sự chuẩn hóa này: -Các tốc đọ mục tiêu 144 và 364 Kb/s đạt được với băng thông này và dung lượng khả quan. Tốc độ đỉnh 2Mb/scos thể đạt được trong điều kiện hạn chế -Hạn chế tài nguyên tham số. -5MHz là đủ để tăng phân tập trong môi trường truyền sóng nhiều tia. CDMA băng rộng bảo đảm : -Các dịch vụ nhiều tốc độ -Dữ liệu gói -Trải phổ phức hợp. -Giải điều chế tương can ở hướng lên. Dành cho 1 pilot riêng cho người dùng. -Kênh pilot thêm vào ở hướng xuống để tạo chùm -Chuyển giao sang tham số khác 1 cách hoàn hảo. -Điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống. -Dò tìm nhiều người dùng như 1 dịch vụ tùy chọn. 2 loại WCDMA chủ yếu làm cơ sở tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến 3G: đồng bộ và dị bộ. 6-Cấu trúc WCDMA Hình sau giới thiệu quan hệ giữa các sơ đồ WCDMA và các tiêu chuẩn hóa khác: 6.1 6.1 Các giải pháp kĩ thuật WCDMA khác với CDMA 2000 về: tốc độ chip, cấu trúc kênh hướng xuống, đồng bộ mạng. CDMA 2000 có tốc độ là 3,6864Mchip/s cho bề rộng băng thông tần 5MHz với hướng xuống trải phổ trực tiếp. Tốc độ 1,2288Mchip/s cho đa sóng mang hướng xuống. WCDMA trải phổ trực tiếp với tốc độ 4,096Mchip/s. 2 loại WCDMA chủ yếu làm cơ sở tiêu chuẩn hóa giao diện vo tuyến 3G: đồng bộ và dị bộ. CDMA 2000 phát các mã trải phổ khác nhau bởi offset của cùng mã PN(CDMA 2000 vận hành đồng bộ). WCDMA dùng các mã PN khác nhau để phân biệt cell, phân biệt người dùng(WCDMA vận hành dị bộ). 6.2-Gói dữ liệu WCDMA có 2 kiểu gói dữ liệu có thể được sử dụng để truyền. Gói dữ liệu ngắn có thế gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên, phương pháp này được gọi là truyền gói dữ liệu kênh chung, được sử dụng cho các gói dữ liệu ngắn và xuất hiện không thường xuyên. Khi sử dụng kên chung hướng lên, gói dữ liệu được gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên. Gói dữ liệu kênh chung thường ngắn và xuất hiện ko thường xuyên do đó trễ kết hợp trong tryền dẫn đối với kênh dành riêng không đáng kể(gói dữ liệu kênh chung sử dụng vòng điều khiển công suất hở). Với các gói dữ liệu lớn và xuất hiện thường xuyên được truyền trên kênh dành riêng . Kênh dành riêng được giải phóng ngay sau khi dữ liệu được truyền. Khi truyền nhiều gói phải có thông tin đồng bộ giữa các gói dữ liệu kế tiếp. 7.CDMA 2000 Mục đích của CDMA 2000 là cung cấp các tốc độ bit khác nhau:144kb/s, 384kb/s, 2048kb/s. Điểm chính của việc tiêu chuẩn hóa các tốc độ 144kb/s, 384kb/s với băng thông xấp xỉ 5 MHz. Các thông số của CDMA 2000 được cho trong bảng sau: 7.1 Băng thông. Hiện nay có 2 phương pháp xử lý kênh đường xuống: đa sóng mang và trải phổ trực tiếp. Đa sóng mang là duy trì sự trực giao giữa CDMA2000 và IS-95. Ở hướng xuống có nhiều vấn đề quan trọng hơn do không thể điều khiển công suất cân bằng giữa các tầng khác nhau(hình 3.18). Truyền đa sóng mang hướng xuống đạt được bằng cách sử dụng 3 sóng mang liên tiếp IS-95B, mỗi sóng mang có tốc độ là 1,2288 Mc/s. Đối với phương pháp trải phủ trực tiếp, đường truyền hướng xuống đạt được tốc độ chip là 3,6864 Mc/s. Điểm đầu tiên cho việc thiết kế băng thông của CDMA2000 là dựa trên cấu trúc phổ PCS ở Mĩ. Phổ của PCS được cấp vào các băng thông 5MHZ(D,E và F) và băng thông 15MHz(A,B và C). Tốc độ 3,6864 Mc/s có thể đạt được trong dải thông 5 MHz bao gồm cả dải bảo vệ. Với dải thông 15 MHz có 3 sóng mang: 3,6864 Mc/s và 2 sóng mang 1,2288 Mc/s. Với dải thông 10 MHz có 2 sóng mang 3,6864 Mc/s và 1 sóng mang 1,2288 Mc/s. III- ứng dụng của GSM và CDMA vào thông tin di động Công nghệ GSM và CDMA được ứng dụng trong các thế hệ điện thoại 1G, 2G, 3G,4G. Và sau đây chúng ta tìm hiểu về các công nghệ trên: Thế hệ điện thoại thứ 1(1G) 1G : Sự khởi đầu giản đơn (nghe & gọi) 1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (1st Generation). Các điện thoại di động chuẩn analog, sử dụng công nghệ 1G với tín hiệu sóng analog, được giới thiệu trên thị trường vào những năm 1980. Một trong những công nghệ 1G phổ biến là NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga. Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia. 2. Thế hệ điện thoại thứ 2(2G) 2G : Công nghệ GSM (nghe gọi, nhắn tin ...) Sau đó, xuất hiện các điện thoại kỹ thuật số, dùng công nghệ 2G, với sóng Digital. Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của Hà Lan, do công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận của Elisa) triển khai vào năm 1991. So với 1G, ba lợi ích chủ yếu của mạng 2G chính là : - Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số - Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị - Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS. Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng. Các chuẩn công nghệ chủ yếu của 2G bao gồm: - GSM (thuộc TDMA) có nguồn gốc từ châu Âu, nhưng đã được sử dụng trên tất cả các quốc gia ở 6 lục địa. Ngày nay, công nghệ GSM vẫn còn được sử dụng với 80% điện thoại di động trên thế giới. - IS-95 còn được gọi là aka cdmaOne (thuộc CDMA, thường được gọi ngắn gọn là CDMA tại Mỹ) được sử dụng chủ yếu là châu Mỹ và một số vùng ở châu Á. Ngày nay, những thuê bao sử dụng chuẩn này chiếm khoảng 17% trên toàn thế giới. Hiện tại, ở các nước Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc có rất nhiều nhà cung cấp mạng CDMA chuyển sang cung cấp mạng GSM. - PDC (thuộc TDMA) là mạng tư nhân, được Nextel sử dụng tại Mỹ, và Telus Mobility triển khai ở Canada. - IS-136 aka D-AMPS (thuộc TDMA thường được gọi tắt là TDMA tại Mỹ) đã từng là mạng lớn nhất trên thị trường Mỹ nay đã chuyển sang GSM. 3.2,5G 2,5G : Bước đệm 2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không dây. Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống. Trong khi các khái niệm 2G và 3G được chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G lại không được như vậy. Khái niệm này chỉ dùng cho mục đích tiếp thị. 2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA. GPAS là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng. Và giao thức, như EDGE cho GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lượng như các dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự. 4. Thế hệ thứ 3 3G : Công nghệ đương đại (nghe gọi, nhắn tin, video call, mobile TV ... các hoạt động đòi hỏi đường truyền cao) 3G là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình ảnh,…). Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Trong các dịch vụ của 3G, cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch vụ trọng tâm của sự phát triển. Giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi các cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỉ euro cho các chính phủ. Do chi phí cho bản quyền các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi đạt tới các thu nhập do 3G đem lại, nên việc xây dựng mạng 3G đòi hỏi một khối lượng đầu tư khổng lồ. Cũng vì vậy nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính, càng khiến cho việc triển khai 3G tại nhiều nước bị chậm trễ, ngoại trừ ở Nhật Bản và Hàn Quốc – những nước tạm bỏ qua các yêu cầu về bản quyền tần số, mà đặt ưu tiên cao việc phát triển hạ tầng công nghệ thông tin – viễn thông quốc gia. Nhật Bản là nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại 1 cách rộng rãi. Năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, khiến cho mạng 2G dần biến mất tại nước này. Cũng vì vậy mà từng có dự báo rằng vào năm 2006, việc chuyển đổi từ 2G sang 3G sẽ hoàn tất tại Nhật, còn việc tiến lên thế hệ 3,5G tiếp theo (với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 3MB/s) đang được thực hiện. Sự thành công của 3G tại Nhật Bản chỉ ra rằng điện thoại video không phải là ứng dụng hủy diệt. trong thực tế, việc sử dụng điện thoại video thời gian thực chỉ chiếm 1 phần nhỏ trong các dịch vụ của 3G. Mặt khác, việc tải về tệp âm nhạc lại được nhiều người sử dụng nhiều nhất, nhất là giới trẻ. Thực trạng 3G : Tính đến thời điểm hiện tại, thế giới đã có xấp xỉ 3,7 tỉ người sử dụng điện thoại di động, trong đó số lượng thuê bao hạ tầng GSM là 3,06 tỉ thuê bao, số còn lại chia đều trên các mạng thuộc CDMA và 3G. Theo hãng nghiên cứu thị trường Wireless Intelligence, kết nối băng thông rộng di động toàn cầu đã tăng trên 850% từ quý I/2007 đến quý I/2008, chủ yếu là nhờ sự phát triển của công nghệ 3G (EV-DO và HSPA). HSPA đã giúp thúc đẩy tăng trưởng doanh thu dữ liệu di động đến 46,1% và tăng trưởng doanh thu băng thông rộng di động 205% trong nửa đầu của “năm tài chính 2007-2008”, ông Hugh Bradlow, giám đốc công nghệ của hãng viễn thông Teltra (Australia) nhận xét. Ngày nay, thế giới có hơn 760 triệu thuê bao trên các mạng 3G. Tăng trưởng của các thuê bao băng thông rộng 3G đang bùng nổ. Theo hãng phân tích Strategy Analyt-ics dự báo, năm 2012, 3G sẽ chiếm 92% thị trường băng thông rộng di động, trong khi thị phần dành cho WiMAX chỉ 5%. Cũng theo dự báo của hãng phân tích này cùng các hãng Gartner, và Forward Concepts, năm 2009, doanh thu từ thiết bị 3G trên toàn thế giới sẽ đạt 114 tỉ USD, và dịch vụ 3G sẽ đạt 394 tỉ USD. Trong khi đó, thoe dự đoán, năm 2009, nhà cung cấp thiết bị WiMAX trên thế giới sẽ chỉ đạt 3 tỉ USD, khai thác dịch vụ đạt 7,4 tỉ USD. 5. 3,5G 3,5G công nghệ HSDPA Cũng như 2,5G, công nghệ 3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G. Một trong những đại diện tiêu biểu của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access) – công nghệ truy nhập gói đường truyền xuống tốc độ cao). Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA. HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thường. HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming. 6. Thế hệ thứ 4 4G: công nghệ đa phương tiện di động của tương lai (to be continues ... ) 4G là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ 4, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng tới 1-1,5 GB/s. Những công nghệ đình đám nổi lên gần đây như WiMAX 802.16m, Wibro, UMB, 3G LTE, DVB – H… dù đáp ứng tốc độ truyền lớn, song chỉ được xem là những công nghệ tiền 4G (pre-4G). Tên gọi 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa “3G và hơn thế nữa”. Ở Nhật, nhà cung cấp mạng NTT Docomo định nghĩa 4G bằng khái niệm đa phương tiện di động (mobile multimedia) với khả năng kết nối mọi lúc mọi nơi, khả năng di động toàn cầu và dịch vụ đặc thù cho từng khách hàng. NTT Docomo xem 4G như sự mở rộng của mạng thông tin di động tế bào 3G. Quan điểm này được xem như là một “quan điểm tuyến tính”, trong đó mạng 4G sẽ có cấu trúc tế bào được cải tiến để cung ứng tốc độ lên trên 100 MB/s. Với cách nhìn nhận này, 4G sẽ chính là mạng 3G LTE, UMB hay WiMAX 802.16m. Nhìn chung đây cũng là khuynh hướng chủ đạo được chấp nhận ở Trung Quốc, Hàn Quốc. Bên cạnh đó, mặc dù 4G là thế hệ tiếp theo của 3G nhưng tương lai không hẳn chỉ giới hạn như mở rộng của mạng tế bào. Ví dụ ở Châu Âu, 4G được xem như khả năng đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục, với khả năng kết nối nhiều loại hình mạng truy nhập vô tuyến khác nhau, và khả năng lựa chọn mạng vô tuyến thích hợp nhất để truyền tải dịch vụ đến người dùng một cách tối ưu. Do đó, khái niệm “ABC – Always Best Connect” ( luôn được kết nối tốt nhất) luôn được xem là một đặc tính hàng đầu của mạng thông tin di động 4G. Định nghĩa này được nhiều công ty viễn thông lớn và nhiều nhà nghiên cứu, nhà tư vấn viễn thông chấp nhận nhất hiện nay. Dù theo quan điểm nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G sẽ nổi lên vào khoảng 2010 – 2015 như một mạng không dây băng thông rộng tốc độ siêu cao. KẾT LUẬN Sau một thời gian ngắn nghiên cứu về đề tài “Công nghệ mạng điện thoại” tìm hiểu và học hỏi em đã hoàn thành xong đề tài của mình. Tuy đã cố gắng hết mình nhưng do khả năng bản thân còn nhiều hạn chế cộng với nghành công nghệ về di động là một nghành liên tục phát triển không ngừng cho nên cho nên lượng kiến thức và những thông tin em đưa ra còn hạn chế. Vậy nên em mong quý thầy cô cùng các bạn xem xét đánh giá giúp em để em có thể có được cái nhìn sâu sắc hơn về vấn đề này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô đã giảng dạy em để em có được những kiến thức bổ ích này. Em xin chân thành cảm ơn!!!!

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxCD215.docx
Luận văn liên quan