Đề tài Công nghệ CDMA - Hệ thống CDMA

Lời nói đầu Bước vào thế kỷ 21. Kỷ nguyên của xã hội thông tin, các quốc gia trên thế giới đang tập trung sức lực và tầm năng của mình cho ngành công nghiệp viễn thông nhằm dành được thế cạnh tranh trong lĩnh vực này và đồng thời cũng tìm mọi cách để không bị tụt hậu trong xã hội được gọi là xã hội thông tin này. Với chiến lược phát triển là đi thẳng vào công nghệ hiện đại, trong những năm qua ngành viễn thông Việt Nam đã cơ bản hoàn thành việc số hoá mạng lưới viễn thông tạo điều kiện dễ dàng cho sự hoà nhập tin học với viễn thông và góp phần không nhỏ cho sự phát triển kinh tế - xã hội trong công cuộc đổi mới đất nước. Trong quá trình hiện đại hoá mạng lưới viễn thông thì thông tin di động đã đáp ứng được nhu cầu của một xã hội phát triển, hàng loạt kỹ thuật công nghệ ra đời như kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA, và giao thức ứng dụng không dãy (WAP). Mỗi kỹ thuật công nghệ có ưu nhược điểm riêng nhưng công nghệ CDMA có nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác có thể đáp ứng được dung lượng lớn, chuyển giao mềm, điều khiển công suất nhanh có tính bảo mật cao. Mặt khác công nghệ CDMA - IS95 đã được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng, với công nghệ này rất phù hợp với cơ sở vật chất của mạng thông tin ở nước ta hiện nay. Với tất cả những ưu việt của CDMA - IS95 đặc biệt là hệ thống CDMA - IS95 WLL đã được áp dụng và đưa vào sử dụng ở một số tỉnh, sau đó tiếp tục phát triển nhân rộng ra. Trong thời gian học tập tại trường em đã được học nhiều môn học dưới sự chỉ bảo hướng dẫn của các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như các thầy, cô giáo của Học viên công nghệ Bưu chính viễn thông cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân luôn cố gắng học hỏi trong nhà trường và trong thực tế. Trong em được giao đề tài làm luận văn tốt nghiệp về công nghệ CDMA-IS95, thiết kế mạnh vòng vô tuyến nội hạt CDMA-WLL. Nội dung của bản luận văn gồm 3 chương Chương 1: Tổng quan công nghệ CDMA-IS95 Chương 2: Hiện trạng định hướng phát triển, ứng dụng công nghệ CDMA - IS95 trong mạch vòng vô tuyến nội hạt tại Thái Bình Chương 3: Thiết kế hệ thống CDMA-WLL tại Thái Bình. Trong thời gian tiến hành viết luận văn nhờ sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo Tiến sỹ Nguyễn Phạm Anh Dũng cũng như các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa điện tử viễn thông, em đã hoàn thành luận văn này. Vì thời gian và kiến thức có hạn, điều kiện nghiên cứu chủ yếu dựa trên lý thuyết nên bản luận văn của em không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy cô giáo em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Viễn thông - Trung tâm đào tạo bưu chính viễn thông I và khoa Điện tử trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn thầy giáo tiến sỹ Nguyễn Phạm Anh Dũng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em để hoàn thành luận văn này. Đề tài luận văn tốt nghiệp Công nghệ cdma - is 95 thiết kế hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt cdma - wll chương i công nghệ cdma - IS95 1.1. Sự phát triển của công nghệ trong thông tin di động 1.1.1. Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong 1.1.1.1. Tổng quan : Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau, còn các ô ở cách xa hơn trong một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó. Để các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lực lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động thành một tần số thích hợp một cách tự động dẫn đến hiệu quả sử dụng tần số tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể định vị 1cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên . Hình 1.1 1.1.1.2. cấu hình của hệ thống : Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động, BS, MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động). + Máy điện thoại bao gồm các bộ thu / phát RF , anten và bộ điều khiển + BS gồm các bộ thu /phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn + MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS, cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng, MSC bao gồm bộ phận điều khiển bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi, cung cấp chức năng thu thập số liệu cước đối với cuộc gọi đã hoàn thành. Các máy di động BS và MSC được liên kết với nhau thông qua đường kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng 1cặp kênh thu/phát RF vì các kênh lưu lượng không cố định ở 1kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt qúa trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể thiết lập qua bất cứ kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoaị để thiết lập cuộc gọi giữa các máy di động với nhau hoặc với các thuê bao cố địnhvà trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS. 1.1.1.3. Sự phát triển của hệ thống tổ ong : Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được đưa vào áp dụng sử dụng băng tần 150MHz tại Saint - Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách kênh là 60KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3. Đây là hệ thống bán song công cho nên người đàm thoại bên kia không thể nói được trong khi người bên này đang nói, việc kết nối là nhận cũng nhờ điện thoại viên. Sau đó nhờ sự cải tiến mà hệ thống IMTS - MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150KHz và hệ thống ITMSMK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã đựơc sử dụng vào năm 1969 đây là hệ thống song công và 1BS có thể phục vụ cho một vùng bán kính rộng tới 80 Km. 1.1.1.3.1. TDMA : Trong thông tin TDMA nhiều người sử dụng 1 sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhớ để dành cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp, Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp, châu Âu sử dụng TDMA băng rộng, nhưng cả hai hệ thống này được coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì thực tế người sử dụng dùng các kênh được ổn định cả về tần số và khe thời gian trong băng tần. Người sử dụng 1 Người sử dụng 2 Người sử dụng 3 Khe thời gian 1 Khe thời gian 2 Khe thời gian 3 Khe thời gian 4 Khe thời gian 5 Khe thời gian 6 30KHz 1.1.1.3.2. GSM (Group Special Mobile) : GSM là hệ thống thông tin số của châu Âu tương thích với hệ thống báo hiệu số 7. Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian tạo nên sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển. Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 960) MHz để truyền tín hiệu từ máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền tín hiệu từ BS đến máy di động. Cấu trúc khung của hệ thống GSM : 0 1 2 ................. 2047 1 siêu khung = 51 đa khung (6,12s) 0 1 2 ................. 50 or 1 siêu khung = 26 đa khung (6,12s) 0 1 ................. 25 26 khung đa khung (120ms) 51 khung đa khung (235,4ms) 0 1 2 25 0 1 2 50 0 1 2 3 4 5 6 7 1 khung TDMA = 8 khe thời gian (4,615ms) 1.1.1.3.3. CDMA : Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1980 và được áp dụng trong thông tin quân sự từ năm 1960 cùng với sự phát triển của công nghệ bán dãn và lý thuyết thông tin vào năm 1980 CDMA đã được thương mại hoá từ phương pháp thu GRS và ommi - Tracs, phương pháp này được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qual Comm - Mỹ vào năm 1990. Trong thông tin CDMA nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số, mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng; Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng của PN đã được ấn định, đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ sự trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được. 1.2. Hệ thống thông tin di động CDMA - IS95 1.2.1. Giao diện vô tuyến và truyền dẫn : 1.2.1.1. Các kênh vật lý : Các kênh vật lý tương ứng với tần số và mã kênh. Trong hệ thống CDMA - IS95 có thể làm việc với 1cặp tần số với 1tần số cho đướng xuống (Từ BTS đến di động) và một tần số cho đường lên (Từ trạm di động đến trạm BTS) với độ rộng băng tần cho mỗi kênh là 1,23 MHz (phổ của mỗi kênh ở mức 3dB ằ 1,23 MHz ở dải dành cho thông tin di động). Tần số đường xuống bao giờ cũng lớn hơn tần số đường lên 45MHz. Để tăng dung lượng của mạng CDMA - IS95 có thể sử dụng kết hợp FDMA khi đó hệ thống CDMA có thể có nhiều kênh tần số. 1.2.1.2. Các kênh lô gíc : Các kênh lô gíc là các kênh vật lý mang một thông tin cụ thể nào đó có thể là thông tin về lưu lượng hay thông tin về báo hiệu thông tin điều khiển các kênh máy được phân chia theo đường xuống (Từ BTS đến MS - còn gọi là kênh đi) và kênh theo đường lên (Từ MS đến BTS - còn gọi là kênh về). Hình 4 : Cấu trúc kênh lô gíc CDMA hướng lên và hướng xuống : Các kênh điều khiển Đường xuống Đường lên Hoa tiêu Đồng bộ Tìm gọi Thâm nhập Hình 5 : Cấu trúc kênh lưu lượng : Các kênh lưu lượng Kênh tiếng hoặc số liệu Báo hiệu liên kết 1 1/2 1/4 1/8 Chỉ số báo hiệu Ghép BH lưu lượng Đ/khiển công suất đường + Sắp xếp các kênh vật lý cho đường xuống ở CDMA - IS95 : Kênh phụ điều khiển công suất máy di động Số liệu lưu lượng Kênh lưu lượng 25 Kênh lưu lượng 24 Kênh nhắn tin 7 Kênh lưu lượng N Kênh lưu lượng 1 Kênh nhắn tin 1 Kênh đồng bộ Kênh dẫn đường Tất cả các tín hiệu được phát ra từ trạm gốc qua 1ăng ten hình quạt được đưa ra như trong hình, 63 kênh hướng đi được phân loại tiếp thành 7 kênh nhắn tin (giá trị chịu được lớn nhất) và 55 kênh lưu lượng Kênh CDMA hướng đi (Kênh vô tuyến 1,23MHz phát từ trạm gốc)  - Kênh dẫn đường và kênh đồng bộ phục vụ sự khởi tạo của MS ở trạng thái chờ MS (Mobile System) cần đến các kênh nhắn tin phục vụ vào việc truy cập vào mạng để thiết lập cuộc gọi. Trạm gốc dùng sự lệch thời gian (Tin off set) Của kênh dẫn đường làm căn cứ cho MS nhận dạng kênh hướng xuống (Có 512 lệch thời gian khác nhau) lệch thời gian được dùng trong quá trình chuyển giao khi MS bật nguồn thì kênh đồng bộ cung cấp cho MS các tin tức định thời và tin tức về cấu hình hệ thống, kênh đồng bộ dùng mã trải phổ PN (120 b/s) hiện phục vụ 1cuộc gọi, kênh lưu lượng có các tốc độ truyền dẫn : 9600, 4800 hay 1200 bít/s, khung lưu lượng đường xuống dài 20MS, kênh lưu lượng được điều khiển bằng các bản tin sau : + Điều khiển thiết lập cuộc gọi + Điều khiển chuyển giao (Handover) + Điều khiển công suất + Nhận tín hiệu và bảo mật - Kênh nhắn tin : Sau khi nhận được thông tin từ kênh đồng bộ trạm di động (MS) điều chỉnh định thời của nó và bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin (9600 hoặc 4800 bít/s) kênh nhắn tin có 4 tin tức căn bản : + Bản tin tham số hệ thống, các tham số đăng ký và chi tiết kênh dẫn đường + Bản tin tham số truy cập + Bản tin liệt kê về các lưu lượng kế cận + Bản kê kênh CDMA Một kênh tìm gọi có tốc độ 9600 bits có thể đảm bảo 180 cuộc gọi /S mỗi trạm di động chỉ được quyền theo dõi 1kênh tìm gọi, kênh tìm gọi này có thể quyết định 1cách ngẫu nhiên trong số tất cả các kênh tìm gọi có thể. Kênh tìm gọi có 1 chế độ đặc biệt gọi là chế độ khe ở chế độ này các bản tin cho 1trạm di động chỉ được phát đi ở các khoảng thời gian định trước. Vì vậy cho phép 1trạm di động có thể giảm công suất ở các khe thời gian không dành cho nó nhờ vậy tiết kiệm đáng kể năng lượng ở nguồn ắc quy cho các máy cầm tay. Sắp xếp các kênh vật lý cho đường lên ở CDMA - IS95 Kênh CDMA hướng về (Kênh vô tuyến 1,23 MHz nhận được ở trạm gốc) Kênh truy nhập 1 Kênh truy nhập n Kênh lưu lượng 1 Kênh lưu lượng m Các PN mã dài định địa chỉ Kênh hướng về của hệ thống CDMA sử dụng trình tự nhị phân dài 32,768 các tín hiệu của máy di động khác được phân biệt nhờ trình tự 242 - 1 và khoảng thời gian đưa ra cho mỗi khách hàng. Thông tin số để được truyền đi có độ dài bắt buộc là 9 và tỷ lệ mã hoá của nó là mã xắn 1/3 (Được mã hoá thành 3 ký hiệu nhị phân cho 1bít thông tin), thông tin mã hoá được chèn vào khoảng trống 20MS và thông tin được chèn được nhóm thành các nhóm 6 ký hiệu (các từ mã) sử dụng mã này 1trong 64 hàm Walsh. Trong kênh hướng về của CDMA các kênh sử dụng tần số được phân bổ làm trung tâm được điều chế bù pha 1/4 bởi 1cặp mã PN và được điều chế bù pha 1/2 bởi mã PN dài. Kênh truy nhập đảm bảo thông tin từ trạm di động đến trạm gốc khi trạm di động không sử dụng kênh lưu lượng. Kênh này luôn làm việc ở tốc độ 4800 b/s các bản tin truy nhạp luôn cung cấp các thông tin về : khởi xướng cuộc gọi, trả lời cuộc gọi, các lệnh và đăng ký. Các kênh truy nhập tạo ra các cặp với tất cả các kênh nhắt tin và từng kênh truy nhập được nhận dạng thông qua sử dụng mã dài PN khác. Trạm gốc thực hiện trả lời các tín hiệu kênh truy nhập nhất định thông qua các bản tin kênh nhắn tin, máy di động trả lời bản tin thông qua các kênh truy nhập tương ứng với chúng. Tốc độ truyền dẫn của các kênh truy nhập có thể thay đổi theo các kiểu truyền dẫn và các nhóm maý để các kênh này có thể sử dụng đối với các trường hợp khẩn cấp hoặc đối với bảo trì và sửa chữa. 1.3. Các kỹ thuật sử lý và truyền dẫn vô tuyến số ở hệ thống CDMA - IS95 : Lập khuân Mã hoá nguồn Mật mã Mã hoá kênh Ghép kênh Điều chế Trải phổ Đa thâm nhập TX Lập khuân Giải mã nguồn Giải mật mã Giải mã kênh Giải ghép kênh Giải điều chế Giải trải phổ Đa thâm nhập TX Đồng bộ Dạng sóng số Luồng bít K Ê N H Các bít kênh Từ các nguồn khác Đầu vào số Đầu ra số Các bít kênh Đếu các nơi nhận khác nguồn tin 1.3.1. Sơ đồ khối chung của thiết thị thu phát vô tuyến ở HTTT di động: nhận tin Ký hiệu : Tùy chọn Bắt buộc Các khối trên bao gồm : Lập khuân, mã hoá nguồn, mật mã, mã hoá kênh, ghép kênh, điều chế và đa truy nhập cho thấy quá trình biến đổi tín hiệu từ nguồn đến máy phát, các khối dưới cho thấy quá trình bién đổi từ máy thu đến nơi nhận máy phát gồm các tầng biến đổi nâng tần, khuyếch đại công suất và ăng ten, máy thu gồn ăng ten, bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ, bị biến đổi hạ tần và khuyếch đại trung tần. Trong các bước sử lý tín hiệu lập khuân, điều chế và giải điều chế là các bước bắt buộc. + Lập khuân thực hiện biến đổi nguồn tin và các ký hiệu số để nguồn tin tương thích với quá trình sử lý ở hệ thống. + Điều chế : Thực hiện biến đổi các ký hiệu vào và các dạng sóng thích hợp với kênh truyền dẫn vô tuyến. + Mã hoá nguồn : Biến đổi tương tự vào số, loại bỏ các thông tin thừa không cần thiết. + Mật mã hoá : Ngăn không cho kẻ lạ hiểu được thông tin và đưa vào các thông tin giả. + Mã hoá kênh : giảm xác xuất lỗi + Trải phổ : Tạo ra tín hiệu ít bị ảnh hưởng của nhiễu, tăng độ bảo mật của tín hiệu. + Ghép kênh và đa truy nhập : Cho phép kết hợp với các đặc tính khác nhau hoặc các nguồn khác nhau để chia sẻ tài nguyên vô tuyến. 1.3.2. Mã hoá tiếng ở các hệ thống thông tin di động CDMA : * Codec tốc độ khả biến tăng cường, EVRC (Enhonced Variable Rate Codec) EVRC cho phép giảm số bít cần thiết cho các hệ số dự đoán tuyến tính và tổng hợp độ cao cho phép, nhờ vậy EVRC cho chất lượng tiếng cao hơn EVRC cho phép giảm tốc độ bít trên khung cần để thể hiện độ cao và cho phép bổ xung các bít cho kích thích ngẫu nhiên và bảo vệ kênh. EVRC phân loại tiếng thành các khung 20MS : toàn tốc (8,55 Kbpf), tốc độ 1/2 (4Kbps) và tốc độ 1/8 (0,8 Kbps) * Sơ đồ khối chức năng của EVRC : Tiền sử lý tín hiệu Đánh giá thông số Mã hoá tốc độ 1/8 Mã hoá tốc độ 1 hoặc 1/2 Tạo khuân gói Xác định tốc độ Gói được tạo khuân Tiếng được mã hoá Lệnh tốc độ ngoài quyết định tốc độ 1.3.3. Thủ tục phát thu tín hiệu : Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá lặp, chèn và được nhân với sóng mang fo và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). Tín hiệu đã được điều chế đi qua 1bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 Mhz, sau đó phát xạ qua ăng ten. ở đầu thu sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ ăng ten đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng bằng 1,25 Mhz 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. Hình : Sơ đồ phát thu CDMA 1.3.4. Các đặc tính của CDMA : 1.3.4.1. Tính đa dạng của phẩn tập : Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thì tính đa đường tạo nên nhiều pha đinh nghiêm trọng, tính nghiêm trọng này 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. Phân tập là 1 hình thức tốt để làm giảm pha đinh : Có 3loại phân tập : + Phân tập theo thời gian + Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 Mhz + Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) 2cặp ăng ten thu của BS, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm) phân tập theo thời gian đạt được nhờ việc sử dụng việc chèn 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 pha đinh liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200á300)KHz 1.3.4.2. Điều khiển công suất CDMA : Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2chiều (Từ BTS đến máy di động và ngược lại). Mục đích điều khiển công suất phát của máy di động để cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu được với độ nhậy trung bình tại bộ thu của BS. Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu thu từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp còn tín hiệu của các máy di động khác chỉ còn là tín hiệu tạp âm của băng rộng. Máy di động điều khiển công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được. Hình : Điều khiển công suất CDMA BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất từ máy di động đến BS, BS so sánh tín hiệu thu được với giá trị ngưỡng và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25 MS. Mục đích của điều khiển công suất là làm giảm công suất phát của máy di động khi rỗi hoặc ở gần BS, làm cho pha đinh đa đường thấp, giảm hiệu ứng bóng râm, giảm giao thoa đối với các BS khác. 1.3.4.3. Bộ mã - Giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi : Bộ mã - giải mã của hệ thống CDMA thiết kế với các tốc độ biến đổi 8 Kb/s. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ mã - giải mã. 1.3.4.2.1. Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hướng về của CDMA : Trong hệ thống CDMA tất cả các trạm gốc phát tín hiệu dẫn đường ở cùng tần số và tất cả các máy di động bắt đầu đồng bộ bằng sử dụng các tín hiệu dẫn đường này, và gốc tần số và thời gian để giải điều chế các tín hiệu thoại số được truyền đi từ mỗi trạm gốc, máy di động đo tổng cường độ tín hiệu dẫn đường từ trạm gốc và cường độ tín hiệu nhận được từ tất cả các trạm gốc. Nếu cường độ tín hiệu thu được cao công suất của máy di động giảm xuống, trường hợp tăng đột biến môi trường kênh xảy ra thì thiết bị điều khiển công suất mạch vòng theo kiểu tương tự với vùng động 85 db đáp ứng ngay trong 1ms. Các kênh đồng bộ từ mỗi trạm gốc gồm thông tin về công suất phát của các kênh dẫn đường và máy di động xác định công suất phát sử dụng thông tin đó khi sử dụng các chức năng này có thể tạo ra sự chênh lệch giữa công suất phát và hệ số tăng ích của ăng ten (ERP đầu ra) của trạm gốc dựa trên cơ sở kích thích tế bào. 1.3.4.2.2 Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hướng về của CDMA : Do sự tách biệt tần số 45 MHz giữa kênh hướng đi và hướng về vượt quá dải thông liên kết của các kênh nên máy di động được giả thiết là các giá trị của tổn hao hai đa đường dẫn giống nhau, do không có khả năng đo suy hao đường dẫn hướng về mặc dù có 1chênh lệch giữa suy hao đa đường trên kênh hướng đi để đo ở máy di động và suy hao đa đường của kênh hướng về. Phương pháp đo này cung cấp giá trị trung bình chính xác cho công suất phát nhưng 1 phương pháp phụ được cần tới để tính toán giao thoa Rayleigh chỉ ra các tính chất khác nhau trên 2 kênh. Để bù giao thoa Rayleigh độc lập nhau trên các kênh hướng đi và hướng về, công suất phát của máy di động được điều khiển bởi các tín hiệu từ trạm gốc. Các bộ giải điều chế ở mỗi trạm gốc đo tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của máy di động so sánh với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm đã chỉ định và phát các lệnh điều khiển tới máy di động qua kênh hướng đi. Lệnh điều khiển được phát ra từ trạm gốc tăng hay giảm công suất phát của máy di động so với giá trị thiết lập ban đầu (thường là 0,1 dB) cứ phát 1,25 ms một lần lệnh điều khiển đầu ra có thể theo dõi giao thoa Rayleigh trên kênh hướng về. Các bộ điều khiển hệ thống ở MSC cung cấp các bộ điều khiển cho mỗi trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm dựa vào tỷ lệ lỗi của các máy di động được phát tới bộ điều khiển kênh được sử dụng cho xác định tăng hay giảm công suất phát của mỗi máy di động. 1.3.4.2.3. Điều khiển công suất trên kênh hướng đi của CDMA : Các tín hiệu công suất phát được điều khiển bởi thông tin điều khiển phát đi từ trạm gốc. Khi xảy ra sự suy giảm đáng kể trên kênh hướng đi trong một vùng nhất định và nếu công suất phát không tăng lên thì chất lượng thoại của các cuộc gọi qua kênh này giảm xuống dưới tiêu chuẩn chất lượng. Để điều khiển công suất trên kênh hướng đi trạm gốc giảm theo chu kỳ công suất phát ra tới máy di động, giảm công suất ra như vậy duy trì cho đến khi các máy di động yêu cầu công suất ra bổ xung nhờ dò thấy tăng tỷ lệ lỗi khung và trạm gốc tăng công suất phát ra với số gia 0,5 db. Sự tăng giảm công suất ra được thực hiện một lần cho mỗi khung mỗi tiếng nói tức là cứ trung bình 12 đến 20 ms chậm hơn tốc độ tăng hay giảm công suất ra trên kênh hướng về, vùng động tăng hay giảm công suất ra có thể điều khiển tới ± 6 db xung quanh các bit thông tin tkênh lưu llượng về (172, 80, 40 hoặc 16 bit/khung) Cộng chỉ thị chất lượng khung cho tốc độ 9600 và 4800 bit/s Công 8 bit mã hoá cuối Bộ mã hoá cuộn r=1/3 k=9 Lập ký hiệu Chèn khối 8.6 kb/s 4.0 kb/s 2.0 kb/s 0.8 kb/s 9.2 kb/s 4.4 kb/s 2.0 kb/s 0.8 kb/s 9.6 kb/s 4.8 kb/s 2.4 kb/s 1.2 kb/s 28.8 kb/s 14.4 kb/s 7.2 kb/s 3.6 kb/s 28.8 kb/s A Ký hiệu mã Ký hiệu mã 4.8 kb/s (307.2 kc/s) Bộ tạo mã dài Chuỗi số liệ kênh 1 (1.2288 Mc/s) D Bộ lọc băng tần Bộ lọc băng tần Q S(t) S Cos(2T,fct) Sin(2T,fct) Q(t) Chuỗi số liệu kênh Q (1.2288 Mc/s) Xung PN (1.2288 Mc/s) 1/2 xung PN Trễ = 406.9 ns Mặt nạ mã dài B C Ký hiệu mã D Điều chế trực giao 64 - ary Tạo chùm số lliệu ngẫu nhiên E F G E Ký hiệu điều chế (xung Walsh) Tốc độ số liệu khung các bit thông tin truy nhập Cộng 8 bit mã hoá cuối Bộ mã hoá cuộn r=1/3 k=9 Lập ký hiệu Chèn khối Điều chế trực giao 64 -ary 4.4 kb/s 4.8 kb/s 14.4 kb/s 28.8 kb/s 28.8 kb/s Ký hiệu mã Ký hiệu mã Ký hiệu mã Ký hiệu điều chế (Xung Walsh) 4.8 kb/s (307.2 kc/s Bộ tạo mã dài Chuỗi số liệ kênh 1 (1.2288 Mc/s) D Bộ lọc băng tần Bộ lọc băng tần Q S(t) S I(t) Cos(2T,fct) Sin(2T,fct) Q(t) Chuỗi số liệu kênh Q (1.2288 Mc/s) Xung PN (1.2288 Mc/s) 1/2 xung PN Trễ = 406.9 ns Mặt nạ mã dài công suất ra trung bình. (Hình vẽ : Cấu trúc kênh CDMA hướng về) Giải mã thoại phía thu, phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại, hai bộ mã giải thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s. 1.3.4.4. Bảo mật cuộc gọi : Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi cao và về cơ bản tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìn kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA vì tín hiệu đã được trộn (Seranbling) 1.3.4.5. Chuyển vùng mềm : Trong hệ thống Analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch "cắt trước khi nối" thì chuyển vùng mềm trong hệ thống CDMA chấp nhận hình thức "Nối trước khi cắt". Sau khi cuộc gọi được thiết lập máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS bên cạnh với cường độ tín hiệu của ô đang sử dụng nếu cường độ tín hiệu đạt đến mức nhất định nào đó khi đó máy di động đã chuyển sang vùng phục vụ của một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm được thực hiện, máy di động chuyển 1bản tín điều khiển đến MSC để thông báo cường độ tín hiệu và số liệu của BS mới trong khi vẫn dữ đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping poong giữa chúng, BS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đầu nối cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công. 1.3.4.6. Dung lượng, dung lượng mềm : Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ 1BS mà từ tất cả các người sử dụng trong vùng phục vụ. Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu được đối với cường động công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt. Các tham số xác định dung lượng của hệ thống CDMA gồm : độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (Bao gồm cả giới hạn pha đinh yêu cầu), chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của ăng ten BS. 1.4. Trải phổ : 1.4.1. Hệ thống trải phổ trực tiếp DS : Direct Sequency Hệ thống DS là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp, hệ thống này có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao. 1.4.1 1. Nguyên lý : Nguyên lý của phương pháp DS - CDMA cho ở hình vẽ : Bản tin của tín hiệu số cần phát Mi(t) dạng mã NRZ lưỡng cực với Mi(t) = ±1 được đưa lên với chuỗi mã Ci(t) được tạo ra từ một bộ tạo chuỗi cơ hai giả ngẫu nhiên PRBS (Psen do Random Binary Sequency Generator) tốc độ của bản tin gọi là tốc độ bít Rb, Rb nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của chuỗi mã được gọi là tốc độ chíp Rc. Mỗi luồng số của mỗi kênh sẽ được bộ tạo mã tạo ra một chuỗi PRBS tương ứng Ci(t), có độ dài L, mỗi bít có độ lâu bằng độ lâu của chuỗi mã Tb = Tx x L, Ci(t) có tốc độ cao hơn nhiều so với Rb = 1/Tc của tín hiệu số cần phát do đó phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên rộng hơn nhiều phổ của tín hiệu số cần phát. Do phổ rộng và công suất phát không thay đổi nên tín hiệu PRBS có biên độ mật độ phổ rất thấp. 1.4.1.2. Đặc tính của tín hiệu DS : Điều chế DS là điều chế 2pha. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cần bằng để có đầu ra làm sóng mang. RF điều chế 2pha, sóng mang có độ lệch pha 1800 giữa pha 1 và pha O theo dãy mã. Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu, khi đó nếu các mã tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang được tách pha lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục các sóng mang băng tần hẹp này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế chỉ cho các sóng mang đủ điều chế băng gốc đi qua. Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp nếu băng là 2KHz thì độ lợi sử lý giới hạn là 20 KHz. 1.4.3. Điều chế QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) : Sau khi được trải phổ bởi hai chuỗi PN hoa tiêu vuông góc hai luồng I và Q có khác pha 900 được đưa lên hai bộ lọc băng thông và được điều chế khoá chuyển pha 4 trạng thái. Tín hiệu sau điều chế QPSK được xác định theo công thức sau : S(t) = A.cos(2pfct + yt) Trong đó : - fc : tần số sóng mang - A : biên độ sóng mang đã được điều chế xác định theo công thức sau : A= - yt : pha của sóng mang đã được điều chế Quan hệ giữa các trạng thái pha của tín hiệu QPSK và các ký hiệu I, Q I Q yt O 1 1 1 O 0 1 0 p/4 3p/4 5p/4 7p/4 TCXO Sơ đồ bộ điều chế QPSK : QPSK Số bít lẻ Số bít chẵn Luồng bít nhị phân đầu vào 900 Lọc kênh Bộ chuyển song song 1.5. Báo hiệu : ở hệ thống CDMS - IS95 : 1.5.1. Mở đầu : Tất cả các giao diện vô tuyến gồm cả CDMA và CDMA băng rộng đều thừa hưởng các đặc tính từ giao thức tương tự, ngoài ra chúng có các dịch vụ dựa trên tiêu chuẩn cơ sở IS41 cho thông tin giữa các hệ thống, ứng dụng quản lý di động MMAP (Mobiliti Management Application Part) cho báo hiệu từ trạm gốc đến trung tâm chuyển mạch di động. 1.5.5. Các dịch vụ cơ sở : Trước khi MB có thể khởi xướng hay tiếp nhận cuộc gọi nó phải đăng ký với hệ thống di động. Trừ trường hợp gọi khẩn, mỗi MS được cho một số nhận dạng tạm thời TMSI (Temporaty Mobile Station Identity), MIN (Mobile Identication Number) để sử lý cuộc gọi sau này. - Quá trình đăng ký : MS thông báo cho nhà cung cấp dịch vụ về sự có mặt của nó ở hệ thống và mong muốn nhận được dịch vụ từ hệ thống này. * Đăng ký theo khoảng cách : Được thực hiện khi khoảng cách giữa BS hiện thời và BS mà MS đăng ký lần cuối cùng vượt quá ngưỡng. * Đăng ký đặt trước : Được thực hiện khi hệ thống đạt thông số ở kênh tìm gọi để chỉ thị rằng tất cả hoặc một số MS phải đăng ký. * Đăng ký khi thay đổi thông số : Được thực hiện khi các thông số hoạt động ở MS bị thay đổi. * Đăng ký tắt nguồn : Được thực hiện khi trạm di động tắt nguồn * Đăng ký bật nguồn : Được thực hiện khi MS bật nguồn để thông báo cho mạng MS sẵn sàng gọi hoặc thu cuộc gọi. * Đăng ký theo định thời : Thực hiện khi bộ định thời ở MS đã chạy hết thời gian thủ tục này cho phép xoá dữ liệu của MS. * Đăng ký theo vùng : Được thực hiện khi MS vào vùng mới của hệ thống vùng phục vụ có thể được chia thành các vùng nhỏ hơn gọi là vùng định vị MS nhận dạng vùng định vị hiện thời trên cơ sở các thông số được phát trên kênh tìm gọi đường đi. * Đăng ký kênh lưu lượng xảy ra khi MS ấn định kênh lưu lượng BS có thể thông báo cho MS rằng nó đã được đăng ký. 1.5.2.1. Lưu đồ gọi để đăng ký khi nó đang nghe kênh tìm gọi : 1- MS quyết định rằng nó phải đăng ký với hệ thống 2- MS nghe kênh tìm gọi để được mật khẩu RAND 3- MS gửi bản tin đến BS với nhận dạng trạm di động Quốc tế (IMSI), RAND trả lời nhận thực (AUTHR) và các thông số khác cần thiết theo yêu cầu đăng ký. 4- BS công nhận RAND 5- BS phát bản tin ISDN REGISTER đến MSC 6- MSC nhận bản tin REGISTER và gửi một bản tin đến VLR quản lý 7- Nếu MS chưa đăng ký với VLR phát bản tin REG NOT (thông báo đăng ký đến HLR của người sử dụng, nơi chứa ISMI và các dữ liệu cần thiết khác) 8- HLR nhận bản tin REG NOT và cập nhật cơ sở dữ liệu của mình (Lưu dữ vị trí của VLR phát bản tin REG NOT) 9- HLR phát bản tin RECAN (Huỷ đăng ký) đến VLR cũ trước đây MS đăng ký để VLR này huỷ đăng ký trước đây của MS. 10- VLR cũ gửi trả lại bản tin khẳng định giá trị đếm qúa khứ cuộc gọi CHCNT (Call History Count). 11- Khi này HLR gửi trả lại bản tin trả lời REG NOT đến VLR mới và chuyển thông tin mà VLR cần (Chẳng hạn lý lịch người sử dụng, nhận dạng về mạng liên tổng đài, khoá bí mật dùng chung để nhận thực và giá trị hiện thời của CHCNT). Nếu đăng ký thất bại (Do ISMI sai, dịch vụ không được phép, không trả tiền cước ...) thì bản tin mà REG NOT sẽ chứa chỉ thị thất bại. 12- Khi nhận được bản tin trả lời REG NOT từ HLR, VLR ấn định một số nhận dạng trạm di động tạm thời TMSI sau đó gửi bản tin trả lời thông báo đăng ký đến MSC. 13- MSC nhận được bản tin này lấy ra số liệu và gửi bản tin ISDN REGISTER đến BS. 14- BS nhận bản tin REGISTER (Đăng ký) và chuyển nó đến MS để khẳng định đăng ký. MS BS MSC VRL mới HLR VLR cũ Quyết định đăng ký 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Chập nhật Dữ liệu REGISTER ISDN REGISTER IS41 REC NOT IS41 RECAN Khẳng định Khẳng định REGISTER Trả lời RENOT Trả lời RENOT ISDN REGISTER Xác nhận RAND 1.5.2.2. Khởi xướng cuộc gọi : Khởi xướng cuộc gọi là dịch vụ trong đó người sử dụng MS gọi một máy điện thoại khác trong mạng điện thoại trên toàn thế gíới, đây là hoạt động cộng tác giữa MSC, VLR và BS. Các bước lưa đồ cuộc gọi : 1- MS sử lý Origination Request (Yêu cầu khởi xướng) từ người sử dụng và phát nó đến BS. 2- BS phát PC SAP Qualification Request (Yêu cầu phân loại) PC SAP đến BS. 3- VLR gửi trả Qualification Request Response (Trả lời yêu cầu phân loại) đến BS. 4- BS sử lý bản tin ISDN setup (thiết lập ISDN) và gửi nó đến MSC. 5- MSC gửi bản tin địa chỉ khởi đầu (IAM) báo hiệu số 7 (ISUP phần người sử dụng ISDN) đến tổng đài kết cuối (cố định hay di động) 6- Đồng thời MS gửi trả bản tin ISDN call proceding (đang tiến hành gọi ISDN) đến BS. 7- BS ấn định kênh lưu lượng cho MS. 8- MS điều chỉnh đến kênh lưu lượng và khẳng định ấn định kênh lưu lượng. 9- Tổng đài kết cuối kiểm tra trạng thái máy thoại bị gọi và gửi trả bản tin báo hiệu số 7 hoàn thành địa chỉ (ACM) đến MSC. 10- MSC gửi trả bản tin báo chuông ISDN đến BS. 11- MSC thực hiện đổ chuông tại người sử dụng. 12- Người sử dụng kết cuối trả lời 13- Tổng đài kết cuối gửi bản tin báo hiệu số 7 trả lời (ANM) đến MSC. 14- MSC phát bản tin kết nối ISDN (ISDN CONN) đến BS. 15- MSC ngừng chuông và thực hiện kết nối mạng. 16- BS gửi tra bản tin công nhận kết nối ISDN (ISDN CONN ACK). 17- Hai phía thiết lập truyền tin. Các bước chi tiết của lưu đồ cuộc gọi như sau : MS BS MSC VRL mới HLR Chuyển mạch Khởi xướng Cuộc gọi từ MS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. ISDN Call Proc Báo chuông ISDN Đổ chuông SS7 IAM SS7 ACM Hai phía hội thoại Ngừng báo chuông thực hiện kết nối ISDN CONN ACK ISDN CONN SS7 ANM Người sử dụng trả lời Khẳng định ấn định ấn kênh lưu lượng Trả lờiYêu cầu phân loại PCSAP Y êu cầu phân loại PCSAP ISDN SETUP 1.5.2.3 Xoá cuộc gọi Chức năng xóa cuộc gọi được yêu cầu khi một trong hai phía hội thoại muốn kết thúc cuộc gọi. Các bước của lưu đồ xóa cuộc gọi khởi xướng MS 1. MS đặt máy 2. MS phát bản tin Release (giải phóng đến BS) 3. BS phát bản tin ISDN DiS connect (tháo gỡ) đến MSC 4. MSC phát SS7 Release (giải phóng) đến tổng đài kia 5. MSC phát SS7 Release (giải phóng) đến BS 6. Tổng đài kia phát bản tin SSF Release complete (giải phóng) hoàn thành đến MSC. 7. BS phát bản tin ISDN Release complete (giải phóng hoàn thành) đến MSC. 8. BS phát PCSAP clear Request (yêu cầu xóa) đến VLR. 9. VLR đóng các bản tin cuộc gọi vào phát PCSAP clear Request response (trả lời yêu cầu xóa) đến BS. Chuyển mạch HLR VLR MSC BS MS 1 Người sử dụng kết thúc cuộc gọi 2 Realese (Giải phóng) 3 ISDN DISC (Tháo gỡ) 4 SS7 REL Giải phóng 5 ISDN REL (giải phóng) 6 SS7 REL com Giải phóng hoàn thành 7 IDDN REL com yêu cầu xóa PCSAP 8 Trả lời Y.cầu xóa PCSAP 9 1.5.2.4 Chuyển mạng Chuyển mạng là khả năng cung cấp dịnh vụ cho các trạm di động ở ngoài vùng đăng ký thường trú của chúng .Khi MS chuyển mạng,dăng ký khởi xướng cuộc gọi và kết cuối cuộc gọi cần thêm các bước bỏ xung .mỗi khi lấy số liệu từ VLR mà số liệu này chưa có. VLR phải hỏi HRL tương ứng sẽ được cung cấp số liệu. Số liệu bao gồm chuyển đổi IMSI vào MIN, tóm tắt dịch vụ số liệu bảo mật dùng chung (SSD) để nhận thực và các số liệu khác cần thiết để sử lý cuộc gọi, thời gian hợp lý nhất để lấy số liệu này là lúc MS đăng ký với hệ thống khi đã lưu dữ số liệu của MS chuyển mạng vào VLR thì quá trình sử lý cuộc gọi cho mọi dịch vụ khởi xướng (Cơ sở hay bổ xung) sẽ giống như đối với các dịch vụ của MS tại nơi thường trú. Tuy nhiên có thể xảy ra trường hợp MS khởi xướng cuộc gọi trước khi thực hiện đăng ký hay khi số liệu ở VLR chưa có lưu đồ cuộc gọi kết cuối cho MS chuyển mạng với số điện thoại theo địa lý. Người sử dụng quay số 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. SS7. IAM Hỏi HRL HRL trả lời SS7. ACM SS7. ANM SS7. IAM MS ẩ BS MSC Tạm trú VLR MSC Thường trú HLR Chuyển mạch Khởi xướng Khởi xướng * Khi MS có số liệu theo địa lý MSC ấn định một khối các số nằm trong kế hoạch đánh số của địa phương cho vùng địa lý thế giới nơi đặt MSC. Khi này định tuyến cuộc gọi được thực hiện theo thủ tục giống như mạng cố định. Nếu một MS liên kết với MSC không nằm trong vùng thường trú của mình MSC sẽ hỏi HLR về vị trí của nó. Sau đó MSC yêu cầu chuyển hướng cuộc gọi đến MSC đang có MS và kết nói được thực hiện đến tổng đài thứ hai trong đó các dịch vụ kết nối cuọc gọi được thực hiện theo các thủ tục sau : 1- Người sử dụng MS ở mạng điện thoại thế giới (Cố định hay di động) quay số cho MS. 2- Tổng đài khởi xướng phát SS7 IAM đến MSC thường trú. 3- MSC hỏi HLR về vị trí của MS. 4- HLR trả lời vị trí của hệ thống khách. 5- MSC thường trú phát bản tin SS7ACM đến tổng đài khởi xướng. 6- Đổ chuông 7- MSC thường trú phát bản tin SS7ANM trả lời đến tổng đài khởi xướng. 8- MSC yêu cầu chuyển hướng cuộc gọi đến MSC của hệ thống khách và MSC chuyển hướng (MSC thường trú) phát SS7 IAM đến MSC thường trú. * Khi MS có số thoại không theo địa lý thì cuộc gọi có thể định hướng trực tiếp từ một chuyển mạch khởi xướng đến chuyển mạch khách. Việc chuyển cuộc gọi đến số thoại không theo địa lý đòi hỏi quá trình sử lý cuộc gọi đặc biệt để dịch tuyến được gọi là sử lý mạng thông minh IN. Nếu chuyển mạch khởi xướng không hỗ trợ mạng thông minh thì nó sẽ chuyển cuộc gọi đến chuyển mạch đảm bảo IN khi đó tổng đài khởi xướng sẽ nhận ra số thoại không theo điạ lý và phát bản tin SS7 đến HLR để hỏi vị trí của MS, HLR sẽ trả lời số thư mục tạm thời để định tuyến đến MS sau đó cuộc gọi được tiến hành. 1. Người sử dụng ở mạng điện thoại thế giới (Cố định hay di động) quay số cho MS. 2. Chuyển mạch khởi xướng nhận biết số thoại không theo định lý và phát bản tin SS7 và hỏi đến HLR ở tổng đài MSC thường trú. 3. HLR trả lời vị trí của hệ thống khách với số danh mục để sử dụng cho việc sử lý tiếp theo. 4. Tổng đài khởi xướng phát SS7 IAM đến MSC khách Người sử dụng quay số 1. 2. 3. 4. 5. Hỏi HLR HRL trả lời SS7. IAM Tiến hành xử lý cuộc gọi như bình thường 5 Quá trình sử lý ở bước 3 của lưu đồ gọi kết nối. MS ẩ BS MSC Ttạm trú VLR MSC Thường trú HLR Chuyển mạch Khởi xướng Khởi xướng 1.6. So sánh công nghệ CDMA và TDMA : 1.6.1. Dung lượng hệ thống : Hiện nay công nghệ CDMA đã đưa ra hiệu quả phổ tần lớn hơn nhiều so với công nghệ TDMA, dữ liệu của CDMA gia tăng gấp 10 đến 20 lần so với AMPS và 3 đến 4 lần so với công nghệ TDMA. TDMA thừa hửơng khoảng cách sóng mang 30 KHz từ AMPS nhưng có sự phân chia nhỏ mỗi sóng mang thành nhiều khe thời gian để dễ dàng cho phép 3 cuộc đàm thoại đồng thời cùng 1lúc thay vì 1cuộc đàm thoại ở AMPS. kỹ thuật số phân chia theo thời gian TDMA vẫn còn tương tự như AMPS. TDMA yêu cầu mô hình sử dụng lạ tần số là 7 để đạt được mức nhiễu ở chế độ đồng kênh có thể chấp nhận được tức là 1kênh tần số 30 KHz không thể dùng lại lần nữa trên mỗi cụm 7cell kế cận điều này có nghĩa là chỉ 1 trong 7 phổ tần có sẵn có thể được sử dụng trong 1cell bất kỳ nào đó. Vì vậy chỉ 1/21 phổ tần có sẵn được dùng cho bất kỳ 1 sector nào hạn chế này đòi hỏi phải lập kế hoạch tần số lại khi cần thêm cell hoặc sector sau này. CDMA dùng băng thông cho mỗi sóng mang là 1,25 MHz, băng thông này rộng hơn nhiều so với khi dùng AMPS hoặc TDMA. Cuộc đàm thoại được mã hoá và trải trên sóng mang với độ rộng 1,25 MHz sóng mang này có thể được sử dụng lại ở các cell kế cận và trong tất cả các sector trên môĩ cell. Hệ thống CDMA có mã riêng biệt gắn với mỗi cuộc gọi nên cho phép 1số cuộc gọi có thể dùng cùng 1tần số trong cùng 1sector hoặc cell. Điều này có nghĩa là CDMA có hệ số sử dụng lại tần só là N =1, cung cấp sự linh động để dễ dàng tăng thêm các cell khi mạng tăng trưởng mà không cần lập kế hoachj tần số lại. Những khác biệt trong việc sử dụng phổ tần này tạo ra 1 sự thuận lợi lớn về dung lượng cho công nghệ CDMA theo tính toán của Qual comm thì dung lượng cho 1sector trong mạng CDMA khoảng 45 kênh thoại cho mỗi sóng mạng và dung lượng cho 1sector trong mạng CDMA di động khoảng 24 kênh thoại cho mỗi sóng mang. Qua kết quả của bảng 1.1 được ước tính dựa trên các quy định : - Cả hai công nghệ đều dùng cấu hình cell 3 sector (1cell được chia thành 3sector). - Hệ số tắc nghẽn mạch là 2%. - Cocoder loại 8 Kb/s - Hệ thống TDMA không cần băng bảo vệ thực tế triển khai luôn yêu cầu bảo vệ giữa tần số TDMA với tần số bất cứ hệ thống nào như vậy số lượng sóng mang TDMA trong 1,25 MHz sẽ nhỏ hơn nữa. Sự đo lường IS 95 CDMA IS - 136 (TDMA) Di động Wll Di động Wll Băng thông sóng mang 1250 KHz 1250 KHz 30 KHz 30 KHz Số lượng sóng mang trong 5MHz 3 3 5/0,03 = 167 5/0,03 = 167 Tỷ số Eb/N0 7 dB 6dB 18dB 14 dB Sử dụng lại tần số N=1 N=1 N=7 N=4 Hiệu quả 1sóng mang cho mỗi sector 3 3 167/7/3=7,95 167/7/3=13,92 Số cuộc gọi/sector/sóng mang 25 31 3 3 Số cuộc gọi /sector 25x3=75 31x3=93 7,95x3=23,85 13,92x3=41,76 Dung lượng erlang/Sector (Hệ số tắc nghẽn 2%) 63,9E 81,2E 16,4E 37,2E Erlang/cell (Hệ số tắc nghẽn 2%) 191,7E 243,6E 49,2E 98,1E Tổng số cell cho 1000E 6 4 21 10 Erlang/cell/MHz 38,3E 48,7E 9,84E 19,6E Bảng: so sánh dung lượng CDMA/TDMA 1.6.2. Vùng phủ sóng : Vùng phủ sóng là một trong những thuộc tính quan trọng của công nghệ vô tuyến các yếu tố chính xác định số lượng cell phủ sóng cần thiết trong mạng là quỹ đường truyền (Linhk budget), quỹ đường truyền chỉ ra một vùng lớn nhất có thể cho một cell trong mỗi môi trường truyền, từ đó xác định được số lượng tối thiểu các cell cần thiết để phủ sóng cho một vùng địa lý, vốn đầu tư và chi phí khai tác được đưa ra từ số lượng các cell yêu cầu trong mạng, công nghệ CDMA đòi hỏi các cell ít hơn vì bán kính các cell lớn. Quỹ đường truyền dùng để xác định cường độ tín hiệu tương ứng cho mỗi công nghệ từ đó cho biết mức suy hao đường truyền tối đa sau đó dùng các mô hình truyền sóng như mô hình Hata để chuyển từ suy hao đường truyền cực đại thành bán kính tối đa mà các cell có thể đạt được, bằng cách xem xét môi trường truyền tại nơi phát tín hiệu. Ví dụ : ở khu vực thành thị các toà nhà cao tầng tạo ra sự cản trở tín hiệu vô tuyến và giảm khoảng cách tối đa giữa các cell và bộ phận thuê bao. Còn ở vùng nông thôn có ít vật cản trở hơn nên tín hiệu đi được xa hơn ít bị suy giảm do đó bán kính cell lớn hơn. Căn cứ vào một số giả định và những giá trị cụ thể của các thông số trên đường truyền với kết qủa suy hao đường truyền cực đại cho phép của CDMA là 149,5 dB và của TDMA là 140 dB. bảng các thông số đường truyền Thông số đường truyền lên CDMA IS 136 TDMA Công suất phát đỉnh của thuê bao 23,0 dBm 28,0 dBm Suy hao cáp thuê bao 0,0 dB 0,0 dB Độ lợi của ăng ten thuê bao 2,1 dB 2,1 dB EIRP đỉnh của thuê bao 25,1 dB 30,1 dB Suy hao ăng ten / vật thể cho phép 3,0 dB 3,0 dB Độ lợi của ăng ten cell 3 sector 14,1 dB 14,1 dB Suy hao cáp của trạm gốc 3dB 3dB Độ lợi phân tập 0dB 4dB Nhiễu máy thu 4dB 5dB Mật độ nhiễu máy thu -170dBm/Hz -169dBm/Hz Từ suy hao trong bảng trên xác định được bán kính các cell và vòng phủ sóng cực đại cho 2công nghệ CDMA và TDMA. Theo bảng ta thấy công nghệ TDMA, đồng thời vùng phủ sóng cũng gấp 3lần TDMA, đây là điều kiện thuận lợi cho công nghệ CDMA. Do đó nhà khai thác TDMA phải triển khai số cell cấp 3lần số cell khi chọn công nghệ CDMA (Tính trong một vùng phủ sóng nhất định nào đó). Thực tế tỷ số cell này có thể khác nếu mạng bị ràng buộc về dung lượng nhiều hơn là vùng phru sóng Khu vực CDMA TDMA Bán kính cell Km Vùng phủ sóng cực đại Km2 Bán kính cell Km Vùng phủ sóng cực đại K2 Thành thị 5,6 80,1 2,0 22,1 Nông thôn 34,5 30,86 18,8 213,2 1.6.3. Chất lượng dịch vụ : 1.6.3.1. Đa đường truyền : CDMA lợi dụng các tín hiệu đa đường truyền để cải tiến chất lượng thoại bằng cách dùng các bộ thu RAKE ở trạm gỗc và trạm thuê bao mỗi bộ thu RAKE các cường độ tín hiệu của chúng được dùng cho việc giải điều chế tín hiệu kết quả sẽ thu được cuộc gọi rõ ràng với hiện tượng pha đinh giảm tối thiểu ngay khi cả trong điều kiện xấu nhất và giảm số lượng cuộc gọi bị rớt. Ngoài ra chuyển giao mềm (Soft Handoff) ưu việt hơn so với chuyển giao cứng (Hard Hond off). 1.6.3.2. Điều khiển công suất : CDMA tận dụng việc điều khiển công suất đường truyền đường xuống và đường truyền đường lên đẻ đảm bảo chất lượng thoại trong khi vẫn giảm tối thiểu công suất ra và các mức nhiễu thu được. Điều khiển công suất tự động được thiết lập cho CDMA để điều chỉnh lợi của ăng ten, khuyếch đại công suất ngõ ra, pha đinh đa đường hiện tượng bóng râm sự thay đổi khoảng cách giữa các trạm gốc và máy thuê bao. Nhiễu trên cell , tải thoại trên cell. Mạng CDMA giám sát tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) và tỷ lệ lỗi bít trên đường truyền. Kết quả là dịch vụ số liệu và thoại vẫn giữ chất lượng cao với 1công suất trung bình ở ngõ ra được giảm đến mức tối thiểu. Với TDMA để đảm bảo cuộc gọi liên tục cả thuê bao và cell phải duy trì mức công suất phát cao hơn mức cần thiết, công suất đảm bảo (In Surance) giúp ta ngăn ngừa việc rớt cuộc gọi khi thuê bao di chuyển vào vùng tối hoặc khi có hiện tượng sụt giảm tỷ số S/N trong khoảng khắc, kết quả là mức công suất cao này sẽ gia tăng nhiễu hệ thống và hao phí nguồn của máy thuê bao nhanh hơn dẫn đến ảnh hưởng thời gian đàm thoại cho người dùng di động. 1.6.3.3. Thời gian thoại : Ngày nay người dùng điện thoại di động yêu cầu thời gian nói chuyện cũng như thời gian dự phòng dài hơn của các bộ nguồn. Trong hệ thống TDMA duy trì chất lượng tín hiệu ở mức công suất phát trung bình cho di động là tương đối cao 200 mw. Trong khi đó ở hệ thống CDMA nguồn công suất tiêu thụ trong CDMA thấp cộng với hiệu quả của chíp VLSI mới nhất dẫn đến thời gian dự phòng và thời gian đàm thoại dài hơn. 1.6.3.4. Tính bảo mật : Hệ thống TDMA cung cấp độ an toàn được cải tiến dựa trên công nghệ AMPS. Những công nghệ CDMA mang tính bảo mật cao hơn và về cơ bản là tạo ra xuyên âm. Trong CDMA các cuộc đàm thoại được lấy mẫu và mã hoá sau đó truyền trên đường vô tuyến, máy thu nhận biết một mã duy nhất cho mỗi cuộc gọi và khôi phục lại tín hiệu. Tiêu chuẩn đề xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS 54-B, có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã hoá tiêu chuẩn khác. 1.6.3.5. Chi phí đầu tư xây dựng mạng : Đối với tất cả các nước đặc biệt là Việt Nam việc lựa chọn công nghệ phụ thuộc rất nhiều vào chi phí để xây dựng hệ thống công nghệ sử dụng được chọn, việc xem xét có đưa công nghệ CDMA vào để triển khai các hệ thống WLL hoặc di động PSB thay cho các hệ thống TDMA hiện hành. Thực tế chứng minh CDMA có chi phí đầu tư thấp hơn TDMA. Trong việc ứng dụng công nghệ WLL thì so với hệ thống WLL TDMA các hệ thống WLL CDMA cung cấp cho nhà khai thác nhiều lợi điểm hơn, cung cấp dung lượng lớn hơn, trong công nghệ CDMA cung cấp một sự mềm dẻo thông qua việc hỗ trợ dịch vụ cố định di động tốc độ thấp và di động hoàn toàn trong cùng 1hệ thống. Điều này cho phép các nhà khai thác triển khai cả dịch vụ di động và cố định mà không cần đầu tư thêm nhiều. Với việc tái sử dụng lại tần số của hệ thống thì cho phép có mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển và 1kênh băng tần trong CDMA được sử dụng chung cho tất cả các BS. phần II hiện trạng, định hướng phát triển, ứng dụng công nghệ cdma - is95 trong mạch vòng vô tuyết nội hạt tại thái bình 2.1. Hiện trạng và định hướng phát triển : Tỉnh Thái Bình : Diện tích toàn tỉnh : 1.580,9 Km2 Dân số : 1.815.000 người Mật độ dân số : 1.148 người/Km2 Mức độ tăng trưởng kinh tế : 7,5% Thu nhập bình quân : 350 USD/người/năm Đơn vị hành chính : Gồm 1thị xã và 7huyện. Số máy điện thoại cố định 2,4 máy/100 dân Hiện nay mạng điện thoại di động đang triển khai hoạt động tại thái bình của hai nhà cung cấp Vinaphone và mobiphone. Mạng GSM thái bình sử dụng thiết bị vô tuyến của hảng motorola do trung tâm dịch vụ viễn thông khu vực 1(GPC1) quản lý bao gồm các trạm thu phát gốc (BTS) như sau : Trạm BTS thị xã gồm 9 sóng mang có cấu hình 3/3/3 là loại trạm Mcell horizonmacro, anten 906516 công suất đỉnh BTS là 20w Trạm BTS đông hưng gồm hai sóng mang có cấu hình loại trạm Horizomacro, công suất đỉnh của BTS là 20w Trạm BTS thái thuỵ gồm hai sóng mang , có cấu hình OMNI là loại trạm Mcell 02 , anten AP 906516(16 dBi) công suất đỉnh BTS 20w Trạm BTS hưng hà gồm hai sóng mang cấu hình OMNI là loại trạm horizomacro sử dụng anten BCD 87010(10 dBi) công suất đỉnh của BTS 20w. Trạm BTS tiền hải sử dụng loại trạm ẩen 02.sử dụng anten BCD 87010 (10dBi) công suất đỉnh BTS10w. Mạng VMS gồm các trạm BTS thị xã, BTS hưng hà , BTS quỳnh phụ, kiến xương. 2.2. Định hướng phát triển : 2.2.1. Khái quát : 1- Mật độ điện thoại : Trên cơ sở sử dụng tối đa công nghệ của mạng hiện có, khai thác tối đa các loại dình dịch vụ từng bước chuyển đỏi mang từ công nghệ số liên kết IDN sang mạng số liên dết đa dịch vụ ISDN. 2- Mạng truyền dẫn hiện nay đang sử dụng phương thức truyền dẫn cáp quang và vi ba dự phòng, đến năm 2005 Thái Bình sẽ hoàn thiện mạch vòng, ring cáp quang nội tỉnh đến tất cả các tổng đài trung tâm của 8 huyện thị. Đổi mới các thiết bị tiên tiến hiện đại, đồng nhất hãng cung cấp cho từng vùng, từng tuyến dẫn. 3- Mở rộng diện tích phủ sóng GSM ,VMS ra toàn Tỉnh. 2.2.2. Định hướng phát triển : 2.2.2.1. Công nghệ chuyển mạch : Mục tiêu : - Giảm tối thiểu các cấp chuyển mạch công cộng nội tỉnh - Xác định sử dụng một hệ thống chuyển mạch do một nhà cung cấp - Kế hoạch đánh số độc lập với cấu hình mạng - Thử nghiệm và đưa vào khai thác, mở rộng lắp đặt một số hệ thống truy nhập có công nghệ viễn thông tương thích với đòi hỏi của công nghệ thông tin trong khu vực và thế giới. Kế hoạch cụ thể : - Sử dụng có hiệu quả trang thiết bị của họ tổng đài VK - Theo chỉ đạo của Tổng Công ty thực hiện từng bước các việc sau : + Loại bỏ các kết nối độc lập - vệ tinh - HOST, độc lập - độc lập HOST bằng cách sử dụng kết nối độc lập - HOST. + Thay thế dần các tổng đài độc lập ở trên mạng bằng tổng đài vệ tinh của HOST - 2 (STAREX - VK). + Mở rộng dung lượng trạm HOST - 2 để sử dụng công nghệ cao theo nhu cầu tăng máy thuê bao đã dự báo + Không lắp đặt thêm các tổng đài ở những địa điểm mới khi xét thấy cần thì lắp đặt các thiết bị truy nhập để phục vụ. + Xây dựng mạng máy tính để quản lý mạng viễn thông 2.2.2.2. Công nghệ truyền dẫn : Hiện nay mạng truyền dẫn có độ an toàn không cao do một số tuyến truyền dẫn cáp quang chưa tạo được mạch vòng ring, một số trạm còn phải dùng phương thức truyền dẫn bằng vi ba, thiết bị vi ba do nhiều hãng cung cấp. Những yếu tố trên đã làm tăng chi phí khai thác, bảo dưỡng, quản lý và khó khăn cho việc phát triển các loại hình dịch vụ. Để khắc phục khó khăn này Bưu điện Tỉnh đã có chủ trương phát triển mạng truyền dẫn cụ thể như sau: 1- Nâng cao chất lượng và dung lượng mạng trong toàn Tỉnh 2- Tổ chức vòng ring cáp quang khép kín đối với 7 huyện và Thị xã 3- Ngừng trang bị các thiết bị vi ba nằm trong băng tần (1 ± 3) GHz trên mạng, tận dụng các thiết bị vi ba hiện có tập trung phát triển họ thiết bị SĐH có dung lượng < 2,5 Gb/s, quy hoạch quản lý tất tần số để khai thác có hiệu quả mạng CDMA - WLL 4- Hạn chế xây dựng cột ăng ten mới ở những nơi xét thấy cần thì cố gắng điều chuyển nội bộ, tận dụng những cột ăng ten hiện có để tập trung vốn xây dựng các tuyến cáp quang. 2.2.2.3. Mạng truy nhập : - Tại khu vực thành thị (Thành phố, Thị xã, Thị trấn, Thị tứ ...) cần xây dựng hệ thống cổng bể cáp với dung lượng thiết kế sử dụng cho tới sau 25 năm trong đó cần bố trí dự phòng cho cáp quang và chuyển đổi cáp đồng cáp quang. - Xác định và xây dựng cho các tuyến trục cho từng vùng mạng và các tuyến cáp nhánh theo quy hoạch mạng và quy hoạch giao nhập. - Xây dựng các trạm truy nhập thuê bao cho các trạm chưa có tổng đài và chỉ sử dụng một loại chuẩn giao tiếp V5.2 - Lắp đặt các bộ lợi dây và bộ tập trung thuê bao DLC cho các khu vực xa tổng đài. - Xây dựng mạng quản lý dựa trên mạng quản lý Quốc gia (Theo chỉ đạo của Tổng Công ty). - Trang bị hệ thống quản lý và quy hoạch mạng ngoại vi theo công nghệ AM/FM/GIS. 2.2.2.4. Dịch vụ điện thoại di động : Tận dụng khai thác có hiệu quả mạng lưới hiện có đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thông tin di động, nhanh chóng lắp đặt thêm các trạm điện thoại di động CDMA, GSM, VMS để phủ sóng toàn Tỉnh (Hưng Hà, Quỳnh Phụ, Đông Hưng, Thái Thuỵ, Kiến Xương, Tiền Hải, Vũ Thư, Thị xã). 2.3. ứng dụng công nghệ CDMA - IS95 trong hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt WLL (WIRELESS LOCAL LOOP) tại Thái Bình. 2.3.1. Tổng quan về hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt WLL : 2.3.1.1. Khái niệm : WLL là hệ thống điện thoại cố định sử dụng phương thức truy cập thuê bao bằng vô tuyến so với điện thoại hữu tuyến hiện nay thì WLL có những đặc điểm sau : - Chi phí bảo dưỡng và lắp đặt thấp - Triển khai mạng nhanh chóng và khả thi ở những vùng có địa hình phức tạp - Dễ dàng nâng cấp và tạo mới các dịch vụ - Thuận tiện cho việc bảo dưỡng và truy nhập. 2.3.1.2. Cấu hình tổng quát hệ thống WLL : Một hệ thống WLL nói chung đều có cấu hình chư mô tả ở hình 2.3 nó bao gồm 2 tầng : - Tổng đài WLL ngoài chức năng như một tổng đài nội hạt hữu tuyến còn có chức năng giao tiếp và quản lý trạm gốc - Trạm gốc BS chuyển đổi báo hiệu và dữ liệu giữa giao tiếp không gian (Vô tuyến) từ thiết bị đầu cuối tới với đơn vị truy nhập và chuyển đổi mà trung tâm trong tổng đài WLL (Hình 2.3 cấu hình hệ thống WLL) Ngoài 2 bộ phận chính trên còn có khối điều hành và bảo dưỡng trung tâm OMC (Operation Maintenance Center), hệ thống tính cước (Billing System) và các bộ thu phát của khối giao tiếp mạng NIU (Net work Interface Unit) ở phía thuê bao. * Các giao tiếp và các hệ thống báo hiệu : - Giao tiếp giữa trạm gốc và đầu cuối thuê bao tuỳ theo hệ thống có thể dùng tiêu chuẩn công nghệ như AMPS (FDMA), IS1362 DECT (TDMA), IS95 (N-Wll), B-CDMA (B-WLL). - Giao tiếp giữa trạm gốc và tổng đài WLL thường dùng tiêu chuẩn IS634 với hệ thống báo hiệu kênh chung số 7. - Giao tiếp giữa tổng đài với mạng công cộng có thể sử dụng bảo hiệu SS7, R2 hoặc báo hiệu V5.2 - Hệ thống tính cước giao tiếp với tổng đài WLL bằng giao thức X25 - Hệ thống điều hành và bảo dưỡng giao tiếp với tổng đài WLL bằng giao thức X25. 2.3.1.3. Các dịch vụ của hệ thống WLL : Hệ thống WLL hoàn toàn tương tự như một hệ thống điện thoại cố định, do ảnh hưởng việc truy cập bằng vô tuyến làm cho chất lượng dịch vụ còn hạn chế nhưng về cơ bản một hệ thống WLL có thể cung cấp các dịch vụ như : - Dịch vụ điện thoại truyền thống POTS (Plan Old Telephone Services) - Các dịch vụ về kênh số 64 Kb/s - Dịch vụ truyền số liệu trên băng tần thoại - Dịch vụ truyền Fax nhóm G3 (Tốc độ 9,6 Kbps và 14,4 Kbps) - Các dịch vụ gia tăng giá trị VAS (Value Added Services) bao gồm các dịch vụ bổ xung PSTN như thông báo vắng nhà, báo thức, đường dây nóng đường dây ấm, huỷ bỏ cuộc gọi, đợi cuộc gọi, hiển thị số được gọi, gọi hội nghị, gọi ba đường ... các dịch vụ của tổng đài như cấm cuộc gọi đi, gọi đến, theo dõi thuê bao, thông báo. Để tăng chất lượng dịch vụ sao cho có thể tương đương như một hệ thống điện thoại hữu tuyến cố định, hiện nay nhiều nước trên thế giới đã thử nghiệm hệ thống WLL băng rộng. 2.3.1.4. Các ưu điểm, nhược điểm của hệ thống WLL : Ưu điểm : - Triển khai nhanh chóng tại những nơi có địa hình phức tạp, hiểm trở không có khả năng lắp đặt tuyến cáp từ tổng đài tới thuê bao, như vùng nông thôn, đồi núi, những nơi có dân cư thưa thớt không tập trung, nhu cầu sử dụng điện thoại thấp, việc lắp đặt các tuyến cáp truy nhập đòi hỏi một chi phí rất lớn do đó WLL là giải pháp tốt và hiệu quả nhất để triển khai tại các khu vực này. WLL có thể cung cấp nhanh chóng các thuê bao đặc biệt cho các sự kiện lễ hội, thể thao, triển lãm, phục vụ phòng chống thuê bao, lũ lụt, do sử dụng kỹ thuật truy nhập vô tuyến khắc phục được sự chậm trễ của việc lắp đặt cáp đồng. - Linh hoạt mềm dẻo, dễ dàng cài đặt, bảo dưỡng phần mềm cũng như thay đổi lại cấu hình hệ thống, có thể di chuyển hệ thống tới các vị trí mới trong trường hợp cần thiết. - Chi phí lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống thấp. - Dễ dàng đáp ứng các công nghệ dịch vụ viễn thông trong tương lai. Nhược điểm : - Dung lượng bị giới hạn theo dải phổ được cung cấp - Chất lượng bị suy giảm phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn - Truy chập vô tuyến đòi hỏi máy thuê bao phải có nguồn nuôi, mạch thu phát điều chế và giải điều chế tín hiệu, mạch điều khiển công suất, khiến cho chi phí thiết bị đầu cuối cao hơn nhiều so với máy điện thoại cơ dây. - Vấn đề bảo mật cần phải được quan tâm đúng mức và đối với hệ thống vô tuyến nếu không mã hoá thông tin thì việc nghe trộm là rất dễ dàng. 2.3.2. Phân loại các hệ thống WLL : 2.3.2.1. Phân loại theo công suất phát : Có thể phân chia hệ thống WLL làm 3 loại : High tier, Mid Tier, Low Tier Hệ thống High tier dùng mức công suất phát cao (Hàng trăm mili walts) tại thiết bị đầu cuối, vài Walts cho mỗi kênh tại trạm gốc) Mục đích của hệ thống này là giảm tối thiểu chi phí bằng cách sử dụng các cell có bán kính rộng. Vùng phủ sóng rộng sẽ làm cho số thuê bao phục vụ ở mỗi cell có thể lớn do đó các hệ thống High tier sử dụng mã hoá thoại có tốc độ bít thấp và có thể hoạt động trên một phổ tần rộng để không bị giới hạn về dung lượng loại hệ thống nay phù hợp với vùng nông thôn rộng lớn và vùng thành thị có mật độ lưu thoại thấp. Hệ thống Low tier : dựa trên tiêu chuẩn giao tiếp không gian của các hệ thống giao tiếp vô tuyến cấp thấp vì hệ thống này dùng công suất thấp hàng chục mili walts tại thiết bị đầu cuối, hàng chục mili walts cho mỗi kênh tại trạm gốc nên giảm chi phí một cell và máy đầu cuối thuê bao. Tất nhiên sẽ phải dùng nhiều cell hơn hệ thống này phù hợp với vùng thành thị có mật độ lưu thoại cao nơi có các trung tâm chuyển mạch được dùng như điểm giao tiếp mạng. Ngoài ra hệ thống còn có thể dùng cho những vùng bị cô lập với vùng dân cư khác và bán kính vùng này phải nhỏ hơn 1 hoặc 2 Km. 2.3.2.2. Phân loại theo kiến trúc mạng : Mặc dù ITU đã định nghĩa và phân biệt rõ ràng giữa dịch vụ vô tuyến cố định và dịch vụ di động nhưng hầu hết các hệ thống vô tuyến cố định đều được thiết kế để có thể hỗ trợ khả năng di động của máy đầu cuối hiện nay đối với WLL có thể phân theo 3 loaị kiến trúc sau : - Kiến trúc mạng vô tuyến cố định hoàn toàn, mày đầu cuối cố định tại một tị trí hoàn toàn tương tự hệ thống mạch vòng hữu tuyến đây là kiến trúc truyền thống của hệ thống mạch vòng. Đối với công nghệ CDMA thì tiêu biểu là hệ thống air loop của lucent tech nologies (AT&T) - Kiến trúc mạng hỗn hợp cố định / di động (Hibrit Fied/Mobile) sử dụng giải pháp dựa trên chuyển mạch di động để cho phép thuê bao có thể lựa chọn dùng máy đầu cuối cố định hay di động. Hệ thống WLL theo kiến trúc này nếu muốn hỗ trợ khả năng di động thì sẽ trang bị thêm các bộ thanh ghi tạm trú (VLR) để định tuyến cuộc gọi của thuê bao thêm giao tiếp IS41 để kết nối giữa các tổng đài di động và khi thiết kế vô tuyến cần phải tính dung lượng lưu thoại thấp hơn do chuyển giao và di động của maý đầu cuối. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hệ thống WLL như CTEL của Qualcomm, Will của Motorola, Proximity của Nortel, Star - Wll của Logic. 2.3.3. Sự phát triển của WLL trên thế giới : Nền công nghệ vô tuyến hiện nay đang ở thời kỳ phát triển mạnh mẽ tên thế giới có khoảng trên 50 triệu người có nhu cầu sử dụng điện thoại di động và con số này còn tăng nhiều trong vài năm tới, công nghệ vô tuyến với thời gian triển khai dài và tốn kém đã không đáp ứng được nhu cầu cần thiét này. Do vậy yêu cầu một giải phát công nghệ để giải quyết vấn đề này trở nên cấp thiết. Công nghệ Wll được xem là giải pháp viễn thông có tính thuyết phục đối với các nước yêu cầu triển khai mạng điện thoại một cách nhanh chóng, hệ thống Wll có thể triển khai nhanh trong thời gian ngắn từ vài tuần tới vài tháng trong khi triển khai mạng cáp đồng phải mất vài tháng đến năm. Sự triển khải nhanh chóng đồng nghĩa với sự tăng tốc độ phát triển, cạnh tranh về dịch vụ, sự ra đời của WLL là tất yếu nó đáp ứng được nhu cầu thông tin đang phát triển mạnh ở các khu vực mà điện thoại dữu tuyến không đáp ứng kịp do các nguyên nhân như rất khó khăn lắp đặt trong những địa hình phức tạp, giá thành lắp đạt cao. Hơn nữa so với hệ thống di động tế bào thì hệ thống WLL có nhiều ưu điểm nổi trội ở vốn đầu tư thấp, tái lập cấu hình nhanh và linh động kế thừa được tài nguyên của mạng điện thoại công cộng (PSTN) làm cho giá cước thuê bao cũng như cước gọi thấp nên nhu cầu của thị trường là rất lớn. Người ta ước tính có khoảng 130 triệu thuê bao WLL đã được lắp đặt vào năm 2000 sau 3 năm với sự phát triển nhanh thì số thuê bao WLL sẽ chiếm trên 50% số lượng thuê bao mới, nhiều chuyên gia viễn thông đánh giá rằng 20% trong tổng số lượng thuê bao sẽ được phân phối bởi công nghệ WLL. Hiện nay trên thế giới các hệ thống WLL áp dụng các tiêu chuẩn công nghệ khác nhau là : - Công nghệ tế bào như : AMPS (FDMA), IS 136, DECT (TDMA), IS95, IS 664 (CDMA). - Công nghệ cordeless như PHS - Vô tuyến vi ba điểm - đa điểm như hệ thống DRMAS (NEC), A - 9800 (Acatel) dùng công nghệ (TDMA) Trong đó công nghệ CDMA tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn khi sử dụng cho WLL. Với WLL CDMA hiện nay có thể phân biệt thành 2 hệ thống là WLL băng hẹp và WLL băng rộng các hệ thống WLL thương mại sử dụng công nghệ CDMA của các hãng trên thế giới hiện nay chủ yếu là các hệ thống băng hẹp dựa trên tiêu chuẩn IS95 (1,25 MHz/sóng mang). Các hệ thống này cung cấp các dịch vụ thoại, Fax (9600 bps) và truyền số liệu (14,4 Kbps), nổi bật là hệ thống WLL (Motorola), QCTEL, Proximity - c (Nortel) tần số hoạt động của hệ thống CDMA băng hẹp thường ở dải băng tần là 800 MHz và 1900 MHz. 2.3.4. Hệ thống STAREX - WLL : 2.3.4. Khái quát : Hệ thống STAREX - WLL là hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt kỹ thuật số dựa trên các công nghệ viễn thông tiên tiến nhất hiện nay và công nghệ CDMA. Hệ thống được phát triển từ hệ thống mạng hữu tuyến và hệ thống số CDMA cellulo. Hệ thống STAREX - WLL kết nối với tổng dài nội hạt STAREX qua giao diện V5.2, nó là một thành phần của mạng truy nhập thuê bao sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến phân kênh theo mã (CDMA). Hệ thống này có thể cung cấp dịch vụ cho các thuê bao với chất lượng tương đương hệ thống hữu tuyến. Hệ thống được kiến thiết theo kiến trúc mở có độ mềm dẻo và khối hoá cao, dễ dàng trong việc mở rộng nâng cấp theo sự phát triển của công nghệ viễn thông. Những đặc điểm chính của hệ thống STAREX - WLL : - ứng dụng các công nghệ tiên tiến và thiết kế thực - Hiệu quả giá thành trong lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống - Đặc tính hoàn hảo và độ tin cậy cao - Dễ dàng trong cài đặt và bảo dưỡng phần mềm - Dễ dàng đáp ứng công nghệ dịch vụ vô tuyến trong tương lai. 2.3.4.2. Cấu hình mạng : Các thành phần của hệ thống STAREX - WLL bao gồm khối điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller), trạm thu phát gốc BTS (Base Station Transceiver Subsystem), khối thuê bao cố định FSU (Fixed SubScriber Unit) và khối quản lý trạm gốc BSM (Base Station Manager). Ngoài ra hệ thống còn lắp đặt các chức năng hỗ trợ nhiều người sử dụng cùng làm việc với nhau trên mạng trong các dịch vụ số liệu. Sơ đồ cấu hình mạng được biểu thị dưới hình 2.4 a) Hệ thống điều khiển trạm gốc BSC : BSC giao tiếp với BTS và tổng đài nội hạt để hỗ trợ việc thiết lập / huỷ bỏ các cuộc gọi đi đến. Nó thực hiện việc đổi mã giữa QCELP (Qual Comm code exeited Linear Prediction) Trong phần vô tuyến với PCM (Pulse code Modilation) Trong phần hữu tuyến BSC sử dụng bộ trể truyền lưu lượng để huỷ bỏ tiếng vang (ECHO), BSC có thể sử dụng báo hiệu R2, SS7, V5.2 để giao tiếp với tổng đài nội hạt. b) Hệ thống thu phát gốc BTS (Base Station TranSceiver Subsystem) BTS được đặt giữa FSU và BSC, điều khiển các cuộc gọi và thực hiện các chức năng bảo dưỡng. Nó cho phép FSU vô tuyến nhận biết trạm BTS đầu tiên gửi xuống số liệu yêu cầu, chỉ định rõ các kênh lưu lượng cho yêu cầu cuộc gọi. c) Quản lý trạm gốc BSM (Base Station Manager) BSM có chức năng khởi động, truyền số liệu, quản lý trạng thái, quản lý cấu hình, thống kê đặc tính và xác nhận thuê bao của BSC và BTS d) Khối thuê bao cố định FSU (Fixed Subcriber Unit) FSU được đặt giữa BTS và thuê bao cung cấp các chức năng giao tiếp không dây, nó có thể chia ra rất nhiều dạng phụ thuộc và có bao nhiêu ăn ten đường dây, FSU có thể cung cấp các dịch vụ thoại, Fax, truyền số liệu. e) Tính năng : Hệ thống STAREX - WLL sử dụng công nghệ trải phổ CDMA theo tiêu chuẩn IS95 phối hợp với tính năng của các hệ thống mạch vòng truy nhập vô tuyến do đó nó có khả năng giải quyết các vấn đề tăng dung lượng triển khai nhanh chóng ngay cả trong những địa hình phức tạp nhất, đa dạng dịch vụ với một giá cả và chất lượng dịch vụ thoả mãn yêu cầu người sử dụng. Thực tế cho thấy hệ thống WLL CDMA có dung lượng gấp 10 đến 20 lần so với một hệ thống sử dụng công nghệ tương tự, chất lượng dịch vụ được như vậy là vì hệ thống sử dụng bộ mã thoại (Vocoder) tốc độ biến đổi hệ thống có thể lọc tiếng nhiễu, các cuộc gọi được dữ bảo mật rất tốt cho mỗi thuê bao sử dụng một mã riêng, hơn nữa chuyển giao mềm trong CDMA không làm gián đoạn cuộc gọi khi chuyển giao. Chương 3 thiết kế hệ thống cdma trong mạch vòng vô tuyến nội hạt (Cdma - WLL) 3.1. Tổng quan thiết kế hệ thống CDMA trong mạch vòng vô tuyến nội hạt WLL : Thiết kế một hệ thống vô tuyến nội hạt cũng có các yêu cầu các bước thực hiện và các kế hoạch kỹ thuật tương tự như việc thiết kế một hệ thống viễn thông bất kỳ, tuy nhiên cũng cần phải quan tâm đến một số đặc thù riêng của hệ thống WLL để đạt được mục tiêu cung cấp dịch vụ thoại chất lượng tốt và dịch vụ truyền số liệu chấp nhận được. Trước khi thiết kế ta cần xác định các mục tiêu để đảm bảo yêu cầu của một hệ thống truy cập vô tuyến và các thông số cần thiết cho việc thiết kế mạng. 3.1.1. Mục tiêu thiết kế : - Chi phí đầu tư, lắp đặt, vận hành ở mức thấp nhất - Phải phù hợp với dung lượng và mật độ điện thoại theo yêu cầu của đề án - Thời gian triển khai nhanh nhất - Chất lượng tốt - Tận dụng hiệu quả dung lượng và khả năng của thiết bị - Có khả năng cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu như : Thoại, Fax, truyền số liệu ... - Có khả năng mở rộng, nâng cấp và hòa mạng với các mạng khác 3.1.2. Các thông số cần thiết : - Lưu lượng thoại trung bình cho mỗi thuê bao (erlang / thuê bao) - Số lần cố gắng gọi trong giờ cao điểm - Thời gian trung bình cho mỗi cuộc gọi - Số phần trăm cuộc gọi không thành công cho phép (cấp dịch vụ GOS) - Sự phân bổ lưu thoại trong hệ thống : nội đài, ra/vào đài - Tốc độ hoạt động và độ rộng băng thông tổng cộng cho phép - Số lượng thuê bao WLL cung cấp - Băng thông của sóng mang Những đặc điểm chính của hệ thống CDMA cần phải được xem xét khi tiến hành thiết kế một hệ thống CDMA. Mỗi kênh CDMA có độ rộng 1,25 MHz được trải phổ chuỗi trực tiếp dùng mã giả ngẫu nhiên PN 1,288 MHz. Các tín hiệu PN mang tín hiệu thoại đã được mã hoá với tốc độ bít truyền dẫn là 9,6 kbps hoặc 14,4 Kbps - Mỗi trạm thu phát gốc BTS và máy di động MS trong hệ thống trên cùng một kênh vô tuyến có độ rộng băng tần 1,25 MHz mà không gây nhiễu đáng kể cho nhau (Hệ số sử dụng lại tần số bằng 1). Tuy nhiên với hệ số này chúng ta cần phải ý thức được sự đánh đổi giữa dung lượng và vùng phủ sóng, cần lập mô hình chính xác của các yếu tố liên quan đến việc sử dụng của thuê bao và các giả thiết tải của hệ thống. Khi tải hệ thống vô tuyến CDMA gia tăng thì vùng phục vụ của cell giảm xuống. - Bán kính phủ sóng của một cell CDMA thay đổi rất lớn tuỳ thuộc các chỉ tiêu kỹ thuật của thiết bị và đặc điểm truyền sóng của môi trường cần phủ sóng. Do đó cần phải phân tích quỹ đường truyền để có thể xác định suy hao cho phép tối đa và từ đó xác định được bán kính phủ sóng. - Dung lượng thực tế của hệ thống CDMA cũng thay đổi rất lớn. Do đó khi thiết kế cần tính toán cụ thể số người sử dụng đồng thời cho phép trong một cell. Trong thực tế dung lượng của CDMA vào khoảng 20 thuê bao trên mỗi sector của một kênh CDMA. Tuy nhiên số lượng này không được sử dụng cho việc lập kế hoạch chi tiết, đối với hệ thống WLL do có nhiễu pha đinh do máy đầu cuối di động nên dung lượng có thể trên 45 thuê bao trên 1sector củ mỗi kênh CDMA. 3.1.3. Yêu cầu thiết kế : Bước đầu tiên đối với nhà khai thác hệ thống là xác định vùng phục vụ của các giai đoạn triển khai hệ thống CDMA. Đối với các hệ thống di động thông thường các vùng phủ sóng sẽ trùng với vùng phủ sóng đang có của các hệ thống khác nhau như GSM hay AMPS và có thể bao gồm cả một số tính năng tăng cường phủ sóng đặc biệt hoặc các đặc điểm khác cho phép dành các lợi thế cạnh tranh. Đối với vô tuyến nội hạt WLL mục tiêu của vùng phủ sóng thông thường là một vùng địa lý ở đó có nhu cầu dịch vụ truy nhập mà mạng cáp triển khai thông thường không thuận lợi, không đáp ứng được yêu cầu về địa hình và truyền sóng của vùng cần phủ sóng. Khi thiết kế hệ thống CDMA cần đánh giá chính xác hợp lý nhu cầu lưu thoại mà mạng CDMA phải tải, nhu cầu lưu lượng thoại thông thường được tính bằng milierlang trên một thuê bao trong một giờ thường từ 10 đến 35milierlang cho các hệ thống di động và lên tới 100 milierlang hay lớn hơn đối với các ứng dụng cố định. Người thiết kế cũng cần phải xác định được các mục tiêu tổng quát của chất lượng hệ thống và các tham số vô tuyến RF. Việc thiét kế là bước đầu tiên của quá trình triển khai một hệ thống trong quá trình khai thác còn cần phải thực hiện các công việc tối ưu hoá hệ thống như cân bằng tải dựa trên lưu lượng tải thực tế, chỉnh các thông số của hệ thống như các mức ngưỡng thời gian và cường độ các tín hiệu dẫn đường để nhận dạng máy đầu cuối, phân bố lại cell ... 3.1.4. Dung lượng hệ thống CDMA : Đối với các hệ thống thông tin truy cập vô tuyến thì tỷ số C/I là quan trọng nhất Trong đó : C : công suất tín hiệu nhận được tại trạm gốc từ máy di động và bằng R.Eb. R : Tốc độ bít truyền Eb : Là năng lượng tín hiệu trên một bít I : Mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt trên băng thông truyền bằng W.NO W : Dải thông hệ thống phát NO : Mật độ phổ công suất nhiễu Eb/NO : là mật độ phổ năng lượng trên một bít hay là tỷ lệ phổ công suất nhiễu được đòi hỏi phụ thuộc vào phương pháp điều chế và mã hoá W/R : Độ lợi sử lý của hệ thống. Trong CDMA nhờ sử dụng các kênh băng rộng nên có thể dùng các kỹ thuật mã hoá với độ dư thừa lớn nhờ đó có thể cho phép tỷ số Eb/NO nhỏ, các tốc độ bít sai chung và ký hiệu là một hàm của Eb/NO, để đảm bảo tách được thoại chất lượng thì tốc độ sai khung cho phép nhỏ hơn 1% giá trị Eb/NO trung bình cần phải đạt có thể dưới 7db và thay đổi tuỳ theo môi trường pha đinh cũng như tốc độ di chuyển của máy đầu cuối. Thiết kế tín hiệu CDMA hướng đi được nối từ trạm gốc tới máy di động có độ dài bắt buộc R = 9 và sử dụng phương pháp mã xoắn với tốc độ mã hoá là 1/2 giải điều chế nhất phù hợp với mã này là thuật toán Viter bi quyết định mềm. Đối với phương pháp điều chế hướng về từ máy di động đến trạm gốc hệ thống báo hiệu trực giao 64 arry sử dụng tập hợp trình tự hàm Walsh vì vậy với phương pháp giải điều chế một biến đổi nhanh Hadamard (FHT) là bộ lọc thu tốt nhất đối với hàm Walsh. Trong đầu thu trạm gốc các đầu ra của bộ dò tương ứng được đưa vào bộ sử lý (FHT). Bộ sử lý này thêm 64 hệ số cho 6 ký hiệu, 64 hệ số này được ghép lại nhờ hàm bổ trợ và sau đó kết quả thu được, sau đó 64 hệ số (đã sử lý) tới bộ thu của mỗi ăn ten được cộng lại với nhau. 3.1.4.1. Dò tìm tín hiệu tiếng nói : Thông thường chu kỳ thường trực của mỗi tín hiệu tiếng nói trong trao đổi thông tin ký hiệu hai chiều chỉ khoảng 35%. Máy thu FDMA hoặc TDMA. Trải qua trể thời gian dài khi phân bố lại các kênh vì vậy các tính chất đối với tốc độ tải tiếng nói thấy như vậy không được sử dụng đầy đủ. Tuy nhiên khi sử dụng máy thu CDMA không có chức năng thoại tốc độ truyền dẫn số liệu được giảm xuống rất nhiều và vì vậy nhiễu tại các khách hàng khác giảm xuống đáng kể vì độ lớn của nhiễu xác định dung lượng hệ thống khi khai thác hệ thống CDMA nên dung lượng hệ thống tăng lên 2lần điều này gây ra giảm 1/2 công suất phát ra của máy di động. 3.1.4.2. Sử dụng lại các tần số : Việc sử dụng lại tần số bao hàm khái niệm cho phép sử dụng nhiễu chung kênh để tăng dung lượng hệ thống cho mục đích điều khiển, đầu tiên sử dụng giải phổ được phân thành một số nhóm tần số để sử dụnglại, trong trường hợp này một số nhóm tần số được sử dụng cho từng trạm gốc. Trong thực tế dung lượng của hệ thống có giới hạn vì hoạt động chuyển vùng rất nhanh được yêu cầu khi máy di động đang thực hiện cuộc gọi chuyển qua các tế bào khác nhau cũng như số lượng củ các tế bào trở nên nhỏ hơn. Hiện nay dung lượng hệ thống được bão hoà trong các vùng dân cư đông đúc và nhu cầu tăng cường công nghệ tái sử dụng tần số hiệu quả hơn đã nảy sinh, sự phân chia tế bào và giảm tế bào nhờ các ăngten khu vực (Sector) là các biện pháp hiệu quả không lâu dài vì vậy phương pháp điều chế số đã được đề xuất là một giải pháp để mở rộng dung lượng thông qua tăng hiệu suất trải phổ. 3.1.4.3. Độ lợi của dung lượng hình quạt : Trong trường hợp sử dụng ăng ten trạm gốc định hướng (ăng ten hình quạt 1200) mỗi ăng then yêu cầu giám sát 1/3 số máy di động trong một tế bào tương ứng vì vậy nhiễu quảm xuống 1/3 do đó toàn bộ dung lượng của hệ thống tăng gấp 3 lần nếu phần vấu cạnh của ăng ten cũng được xem xét hiệu xuất của nó khoảng 85% và dung lượng được mở rộng thực sự gấp 2,55 lần. 3.1.4.3. Phân bố lưu lượng giữa các trạm gốc không đều nhau : Dung lượng sử lý cuộc gọi của hệ thống CDMA có thể được tăng lên từ 10á50% phụ thuộc vào phân bố thực của các máy di động. Nếu cuộc gọi được thực hiện tập trung ở một số trạm gốc thì các trạm còn lại chịu tải thấp hơn vì nhiễu gây ra ở trạm gốc có lưu lượng thấp không gây ảnh hưởng nghiêm trọng. 3.1.4.4. Công thức tính toán dung lượng của CDMA : Khi ứng dụng công thức C/I cho hệ thống truy nhập nhiều trải hổ công suất nhiễu I có thể được biểu diễn bởi C (N-1) ở đây N chỉ số lượng khách hàng của dải thông W do đó C/I tương tự như I/(N-1) ở đây các mức năng lượng của tất cả các tín hiệu phát đi được điều khiển và được các máy thu nhận với công suất C Công thức này được thay đổi như sau khi dung lượng hệ thống được tăng lên Trong đó : N : Số cuộc gọi được thực hiện trên một trạm gốc (Giả thiết có giao thoa Rey leigh trên các hướng ngược lại) W : Dải thông trải phổ (Dải thông giả thiết 1,25 MHz) R : Tốc độ truyền số liệu Kbps (Tốc độ giả thiết 9600Kbps) Eb/No : Năng lượng trên 1bít/ mật độ phổ công suất nhiễu (Giá trị giả thiết 7db) d : Chu kỳ duy trì thoại (Giá trị giả thiết 40%) F : Hiệu suất sử dụng lại tần số (Giá trị trả thiết 60%) G : Độ lợi hình quạt (Giá trị giả thiết 3[1200] quạt : 2,55) Với dải thông 1,25 MHz được sử dụng dung lượng vô tuyến ở trạm gốc là 98 kênh dung lượng cuộc gọi trên trạm gốc là 72 erlang khi tỷ lệ cuộc gọi trong giải thông 1,25 MHz là 2%. 3.1.5. Dung lượng ERLANG của hệ thống CDMA : Một số định nghĩa : - Đơn vị lưu lượng erlang : một erlang là một mạch thông tin làm việc trong một giờ. - Cấp phục vụ GOS (Grade of Service) là một đại lượng biểu thị số phần % cuộc gọi không thành công đối với hệ thống tiêu hao (hệ thống giả thiết các thuê bao đều không gọi lại khi cuộc gọi không thành). GOS cũng là số % thuê bao thực hiện gọi lại đối với hệ thống đợi (hệ thống giả thiết các thuê bao kiên trì gọi lại cho đến khi cuộc gọi thành công). GOS còn gọi là xác suất nghẽn mạch. Quá trình thiết lập cuộc gọi (Cell Setup Process) Lưu lượng được truyền (Curried tranffic) A (1-GOS) Kênh lưu lượng Lưu lượng muốn truyền (offcred traffic) A Lưu lượng bị nghẽn (Blocket Traffic) A x GOS GoS Lưu lượng của một thuê bao : Trong đó : n là số trung bình các cuộc gọi trong 1giờ (calls) T : thời gian trung bình một cuộc gọi (S) Đối với một hệ thống thông tin đa truy cập thì hiệu quả kinh tế của hệ thống không phải là số người sử dụng tối đa có thể được phục vụ tại một thời điểm mà là mức tải đỉnh của hệ thống có thể hỗ trợ với một chất lượng cho trước và với khả năng cung cấp dịch vụ đo bởi xác xuất nghẽn mạch. Xác xuất nghẽn mạch là xác xuất xảy ra trường hợp một người sử dụng mới không thể được phục vụ do tất cả các kênh của hệ thống đang ở trạng thái bận. Để đảm bảo chất lượng hệ thống thì xác xuất nghẽn mạch phải thấp hơn 1%. Tải lưu thoại trung bình dưới dạng số người sử dụng trung bình có thể phục vụ trong xác xuất nghẽn mạch được gọi là dung lượng erlang của hệ thống. Trong các hệ thống thông tin đa truy cập trước đây (FDMA, TDMA) nghẽn mạch xảy ra khi tất cả các khe tần số hoặc các khe thời gian được gán cho một cuộc đàm thoại hoặc truyền các bản tin. Đây là dạng nghẽn mạch cứng tuỳ thuộc vào số lượng người sử dụng đồng thời được hỗ trợ của hệ thống do đó dung lượng erlang có thể được tính dựa vào công thức erlang B hoặc C. Nhưng trong hệ thống CDMA tất cả người sử dụng đến dùng chung một phổ tần trong suốt thời gian sử dụng, người sử dụng mới chỉ có thể được tiếp nhận khi còn các bộ sử lý ở phần thu để phục vụ và độc lập với việc cấp phát tần số thời gian, hơn nữa nghẽn mạch trong CDMA sẽ được xem như xảy ra khi mức giao thoa tạo bởi tác động của những người sử dụng khác cộng với tạp âm nhiệt đạt đến một âm độ xác định trước. Như vậy điều kiện để không xảy ra nghẽn mạch là giao thoa tổng cộng nhỏ hơn hoặc bằng giao thoa tối đa này. Giao thoa trong cell cộng giao thoa ở các cell khác cộng tạp âm nhiệt nhỏ hơn hoặc bằng giao thoa tối đa. Gọi F là tỷ số giao thoa do người sử dụng ở các cell khác tạo ra tại trạm gốc của cell đang xét với giao thoa do người sử dụng trong chính cell đang xét tạo ra thì (1+f) x giao thoa trong cell + tạp âm nhiệt Ê giao thoa tối đa Để xác định giao thoa trong cell ta cần phải quan tâm tới 3 yếu tố thực tế là : 1- Số cuộc gọi tác động K là biến ngẫu nhiên Poison với trị trung bình l/m (K : là biến Poisson với tham số l/m) trong đó : l : tốc độ cuộc gọi đến (cells/s) 1/m : Thời gian trung bình cuộc gọi (s) 2- Thừa số tích cực tiếng của người sử dụng (v) 3- Tỷ số mật độ năng lượng trên nhiễu cần phải có của mỗi người Ebi/Io được thay đổi tuỳ theo điều kiện truyền lan để đạt được tốc độ sai khung FER yêu cầu xấp xỉ 1% Để đơn giản ta giả định với thời gian xét thì các cell có tải bằng nhau (số người sử dụng trên mỗi cell và Sector là như nhau) và để tính toán dung lượng của một ô trong hệ thống CDMA . l/m chính là dung lượng erlang của đường lên và cũng để xác định dung lượng erlang của hệ thống. 3.1.6. Bán kính phủ sóng của trạm gốc CDMA : Loại vùng phủ sóng Mô tả Vùng thành thị có dan cư đông đúc Khu buôn bán kinh doanh của thành phố hoặc các khu thương mại ở mức dày đặc, với nhóm nhà cao tầng Vùng thành thị Khu thương mại thành thị và các vùng dân cư, chung cư đông đúc và ngoại ô Vùng ngoại ô Các khu dân cư ở ngoại ô và trên các con đường chính Vùng nông thôn Các khu dân cư ở nông thôn, các công viên, ... Vùng không phủ sóng Là những vùng không yêu cầu phủ sóng như vùng nông thôn dân cư thưa, rừng, biển, sa mạc Bán kính phục vụ phụ thuộc vào số người sử dụng đồng thời khi số người sử dụng đồng thời tăng bán kính của ô phục vụ giảm xuống vì vậy khi biết được số người sử dụng mà một ô có thể phục vụ và mâtj độ người sử dụng điện thoại trên 1Km2 ta có thể suy ra diện tích mà một ô có thể phục vụ. Coi ô là hình lục giác đều có thể tính ra bán kính của ô (R) Bán kính phủ sóng của BTS còn tuỳ thuộc vào độ cao của địa hình mà các BTS đặt trên đó, bán kính phủ sóng của BTS sẽ nhỏ ở vùng thành thị và vùng thành thị đông dân cư, ở các vùng ngoại ô, vùng nông thôn bán kính tăng lên sự ảnh hưởng của địa hình phải được xem xét trong việc thiết kế mạng. 3.1.7. Tính công suất máy phát, quỹ đường truyền, tỷ số Eb/It, hệ số khuyếch đại ăng ten trạm gốc. 3.1.7.1. Tính công suất máy phát Công thức xác định năng lượng cho đường xuống và đường lên như sau : Pi2 = P01 - Lc - Ld – Lf1 – Gl - Lp + G1 – Lf2 Pi1 = P02 – Lf2 + G2 - Lp + G1 – Lf1 – Ld + Gdg Trong đó : Po1, Pi1 : Là công suất phát và thu của BTS Lc, Ld, Lf1 : Suy hao của bộ kết hợp Bupkxer và fiđơ f c G1, Gdg : Hệ số khuyếch đại ăng ten và độ lợi phân tập không gian của BTS Po2, Pi2 : Công suất phát và thu của MS Lf1 : Suy hao fiđơ G2 : Hệ số khuyếch đại ăng ten MS Lp : Là suy hao đường truyền Nếu suy hao đường xuống và đường lên là như nhau ta được : Po1 = P02 + Lc + Gdg + (Pi2 – Pi1) 3.1.7.2. Quỹ đường truyền : Quỹ đường truyền là cân đối trên bộ công suất phát cũng như khuyếch đại của các phần tử từ trên đường truyền với tổn hao gây ra do các phần tử đường truyền cùng với dự trữ pha đinh đường truyền để nhận được công suất thu tại máy thu công suất thu này phải đảm bảo đủ lớn về tỷ số tín hiệu trên tạp âm yêu cầu ở máy thu (Eb/No) req để máy thu có thể khôi phục lại thông tin phát với chất lượng yêu cầu ta cần phải xác định toỏn hao này cả ở đường xuống và đường lên. Khi tính toán quỹ đường truyền cần lưu ý đến các thông số sau : - Dự trữ nhiễu : Cần có dự trữ nhiễu trong quỹ đường truyền vì tải của ô hệ số trữ tác động lên vùng phủ sóng. Nếu cho phép tải càng lớn thì càng cần nhiều dự trữ nhiễu ở đường lên và vùng phủ sóng càng nhỏ - Dự trữ pha đinh nhanh : Cần có một dự trữ pha đinh nhất định ở công suất phát MS để duy trì điều khiển công suất nhanh vòng kín tương ứng, điều này đặc biệt áp dụng cho ph đinh chậm khi MS người đi bộ chuyển động chậm có thể bù trừ hiệu quả pha đinh nhanh. Giá trị điển hình của dự trữ pha đinh nhanh từ 2,0á5db cho các MS chuyển động chậm. - Độ lợi chuyển giao mềm : Chuyển giao mềm hay cứng đảm bảo một độ lợi để chống lại pha đinh (pha đinh chuẩn log) bằng cách giảm dự trữ pha đinh chuẩn log. 3.1.7.2. Quỹ đường lên : Tổng công suất tạp âm nhiệt được tính theo công thức sau : NT = N x NF) [db] = 10lg (290 x 1,38 x 10-23) + Nf + 30 + 10lg Bw (dbm/Hz) Trong đó : N : Tạp âm nhiệt ở đầu vào máy thu NF : Hệ số tạp âm của máy thu Bw : Độ rộng kênh bằng tốc độ trải phổ Độ nhậy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ số (Eb/NTO')req yêu cầu được xác định như sau : Pmin/(Nt+I) = (1/Gp) x Eb/(NTO + IO)req = (1/Gp)(Eb/NTO')req Trong đó : Pmin : Là độ nhậy máy thu cần thiết để đảm bảo tỷ số (Eb/NO)req yêu cầu Gp : Là độ lợi sử lý NT và I : Là tạp âm nhiệt và nhiễu từ các người sử dụng khác NTO, IO : Là mật độ tạp âm nhiệt và nhiễu từ người sử dụng khác NTO' = (NTO + IO) là mật độ phổ công suất tạp âm tương đương Tổn hao cực đại cho phép đường lên được tính như sau : Lmax = EIRPm - Pmin + Gb - Lf - Lpemet - Mf-F - M1-F + GHO (db) Trong đó : EIRPm = Ptxm - Lfm - Lb + Gm : Là công suất phát xạ hiệu dung của máy di động Ptxm : Công suất phát của máy di động Lfm, Lb : Tổn hao fi đơ và đầu nối, tổn hao có thể Gm : Hệ số khuyếch đại ăng ten của máy di động Lpenet : tổn hao thâm nhập Mf -F, M1-F : Là dự trữ pha đinh nhanh, và pha đinh chuẩn lg GHO : Độ lợi chuyển giao mềm Do công suất phát máy đầu cuối thường có giới hạn còn công suất phát trạm gốc thường lớn nên để tính toán suy hao đường dẫn người ta căn cứ vào độ nhậy của máy thu của trạm gốc để xem xét suy dao của đường lên. Hình vẽ : Suy hao đường truyền dẫn đường lên Từ hình vẽ ta thấy các thành phần chính liên quan đến đường truyền đường lên Pm : Công suất phát tối đa của thiết bị đầu cuối, đây là công suất phát cực đại ở ngõ ra của bộ khuyếch đại công suất của thiết bị đầu cuối (dBm) Lc : Suy hao cáp máy đầu cuối (dB) Gm : Độ lợi ăng ten tối đa của máy đầu cuối (dBi) Lp : suy hao đường truyền đường lên (dB) DUP : Suy hao mạch ghép thu phát (dB) Gb : Độ lợi ăng ten tối đa của máy thu trạm gốc (dBi) Lf : Suy hao cáp ở máy thu trạm gốc, đây là suy hao tổng cộng của cáp từ ăng ten trạm gốc đến ngõ vào của bộ tiến khuyếch đại đầu tiên, suy hao cáp tuỳ thuộc vào chiều dai cáp và loại cáp sử dụng (dB) Gdiv: Độ lợi do phân tập không gian ở trạm gốc nếu có (dB) GHO: Độ lợi do chuyển giao mềm ở trạm gốc (dB) Cload: Suy hao do tải của cell (Do tác dụng tăng giao thoa khi tải tăng) (dB) Mfalse: Suy hao trong xe, hoặc trong nhờ (dB) Trong trường hợp có sử dụng ăng ten phân tập ở trạm gốc ta có thể tính mức tín hiệu thu được ở trạm gốc như sau : Pi1 = Pm + Gm + Gb + Gdiv + GHO-Lp-DUP-Lb-Lbr-Mfáee – Lcload-Lpenet (dbm) Để tính toán tỷ số tín hiệu trên nhiễu hiệu hụng cho các kênh hoa tiêu, kênh tìm gọi và kênh lưu lượng ta cần tính công suất tín hiệu và nhiễu thu cho từng kênh các phương trình sau cho phép ta thực hiện phép tính này. 1- Công suất phát xạ hiệu dụng EIRP của kênh lưu lượng hay pt = Pt - 10lg Nt - 10lgCf Trong đó : pt : Là công suất phát xạ EIRP của kênh lưu lượng (dBm) Pt : công suất của EIRP của tất cả các kênh từ ăng ten phát của ô (dBm) Nt : Số kênh lưu lượng được cấp ở một đoạn ô Cf : Thừa số tích cực tiếng của kênh 2- Công suất trên người sử dụng Pu = Công suất kênh lưa lượng trên người sử dụng (dBm) Gt : Hệ số khuyếch đại ăng ten phát cửa ô (dBi) Lc : Tổn hao bộ lọc phát và cáp giữa đầu ra của bộ khuyếch đại tuyến tính và đầu vào của ăng ten phát (dB) 3- EIRP tổng của BTS Pc = 10lg (10o,1Pt+ 10o,1Pt + 10o,1Pp + 10o,1Ppg) Trong đó : Pc : Tổng EIRP của BTS (dBm) Ps : EIRP của kênh đồng bộ (dBm) Pp : Công suất của kênh hoa tiêu (dBm) Ppg : EIRP của kênh tìm gọi (dBm) 4- Công suất của bộ khuếch đại công suất trạm gốc Pa =Pc – Gt +Lc Pa : Công suất tổng của tất cả các kênh lưu lượng, hoa tiêu, tìm gọi và kênh đồng bộ tại đầu ra của bộ khuyếch đại 5- Tổng công suất của máy thu di động MS Pm = Pc – Lp – Al +Gm -Lm Trong đó : Pm : Tổng công uất của bộ khuyếch đại công suất trạm gốc . Lp : Tổn hao đường truyền trung bình giữa trạm gốc và di động (dbm) Al : Dự trữ tổn hao che tối log do địa hình mặt đất đối với xác suất phủ sóng cho trước (dB) Gm : Hệ số khuyếch đại (thu) của anten di động (dB) Lm : Tổn hao conector và cáp của máy thu di động 6- Công suất thu kênh lưu lượng Ptr = Pt-Lp-Al+Gm-Lm Trong đó : Ptr : Công suất thu kênh lưu lượng ở MS từ trạm BTS phục vụ (dBm) 7- Công suất thu kênh hoa tiêu : Ppr = Pp – Lp - Al+ Gm - Lm 8- công suất thu kênh tìm gọi Ppgr = Ppg- Lp – A l+ Gm - Lm 9- Công suất thu kênh đồng bộ Psr = Ps – Lp – Al + Gm - Lm Trong đó : Psr : công suất thu kênh đồng bộ tại MS từ trạm BTS phục vụ 10- Nhiễu giao thoa từ người sử dụng khác (cùng trạm gốc) ở kênh lưu lượng Iutt=10lg(100,1Pm - 100,1Ptr) - 10lgBw Trong đó : Iut : Mật độ nhiễu từ các người sử dụng khác ở kênh lưu lượng (dBm/Hz) Bw : Độ rộng băng tần (Hz) 11- Nhiẽu giao thoa từ các BTS khác trên kênh lưu lượng Ict = Iut+10lg(1/fr-1) Trong đó : Ict : Mật độ nhiễu giao thoa từ các BTS khác trên kênh lưu lượng (dBm/Hz) Fr : Thừa số tái sử dụng tần số, thông thường bằng 0,65 12- Mật độ nhiễu giao thoa đối với kênh lưu lượng It=10lg (100,1Int+100,1Tet) (dBm/Hz) 13- Mật độ nhiễu giao thoa từ người sử dụng khác (cùng trạm gốc) dến kênh hoa tiêu (dBm/Hz) Inp=Pm-10lgBw 14- Mật độ nhiễu giao thoa từ các trạm gốc khác đến kênh hoa tiêu (dBm/Hz) Icp = Inp+10lg (1/fr -1) 15- Mật độ nhiễu giao thoa đối với kênh hoa tiêu (dbm/HZ) Ip=10lg(100,1Inp+100,1Ipg) 16- Mật độ nhiễu giao thoa từ người sử dụng khác (cùng trạm gốc) đến kênh tìm gọi (dBm/Hz) Inpg=10lg(100,1pm-100,1Ppg)-10lgBw 17- Nhiễu giao thoa từ các trạm gốc đến kênh tìm gọi (dbm/Hz) Icpg=Inpg+10lg(1/fr-1) 18- Mật độ nhiễu giao thoa ở kênh tìm gọi Ipg=10lg(100,1Pupg+100,1Pcpg) 19- Mật độ nhiễu giao thoa từ người sử dụng khác (cùng trạm gốc) đến kênh đồng bộ (dBm/Hz) Iús=10lg(100,1Pm-100,1Psr)-10lgBw Trong đó : Bw là độ rộng băng tần 20- Nhiễu giao thoa từ các trạm gốc khác đến kênh đồng bộ (dBm/Hz) Ics=Iú+10lg(1/fr-1) 21- Mật độ nhiễu giao thoa ở kênh đồng bộ (dBm/Hz) Is=10lg(100,1Pú+100,1Pcs) 22- Tạp âm nhiệt NO=10lg(290x1,38x10-23)+Nf+30 Trong đó : No : Mật độ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) Nf : Hệ số tạp âm nhiệt của máy thu (dB) 23- Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu giao thoa của kênh lưu lượng 24- Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu giao thoa của kênh tìm gọi 25- Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu giao thoa của kênh hoa tiêu 26- Tỷ số tín hiệu trên tạp âm cộng nhiễu giao thoa kênh đồng bộ Trong đó : Brs là tốc độ bít của kênh đồng bộ 3.1.7.2.2. Quỹ đường xuống : Việc tính toán quỹ đường xuống cũng tương tự như việc tính toán cho kênh hướng đi ta sử dụng các phương trình sau nhưng chỉ khác 1- Khuyếch đại công suất di động (dbm) Pma=Pme+Lm-Gm Trong đó : Pma : Công suất ra của bộ khuyếch đại công suất di động (dbm) Pme : EIRP từ ăng ten phát của máy di động (dbm) Lm : Suy hao bộ lọc phát và cáp giữa đều ra bộ khuyếch đại phát và đầu vào của ăng ten di động (db) Gm : Hệ số khuyếch đại ăng ten phát di động (dbi) 2- Công suất thu ở BS trên người sử dụng Pcm=Pme+Lp-Al+Gl-Lt Trong đó : Pcn : Công suất kênh lưu lượng tại BS phục vụ từ MS (dbm) Lp : Suy hao truyền sóng trung bình giữa trạm di động và BS (dbm) Al : Dự trữ pha đinh lg chuẩn do địa hình mặt đất đối với xác xuất phủ sóng cho trước (dbi) Lf : Tổn hao conector và cáp thu của BTS 3 - Intr=Pcn+10lg(Nt-1)+10lgCa+10lgBw Trong đó : Intr : Mật độ nhiễu giao thoa từ các trạm di động khác BTS phục vụ (dbm/Hz) Ca : Thừa số tích cực tiếng (thông thường bằng 0,4á0,6) Nt : Số kênh lưu lượng trên ô Bn : Độ rộng băng tần Hz 4- Mật độ nhiễu giao thoa từ các trạm di động ở các BTS khác (dBm/Hz) Ictr=Intr+10lg(1/fr-1) Trong đó : fn : tần số tái sử dụng tần số 5- Mật độ nhiễu giao thoa từ các MS khác tại BS đang phục vụ và từ các BS khác (dBm/Hz) Itr=10lg(100,1ỉnt + 100,1ỉct) 6- Mật độ tạp âm nhiệt No=10lg(290 x 1,38 x 10-23) +Nf+30 Trong đó : No : Mật độ tạp âm tham khảo 290K (dBm/Hz) Nf : Hệ số tạp âm nhiệt của máy thu BTS (dB) 7- Tỷ số tín hiệu kênh lưu lượng về trên tạp âm cộng nhiễu giao thoa Trong đó : brr - tốc độ bít của kênh lưu lượng hướng về (bps) 3.2. Thiết kế hệ thống CDMA - WLL tại Thái Bình 3.2.1. Các bước thiết kế hệ thống WLL Bước đầu tiên trong việc thiết kế mạng là xác định các điều kiện ban đầu. Trong số các điều kiện này số thuê bao cần phục vụ là một thông số quan trọng, con số này có thể có được nhờ công tác dự báo hoặc theo kế hoạch phát triển mà nhà khai thác đã đặt ra. Bên cạnh số thuê bao thì vị trí và địa hình của vùng sẽ lắp đặt mạng cũng là yếu tố quyết định khi tiến hành thiết kế phải xác định được đặc điểm của vùng triển khai (mật độ dân số, địa hình) và để đảm bảo chính xác cần tiến hành đo thử tính chất truyền sóng ở khu vực này. Đối với một hệ thống truy cập vô tuyến thì tần số và băng số truy cập cho phép phải được đưa ra ngay từ đầu, tần số này thường được ấn định trước cho nhà khai thác dựa theo quy hoạch, phân bổ hoặc thông qua việc tổ chức đấu thầu tần số của đơn vị quản lý tần số. Công nghệ sử dụng có thể được chọn trên cơ sở cân nhắc các yêu cầu cân đạt được như chi phí đầu tư mạng chất lượng dịch vụ, khả năng phát triển, chi phí thiết bị đầu cuối. Trước khi thiết kế chi tiết cần phải đưa ra các thông số giả định các thông số này dùng để xác định mức độ lưu lượng của mạng chất lượng phục vụ, kết hợp với các yêu cầu như tốc độ truyền dữ liệu phải đảm bảo mức độ nhiễu, người thiết kế có thể tiến hành tính toán dung lượng tối đa của một cell. Dung lượng erlang của hệ thống sẽ cho phép ta xác định số kênh cần thiết của các BTS cũng như số các BTS cần dùng để đảm bảo lưu lượng phục vụ bán kính tối đa cho phép của một cell cũng góp phần quyết định số lượng cell cần có để phủ sóng được vùng cần cung cấp dịch vụ WLL. Bán kính này chủ yếu phụ thuộc vào khả năng của thiết bị và đặc điểm địa hình, mật độ điện thoại /km2, môi trường truyền sóng tại từng vùng triển khai hệ thống .Thông qua việc phân tích quĩ đường truyền ta sẽ xác định được bằng cách sử dụng các mô hình truyền sóng phổ biến như mô hình Hata. Tiếp đó ta tính toán công suất phát , quỹ đường truyền, tỷ số Eb/I1,các thông số an toàn , hệ số khuyếch đại anten, chọn độ nhạy máy thu... Tuỳ theo phương thức và công nghệ sử dụng cho việc xây dựng các tuyến truyền dẫn kết nối giữa các BTS với BSC, người thiết kế căn cứ theo số kênh cần thiết của mỗi BTS đã có trước đó sẽ xác định được số luồng truyền dẫn (TI/EI) cần có của mỗi tuyến. Việc định tuyến và giao tiếp khi kết nối vào mạngđiện thoại công cộng có sẵn, chức năng này được thực hiện bởi tổng đài hoặc các chuyển mạch Các dự báo Các yêu cầu thiết kế Các điều kiện hiện có Các bước thiết kế vô tuyến của hệ thống WLL Xác định các điều kiện ban đầu Chuẩn quốc tế Số liệu thực tế tại nơi thiết kế, các dự báo Tính đường truyền dẫn giữ BTS - BSC - Số luồng E1 giữa BTS và BSC Mô hình truyền sóng Hata Các thông số đo thử đường truyền tại nơi thiết kế, các chỉ tiêu thiết bị Diện tích cần phục vụ Mật độ điện thoại/km2 Các yêu cầu thiết kế tốc độ dữ liệu, băng thông sóng mang, tỷ lệ tín hiệu/nhiễu, số Sector/cell Các kế hoạch kỹ thuật khác, chuyển mạch, đánh số, hoà mạng, đồng bộ... Tính bán kính phủ sóng Tính toán dung lượng Cell Xây dựng các thông số giả định Phân tích quỹ đường truyền - Bán kính tối đa của BTS - Dung lượng Erlang - Số người sử dụng đồng thời/ sector/1sóng mang - Số trạm gốc - lưu thoại: BHCA - Erlang/thuê bao - Hệ số nghẽn mạch - Thời gian trung bình cuộc gọi - Vùng phục vụ - Tần số băng thông - Số thuê bao - Công nghệ - Yêu cầu dịch vụ - Cấu hình mạng - Suy hao giữa BTS và MS - Tính công suất phát - Tính Eb/It, thông số dự trữ 3.2.2 Yêu cầu thiết kế Thiết kế hệ thống vô tuyến cố định WLL phủ sóng toàn tỉnh thái bình trên cơ sở khai thác các tính năng hiện có của tổng đài chủ STAREX-VK với dung lượng ban đầu 2000 thuê bao và có thể mở rộng thêm sau này . Yêu cầu đối với hệ thống. .-Các dịch vụ tối thiểu bao gồm ; thoại cơ bản ,FAX, truyền số liệu tốc độ 14,4 kbps ,ISDN cơ sở. -Tần số truy cập 800MHz độ rộng băng thông 10 MHz với 5MHz cho mỗi đường -Hệ thống có thể dễ dàng nâng cấp,chuyển đổi để hỗ trợ cho các dịch vụ di động truyền số liệu tốc độ cao . -Hệ thống thiét kế phải theo định hướng phát triển viễn thông của tỉnh 3.2.3 Yêu cầu các thông số kỹ thuật 3.2.3.1 Yêu cầu dịch vụ a/ Thoai ; Chất lượng thoại tốt như mạng hữu tuyến ,sử dụng bộ mã hoá thoại 13Kbps QCELP.Bộ mã hoá này có khả năng đảm bảo chất lượng thoại MOC (Mean of score) lớn hơn 4.,bộ mã hoá tốc độ cao 8Kbps EVRC có chất lượng thoại tương đương vối bộ mã hoá 13Kbps sẽ đựơc đưa vào sử dụng sau khi cần tăng dung lượng ở mỗi trạm gốc .Thiết bị trạm gốc được triển khai ban đầu phải có sẵn khả năng cung cấp cho cả hai loại mã hoá trên phần mềm và thiết bị EVRC bổ xung có thể thêm vào BSC để hỗ trợ các bộ phận thuê bao. b/ Số liệu chuyển mạch không đồng bộ ACSD (Asynchronóus Circuit Switched Data.) Bộ phận thuê bao sẽ hỗ trợ cho dịch vụ ACSD 9,6Kbps Và 14,4Kbps theo chuẩn TIA-IS 707 với lưu lượng thực tế vào khoảng 13kbps trong chế độ 14,4kbps . Tiêu chuẩn CDMA thế hệ kế tiếp TIA-IS 96B có khả năng cung cấp dữ liệu chuyển mạch 64kbps .Sự cân đối giữa tốc độ dữ liệu và dung lượng cần phải được xem xét khi triển khai các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao ,để đảm bảo dịch vụ này cần có bộ IWF ( Inter Working Funtion ) trong hệ thống. c/ FAX nhóm 3 (G3- FAX data service) Dịch FAX G3 sẽ được cung cấp phù hợp với tiêu chuẩn TIA IS-707 với các tóc độ 9,6Kbps và 14,4Kbps Bán kính này phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của thiết bị và đặc điểm địa hình, mật độ điện thoại/km2, môi trường truyền sóng tại từng vùng triển khai hệ thống. Thông qua việc phân tích quỹ đường truyền ta sẽ xác định được suy hao bằng cách sử dụng các mô hình truyền sóng phổ biến như mô hình Hata. Tiếp đó ta tính toán công suất phát, quỹ đường truyền, tỷ số Eb/It các thông số an toàn, hệ số khuếch đại an ten, chọn độ nhạy máy thu… Tuỳ theo phương thức công nghệ sử dụng cho việc xây dựng các tuyến truyền dẫn kết nối giữa các BTS và BSC, thế giới thiết kế căn cứ vào số kênh cần thiết của mỗi BTS đã có trước đó sẽ xác định được số luồng truyền dẫn (T1/E1) cần có của mỗi tuyến. Hình vẽ: Các bước tiếp thiết kế vô tuyến của hệ thống WLL. Việc định tuyến và giao tiếp khi kết nối vào mạng điện thoại công cộng có sẵan, chứa chức năng này được thực hiện bởi tổng đài WLL hoặc các chuyển mạch MSC do đó cũng cần phải có kế hoạch đánh số và đồng bộ cụ thể cho hệ thống. 3.2.2- Yêu cầu thiết kế. Thiết kế hệ thống vô tuyến cố định WLL phủ sóng toàn tỉnh Thái Bình trên cơ sở khai thác các tính năng có của tổng đài chủ STREX - VK với dung lượng ban đầu là 2.000 thuê bào và có thể mở rộng thêm sau này. * Yêu cầu đối với hệ thống. - Các dịch vụ tối thiểu bao gồm: Thoại cơ bản, Fax truyền số liệu tốc độ 14,4Kbps, ISDN cơ sở. - Tần số truy cập 800 MHz độ rộng bằng thông 10MHZ với 5 MHZ cho mỗi đường. - Hệ thống có thể dễ dàng nâng cấp, chuyển đổi để hỗ trợ cho các dịch vụ di động truyền số liệu tốc độ cao. - Hệ thống thiết kế phải theo định hướng phát triển viễn thông của tỉnh 3.2.3- Yêu cầu các thông số kỹ thuật. 3.2.3.1- Yêu cầu dịch vụ. a) Thoại: Chất lượng thoại tốt như mạng hữu tuyến, sử dụng bộ mã hoá thoại 13Kbps QCELP (Qual comm. Code, excited Linear Prediction) Bộ mã hoá này có khả năng đảm bảo chất lượng thoại MOS (Mean of Scove) lớn hơn 4. Bộ mã hoá chất lượng cao 8 Kbps EVRC có chất lượng thoại tương đương với bộ mã hoá 13 Kbps sẽ được đưa vào sử dụng sau khi cần tăng dung lượng ở mỗi trạm gốc. Thiết bị trạm gốc được triển khai ban đầu phải có sẵn khả năng cung cấp cho cả hai loại bộ mã hoá như trên. Phần mềm và thiết bị EVRC bổ sung có thể thêm vào BSC để hỗ trợ các bộ phận thuê bao EVRC khi yêu cầu. b) Số liệu chuyển mạch không đồng bộ ACSD (ASynchronous circuit Switched Data). Bộ phận thuê bao sẽ hỗ trợ cho dịch vụ ACSD 9,6 và 14,4 Kbps theo chuẩn TIA - IS707 với lưu lượng thực tế vào khoảng 13Kbps. Trong chế độ 14,4 Kbps (do vấn đề lỗi trong đường truyền vô tuyến). Tiêu chuẩn CDMA thế hệ kế tiếp TIA - IZ96B có khả năng cung cấp dữ liệu chuyển mạch 64 Kbps. Sự cân đối giữa tốc độ dữ liệu và dung lượng cần phải có bộ IWF (Inter working Function) trong hệ thống. c) Fax nhóm 3 (G3 - Fax Data Service) Dịch vụ FaxG3 sẽ được cung cấp phù hợp với tiêu chuẩn TIA - IS-707 với các tốc 9,6 Kbps và 14,4 Kbps. d) Đợi cuộc gọi CW (Call Waiting). Tuân theo các tính năng của thuê bao tiêu chuẩn TIA - IS664 dịch vụ này cung cấp một thông báo có một cuộc gọi đến thuê bao mà thuê bao đó đang kết nối với một thuê bao khác. Thông thường thuê bao đang kết nối có thể trả lời hoặc từ chối cuộc gọi đến. Nếu thuê bao này trả lời cuộc gọi thứ 2 thì nó có thể luân phiên 2 cuộc gọi. e) Chuyển đường cuộc gọi CF (Call For narding) Các đặc tính của việc chuyển đường cuộc gọi như sau: - Chuyển đường cuộc gọi khi có sự hư hỏng ở thuê bao. - Chuyển đường cuộc gọi khi thuê bao bận. - Chuyển đường cuộc gọi khi không có sự trả lời. - Chuyển đường cuộc gọi vô điều kiện. f) Cuộc gọi theo 3 đường (Three Way calling). Dịch vụ này cho phép thuê bao có khả năng thêm người thứ 3 tham gia vào cuộc gọi khi thuê bao thiết lập cuộc gọi 2 đường như vậy 3 người sử dụng có thể thông tin với nhau theo cuộc gọi 3 đường. g) Nhận dạng số thuê bao gọi CNI (Calling Number Identification) thông tin nhận dạng cuộc gọi gồm số thuê bao chủ động gọi trong cuộc gọi dịch vụ này sẽ chuyển thông tin đến thuê bao bị gọi. Nếu có dịch vụ này hệ thống cần phải hỗ trợ ISUP (ISDN USER PART) của báo hiệu kênh chung SS7 và truy cập dữ liệu cơ sở từ tổng đài . Như vậy hệ thống cũng có khả năng cung cấp dịch vụ hạn chế việc nhận số thuê bao gọi CNIR (Calling Number Identification Res tric tion). 3.2.3.2- Dung lượng và vùng phủ sóng và băng tần hoạt động. Hệ thống thiết kế phải đảm bảo dung lượng yêu cầu và có thể mở rộng và nâng cấp thêm, những số liệu về vùng phủ sóng như diện tích dự đoán lưu lượng thoại cần được đo đạc và tính toán cụ thể. Hệ thống WLL CDMA IS95 thiết kế sẽ hoạt động ở băng tần sau: - Đường lên (FSU - BTS) 824-849 MHZ - Đường xuống (BTS-FSU) 869-894 MHZ 3.2.3.3- Mục tiêu chất lượng mạng. Mục tiêu và tiêu chuẩn thiết kế cho mạng WLL được yêu cầu chủ bảng sau: Tham số Chi tiết Mục tiêu chất lượng Chất lượng cuộc gọi - Tỷ lệ hoàn tất cuộc gọi > 97% - Tỷ lệ nghẽn mạch vô tuyến Thuê bao WLL < 2% - Tỷ lệ nghẽn mạch mạng cố định BTS - BSC 0% - Tỷ lệ chuyển giao bị hỏng < 5% - Tỷ lệ rớt cuộc gọi < 1% Chất lượng thoại - Chất lượng truyền dẫn (FER) < 1% - Thời gian trễ Đường xuống Đường lên < 96,6ms > 95,4ms Dịch vụ Khả năng phủ sóng > 97% Tốc độ lỗi dữ liệu < 10% 3.2.4 Lựa chọn công nghệ và thiết bị cho hệ thống WLL 3.2.4.1 Lựa chọn công nghệ. Hiện nay có nhiều hệ thống vô tuyến đa trung cập dựa trên công nghệ CDMA như CDMA - one, B- CDMA, WCDMA, qua phân tích nội dung tiêu chuẩn ở chương trước việc lựa chọn CDMA - IS95 có nhữ