Đề tài Sự phát triển của công nghệ trong thông tin di động

Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 1 Lời nói đầu Sự phát triển của công nghệ trong thông tin di động Kĩ thuật thông tin vô tuyến thế hệ thứ 1 Việc nghiên cứu kỹ thuật tế bμo Cell đ−ợc tiến hμnh vμo tr−ớc năm 1940 nh−ng cho đến khoảng năm 1979 , một công ty điện thoại di động Bắc Âu mới nghiên cứu chế tạo thμnh công một hệ thống tế bμo đầu tiên .Dịch vụ nμy đ−ợc đ−a vμo Thụy Điển , NaUy , Đan Mạch vμ Phần Lan do các công ty cung ứng 6 n−ớc cung cấp thiết bị . Đến năm 1992 ủy ban thông tin liên bang Mỹ (FCC) mới cấp giấy phép kinh doanh cho 2 công ty viễn thông hμng đầu cho phép họ sử dụng tiêu chuẩn AMPS đã đ−ợc chấp nhận rộng rãi hiện nay . Sau đó b−ớc phát triển của kĩ thuật tế bμo tăng nhanh , rất nhiều n−ớc chất nhận các tiêu chuẩn NMT hoặc AMPS . Thực tế chứng tỏ AMPS lμ kĩ thuật t−ơng tự thế hệ đầu tiên suất sắc nhất .Nhìn t− góc độ thị tr−ờng , nó giải quyết đ−ợc 1 vấn đề quan trọng - đó lμ sự phủ sóng .Nó lμm cho điện thoại di động từ không đến có khiến cho nhân loại đã thực hiện đ−ợc sự nhảy vọt về chất , từ nhu cầu điện thoại cố định sang nhu cầu điện thoại di động , vμ phủ sóng từ thμnh thị tới nông thôn , phủ sóng đ−ợc hầu hết các quốc gia vμ các khu vực trên toμn quốc. Nó đã đ−ợc sử dụng rộng rãi ở trên 70 quốc gia trên thế giới . Kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ thứ 2 Từ thập kỉ 80 đến thập kỷ 90 , kỹ thuật t−ơng tự chuyển sang kỹ thuật số , sự phát triển của kỹ thuật tế bμo hết sức mạnh mẽ . Trong giai đoạn nμy , điện thoại cố định đã nhanh chóng dùng các máy chuyển mạch số thay cho phần lớn các máy chuyển mạch t−ơng tự đã có . Các công ty thông tin di động đẩy mạch sử dụng kỹ thuật số vμ mở rộng các dịch vụ Ví dụ : Cung cấp các hộp th− thoại , nâng cao chất l−ợng chuyền tín hiệu , cải tiến tính an toμn thông tin , nâng cao hiệu suất phục vụ của đơn nguyên tín hiệu. Cùng với sự cải tiến của phục vụ , số l−ợng tiêu thụ điện thoại tế bμo bắt đầu tăng mạnh nh−ng đồng thời do nhu cầu cạnh tranh thị tr−ờng với nhau , một số nhμ kinh doanh viên thông đua nhau đ−a ra các kỹ thuật không dung hợp . Chính do nhân tố thị tr−ờng nh− vậy đã dẫn đến việc xuất hiện các kỹ thuật vμ tiêu chuẩn khác nhau. Hiện t−ợng nμy đã thúc đẩy việc thμnh lập ủy ban tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) .Tôn chỉ của cơ quan nμy lμ thẩm tra các loại kỹ thuật không dung hợp đang đồng thời xuất hiện nhằm tăng c−ờng khả năng của các nhμ kinh doanh viễn thông phát huy đầy đủ hiệu ích kinh tế quy mô vμ cung cấp một mặt bằng chung .Tổ chức nμy đã yêu cầu toμn Châu Âu dùng một tiêu chuẩn , đó lμ hệ thống GSM (Hệ thống thông tin di động toμn cầu) , dựa trên kĩ thuật TDMA .Chính phủ của 16 n−ớc thμnh viên Liên minh Châu Âu đều đã thông qua tiêu chuẩn nμy . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 2 Đi đôi với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật thế hệ thứ 2 , điện thoại di động đã thực hiện nối mạng khắp thế giới .Đầu tiên giai đoạn 2 của thế hệ thứ hai đã đ−ợc phát triển toμn diện.Nó sẽ cung cấp dịch vụ cao cấp hơn , đặc điểm của nó lμ tăng c−ờng diện tích phủ sóng có công năng 2 kênh tần số 900MHz/1800MHz , công năng điện thoại đ−ờng dμi vμ truyền số liệu tốc độ cao.Các nhμ kĩ thuật đang cố gắng hoμn thμnh các dịch vụ sau: dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, mạng l−ới chuyên dùng ảo , tăng c−ờng bộ biên dịch mã toμn diện . Đại diện lμ W-CDMA (CDMA băng rộng) với chất l−ợng truyền t−ơng đ−ơng với ISDN , tốc độ truyền dẫn trên mạng Internet có thể đạt 385Kbps còn độ truyền dẫn trong phòng vμ trên hệ thống cố định có thể đạt 2Mbps vμ có đủ khả năng để đáp ứng mọi dịch vụ thoại. Hiện nay công ty viễn thông lớn nhất Nhật Bản NNT Docomo đã lắp đặt kỹ thuật W-CDMA trên phổ tần số 5MHz .Họ đã mời 10 nhμ sản xuất thiết bị viễn thông tham gia thiết bị hệ thống tế bμo đ−ợc số hóa hoμn toμn , rất dễ dμng thông qua băng tần 5MHz để thực hiện dịch vụ chuyển mạch gói vμ truyền số liệu tốc độ cao. Kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ 3 Khắc phục những nh−ợc điểm của các thế hệ tr−ớc nh− : Dung l−ợng có hạn , khó bảo mật,không thực hiện chuyển mạch toμn cầu , không đáp ứng đ−ợc yêu cầu thông tin đa ph−ơng tiện , kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ ba đ−ợc xây dựng dựa trên nền tảng của những hệ thống hiện tại vμ có khả năng t−ơng thích với thế hệ thứ hai, có khả năng hỗ trợ dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, khả năng kết nối Internet , bảo mật thông tin đối với mạng cục bộ. Ngμy 5/11/1999 Hội nghị lần thứ 18 của nhóm nghiên cứu Kỹ thuật vô tuyến ITUR-R GT8/1 đã thông qua kiến nghị về "quy phạm giao diện vô tuyến IMT-2000". Kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ thứ 3 không chỉ đ−a tới cho các nhμ khai thác có khả năng đáp ứng nhu cầu về các dịch vụ có độ phức tạp cao tinh vi mμ còn cung cấp các giải pháp linh hoạt , tối −u hóa doanh thu phát sinh từ các loại dịch vụ có tính hẫp dẫn cao , đ−a lại các cơ hội mới trong kinh doanh.Cho đến nay , các tiêu chuẩn thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) vμ đang đ−ợc triển khai vμ ứng dụng rộng rãi do các tập đoμn viễn thông khác nhau trên thế giới , với −u thế nổi bật , thế hệ thứ ba của công nghệ vô tuyến trong thông tin di động sẽ phát triển nhanh chóng nh− các hệ thống di động tr−ớc đây vμ Internet . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 3 Ch−ơng I: Công nghệ CDMA2000 1.1 Tổng quan về CDMA2000 Khái niệm CDMA Thế kỷ 21 đ−ợc xem nh− kỷ nguyên của thông tin kỹ thuật số với các dòng bit dịch chuyển toμn cầu, kết nối toμn thế giới .Vμ con ng−ời đã phải thừa sự lệ thuộc của mình vμo thế giới đa truyền thông kỹ thuật số (Multimedia) kỳ diệu nμy. Truyền thông di động cũng không nằm ngoμi vòng kết nối đó với hμng loạt công nghệ tiên tiến tham gia phục vụ loμi ng−ời . Hiện có hơn 50 quốc gia trên thế giới triển khai ứng dụng công nghệ CDMA với trên 100 mạng. Lịch sử phát triển CDMA đ−ợc bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyết truyền thông trải phổ trong thập niên 50.Với hμng loạt các −u điểm đi kèm , truyền thông trải phổ đ−ợc ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó.Đến thập niên 80 , CDMA đ−ợc phép th−ơng mại hóa vμ chính thức đề xuất bởi Qualcomm , một trong những công ty hμng đầu về công nghệ truyền thông. CDMA viết đầy đủ lμ Code Division Multiple Access nghĩa lμ đa truy nhập (đa ng−ời dùng) phân chia theo mã.GSM phân phối tần số thμnh những kênh nhỏ rồi chia xẻ thời gian các kênh cho ng−ời sử dụng.Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi khách hμng có thể nói đồng thời vμ tín hiệu đ−ợc phát đi trên cùng một dải tần số. Các kênh thuê bao đ−ợc tách biệt bằng cách sử dụng ngẫu nhiên .Các tín hiệu của nhiều thuê bao đ−ợc tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên .Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ đ−ợc mã hóa bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau , sau đó đ−ợc trộn lẫn vμ phát đi trên cùng một giải tần chung vμ chỉ đ−ợc phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên t−ơng ứng. áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ , CDMA đ−a ra hμng loạt các −u điểm mμ nhiều công nghệ khác ch−a thể đạt đ−ợc . Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động toμn cầu GSM dựa trên công nghệ TDMA .Mạng sử dụng chuẩn GSM đang chiếm gần 50% số ng−ời dùng điện thoại di động trên toμn cầu.TDMA ngoμi chuẩn GSM còn có một chuẩn khác nữa , hiện đ−ợc sử dụng chủ yếu ở Mỹ latinh , Canada, Đông á, Đông Âu. Còn công nghệ CDMA đang đ−ợc sử dụng nhiều ở Mỹ , Hμn Quốc. Công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA lμ công nghệ truyền thông kỹ thuật số , cho phép một số ng−ời dùng truy nhập vμo cùng 1 kênh tần số mμ không bị kẹt bằng cách định vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi ng−ời dùng trong 1 kênh. Công nghệ nμy đòi hỏi vốn đầu t− ban đầu ít hơn so với công nghệ CDMA. Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA lμ công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số đ−ợc sử dụng đồng thời ; mã hóa từng gói tín hiệu số bằng 1 mã khóa duy nhất vμ gửi đi .Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận vμ giải mã .Công nghệ nμy có tính bảo mật cao hơn TDMA . Theo các chuyên gia CNTT Việt Nam xét ở góc độ bảo mật thông tin , CDMA có khả năng −u việt cao hơn . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 4 Nhờ hệ thống kích hoạt thoại , hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao vμ điều khiển năng l−ợng , nên nó cho phép quản lý số l−ợng thuê bao cao gấp 5-20 lần so với công nghệ GSM .áp dụng kỹ thuật mã hóa mới , CDMA nâng chất l−ợng thoại lên ngang bằng với hệ thống điện thoại hữu tuyến.Đối với điện thoại di động , để đảm bảo tính di động , các trạm phát phải đ−ợc đặt rải rác ở khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định vμ chịu trách nhiệm với các thuê bao trong vùng đó .Với CDMA ở vùng chuyển giao , thuê bao có thể liên lạc với 2 hoặc 3 trạm thu phát cùng 1 lúc, do đó cuộc gọi không bị ngắt quãng , lμm giảm đáng kể xác suất rớt cuộc gọi . Một −u điểm khác nữa của CDMA lμ nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh vμ chính xác , thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất l−ợng tín hiệu , giúp tăng tuổi thọ của PIN , thời gian chờ vμ đμm thoại .Máy điện thoại di động CDMA cũng có thể sử dụng PIN nhỏ hơn , nên trọng l−ợng máy nhẹ, kích th−ớc gọn vμ dễ sử dụng. Trong thông tin di động , thuê bao di động di chuyển khắp nơi với nhiều tốc độ khác nhau, vì thế tín hiệu phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên. Để bù cho sự sụt giảm nμy , hệ thống phải điều khiển cho thuê bao tăng mức công suất phát. Các hệ thống analog vμ GSM hiện nay có khả năng điều khiển chậm vμ đơn giản , thuê bao không thể thay đổi mức công suất đủ nhanh, do đó luôn phát ở công suất cao hơn vμi dB so với mức cần thiết.Tuy nhiên để sử dụng mạng điện thoại di động CDMA , ng−ời dùng phải trang bị đầu cuối phù hợp với công nghệ của mạng .Chi phí cho thiết bị đầu cuối CDMA hiện nay khoảng 200USD - 1000USD tùy công năng của máy , trong t−ơng lai sẽ giảm giá thấp hơn.Trong vấn đề bảo mật CDMA cung cấp chế độ bảo mật cao nhờ sử dụng tín hiệu trải băng phổ rộng.Các tín hiệu băng rộng khó bị rò ra vì nó xuất hiện ở mức nhiễu , những ng−ời có ý định nghe trộm sẽ chỉ nghe đ−ợc tín hiệu vô nghĩa .Ngoμi ra với tốc độ truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có , nhμ cung cấp dịch vụ có thể triển khai nhiều tuỳ chọn dịch vụ nh− thoại , thoại vμ dữ liệu , Fax, Internet Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động , CDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất l−ợng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến , nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới .Đặc biệt các hệ thống nμy có thể triển khai vμ mở rộng nhanh vμ chi phí thấp hơn các hệ thống hữu tuyến khác vì đòi hỏi ít trạm thu phát . Tuy nhiên những máy điện thoại đang sử dụng chuẩn GSM hiện nay không thể sử dụng chuẩn CDMA .Nếu tiếp tụchát triển GSM hệ thống thông tin di động nμy sẽ phát triển lên WTDMA mới đáp ứng đ−ợc nhu cầu truy cập di động các loại thông tin từ mạng Internet với tốc độ cao thay cho tốc độ 9.600bit/s nh− hiện nay vμ so với tốc độ 144000bit/s của CDMA . Công nghệ truyền dẫn vô tuyến CDMA 2000 (RTT :Radio Tranmision Technology) lμ giao diện vô tuyến băng rộng sử dụng công nghệ CDMA để đáp ứng nhu cầu của hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ thứ ba(3G) . Hệ thống thông tin 3G đ−ợc dựa trên IMT - 2000 (Thông tin di động quốc tế 2000) cho phép cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm thoại , dữ liệu tốc độ thấp vμ cao , MultiMedia vμ Video cho máy di động .Hệ thống CDMA2000 cho phép t−ơng thích với hệ thống Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 5 CDMAone(IS-95) chỉ ra các hệ thống truy cập khác nhau AMPS(FDMA),D-AMPS (TDMA) vμ CDMA. Trong hệ thống AMPS ng−ời sử dụng đ−ợc phân chia theo tần số , trong hệ thống D-AMPS phân chia theo thời gian vμ tần số , trong CDMA phân chia theo mã . Các yêu cầu kỹ thuật cơ sở ở CDMA 2000 tạo nên một tiêu chuẩn t−ơng thích đối với các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA 800MHz vμ các hệ thống thông tin cá nhân (PCS) CDMA 1,8 đến 2,0 GHz .Các yêu cầu nμy cho phép trạm di động có thể nhận đ−ợc dịch vụ ở hệ thống tổ ong hay PCS chế tạo theo tiêu chuẩn CDMA 2000 Hệ thống CDMA 2000 hỗ trợ tốc độ dữ liệu (cả chuyển mạch kênh vμ chuyển mạch gói) theo chuẩn TIA IS-95B từ 9,6Kbps đến lớn hơn 2Mbps - Kích th−ớc kênh trong hệ thống CDMA2000 lμ 1,3,6,9,12 x 1,25MHz - Hỗ trợ công nghệ Anten tiên tiến. - Kích cỡ ô (chất l−ợng của hệ thống CDMA2000 cho phép tăng vùng phủ sóng vì thế các nhμ khai thác có thể giảm số trạm ) - Tốc độ bit cao hơn nên có thể hỗ trợ tất cả các kích cỡ kênh. - Hệ thống CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ mới nh− truyền số liệu kênh tốc độ cao ,B- ISDN . Hệ thống CDMA2000 có thể hoạt động hiệu quả vμ kinh tế trong nhiều môi tr−ờng nh− : - Outdoor Megacell (Bán kính lớn hơn 35km) - Outdoor Macrocell (Bán kính từ 1 đến 35km) - Indoor/Outdoor Microcell (Bán kính tới 1km) - Indoor/Outdoor Picrocell (Bán kính nhỏ hơn 50m) Hệ thống CDMA2000 có thể triển khai trong môi tr−ờng : - Indoor/ Outdoor. - Mạch vòng không dây (WLL) - Môi tr−ờng di động - Môi tr−ờng hỗn hợp giữa Indoor/Outdoor vμ di động. CDMA 2000 bảo đảm cấu trúc phân lớp để cho phép liên kết hai lớp d−ới của RTT vμo các hệ thống sử dụng tiêu chuẩn mạng bất kỳ (chẳng hạn các dịch vụ báo hiệu do ITU -T định nghĩa) Hệ thống CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh (WIN) vμ các dịch vụ đ−ợc ITU hoặc các tổ chức chuẩn hóa quốc tế khác đề xuất , cho phép nâng cấp từ hệ thống 2G TIA IS-95B hiện có bao gồm: - TIA IS - 95B: Đặc tính kỹ thuật của máy di động vμ giao diện vô tuyến. - IS -707 :Dịch vụ số liệu (gói , không đồng bộ, Fax) - IS -127 :Codec tiếng tốc độ thay đổi tăng c−ờng (EVRC) 8,5Kbps. - IS - 733 :Codec tiếng 13Kbps . - IS - 637 : Dịch vụ bản tin ngắn (SMS). - IS - 638 : Kích hoạt các MS ở đ−ờng vô tuyến vμ lập các cấu hình . - IS - 97 vμ IS - 98 (Các quy định về chất l−ợng tối thiểu) - Cấu trúc kênh TIA IS - 95B cơ bản. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- - Mở rộng trên cấu trúc kênh TIA IS - 95B, lớp ghép vμ báo lỗi để hỗ trợ tốc độ cao, truyền các kênh chung(kênh dẫn đ−ờng , đồng bộ, nhắn tin ). - IS - 634A : Không có thay đổi đáng kể đ−ợc mong đợi đối với CDMA2000 cấu trúc phân lớp của CDMA2000 tích hợp cấu trúc thμnh phần của IS - 634A - TIA IS - 41D: Không có thay đổi đáng kể cần thiết đối với CDMA2000, cấu trúc phân lớp của CDMA2000 yêu cầu khả năng dễ dμng tích hợp với dịch vụ mạng vô tuyến thông minh . Yêu cầu về giao diện không gian 3G vμ các giao diện mạng trong IMT - 2000 đ−ợc tóm tắt trong bảng sau : CDMA_2000 ARBI/DOCOMO UMTS UWC - 136 Hệ thống 2G IS-95/ CDMAOne PDC GSM IS-136 Giao diện vô tuyến 2G CDMA_2000 W-CDMA UTRA (WCDMA,TD- CDMA) IS136+/136- HS/136 +HS Giao diện mạng 3G ANSI-41 GSM MAP GSM MAP ANSI-41 Tiêu chuẩn TIA TR-45 ARIB ETSI TIA TR-45 Bảng 1.1 : Các khuyến nghị trong IMT - 2000 Trong đó : - UMTS (Universal Mobile Communication Sestem) :Hệ thống thông tin di động toμn cầu. - UWC(Universal Wireless Communication):Thông tin vô tuyến toμn cầu - PDC (Pacifis Digital Cellular): Mạng tế bμo số Thái Bình D−ơng . -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 6 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- - HS (High Speed) : Tốc độ cao . - Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS . - ARIB (Association of Radio Industries and Business): Hiệp hội công nghiệp vμ kinh doanh vô tuyến . Sự khác biệt giữa hệ thống CDMA2000 vμ hệ thống W-CDMA đ−ợc thể hiện trong bảng ở d−ới đây: CDMA_2000 W-CDMA Tiêu chuẩn mạng ABSI-41 GSM MAP Tốc độ chip 3,6864Mchípp 4,096Mchipps(DOCOMO) 3,84Mchipps(UMTS) Đồng bộ BS có Không/Có (Tùy chọn) Độ dμi khung 20ms 10ms Trải phổ nhiều sóng mang Không Mã hóa thoại Kiểu mới Phần mμo đầu Thấp(vì chia sẻ kênh dẫn đ−ờng) Cao(Vì không chia sẻ kênh dẫn đ−ờng) Bảng 1.2:Sự khác biệt giữa CDMA_2000 vμ W-CDMA 1.1.1 Nguyên lý trải phổ . Nguyên lý của lý thuyết thông tin trải phổ lμ không phân phát những tμi nguyên nh− tần số hay thời gian cho mỗi ng−ời sử dụng , điều khiển công suất truyền bởi mỗi ng−ời dùng nμy xuống mức nhỏ nhất mμ vẫn đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạp âm cho tr−ớc theo mức độ chất l−ợng yêu cầu .Mỗi ng−ời sử dụng dùng 1 tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng trên toμn bộ tần số trong suốt thời gian cần thiết.Nh− vậy mỗi ng−ời dùng sẽ tạo ra 1 nhiễu nền ảnh h−ởng tới tất cả mọi ng−ời sử dụng .Tín hiệu nhiễu cộng thêm nμy lμm giảm bớt dung l−ợng nh−ng vì khả năng cấp phát thời gian vμ băng thông lμ không giới hạn nên dung l−ợng có đ−ợc cũng lớn hơn đáng kể so với hệ thống thông th−ờng.Ước l−ợng sơ bộ tuyến h−ớng lên trong hệ thống trải phổ có đ−ợc bằng các thông số sau: Giả sử : - Mỗi ng−ời sử dụng một sóng mang tạp âm phân bố Gauss băng rộng. - Dạng sóng nμy đ−ợc l−u giữ ở cả máy phát vμ máy thu , việc điều chế vμ giải điều chế lμ các phép nhân đơn giản tại băng tần gốc, đ−ợc đồng bộ giữa các vị trí. - Công suất phát của mỗi ng−ời sử dụng đ−ợc điều khiển sao cho tất cả tín hiệu đ−ợc thu tại trạm gốc với cùng 1 mức công suất. Thì: Nếu công suất tín hiệu thu của mỗi ng−ời lμ Ps(W) tạp âm nền không đáng kể thì công suất giao thoa tổng cộng I đ−a đến bộ giải điều chế của mỗi ng−ời lμ : Su PkI )1( −= (1.1) -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 7 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Trong đó : ku : lμ tổng số ng−ời dùng có năng l−ợng bằng nhau.Bây giờ giả sử bộ giải điều chế đối với mỗi ng−ời dùng có thể chống đ−ợc tạp âm phân bố Gauss tại mức năng l−ợng bit trên mật độ tạp âm Eb/I0 (Thông số nμy lμ đặc tính giá trị của Modem số. Nó thay đổi giữa 3dB vμ 9dB tùy vμo khả năng thực hiện việc sử dụng mã hóa sửa sai , các hiện t−ợng nμy lμm suy yếu các kênh nh− Fading vμ dĩ nhiên có những điều kiện về tốc độ lỗi) Gọi W(Hz) lμ bề rộng phổ của sóng mang tạp âm băng rộng đã trải phổ.Vì mật độ phổ của chúng đ−ợc giả sử lμ đồng đều trên toμn băng thông nμy nên mật độ năng l−ợng phổ của tạp âm thu đ−ợc bởi bộ giải điều chế của mỗi ng−ời dùng lμ: W II =0 (1.2) T−ơng tự , năng l−ợng trên mỗi bit tín hiệu thu đ−ợc lμ công suất tín hiệu thu chia cho tốc độ dữ liệu gốc R (Đơn vị bit/s) R PE Sb = (1.3) Kết hợp từ (1.1) đến (1.3) cho ta số ng−ời dùng đồng thời có thể cùng tồn tại trong một Cell cô lập ku sẽ liên quan đến hệ số trải rộng R W vμ yêu cầu 0I Eb của bộ giải điều chế : 0 11 I E R W P k bs u ==− (1.4) Hệ thống CDMA thực tế đạt đ−ợc tăng ích GV nhờ điều khiển động theo sự tích cực thoại vμ tăng ích GA nhờ vμo Anten định h−ớng hình quạt .Giả thiết rằng búp sóng Anten định h−ớng có góc mở lμ 1200 , giao thao sẽ còn bằng 1/3 so với Anten vô h−ớng. Tuy nhiên hình quạt của 3 Anten có phần biên phủ nhau.Nên giao thao có lớn hơn 1 ít , GA = 2,4 - 2,55 . Thống kê cho biết rằng thoại chỉ tích cực 35% thời gian cuộc gọi , t−ơng ứng GV = 35,0 1 = 2,67 vμ giao thoa tổng cộng từ số ng−ời sử dụng trong các Cell khác xấp xỉ 5 3 giao thoa gây bởi ku - 1 ng−ời sử dụng trong Cell cho tr−ớc . Giao thoa từ các Cell khác f+1 = 1,6 với f = Giao thoa từ các Cell cho truớc -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 8 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- 00 .4 1 . . I E R W f GG I E R W k b AV b u ≈+≈ Sóng mang tạp âm băng rộng Sóng mang hình Sin Băng tần gốc Dạng sóng tín hiệu số Giải điều chếBộ lọc Cao tần Sóng mang hình Sin Cao tần Sóng mang tạp âm băng rộng Băng tần gốcDạng sóng tín hiệu số (bit/s) Hình 1.1 : Điều chế /Giải điều chế trong kĩ thuật trải phổ Giả thiết rằng điều chế / giải điều chế số lμm việc hoμn hảo , An ten phân tập kém, dùng mã sửa sai máy thu phân tập nhiều đ−ờng (máy thu Rake) thì với dB I Eb 6 0 = chất l−ợng liên lạc thỏa mãn ng−ời dùng ta có: R Wku ≈ Ku :Số ng−ời sử dụng trong Cell hay dung l−ợng của Cell W: Bề rộng phổ sóng mang đã trải phổ . R : Tốc độ dữ liệu gốc . Ví dụ : -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 9 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- w = 1.250.000Hz ; R = 9,600Hz ; dB I Eb 7 0 = ; GV = 2,67 ; GA = 2,55 ; f = 0,65 122 )1.(. ... 0 ≈+= fER GGIWk b AV u Theo bảng Erlang B , dung l−ợng của Cell lμ 122 ng−ời sử dung liên lạc đồng thời t−ơng ứng với 117,8 Erlang . 1.1.2 Các hệ thống thông tin trải phổ . Các hệ thống trải phổ không theo nguyên tắc phân chia kênh nh− các hệ thống thông tin vô tuyến cũ. Trong các hệ thống nμy thay vì dùng các kênh băng hẹp để truyền thông , thông tin của nhiều ng−ời sử dụng đ−ợc truyền trên đồng thời một kênh. Giao thao (Interference) trong hệ thống đ−ợc tạo ra để giúp cho việc thông tin , số l−ợng thuê bao nhờ đó sẽ không giới hạn .Tuy nhiên cμng có nhiều thuê bao thêm vμo hệ thống thì chất l−ợng thông tin cμng giảm . Các hệ thống thông tin trải phổ đã xuất hiện nhiều thập niên vμ đ−ợc sử dụng đầu tiên trong kỹ thuật quân sự bởi hệ thống nμy có tính chống nhiễu vμ tính bảo mật cao. Hai hệ thống trải phổ phổ biến lμ :Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequence Hopping Spread Spectrum) vμ trải phổ chuỗi trực tiếp DS-SS (Direct Spread Spectrum System) 1.1.2.1 - Trải phổ nhảy tần FH-SS Nguyên tắc của hệ thống nhảy tần lμ phân bản tin thμnh nhiều khối có kích th−ớc cố định vμ mỗi khối đ−ợc phát ở những tần số khác nhau. Chuỗi nhảy tần (tức lμ thứ tự chọn lựa các tần số để phát các phần của bản tin) đã đ−ợc biết tr−ớc khi truyền bản tin ở cả máy phát vμ máy thu. Máy phát sẽ phát 1 khối tin ở tần số riêng sau đó sẽ nhảy tới tần số khác để phát khối kế tiếp vμ tiếp tục nh− vậy cho đến hết bản tin . Muốn nhận đ−ợc bản tin đó máy thu cũng phải nhảy tần nh− ở máy phát . Để tránh hiện t−ợng giao thoa giữa những ng−ời sử dụng , mỗi máy phát có 1 chuỗi nhảy tần riêng . Hệ thống trải phổ nμy có thể áp dụng trong hệ thống di động tế bμo. Phổ vô tuyến đ−ợc chia thμnh các tần số vô tuyến đó lμ 1 phần của chuỗi nhảy .Trong hệ thống tế bμo sẽ có nhiều máy di động thông tin với trạm gốc .Mỗi máy có 1 chuỗi nhảy tần riêng nên khi muốn liên lạc nó sẽ phát bản tin d−ới dạng các khối ở tần số riêng t−ơng ứng với chuỗi nhảy tần.Hiện t−ợng nhiễu gây ra do chủ yếu do Fading Rayleigh vμ Fading đa đ−ờng truyền theo từng tần số .Do đó sự mất hay lỗi bản tin chỉ xảy ra ở một khối của bản tin . ở phía thu các khối của bản tin đ−ợc thu nhập vμ sắp xếp thứ tự thμnh bản tin ban đầu .Những khối bị lỗi hay bị mất có thể dễ dμng sửa chữa bằng ph−ơng pháp hiệu chỉnh lỗi FEC (Forward Error Correction) -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 10 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- F4 F3 F2 F1 Máy thu Máy phát N G H O P P I E N C Y F R E Q U Hình a (Hệ thống không nhảy tần) Máy phát Máy thu F R E Q U E N C Y - H O P P I N G Hình b (Hệ thống nhảy tần) 1.1.2.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp . Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp , thông tin tốc độ bít thấp đ−ợc lấy ra vμ thêm vμo tín hiệu giả ngẫu nhiên tốc độ bit cao đã biết .Tín hiệu giả ngẫu nhiên nμy đều đ−ợc máy phát vμ máy thu biết. Tín hiệu sau khi trộn giống nh− nhiễu bao gồm thông tin vμ các tín hiệu không mang tin. Nhiễu đầu vμo của máy thu bao gồm rất nhiều loại nhiễu của ng−ời sử dụng khác. Để lấy ra đ−ợc thông tin của mình , nó sử dụng mã giả ngẫu nhiên mμ máy phát đã dùng để tách phần tín hiệu giả ngẫu nhiên từ nhiễu tổng hợp . Trong các hệ thống thông tin th−ơng mại , phổ tần đ−ợc chia thμnh một số kênh vô tuyến băng rộng có băng thông lớn hơn nhiều băng thông của tín hiệu thoại. Tín hiệu thoại đã đ−ợc số hóa vμ sau đó đ−ợc thêm vμo để tạo thμnh tín hiệu tốc độ bít cao vμ đ−ợc phát đi để chiếm toμn bộ băng thông .Máy thu thu tín hiệu nμy để tách ra tín hiệu thoại .Việc thêm vμo các tín hiệu giả ngẫu nhiên vμo tín hiệu thoại nhằm mục đích lμm tín hiệu mạnh hơn vμ ít bị ảnh h−ởng đối với nhiễu .Điều đó cho phép truyền dẫn công suất thấp hơn tới máy di động , rẻ hơn vμ tuổi thọ Pin sẽ lâu hơn . Không giống nh− trong hệ thống nhảy tần với trải phổ chuỗi trực tiếp các máy di động có thể thông tin ở cùng tần số vμ ở cùng thời gian trong hệ thống chuỗi trực tiếp .T−ơng tự nh− các hệ thống nhảy tần , trong các hệ thống chuỗi trực tiếp , sự suy giảm tín hiệu do hiện t−ợng Reyleigh tùy theo tần số xác định vμ không ảnh h−ởng đến toμn bộ băng thông mμ chỉ lμ một phần rất nhỏ , hẹp của kênh. Một trong các đặc điểm quan trọng nhất của chất l−ợng hệ thống trải phổ lμ độ lợi xử lý (Processing Gain).Đối với hệ thống nhảy tần độ lợi t−ơng đ−ơng với logarit của tỷ số băng thông toμn bộ trên băng thông bị chiếm trong quá trình nhảy tần .Ví dụ độ lợi xử lý của hệ thống nhảy tần với băng thông của kênh rộng 30KHz với 1000 lần nhảy tần trong độ rộng 30KHz lμ 30dB .Đối với các hệ thống chuỗi trực tiếp độ lợi xử lý lμ tỷ số tốc độ bit của tín hiệu đ−ợc phát ra vμ tốc độ bit của tín hiệu thông tin .Nh− vậy nếu tín hiệu phát ra lμ 30Mbps vμ tốc độ thông tin lμ 30Kbps thì độ lợi lμ 30dB . Độ lợi xử lý nμy lμ độ lợi t−ơng đ−ơng của tín hiệu đ−ợc xử lý vμ kết quả lμ sẽ -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 11 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- thu rất tốt ngay cả với tín hiệu rất yếu.Các máy di động có thể phát công suất ở mức thấp hơn nhờ đó giảm thấp khả năng giao thoa kênh gần nhau . 1.1.3 - Phân bổ tần số Một kênh CDMA rộng 1,23MHz vμ khoảng 12 thuê bao sử dụng đồng thời cùng một kênh .Các kênh CDMA đ−ợc định nghĩa ở băng tần di động 800MHz vμ băng tần PCS 1900MHz(PCS - Personal Communication Services). Hình 1.3 thể hiện khoảng tần số giữa 2 kênh CDMA liên tục nhau.Nó cũng thể hiện phổ di động vμ ở phổ băng A vμ băng B dùng cho CDMA .Sóng mang đầu tiên trong băng A ở kênh số 283 vμ sóng mang đầu tiên trong băng B ở kênh số 284.Băng bảo vệ ở giữa 2 băng để đảm bảo các sóng mang CDMA không bị nhiễu với những ng−ời sử dụng khác.Phổ giữa kênh 667 vμ 716 chỉ có 1,5MHz trong băng A , nhμ khai thác phải đ−ợc phép của nhμ khai thác băng B để triển khai sóng mang CDMA trong phổ tần đó.Nếu sóng mang CDMA đ−ợc triển khai cạnh các sóng mang không phải lμ CDMA thì khoảng sóng mang phải lμ 1,77MHz.Có 9 sóng mang CDMA cho nhμ khai thác băng A vμ băng B.Trong băng PCS , các nhμ khai thác A vμ B có 30MHz , có tới 11 sóng mang CDMA. 1,25MHz Kênh CDMA 1.25 MHz Kênh CDMA 1.25 MHz Hình 1.3 Sự phân chia tần số trong CDMA Trong khái nhiệm về sử dụng lại tần số , nhiễu giao thao trong mức điều khiển sẽ đ−ợc chấp nhận nhằm mục đích tăng dung l−ợng cho hệ thống. CDMA có nhiều −u điểm trong việc sử dụng lại tần số vì nó có khả năng chống nhiễu cao hơn FDMA vμ TDMA. Ph−ơng thức điều khiển băng hẹp lμm giới hạn hiệu quả sử dụng lại tần số vì phải đáp ứng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu khoảng 18dB, do đó kênh dùng ở một Cell không thể đ−ợc dùng lại ở kênh kế cận . Trong CDMA thì kênh băng rộng đ−ợc dùng lại ở mọi Cell.Hình 1.4 biểu diễn việc sử dụng lại tần số trong AMPS vμ CDMA. Băng thông của kênh AMPS lμ 30KHz.Nó sử dụng ph−ơng thức điều chế FM, điều chế một cuộc gọi trên phổ 30KHz. Để đơn giản , giả sử tốc độ thông tin của cuộc gọi lμ nh− nhau trong hệ thống AMPS , GSM vμ CDMA. Kênh CDMA với độ rộng băng tần 1,25 MHz sẽ t−ơng ứng với 42 kênh AMPS (1,25MHz/30KHz). Trong -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 12 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- hệ thống AMPS, tần số không đ−ợc sử dụng lại ở mỗi Cell, nếu dùng Anten Omni (Anten đẳng h−ớng) thì hệ số sử dụng lại tần số ở AMPS lμ 7.Nghĩa lμ nếu có 42 kênh AMPS thì phải chia lμ 7 khoảng tần số khác nhau để phân bổ tần số giữa các Cell lệch nhau nh− hình 1.4a. Nh− vậy mỗi khoảng chỉ có 6 kênh trong một Omni cell. Điều nμy cho phép có 6 cuộc gọi cùng lúc trong một Cell. 1 1 1 1 11 7 1 1 1 1 11 17 6 5 4 32 1 7 6 5 4 32 1 Hình 1.4a Sử dụng lại tần số trong Cell AMPS. Phổ đ−ợc chia thμnh 7 khối tần số vμ mỗi khối đ−ợc dùng trong Cell riêng. Các khối có cùng tần số cách nhau khoảng cách để tránh hiện t−ợng nhiễu đồng kênh. Hình 1.4b. Sử dụng lại tần số Cell CDMA.Tất cả các phổ có thể đ−ợc sử dụng trong mỗi Cell/Sector, tức lμ sử dụng lại tần số lμ 1 .Loại bỏ kế hoạch tần số . Hình 1.4: Sử dụng lại tần số trong CDMA Trong CDMA nhiều nỗ lực đặc biệt đ−ợc thể hiện để ngăn chặn ảnh h−ởng của nhiễu do cùng kênh trong các sector của cùng 1 Cell vμ trong các Cell lân cận. Do đó có thể xem nh− hệ số sử dụng lại ở CDMA lμ 1 (đối với Cell omni). Số ng−ời sử dụng đồng thời trong một Cell của hệ thống CDMA lμ 12 ng−ời , do đó CDMA có hiệu quả sử dụng lại tần số gấp đôi so với AMPS. Trong tr−ờng hợp dùng Anten định h−ớng để phân Cell thμnh nhiều Sector vì CDMA cho phép sử dụng lại tần số giữa các Cell gần kề nhau nên hiệu quả sử dụng lại tần số lúc nμy có thể lớn hơn gấp 10 lần so với AMPS. Hơn nữa, việc sử dụng lại sóng mang CDMA trong mỗi Sector vμ mỗi Cell không đòi hỏi một kế hoạch về tần số nh− đ−ợc thực hiện trong các hệ thống di động tr−ớc đây. -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 13 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 14 1.1.4. Phân tập nhiều dạng (Multiple Forms of Diversity) trong CDMA Phân tập đ−ợc dùng để hạn chế hiện t−ợng Fading đa đ−ờng truyền. Có 2 loại phân tập : Thời gian, tần số vμ không gian. Kỹ thuật phân tập thời gian đ−ợc dùng trong CDMA bao gồm : mã hóa cuộn (FEC), dò tìm lỗi (CRC) vμ chèn dữ liệu. Các kênh h−ớng xuống (download/forward) sử dụng mã cuộn (convolutional coding) tốc độ 1/2, các kênh h−ớng lên sử dụng mã cuộn tốc độ 1/3 vμ 1/2 .Cả đ−ờng h−ớng lên vμ đ−ờng h−ớng xuống đều sử dụng kỹ thuật chèn (interleaving) để giảm bớt sự mất mát toμn bộ khối dữ liệu . Phân tập tần số đạt đ−ợc khi mỗi tín hiệu trong hệ thống CDMA chiếm 1 khoảng phổ tần t−ơng đối trong 1,25 MHz. Fading đa đ−ờng truyền chỉ ảnh h−ởng 200 - 300KHz trong băng thông tín hiệu , nó xuất hiện nh− lμ một vết chặn trong toμn bộ tín hiệu CDMA. Đối với CDMA sẽ có 3 tr−ờng hợp chịu tác động của Fading nh− sau: - Khi thời gian trễ giữa τtrễ các đ−ờng truyền khác nhau thu đ−ợc tại máy thu nhỏ hơn 0,8μs thì sẽ gây hiện t−ợng suy giảm một ít tín hiệu. - Khi τtrễ > 0,8μs sẽ chỉ gây ra sự suy giảm công suất tín hiệu. - Khi τtrễ = 0,8μs thì sự suy giảm tín hiệu sẽ lμ nhỏ nhất . Phân tập không gian đạt đ−ợc bằng 3 cách : - Cấp nhiều đ−ờng tín hiệu đồng thời từ máy di động tới 2 hay nhiều trạm gốc, gọi lμ chuyển giao mềm . - Dùng bộ thu Rake để thu các tín hiệu đến với các thời gian trễ khác nhau vμ kết hợp chúng lại. - Dùng nhiều Anten thu ở trạm gốc . 1.1.5. Bộ thu RAKE Hiện t−ợng đa đ−ờng truyền cần đ−ợc xử lý vì nó gây ra sự chậm trễ tín hiệu tăng nhiễu hệ thống khi quá trình trễ v−ợt quá thời gian của 1 chip. Để giảm tác động của hiện t−ợng nμy, máy thu thực hiện việc dò tìm mỗi đ−ờng truyêng một cách riêng biệt sau đó sẽ kết hợp các tín hiệu đó lại với nhau. Khác với việc sử dụng bộ cân bằng trong hệ thống GSM/TDMA, CDMA dùng bộ thu RAKE để giảm bớt Fading đa đ−ờng truyền .Bằng cách s− dụng bộ thu RAKE nμy, CDMAlợi dụng hiện t−ợng đa đ−ờng truyền để cải tiến việc thu. Mỗi bộ thu RAKE có 4 Finger dò tìm đ−ờng thu một cách độc lập. Mỗi Finger có thể hủy bỏ việc chậm trễ , điều chỉnh pha, mức Equalizer ở đầu ra của tín hiệu đ−ợc thu .Trong bộ thu RAKE của máy di động, tín hệu ra từ 3 Finger đ−ợc kết hợp lại còn Finger thứ 4(Finger lang thang) có nhiệm vụ dò tìm tín hiệu kế tiếp cho quá trình khôi phục phổ ban đầu.Dựa vμo 4 Finger nμy máy di động có thể thu đồng thời 4 tín hiệu trên cùng 1 sóng mang CDMA vμ còn thuận lợi cho việc chuyển giao mềm trong hệ thống. Bộ thu RAKE của trạm gốc không sử dụng Finger thứ 4 nh− lμ Finger lang thang mμ tất cả đầu ra của 4 Finger đ−ợc kết hợp với nhau. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 15 1.1.6. Bộ mã hóa tốc độ biến đổi . CDMA dùng bộ mã hóa tốc độ biến đổi để thay cho bộ mã hóa tốc độ cố định nh− đ−ợc dùng trong D-AMPS vμ GSM/TDMA. Tốc độ mã hóa đ−ợc thay đổi theo thuật toán động.Tốc độ nμy sử dụng đ−ợc quyết định tùy theo các mức ng−ỡng thích hợp. Các mức ng−ỡng nμy thay đổi tùy theo mức nhiễu nền vμ chỉ kích cho các tốc độ của bộ mã hóa thoại cao hơn khi có đμm thoại .Kết quả lμ sẽ triệt tiêu đ−ợc nhiễu nền vμ truyền thoại tốt ngay cả trong môi tr−ờng nhiễu. Bộ mã hóa sử dụng cơ cấu dò tìm thoại. Thông th−ờng trong các cuộc đμm thoại song công vμ bán song công hai chiều, chu kỳ lμm việc của cuộc thoại lμ khoảng 50%. CDMA lợi dụng điểm nμy để giảm tốc độ truyền dẫn khi không có đμm thoại. Nh− vậy với cơ cấu dò tìm thoại CDMA sẽ lμm giảm giao thoa giữa các Cell vμ giảm công suất phát trung bình cần thiết của máy di động. Các thuật toán mã hóa tổng CDMA đ−ợc biết lμ QCELP(Qualcomm Code Excited Linear Predition). Bộ mã hóa sơ cấp của hệ thống CDMA IS-95 lμ bộ mã hóa tốc độ biến đổi 8Kbps (IS-95) hoạt động với dòng dữ liệu số 9,6Kbps chuẩn vμ đ−ợc xem nh− tốc độ thoại loại 1. Các bộ mã hóa CDMA có thể thay đổi tốc độ ở các mức 1/2 , 1/4 , 1/8 hoặc toμn dãy. Nh− vậy các tốc độ số liệu thay đổi để hỗ trợ cho tốc độ thoại loại 1 lμ tốc độ 9,6Kbps ; 4,8Kbps ;2,4Kbps ; 1,2Kbps . Bộ mã hóa tạo ra một khung hoặc một gói sau 20ms. Kích th−ớc của gói thay đổi tùy theo tốc độ biến đổi nh− sau: Tốc độ 1 1/2 1/4 1/8 Kích th−ớc gói 171 bit 80 bit 40 bit 16 bit Bảng 1.3 : Kích th−ớc của gói thay đổi theo tốc độ Gói tốc độ 1/8 đ−ợc dùng để mã hóa khung 20ms khi có ít hoặc không có thoại. Bản chất của CELP lμ sử dụng bảng mã hóa (codebook) theo nguyên tắc phân tích tổng hợp. Bộ mã hóa thoại CELP tạo ra 160 mẫu thoại đ−ợc l−ợng tử (trong 20ms) vμ tạo ra số l−ợng bit khác nhau trong khung 20ms. Một từ mã (codeword) đ−ợc chọn, từ nμy t−ơng đ−ơng với vector đ−ợc mã hóa. Vector đ−ợc chọn chứa các giá trị cho phép về độ lợi (Gain) vμ chỉ số (Index) của bảng mã hóa, các thông số về độ trễ(lag), hệ số nhân của bộ lọc tiền định tuyến LPF (Linear Predition Filter). Các thông số nμy đ−ợc bộ giải mã trong bộ thu dùng để tái tạo thoại đã mã hóa từ máy phát. CDMA còn cung cấp bộ mã hóa tốc độ biến đổi cao hơn để cung cấp chất l−ợng thoại tốt hơn đó lμ bộ mã hóa 13,24kbps hoạt động với dòng dữ liệu số 14,4kbps vμ xem lμ tốc độ loại 2, các tốc độ số liệu biến đổi đối với bộ mã hóa nμy lμ 14,4kbps ; 7,2kbps ; 3,6 kbps vμ 1,8kbps . Tuy nhiên với bộ mã hóa nμy dung l−ợng vμ vùng phủ sóng sẽ bị giảm khoảng 30% . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- 1.2 Cấu trúc CDMA 2000 1.2.1 Cấu trúc mạng CDMA2000 . 1- Trạm di động (MS - Mobile Station) Trong một mạng CDMA2000 1X , trạm di động MS chính lμ máy thu phát của thuê bao hay thiết bị di độngmạng CDMA - Hoạt động nh− mọtt Client IP di động . Trạm di động t−ơng tác với Access Network (mạng truy nhập) nhằm giμnh lấy các tμi nguyên vô tuyến thích hợp để trao đổi các gói tin vμ giám sát trạng thái tμi nguyên vô tuyến thích hợp để trao đổi các gói tin vμ giám sát trạng thái tμi nguyên vô tuyến bao gồm "active" (hoạt động) , "stand-by" (dự phòng) , "dormant" (không hoạt động) . Nó chấp nhận các gói tin bộ đếm từ máy chủ di động (Mobile host) khi tμi nguyên vô tuyến ch−a có hoặc không đủ để hỗ trợ l−u l−ợng trên mạng. Nhờ vμo việc cấp nguồn điện , trạm di động tự động đăng kí với HLR (Home Location Register ) để : Xác thực thiết bị di động đang trong môi tr−ờng của mạng đang truy nhập . Cung cấp cho HLR vị trí hiện tại của thiết bị di động. Cung cấp cho MSC-S ( Serving Mobile Switching Centre) tập đặc tính cho phép của thiết bị di động . Sau khi đăng kí thμnh công với HLR thiết bị di động sẵn sμng thực hiện các cuộc gọi dữ liệu vμ thoại . Những cuộc gọi nμy có thể ở hai trạng dạng CSD (circuit- switched data - dữ liệu chuyển mạch kênh) hoặc (PSD (Packet - switched data - Dữ liệu chuyển mạch gói ) Phụ thuộc vμo sự thích hợp của bản thân thiết bị di động (hoặc không t−ơng thích) với chuẩn IS-2000) . Tμi liệu nμy định nghĩa các giao thức -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 16 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 17 cho các giao diện CDMA khác hau liên quan đến việc truyền các gói tin có tên A1,A7,A9 vμ A11 . Các trạm di động MS phải tuân theo các chuẩn IS-2000 để bắt đầu một phiên dữ liệu dạng gói tin khi sử dụng mạng 1xRTT1[4] . Các trạm di động chỉ có các khả năng của IS-95 bị giới hạn bởi CSD , trong khi các thiết bị đầu cuối IS-2000 có thể tùy chọn hoặc PSD hay CSD . Các tham số chuyển tiếp bởi bởi thiết bị dầu cuối thông qua liên kết không gian (AL- ải link) vμo mạng sẽ xác định kiểu dịch vụ yêu cầu . Dữ liệu chuyển mạch kênh có một tốc độ tối đa lμ 19,2 Kbit/s vμ đ−ợc thực hiện qua các kênh TDM truyền thống . Dịch vụ nμy cho phép ng−ời dùng lựa chọn điểm gán (point of attachment) vμo trong một mạng dữ liệu có sử dụng quay số thông th−ờng. Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói có một tốc độ dữ liệu tối đa lμ 144Kb/s . Đối với mỗi phiên dữ liệu , một phiên PPP (point to point protocol) đ−ợc tạo ra giữa trạm di động vμ PDSN (Packet Data Serving Node) Việc chỉ định địa chỉ IP cho mỗi thiết bị di động có thể đ−ợc cung cấp bởi PDSN hoặc một máy phục vụ DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol ) qua mootj HA (Home Agent)[[2] . 2- RAN ( Mạng truy nhập vô tuyến) . RAN (Radio Access Network) lμ điểm vμo của thuê bao di động cho truyền thông dữ liệu hay thoại gồm : Liên kết không gian (air link) Tháp/anten vị trí ô phủ sóng (cell) vμ kết nối cáp tới BTS (Base Station Transceiver Subsystem ) đ−ờng truyền thông từ BTS tới BSC (Base Station Controller ) PCF (Packet Control Function) . Đặc biệt RAN có miột số trách nhiệm tác động đến việc cung cấp dịch vụ , gói tin của mạng. RAN phải ánh xạ đến danh tính client di động tham chiếu đến một danh tính lớp liên kết duy nhất đ−ợc sử dụng để liên lạc với PDSN xác nhận tính hợp lệ trạm di động cho dịch vụ truy nhập vμ duy trì các liên kết truyền đã thiết lập . 3- BTS (Base Station Transceiver Subsystem) Điều khiển hoạt động của liên kết không gian (air link) vμ có chức năng giao diện giữa mạng vμ thiết bị di động . Các tμi nguyên RF nh− sự ấn định tần số , phân chia khu vực vμ điều khiển nguồn truyền đ−ợc quản lý bởi BTS. Ngoμi ra. BTS còn quản lý l−u l−ợng về từ vị trí ô phủ sóng đến BSC (Base Station Controller) để giảm thiểu bất cứ thời gian trễ nμo giữa hai thμnh phần nμy. Thông th−ờng một BTS kết nối đến BSC thông qua các ph−ơng tiện không phân kênh (un-channelized) T1 hay trực tiếp đi cáp trong thiết bị cùng vị trí. Các giao thức đ−ợc sử dụng bên trong ph−ơng tiện nμy đ−ợc giữ độc quyền dựa trên nền tảng HDLC (High - level Data Link Control ). 4- BSC (Base Station Controller) định tuyến các thông điệp thoại vμ dữ liệu chuyển mạch kênh giữa các vị trí ô phủ óng vμ MSC . Nó còn có vai trò quản lý tính di động lμ điều khiển vμ chi phối các "hand-off"[3] từ một vị trí ô phủ sóng tới một vị trí ô phủ sóng khác nếu thấy cần thiết . BSC kết nối với mỗi MTX có sử dụng các đ−ờng T1 phân kênh cho thoại vμ dữ liệu chuyển mạch kênh vμ với các đ−ờng t1 không Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 18 phân kênh cho báo hiệu vμ điều khiển các thông báo đến PDSN có sử dụng giao thức Ethernet 10BaseT. 5-PCF (Packet Control Function) định tuyến dữ liệu gói IP giữa trạm di động trong phạm vi các vị trí ô phủ sóng (cell) vμ PDSN (Packet Data Serving Node). Trong thời gian các phiên dữ liệu dạng gói tin , PCF sẽ phân bổ các kênh phụ sẵn có nếu thấy cần để tuân theo các dịch vụ đ−ợc yêu cầu từ thiết bị di động vμ trả tr−ớc từ các thuê bao. PCF duy trì một trạng thái "reachable" giữa RN vμ trạm di động để đảm bảo một liên kết bền vững cho các gói tin , lμm vùng đệm cho gói tin đến từ PDSN trong khi các tμi nguyên vô tuyến không co hay không đủ để hỗ trợ l−u l−ợng từ PDSN vμ chuyển tiếp các gói tin giữa MS vμ PDSN. 1.2.2. Cấu trúc phân lớp CDMA2000 Các lớp OSI (3-7) Các lớp cao Lớp báo hiệu kênh IS-95 Lớp báo hiệu lớp cao CDMA2000 Lớp báo hiệu các lớp cao khác Dịch vụ số liệu gói Các dịch vụ tiếng Dịch vụ số liệu mạng Lớp 2 báo hiệu IS-95 Lớp 2 báo hiệu CDMA2000 Lớp 2 báo hiệu khác Lớp 2 số liệu gói Lớp 2 rỗng Lớp 2 số liệu kênh Phân lớp LAC PLICF cho tr−ờng hợp MAC 1 PLICF cho tr−ờng hợp MAC 2 (chẳng hạn dịch vụ số liệu gói hoặc kênh) PLDCF đặc thù cho tr−ơng hợp MAC 1 PLDCF đặc thù cho tr−ờng hợp MAC 2 Lớp OSI 2 Các lớp đoạn nối Lớp con QoS vμ ghép kênh PLICF Phân lớp MAC Lớp OSI 1 Lớp vật lý Lớp vật lý CDMA_2000 Bảng 1.4 : Cấu trúc phân lớp của CDMA_2000 Trong đó : PLICF (Physical Layer- Independent Convergence Function) :Chức năng hội tụ độc lập - Lớp vật lý . PLDCF (Physical Layer- Dependent Convergence Function) : Chức năng hội tụ phụ thuộc - Lớp vật lý . QoS (Quanlity Of Service) : Chất l−ợng của dịch vụ. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 19 1.2.2.1 Các lớp cao Lớp cao bao gồm dịch vụ sau: - Các dịch vụ tiếng, các dịch vụ thoại tiếng bao gồm tham nhập mạng PSTN , các dịch vụ thoại - di động vμ thoại Internet . - Các dịch vụ mang số liệu ng−ời dử dụng - Đầu cuối. Các dịch vụ chuyển mọi dạng số liệu cho ng−ời sử dụng bao gồm: Số liệu gói (IP...), các dịch vụ số liệu kênh (các dịch vụ mô phỏng B-ISDN) vμ SMS. - Báo hiệu.Các dịch vụ điều khiển toμn bộ hoạt động của máy di động. 1.2.2.2 Lớp đoạn nối . Lớp nối đoạn đảm bảo thay đổi các mức độ tin cậy vμ các đặc tính của QoS theo yêu cầu dịch vụ của các lớp cao hon .Lớp nμy cung cấp hỗ trợ giao thức vμ cơ chế điều khiển cho các dịch vụ truyền tải số liệu vμ thực hiện tát cả các chức năng cần thiết để sắp xếp các nhu cầu của các lớp cao hơn vμo khả năng đặc thù vμ đặc tính của lớp vật lý. Lớp đoạn nối đ−ợc chia thμnh các phân lớp con sau: - Phân lớp:Điều khiển truy nhập đ−ờng truyền (LAC :Link Access Control) - Phân lớp:Điều khiển thâm nhập đa ph−ơng tiện(MAC: MultiMedia Access Control). Phân lớp LAC quản lý các kênh thông tin Point giữa các phần tử đồng cấp thuộc lớp cao vμ đảm bảo hỗ trợ nhiều giao thức lớp đoạn nối tin cậy End to End khác nhau. Hệ thống CDMA_2000 gồm lớp con MAC linh hoạt vμ hiệu quả cho phép hỗ trợ các dịch vụ số liệu kênh hoặc gói. Cùng với QoS, phân lớp MAC hỗ trợ MultiMedia, các tính năng đa dịch vụ của hệ thống 3G với các khả năng quản lý QoS với mỗi dịch vụ .Phân lớp con MAC đảm bảo 3 chức năng quan trọng sau: - Kiểm tra trạng thái MAC: Thủ tục kiểm tra việc truy nhập của các dịch vụ số liệu (kênh vμ gói) với lớp vật lý. - Cung cấp nỗ lực tốt nhất trong truyền dẫn qua kết nối vô tuyến với giao thức vô tuyến RLP để có độ tin cậy ở mức cao nhất. - Kiểm tra ghép kênh vμ QoS: ép buộc các mức độ QoS đã thỏa thuận bằng việc dung hòa các yêu cầu xung đột nhau của các dịch vụ có tính cạnh tranh nhanh vμ −u tiên các yêu cầu truy nhập một cách phù hợp. Lớp con MAC đảm bảo phân loại QoS cho lớp con LAC( ví dụ các chế độ hoạt động khác nhau). Nó có thể bị hạn chế bởi tính t−ơng thích với thế hệ tr−ớc(ví dụ đối với lớp 2 của báo hiệu IS-95B), nó có thể t−ơng thích với các giao thức lớp đoạn nối khác( ví dụ để t−ơng thích với giao diện vô tuyến không phải IS-95 hay để t−ơng thích với các ngăn xếp đ−ợc ITU định nghĩa). Lớp con LAC đ−ợc chia thμnh: - Chức năng hội tụ độc lập với lớp vật lý (PLICF: Physical Layer- Independent Convergence Function ) - Chức năng hội tụ phụ thuộc lớp vật lý (PLDCF (Physical Layer- Dependent Convergence Function) : Chức năng hội tụ phụ thuộc - Lớp vật lý . PLICF cung cấp dịch vụ cho phân lớp MAC vμ bao gồm tất cả các chức năng, thủ tục hoạt động của MAC mμ không phải lμ duy nhất đối với lớp vật lý. PLICF sử Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 20 dụng cho dịch vụ PLDCF cung cấp thực truyền thông tin hỗ trợ các dịch vụ của phân lớp MAC. Các dịch vụ đ−ợc PLDCF sử dụng lμ các kênh logic mang các kiểu thông tin điều khiển vμ số liệu. PLDCF thực hiện phân tích các kênh logic của PLICF thμnh các kênh logic đ−ợc hỗ trợ bởi lớp vật lý.PLDCF thực hiện ghép kênh , phân kênh vμ hợp nhất các thông tin điều khiển cùng với dữ liệu của kênh l−u l−ợng vμ điều khiển từ các PLICF trên cung 1 máy di động .PLDCF thực hiện chức năng QoS bao gồm giải quyết việc −u tiên giữa các mẫu PLICF cạnh tranh vμ phân tích các yêu cầu QoS từ các mẫu PLICF thμnh các yêu cầu dịch vụ lớp vật lý phù hợp để chuyển đi các yêu cầu QoS. PLDCF có các chức năng chính sau: + Thực hiện các kênh logic đơn giản của PLICF thμnh các kênh logic đ−ợc hỗ trợ bởi lớp vật lý. + Thực hiện một số thủ tục (có lựa chọn) yêu cầu lắp tự động(ARQ) có kết hợp chặt chẽ với lớp vật lý. + Thực hiện một số chức năng lớp vật lý mức thấp của IS-95B RLP Đối với hệ thống CDMA_2000 có 4 PLDCF ARQ: 1. Giao thức đ−ờng truyền vô tuyến (RLP). Giao thức nμy cung cấp đ−ờng truyền có hiệu suất cao để chuyển số liệu giữa các mẫu PLICF đồng cấp. RLP có hai chế độ trong suốt vμ không trong suốt. ở chế độ không trong suốt RLP sử dụng giao thức ARQ để phát lại đoạn dữ liệu đã không đ−ợc lớp vật lý truyền đúng, đồng thời RLP có thể tạo ra một độ trễ nhất định. ở chế độ trong suốt, RLP không phát lại đoạn dữ liệu bị mất. Tuy nhiên RLP duy trì đồng bộ byte giữa bên phát vμ bên thu vμ thông báo cho bên thu về các phần bị mất của dòng số liệu. RLP trong suôt không gây ra bất kỳ một trễ truyền dẫn nμo vμ rất có lợi trong việc truyền các dịch vụ thoại thông qua RLP. 2. Giao thức cụm vô tuyến (RBP) : Giao thức nμy cung cấp cơ chế truyền các đoạn dữ liệu ngắn với hiệu suất cao thông qua kênh l−u l−ợng chung (CTCH). Tính năng nμy có hiệu quả khi truyền một l−ợng nhỏ dữ liệu mag không cần khởi tạo một kênh l−u l−ợng riêng (DTCH). 3. Giao thức kết nối báo hiệu vô tuyến (SRLP): Giao thức nμy đảm bảo tạo luồng dịch vụ tốt nhất cho thông tin báo hiệu nh−ng đ−ợc tối −u hóa cho kênh báo hiệu riêng (DSCH) 4. Giao thức cụm vô tuyến báo hiệu (SRBP): Giao thức nμy cung cấp cơ chế truyền bản tin báo hiệu tren đ−ờng truyền có hiệu quả cao nhất t−ơng tự nh− RBP, nh−ng tối −u hóa cho thông tin báo hiệu vμ kênh báo hiệu chung(CSCH). PLDCF có chức năng điều khiển truy nhập vô tuyến (RLAC) để hợp nhất RLP vμ RBP từ PLICF vμ điều phối truyền số liệu( l−u l−ợng hoặc báo hiệu) giữa RLP vμ RBP theo trạng thái hoạt động hiện thời của MAC. Phân lớp PLDCF MUX vμ QoS giữa các mẫu PLICF. Nó phân tích các luồng số liệu vμ thông tin điều khiển các kênh logic của các mẫu PLICF hình thμnh các kênh logic, các nguồn vμ thông tin điều khiển đ−ợc yêu cầu tại lớp vật lý. 1.2.2.3. Lớp vật lý. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 21 Lớp vật lý cung cấp các dịch vụ mã hóa vμ điều chế các kênh logic đ−ợc phân lớp PLDCF MUX vμ QoS sử dụng. Các kênh vật lý đ−ợc chia thμnh: - Các kênh vật lý riêng h−ớng đi /về (F/R - DPHCH): Tập hợp tất cả các kênh vật lý mang thông tin riêng, Point to Point giữa trạm gốc vμ trạm di động. - Các kênh vật lý h−ớng chung đi /về (F/R - CPHCH): Tập hợp tất cả các kênh vật lý mang thông tin cùng chia sẻ , Point to MultiPoint giữa trạm gốc vμ máy di động. 1.3 Các kênh trong CDMA_2000. 1.3.1 Các quy −ớc ký hiệu kênh. a, Quy −ớc ký hiệu kênh logic Ký hiệu kênh logic bao gồm 3 chữ th−ờng, tiếp sau lμ "ch" (kênh), một gạch ngang đ−ợc sử dụng sau chữ cái đầu. Bảng 1.5 cho biết quy −ớc ký hiệu kênh logic: Chữ thứ nhất Chữ thứ 2 Chữ thứ 3 f = Đ−ờng xuống(forward) r = Đ−ờng lên(reverse) d = Riêng c = Chung t = L−u l−ợng(traffic) m = MAC s = Báo hiệu (Signalling) Bảng 1.5 Quy −ớc ký hiệu kênh logic b, Quy −ớc ký hiệu kênh vật Kênh vật lý đ−ợc lý hiệu bằng chữ cái hoa. Giống nh− kênh logic chữ cái đầu chỉ thị ph−ơng của kênh (Lên hay xuống - bảng 2.5) 1.3.2 Các kênh logic đ−ợc PLICF sử dụng. 1. Kênh l−u l−ợng riêng (F/R-DTCH) DTCH lμ kênh logic đ−ờng lên hoặc đ−ờng xuống đ−ợc sử dụng để mang số liệu của ng−ời sử dụng. Đây lμ kênh logic Point to Point vμ đ−ợc ấn định để sử dụng trong suốt thời gian của trạng thái tích cực của dịch vụ số liệu. Nó mang số liệu riêng cho một tr−ờng hợp PLICF. 2. Kênh l−u l−ợng chung (F/R-CTCH) CTCH lμ một kênh logic đ−ờng lên hoặc đ−ờng xuống đ−ợc sử dụng để mang các cụm số liệu ngắn liên quan đến dịch vụ số liệu ở tiểu trạng thái cụm / ngủ của trạng thái nghỉ. Kênh logic nμy lμ điểm tới điểm vμ đ−ợc ấn định trong thời gian của cụm ngắn. Nó cho phép dùng chung truy nhập nhiều máy di động vμ (hoặc) nhiều tr−ờng hợp PLICF. 3.Kênh MAC riêng (F/R-DMCH_control). DMCH_control lμ kênh logic đ−ờng lênh hoặc đ−ờng xuống đ−ợc sử dụng để mang các bản tin MAC. Đây lμ kênh logic Point to Point đ−ợc ấn định ở trạng thái tích cực vμ trạng thái giữ điều khiển của dịch vụ số liệu. Nó mang thông tin điều khiển riêng cho một tr−ờng hợp PLICF. 4. Kênh MAC chung đ−ờng lên (R-CMCH_control). Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 22 R-CMCH_control lμ kênh logic đ−ờng lên hoặc xuống đ−ợc MS sử dụng khi dịch vụ số liệu ở tiểu trạng thái nghỉ/ rỗi của trạng thái nghỉ hoặc treo. Kênh logic nμy đ−ợc sủ dụng để mang các bản tin MAC. Tên kênh Kênh vật lý F/R-FCH Kênh cơ bản đ−ờng xuống/lên (Forward/Reverse Fundermental Channel) F/R-SCH Kênh bổ sung đ−ờng xuống/lên (Forward/Reverse Supplemental Channel) F/R-DCCH Kênh điều khiển đ−ờng xuống /lên (Forward/Reverse Dedicated Control Channel) F-PCH Kênh tìm mọi đ−ờng xuống(Forward Paging Channel) R-ACH Kênh truy nhập đ−ờng lên(Reverse Access Channel) F/R-CCCH Kênh điều khiển chung đ−ờng xuống/lên(Forward/Reverse Common Control Channel) F-DAPCH Kênh hoa tiêu phụ riêng đ−ờng xuống/lên(Forward Dedicated Auxiliary Pilot Channel) F-CAPCH Kênh hoa tiêu phụ chung đ−ờng xuống/lên (Forward Common Auxiliary Pilot Channel) F/R-PCH Kênh hoa tiêu đ−ờng xuống/lên(Forward/Reverse Pilot Channel) F-SCH Kênh đồng bộ đ−ờng xuống(Forward Syns Channel) Bảng 1.6 Các kênh vật lý trong CDMA_2000 5.Kênh MAC chung đ−ờng xuống (F-CMCH_control) F-CMCH_control lμ kênh logic đ−ờng xuống đ−ợc sử dụng bởi BS ở dịch vụ số liệu trong tiểu trạng thái nghỉ/rỗi của trạng thái nghỉ hoặc treo. Kênh logic nμy đ−ợc sử dụng để mang các bản tin MAC, đây lμ kênh Point to MultiPoint. 6.Kênh báo hiệu riêng (DSCH) DSCH mang số liệu báo hiệu lớp cao riêng cho một tr−ờng hợp PLICF. 7.Kênh báo hiệu chung(CSCH) CSCH mang số liệu báo hiệu lớp cao với truy nhập chung cho nhiều MS vμ nhiều tr−ờng hợp PLICF. 1.3.3 Các kênh vật lý Các kênh vật lý đảm bảo mã hóa vμ các dịch vụ điều chế cho một tập kênh logic đ−ợc sử dụng bởi lớp con QoS vμ MUX của PLDCF. Các kênh vật lý đ−ợc phân thμnh các kênh ở hình vẽ 2.5 sau: Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Hình 1.5 Các kênh vật lý CDMA_2000 Các kênh vật lý riêng đ−ờng xuống/lên(F/R-DPHCH) Tập hợp tất cả các kênh mang thông tin theo cách dμnh riêng vμ Point to Point giữa trạm gốc vμ một MS (Hình 2.5) Các kênh Vật lý chung đ−ờng xuống/lên(F/R-DPHCH) Tập hợp các kênh mang thông tin theo cách truy nhập chung , Point to MultiPoint giữa trạm gốc vμ nhiều MS. -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 23 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Hình 1.6: Tổng quan các kênh vật lý riêng của CDMA_2000 Hình 1.7: Tổng quan các kênh vật lý chung của CDMA_2000 2.3.4 Các kênh vật lý đ−ờng xuống 1. Kênh hoa tiêu đ−ờng xuống (F-PICH:Forward-Pilot Channel) Đây lμ kênh phát quảng bá liên tục để cung cấp thông tin định thời vμ pha. hoa tiêu chung lμ một chuỗi 0 tr−ớc khi trải phổ bằng hμm Walsh 0.F-PICH đ−ợc dùng chung cho tất cả các kênh l−u l−ợng vμ sử dụng để: - Đánh giá khuếch đại kênh vμ pha. - Phát hiện các tia đa đ−ờng để ấn định các ngón của RAKE đến đ−ờng mạnh nhất. - Bắt ô vμ chuyển giao. Bằng kênh hoa tiêu chung, có thể phát tín hiệu hoa tiêu mμ không cần thông tin bổ sung cho từng ng−ời sử dụng. hệ thống sử dụng hoa tiêu chung có thể đạt đ−ợc hiệu quả sử dụng cao hơn hệ thống hoa tiêu cho từng ng−ời sử dụng. Đối với l−u l−ợng thoại, hoa tiêu chung có thể đảm bảo đánh giá kênh tốt hơn vμ cần ít thông tin bổ xung hơn, vì thế cải thiện đ−ợc chất l−ợng thu. ngoμi ra có thể đảm bảo tìm kiếm tốt hơn vμ hoạt động chuyển giao tốt hơn. 2. Kênh đồng bộ đ−ờng xuống (F-SYNC: Forward-Sync Channel) Kênh nμy đ−ợc các MS trong vùng phủ sóng của BS để bắt đồng bộ lức đầu. Có 2 kiểu kênh F-SYNC: F-SYNC chia sẻ vμ F-SYNC băng rộng .F-SYNC chia sẻ đảm bảo dịch vụ cho cả hai IS-95B vμ CDMA_2000 khi sử dụng F-SYNC ở kênh IS- 95B bị chồng lấn.Chế độ nμy chỉ áp dụng đ−ợc cho hệ thống chồng lấn. -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 24 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 25 3. Kênh tìm gọi đ−ờng xuống (F-PCH:Forward- Paging Channel) Một BS của CDMA_2000 có thể có rất nhiều kênh tìm gọi. Kênh tìm gọi đ−ợc dùng để phát thông tin điều khiển vμ các bản tin điều khiển từ BS đến các máy MS vμ lμm việc ở tốc độ 9,6Kbps hay 4Kbps giống nh− ở IS-95. F-PCH mang các bản tin bổ sung, công nhận, ấn định kênh, các yêu cầu trạng thái vμ cập nhật SSD (Secret Shared Data: Số liệu chung bí mật) từ BS đến MS . Có 2 kiểu tìm gọi: F-PCH chia sẻ vμ F-PCH băng rộng. F-PCH chia sẻ đảm bảo dịch vụ cho cả 2 IS-95B vμ CDMA_2000 khi sử dụng F-PCH ở kênh IS-95B bị chồng lấn. Chế độ nμy chỉ áp dụng cho các cấu hình chồng lấn.F-PCH băng rộng đ−ợc điều chế nh− một kênh riêng biệt trong F-CPHCH. Chế độ nμy áp dụng cho cả cấu hình chồng lấn vμ không chồng lấn. 4. Kiểu điều khiển chung đ−ờng xuống (F-CCCH : Forward - Common Control Channel) F-CCCH lμ kênh chung đ−ợc sử dụng để truyền các bản tin lớp 3 vμ MAC từ BS đến MS. FCCCH có thể có các kích cỡ kênh nh− sau: 5ms,10ms vμ 20ms phụ thuộc vμo môi tr−ờng khai thác. 5. Kênh hoa tiêu phụ thuộc chung đ−ờng xuống (F-CAPICH) Kênh nμy đ−ợc sử dụng cho các ứng dụng tạo dạng búp sóng Anten để tạo ra các búp hẹp. Các búp hẹp có thể đ−ợc sử dụng để tăng vùng phủ cho một vùng địa lý đặc biệt hoặc tăng dung l−ợng trong các điểm nóng l−u l−ợng.F-CAPICH có thể đ−ợc sử dụng chung cho nhiều MS trong cùng 1 búp.Các hoa tiêu phụ đ−ợc ghép theo mã với các kênh đ−ờng xuống khác vμ chúng sử dụng các mã Walsh trực giao. Vì kênh hoa tiêu không chứa số liệu (toμn bit 0) các kênh hoa tiêu có thể sử dụng chuỗi Walsh dμi hơn để giảm bớt việc thiếu các mã Walsh trực giao cho các kênh l−u l−ợng.Cũng có thể sử dụng các kênh hoa tiêu phụ cho phát phân tập trực giao trên đ−ờng xuống trải phổ trực tiếp.Ngoμi ra nếu các hệ thống CDMA sử dụng các dμn Anten riêng để đảm bảo các búp có h−ớng vμ h−ớng hẹp cần cung cấp một hoa tiêu đ−ờng xuống riêng để đánh giá các kênh. 6. Kênh quảng bá chung đ−ờng xuống (F-BCCH) Đây lμ một kênh tìm gọi đ−ợc dμnh riêng cho các bản tin điều khiển bổ sung vμ các bản tin quảng bá SMS. Nhờ vậy các bản tin bổ sung cho điều khiển của kênh tìm gọi đ−ợc chuyển sang một kênh qủng bá riêng. Biện pháp nμy cải thiện thời gian khởi đầu của MS vμ hiệu quả hoạt động truy nhập hệ thống. Ngoμi ra nhờ việc giảm số bản tin trên kênh F-PCH, dung l−ợng tìm gọi tăng. F-BCCH có mã Walsh cố định đ−ợc truyền đến MS trên kênh F-SYNC. 7.Kênh tìm gọi nhanh (F-QPCH) F-QPCH lμ một kiểu kênh tìm gọi mới, đ−ợc BS sử dụng khi nó cần tiếp xúc với MS trong chế độ chia khe. Sử dụng kênh nμy cho phép giảm thời gian "đánh thức" MS vμ nhờ vậy tăng tuổi thọ ắc quy ở MS. S-QPCH sẽ chứa bản tin đơn bit, bản tin tìm gọi nhanh để chỉ thị MS theo dõi khe thời gian dμnh cho nó trên kênh tìm gọi sẽ đ−ợc cung cấp ngay lập tức. Bản tin tìm gọi nhanh đ−ợc phát có thể dμi tới 80ms tr−ớc bản tin tìm gọi để báo cho MS Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 26 chuẩn bị thu kênh tìm gọi. Kênh tìm gọi nhanh sử dụng một ph−ơng thức điều chế khác vì vậy nó sẽ đ−ợc coi nh− lμ một kênh vật lý riêng. 8. Kênh hoa tiêu phụ riêng đ−ờng xuống (F-DAPICH) Có thể tạo ra một hoa tiêu phụ tùy chọn cho một MS riêng biệt. F-DAPICH đ−ợc sử dụng cho các ứng dụng tạo dạng búp vμ các kỹ thuật lái búp để tăng diện tích vùng phủ sóng hay tốc độ số liệu đến một MS riêng biệt. 9.Kênh cơ bản đ−ờng xuống (F-FCH) Giống nh− IS-95B , Kênh nμy đ−ợc phát với tốc độ thay đổi nên nó yêu cầu có sự phát hiện tốc độ ở máy thu. Mỗi F-FCH đ−ợc phát trên một kênh trực giao khác nhau vμ sử dụng các kích cỡ khung t−ơng ứng lμ 20ms vμ 5ms. Cấu trúc khung 20ms hỗ trợ cho tốc độ số liệu t−ơng ứng RS1 (Rate Set 1) vμ RS2, trong đó các tốc độ 9,6; 4,8 ; 2,7 vμ 1,5 Kbps ứng với RS1 còn tốc độ 14,4 ; 7,2 ; 3,6 vμ 1,8 Kbps ứng với RS2. 10.Kênh bổ sung đ−ờng xuống (F-SCH) Kênh nμy có thể hoạt động ở hai chế độ rõ rệt .Chế độ thứ nhất đựoc sử dụng cho tốc độ không v−ợt quá 14,4Kbps vμ sử dụng phát hiện tốc độ mù ( không có thời gian biểu hoặc thông tin tốc độ đ−ợc cung cấp). Chế độ thứ 2, thông tin tốc độ đ−ợc cung cấp rõ rμng cho BS. Trong chế độ thứ nất các tốc độ thay đổi đ−ợc sử dụng vμ chúng đ−ợc rút ra từ RS1 vμ RS2 của IS-95B. Các cấu trúc cho các chế độ tốc độ thay đổi lμ nh− nhau đối với kênh cơ bản đ−ờng xuống 20ms. Có thể có nhiều F-SCH đ−ợc sử dụng tại cùng một thời điểm. F-FCH (Frame Error Rate) yêu cầu cho từng F- SCH có thể đ−ợc thiết lập độc lập với F-FCH vμ các F-SCH khác , do đó FER tối −u cho số liệu khác với tối −u cho thoại. Đối với các dịch vụ mμ không yêu cầu quá ngặt về trễ thì có thể quản lý FER bằng phát lại. Kênh bổ sung đ−ờng xuống hỗ trợ cho các khung có độ dμi 20ms. Đối với các tốc độ số liệu đ−ợc lấy từ RS1 F-SCH hỗ trợ các tốc độ số liệu từ 9,6 đến 307,2 Kbps. 11.Kênh điều khiển riêng đ−ờng xuống (F-DCCH) F-DCCH hỗ trợ các khung 5ms vμ 20ms tại tốc độ đầu vμo bộ mã hóa 9,6kbps 16bit CRC đ−ợc đ−a vμo các bit mang thông tin cho các khung 5ms vμ 12bit CRC đ−ợc đ−a vμo các khung 20ms vμ sau đó lμ 8 bit duôi, mã hóa xoắn, ghép xen vμ ngẫu nhiên hóa. 1.3.5 Một số đặc điểm đ−ờng xuống . 1.3.5.1. Truyền dẫn đơn vμ đa sóng mang . Đ−ờng xuống hỗ trợ tốc độ chíp N x 1,2288Mcps (trong đó N = 1,3,6,12). Đối với N=1 trải phổ giống nh− IS-95B tuy nhiên điều chế QPSK vμ điều khiển công suất vòng kín nhanh đ−ợc sử dụng. Có 2 sự tùy chọn đối với các tốc độ chip có N>1 : Đa sóng mang (MC : Multi Carrier) vμ trải phổ trực tiếp (DS :Direct Spread) Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- 3,6864 Mchip/s 5 MHz 5 MHz 10 2 3 4 Trải phổ trực tiếp N=3 1,2288 Mchip/s MHz 4 1,251,25 1,251,25 320 1 Đa sóng mang N=3 Hình 1.8 :Ph−ơng pháp đa truy sóng mang vμ trải phổ trực tiếp trên đ−ờng xuống 1.3.5.2. Phân tập phát Phân tập phát cho phép giảm tỷ số t b I E yêu cầu hay côg suất phát yêu cầu cho mỗi kênh vμ nhờ vậy tăng dung l−ợng cho hệ thống. Có thể thực hiện phân tập phát theo các cách sau: - Phân tập phát đa sóng mang (MultiCarrier Transmit Diversity) Phân tập Anten đ−ợc sử dụng cho một đ−ờng xuống đa sóng mang mμ không gây ảnh h−ởng đến đầu cuối thuê bao, trong đó một tập con sóng mang đ−ợc phát trên một Anten. Các đặc tính chính của ph−ơng pháp phân tập đa sóng mang lμ : + Các ký hiệu thông tin sau mã hóa đ−ợc phân chia lên nhiều sóng mang 1,25MHz + Phân tập tần số lμ t−ơng ứng với trải phổ tín hiệu trên toμn bộ băng tần. + Cả phân tập thời gian vμ phân tập tần số đều sử dụng toμn bộ mã hóa xoắn/ lắp ký hiệu vμ ghép xen. + Bộ thu RAKE thu tín hiệu từ tất cả các băng. + Mỗi kênh đ−ờng xuống có thể đ−ợc ấn định một mã Walsh nh− nhau cho tất cả các sóng mang. + Điều khiển công suất nhanh. Trong máy phát đa sóng mang 3x1,25MHz, các ký hiệu thông tin nối tiếp sau mã hóa đ−ợc chia thμnh ba luồng song song, mỗi lông đ−ợc trải phổ với một mã Walsh vμ một chuỗi giả ngẫu nhiên dμi tốc độ 1,2288Mcps. Có 3 sóng mang A,B,C đ−ợc tao ra tại đầu ra của máy phát.Sau khi xử lý các tín hiệu nối tiếp đã mã hóa bằng các sóng mang song song, đa sóng mang đ−ợc Anten phát. Phân tập kiểu nμy đ−ợc gọi lμ phân tập phát đa sóng mang (MCTD : Multicarrier Transmit Diversity). -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 27 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Trong MCTD các sóng mang đ−ợc chia thμnh các tập con, sau đó mỗi tập con sóng mang đ−ợc phát triển trên một Anten trong đó lọc tần số đảm bảo tính trực giao gần nh− hoμn hỏa giữa các Anten. Quá trình nμy đảm bảo cải thiện tính phân tập vμ vì thế tăng dung l−ợng đ−ờng xuống. - Phân tập phát trải phổ trực tiếp Có thể sử dụng phân tạp phát trải phổ trực giao(OTD: Orthogonal Transmit Diversitly) để đảm bảo phân tập phát cho trải phổ trực tiếp . Các bit sau mã hóa đ−ợc chia lμm 2 luồng số liệu vμ đ−ợc phát bằng 2 Anten riêng biệt. Mỗi Anten có một mã trải phổ trực giao riêng. Điều nμy đảm bảo tính trực giao giữa 2 luồng ra. Vì thế loại bỏ đ−ợc sự tự trực giao do Fading phẳng. L−u ý rằng bằng cách phân tích các bit sau mã hóa vμo hai luồng riêng biệt, số mã hiệu dụng trên ng−ời sử dụng vẫn giống nh− tr−ờng hợp không sử dụng OTD. Một hoa tiêu phụ đ−ợc bổ sung cho Anten thêm vμo. 1.3.5.3 Điều chế trực giao. Để giảm bớt hoặc loại bỏ nhiễu giao thoa trong cùng ô , mỗi kênh vật lý đ−ờng xuống đ−ợc điều chế bằng một mã Walsh. Để tăng thêm số mã Walsh sử dụng, điều chế QPSK đ−ợc sử dụng tr−ớc khi trải phổ. Cứ 2 bit thông tin đ−ợc xếp vμo 1 kí hiệu QPSK, vì thế số mã Walsh có thể tăng gấp đôi so với BPSK (trải phổ tr−ớc). Độ dμi thay đổi để đạt đ−ợc các tốc độ bit thông tin khác nhau. Đ−ờng xuống có thể bị giới hạn bởi nhiễu giao thoa hay mã Walsh phụ thuộc vμo triển khai đặc thù hoặc vμo môi tr−ờng khai thác. Khi xảy ra giới hạn mã Walsh có thể thêm bổ sung bằng cách nhân các mã Walsh với các hμm mặt chắn. Các mã đ−ợc tạo ra nh− vậy lμ các hμm trực giao. 1.3.5.4 Điều khiển công suất. Thuật toán điều khiển công suất đ−ờng xuống nhanh mới (FFPC : Fast Forward Power Control) cho đ−ờng xuống vμ điều khiển công suất cho F-FCH vμ F- SCH đ−ợc sử dụng trong hệ thống CDMA_2000. Các tiêu chuẩn quy định điều khiển công suất vòng kín nhanh ở 800Hz, Hai sơ đồ điều khiển công suất cho F-FCH vμ F- SCH. - Điều khiển công suất kênh đơn: Sơ đồ nμy dựa trên chất l−ợng của kênh tốc độ cao giữa F-FCH vμ F-SCH. Thiết lập khuếch đại cho kênh tốc độ thấp đ−ợc xác định trên quan hệ với kênh tốc độ cao. - Điều khiển độc lập: Trong tr−ờng hợp nμy, các hệ số khuếch đại cho các kênh F-FCH vμ F-FSCH đ−ợc xác định độc lập. MS có thể thực hiện hai thuật toán vòng ngoμi cách biệt(với chỉ tiêu t b I E khác nhau) vμ phát hai bit lỗi đ−ờng xuống t b I E cho trạm gốc . 1.3.5.5 Quản lý mã Walsh IS-95A/B sử dụng các mã Walsh có độ dμi cố định 64 chip. Các tập tốc độ mới trong CDMA_2000 yêu cầu các mã Walsh có độ dμi thay đổi cho các kênh l−u l−ợng. Các mã Walsh đ−ợc sử dụng có độ dμi thay đổi từ 128 chip đến 4 chip . mã Walsh F- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 28 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 29 FCH có độ dμi cố định (128 chip cho RC3 vμ RC5 , 64 chip cho RC4 vμ RC6) trong khi đó độ dμi của mã Walsh cho F-SCH giảm tốc độ thông tin tăng để duy trì độ rộng băng tần của tín hiệu sau điều chế không đổi. Ngoμi sự khác nhau về độ dμi mã Walsh , cũng cần có sự kết hợp ấn định các mã Walsh giữa các hệ thống 2G vμ 3G cho các hệ thống chồng lấn. Thuật toán phải đảm bảo rằng các mã Walsh đ−ợc ấn định cho các kênh bổ sung có tốc độ bit khác nhau phải luôn luôn trực giao với nhau vμ với các kênh l−u l−ợng cơ bản,tìm gọi , đồng bộ , hoa tiêu. Cẳng hạn nếu một mã Wash toμn 4 số "0" (0000) đ−ợc ấn định, hai mã 8 chip sau đây không đ−ợc ấn định ở cùng thời gian (00000000,00001111); sáu mã tám chíp còn lại có thể sử dụng vì chúng đều trực giao với nó. T−ơng tự, bốn mã 16 chipm tám mã 32 chip, 16 mã 64 chip vμ 32 mã 28 chip cũng không đ−ợc sử dụng để đảm bảo tính trực giao. Cần phải kết hợp ấn định các mã Walsh 2G vμ 3G để đảm bảo rằng việc ấn định các mã dμi không ngăn chặn các mã ngắn. 1.3.5.6 Điều chế vμ trải phổ. Có thể triển khai hệ thống N=1 ở phổ băng tần mới hay nh− một hệ thống nâng cấp t−ơng thích thế hệ cũ ở mọi băng tần (Cùng kênh vô tuyến) mμ IS-95B đ−ợc triển khai. Các kênh CDMA_2000 mới có thể cùng tồn tại theo cách trực giao với các kênh của hệ thống IS-95B hiện có. Trải phổ N=1 đ−ợc cho trên hình 1.9. Tr−ớc hết số liệu của ng−ời sử dụng đ−ợc ngẫu nhiên hóa bởi mã PN dμi, sau đó đ−ợc sắp xếp vμo kênh I vμ kênh Q , đ−ợc khuếch đại, đ−ợc trích bỏ cho bit điều khiển sông suất hay trải phổ Walsh. Các bit điều khiển công suất có thể đ−ợc ghép hay không đ−ợc ghép vμo đ−ờng xuống phụ thuộc vμo đặc thù của việc sắp xếp kênh logic lên kênh vật lý. Sau đó tín hiệu đ−ợc trải phổ PN phức rồi đ−ợc lọc băng thông vμ cuối cùng đ−a lên điều chế sóng mang. Hệ thống đa sóng mang có thể đ−ợc triển khai ở băng tần mới hoặc nh− một nâng cấp t−ơng thích với hệ thống thế hệ cũ ở bất kỳ nơi nμo mμ IS-95B đ−ợc triển khai trong cùng N kênh vô tuyến. 1.3.5.7 Các đặc tính quan trọng của đ−ờng xuống. Các đặc tính quan trọng của đ−ờng xuống bao gồm: - Các kênh lμ trực giao vμ sử dụng các mã Walsh. Các mã Walsh có độ dμi khác nhau đ−ợc sử dụng để đạt đ−ợc các tốc độ chip khác nhau cho các tốc độ khác nhau. - Điều chế QPSK đ−ợc sử dụng tr−ớc khi tải phổ để tăng số l−ợng có thể sử dụng của mã. - Hiệu chỉnh lỗi tr−ớc( FEC: Forward Error Correction) đ−ợc sử dụng. + Sử dụng mã xoắn k=9 cho số liệu vμ thoại. + Sử dụng các mã Turbo k=4 cho các tốc độ bit cao ở các SCH. - Hỗ trợ phân kênh đ−ờng xuống không trực giao. + Đ−ợc sử dụng khi hết không trực giao(số mã Walsh không đủ). + Tạo các hμm tựa trực giao để chắn các hμm mã Walsh đã có. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- A Sắp xếp I,Q vμ điều chế Walsh Mặt chắn mã dμi cho nguời sử dụng I QY Y Walsh Điều khiển ghép Khuếch đại kênh PC Chích cho ký hiệu PC(tùy chọn) Khuếch đại kênh số liệu Các giá trị ± 1 Các bit PC 16bit/khung Chích cho ký hiệu PC(tùychọn) Khuếch đại Ghép vμ sắp xếp điểm tín hiệu 0 vμo +1 vμ 1 vμo -1 Bộ chọn Bộ tạo mã dμi PN1 PN1 + - + + PN Q QPN Sin(2Πft) Cos(2Πft) S(t)Σ Bộ lọc băng thôngΣ Σ Bộ lọc băng thông PN1 = chuỗi hoa tiêu PN kênh I 1.2288Mchip/s PNQ = chuỗi tiêu hao PN kênh Q 1,2288Mchip/s PC = điều khiển công suất. Hình 1.9: Quá trình sắp xếp I vμ Q, điều chế Walsh trải phổ PN vμ điều chế sóng mang cho N=1 1.3.6. Các kênh vật lý đ−ờng lên -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 30 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Các kênh vật lý đ−ờng lên bao gồm các kênh riêng để mang thông tin từ MS đến BS vμ các kênh chung để mang thông tin từ nhiều MS đến BS. 1.3.6.1 Kênh truy nhập đ−ờng lên(R-ACH : Reverse Access Channel) Vμ kênh điều khiển chung đ−ờng lên (R-CCCH: Reverse Common Control Channel) Các kênh chung nμy đ−ợc sử dụng cho thông tin ở lớp 3 vμ các bản tin MAC từ máy MS đến BS. R-CCCH khác R-ACH ở chỗ lμ F-CCCH cung cấp nhiều khả năng hơn R-ACH. Chẳng hạn R-CCCH hỗ trợ các thủ tục truy nhập tiềm tμng mức thấp cần thiết cho việc khai thác hiệu quả gói dữ liệu ở trạng thái treo. R-ACH vμ R-CCCH lμ các kênh đa truy nhập vì MS phát không cần sự cho phép rõ rμng của BS. R-ACH vμ R-CCCH sử dụng cơ chế ALOHA kiểu chia khe với xác suất bắt giữ cao hơn do các tính chất CDMA trên kênh(Nhiều ng−ời sử dụng phát đồng thời). Tại một tần số ấn định có thể có một hay nhiều kênh truy nhập . Các kênh truy nhập đ−ợc phân biệt bởi các mã PN dμi khác nhau. R-CCCH giống R-ACH đối với các khung 20ms, tốc độ 9,6Kbps. Có thể hỗ trợ tốc độ bổ sung 19,2Kbps, 38Kbps vμ các khung 20ms tốc độ 9,6Kbps. Các bit kênh truy nhập tăng cuờng Cộng 12bit chỉ thị chất luợng khung Cộng 8bit đuôi mã hóa Mã hóa k=9,r=1/4 Lặp ký hiệu (4 nhân tố) Đan xen khối Các ký hiệu điều chế C a . Các cấu trúc kênh cho đầu đề ở kênh truy nhập tăng cuờng tốc độ trải phổ 1 153,6kbps C Các ký hiệu điều chế Đan xen khối Lặp ký hiệu (4 nhân tố) Mã hóa k=9,r=1/4 9,6 kbit/s Cộng 8bit đuôi mã hóa Cộng 12bit chỉ thị chất luợng khung 32 bit trên khung 5ms Các bit kênh truy nhập tăng cuờng Hình 1.10: Cấu trúc của R-ACH vμ R-CCCH 1.3.6.2 Kênh hoa tiêu đ−ờng lên (R-PICH: Reverse Pilot Channel) -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 31 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 32 Kênh hoa tiêu cho các kênh riêng đ−ờng lên bao gồm: Một giá trị tham khảo cố định vμ thông tin điều khiển công suất đ−ờng xuống đ−ợc ghép chung. Thông tin điều khiển công suất ghép theo thời gian đ−ợc gọi lμ kênh con điều khiển công suát. Kênh con nμy cung cấp thông tin ở chất l−ợng đ−ờng xuống ở tốc độ 1 bit mỗi nhóm điều khiển công suất1,25ms (PCG: Power Control Group) vμ nó sử dụng các kênh đ−ờng xuống để điều khiển công suất của chúng. Lặp điều khiển công suất có nghĩa lμ giá trị một bit nμy không thay đổi trong thời gian lặp ký hiệu. Bit điều khiển công suất sử dụng phần cuối cùng của mỗi PCG. Ký hiệu hoa tiêu +1 vμ các ký hiệu điều khiển công suất ghép chung đều đ−ợc phát với cùng một mức công suất. Các ký hiệu điều khiển công suất cơ số 2 đều đ−ợc thể hiện bằng các giá trị ±1 P-PICH đ−ợc sử dụng để bắt đầu , bám thời gian , khôi phục chẩn nhất quán cho máy thu RAKE các biện pháp điều khiển công suất. Cấu trúc R-PICH đ−ợc cho ở hình 1.10 1.3.6.3 Kênh điều khiển riêng đ−ờng lên(R-DCCH :Reverse Dedicated Control Channel) Phụ thuộc vμo hoμn cảnh phục vụ kênh R-DCCH , F-FCH vμ R-SCH đ−ợc dùng hoặc không đ−ợc dùng.Mỗi kênh vật lý đ−ợc trải phổ bằng chuỗi mã Walsh để đảm bảo phân kênh trực giao cho các kênh logic. Hoa tiêu trải phổ vμ R-DCCH đ−ợc sắp xếp lên kênh số liệu đồng pha (I). R-FCH vμ R-SCH đ−ợc sắp xếp lên kênh số liệu vuông góc (Q). Sau đó các kênh số liệu I vμ Q đ−ợc trải phổ sử dụng ph−ơng pháp trải phổ PN kiểu phân thức. 1.3.6.4 Kênh cơ bản đ−ờng lên (R-FCH :Reverse Fundamental Channel) R-FCH hỗ trợ các khung 5 vμ 20ms. Cấu trúc khung 20ms đảm bảo các tốc độ đ−ợc rút ra từ RS1 vμ RS2 của IS-95B. Các khung 5ms cung cấp 24bit thông tin trên khung với 16 bit CRC. Trong mỗi khung 20ms có thể phát một khung 20ms hoặc 4 khung 5ms hoặc không phát gì .Ngoμi ra khi sử dụng cấu trúc khung 5ms, có thể bbạt hoặc tắt một trong số bốn đoạn 5ms trong đoạn khung 20ms. R-FCH đ−ợc truyền ở các tốc độ khác nhau cho các cấu hình vô tuyến khác nhau. R-FCH hỗ trợ các tốc độ bit khác nhau nh− : 1,5 ; 2,7 ; 4,8 ; 9,6 Kbps cho RC3 vμ RC5 , 14,4 Kbps cho RC4 vμ RC6. 1.3.6.5 Kênh bổ sung đ−ờng lên(S-SCH :Reverse Supplementary Channel) R-SCH có thể lμm việc ở các chế độ khác nhau. Chế độ thứ nhất đ−ợc sử dụng cho các tốc độ không quá 14,4Kbps vμ sử dụng phát hiện mù(không có thời gian biểu hoặc thông tin tốc độ). ở chế độ thứ 2 BS đ−ợc thông tin tốc độ , R-SCH đ−ợc sử dụng cho các cuộc gọi số liệu vμ có thể hoạt động ở các tốc độ bit khác nhau. R-SCH chỉ hỗ trợ cho các RC3 vμ RC5. Do đó RC3 chỉ đ−ợc hỗ trợ ở trên R- FCH cho các cuộc gọi số liệu gói tốc độ cao, R- SCH hỗ trợ cho các tốc độ nμy ở 9,6 ; 19,2 ; 38,4 ; 76,8 ; 153,6 Kbps . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Một nhóm điều khiển công suất(PCG),4 nhóm 384 N PN chip 384xN PN chip Điều khiển công suấtHoa tiêu Các bit điều khiển công suất Kênh hoa tiêu A N= 1 cho tốc độ 1,2288Mcps N= 3 cho tốc độ 3,6864Mcps N= 6 cho tốc độ 7,3728Mcps N= 9 cho tốc độ 11,0592Mcps N= 12 cho tốc độ 14,7456Mcps Một bit điều khiển công suất PCG:16 bit điều khiển công suất cho mỗi khung MUX Lặp ký hiệu 384 N mẫu Hình 1.11: Cấu trúc kênh hoa tiêu đ−ờng lên (R-PICH) cho các kênh riêng đ−ờng lên 1.3.6.6 Kiểm soát lỗi tr−ớc đ−ờng lên. Đ−ờng lên sử dụng mã xoắn k=9 vμ r=1/4 cho R-FCH. Các thuộc tính khoảng cách của mã nμy tốt hơn nhờ thế đảm bảo chất l−ợng tốt hơn trong các môi tr−ờng chịu ảnh h−ởng của Fading vμ tạp âm Gauss trắng cộng. Đối với tốc độ bit cao có thể sử dụng mã xoắn với độ dμi hạn chế 4, tỷ lệ mã 1/4 . 1/3. Các kênh vật lí đ−ờng lên Hoa tiêu R-ACH hay R-CCCH L−u l−ợng RS1 vμ RS2 L−u l−ợng RS3 đến RS6 R-FCH R-SCHR-FCH Các kênh mới Các kênh chung của CDMA vμ IS-95 Hình1.12:So sánh giữa các kênh vật vật lý đ−ờng lên của CDMA_2000 vμ IS-95 -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 33 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 34 1.3.6.7. Các đặc tính của lớp vật lý đ−ờng lên. Dạng sóng liên tục .Hoa tiêu liên tục vμ dạng sóng kênh số liệu liên tục đ−ợc sử dụng cho tất cả các tốc độ số liệu. Dạng sóng liên tục giảm thiểu giao thoa đối với các thiết bị y tế vμ cho phép tăng vùng phủ sóng ở các tốc độ truyền dẫn thấp. Dạng sóng liên tục còn cho phép ghép sin để nhận đ−ợc toμn bộ lợi ích từ phân tập thời gian khung. BS s− dụng hoa tiêu để tìm đ−ờng đa tia, bám, giải điều chế nhất quán vμ đo chất l−ợng đ−ờng truyền cho mục đích điều khiển công suất. Sử dụng các kênh trực giao cho hoa tiêu vμ các kênh số liệu khác. Nhờ vậy có thể dễ dμng điều chỉnh mức công suất của kênh hoa tiêu vμ các kênh số liệu mμ không lμm thay đổi cấu trúc khung hoặc các mức công suất của một vμi ký hiệu trong khung. Các kênh trực giao với các chuỗi Walsh có độ dμi khác nhau. Hệ thống CDMA sử dụng các kênh trực giao cho hoa tiêu vμ các kênh dữ liệu vật lý khác. Các kênh trực giao nμy đ−ợc trang bị các chuỗi Walsh có độ dμi khác nhau, trong đó các kênh có độ dμi cao hơn thì có chuỗi Walsh ngắn hơn. Chuỗi Walsh ngắn cho phép có thể điều tiết tốc độ mã hóa cao ở đầu ra. Thích ứng tốc độ , cần có một vμi giải pháp để thích ứng tốc độ số liệu với các tốc độ đầu vμo của bộ trải phổ Walsh. Các ph−ơng pháp nμy bao gồm điều chỉnh tốc độ mã hóa bằng cách chích bổ, lặp ký hiệu vμ lặp chuỗi. Ph−ơng pháp thiết kế nh− sau: Đầu tiên sử dụng mã tốc độ thấp nh−ng không giảm tốc độ xuống d−ới tỷ lệ vì các độ lợi cả các tốc độ thấp hơn lμ rất nhỏ va sự phức tạp khi giải mã sẽ tăng lên đáng kể. Các búp bên phổ thấp: Hệ thống CDMA_2000 đạt đ−ợc các búp bên phổ thấp với các bộ khuếch đại không lý t−ởng bằng cách phân chia các kênh vật lý vμo các kênh I vμ Q vμ sử dụng ph−ơng pháp trải phổ PN loại nhân phức hợp. Các kênh số liệu độc lập. Hai kênh số liệu vật lý (R-FCH vμ F-SCH) đ−ợc sử dụng trên đ−ờng lên có thể thích ứng với cùng một kiểu dịch vụ. Việc sử dụng R-FCH vμ R-SCH cho phép hệ thống có thể tối −u hóa nhiều dịch vụ cùng một lúc. Các kênh nμy đ−ợc mã hóa riêng, đ−ợc ghép xen vμ có thể có mực công suất phát khác nhau cũng nh− điểm thiết lập FER khác nhau. Điều khiển công suất lên: có ba thμnh phần điều khiển công suất lên: Vòng hở, vòng kín vμ vòng ngoμi. Điều khiển công suất vòng hở thiết lập công suất phát trên cơ sở công suất thu đ−ợc ở MS. Điều khiển công suất vòng hở bù suy hao đ−ờng truyền từ MS đến BS vμ xử lý Fading rất chậm. Điều khiển công suất vòng kín bao gồm một vòng hồi tiếp 800bps vμ BS đếm MS để thiết lập công suất phát ở MS. Điều khiển công suất vòng kín bù Fading từ trung bình đến nhanh vμ sự không chính xác khi điều chỉnh công suất vòng hở. Điều khiển công suất vòng ngoμi đ−ợc thực hiện đặc biệt để điều chỉnh ng−ỡng điều chỉnh công suất vòng kín ở BS để duy trì FER đã thiết kế. Kênh điều khiển riêng đặc biệt: Đ−ờng lên có một kênh điều khiển riêng, trực giao liên tục công suất thấp vμ tốc độ thấp. Điều nμy cho phép cấu trúc kênh điều khiển riêng không ảnh h−ởng các cấu trúc khung kênh hoa tiêu vμ kênh vật lý khác. Độ dμi khung: Hệ thống CDMA_2000 sử dụng các khung 5ms vμ 20ms cho thông tin điều khiển ở các kênh điều khiển riêng vμ cơ bản đồng thời sử dụng các Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 35 khung 20ms cho các kiểu số liệu khác.( gồm cả thoại). Đan xen vμ lặp chuỗi đ−ợc thực hiện trên toμn khung. Điều nμy đảm bảo cải thiện phân tập thời gian ở các hệ thống sử dụng khung ngắn. Các khung 20ms đ−ợc sử dụng cho thoại, các khung ngắn hơn sẽ giảm trễ thoại nh−ng sẽ gây giảm chất l−ợng giải điều chế do khoảng ghép Sin ngắn. 1.3.6.8 Điều chế vμ mã hóa đ−ờng lên. Đ−ờng lên sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chíp IS-95B , 1,2288Mcps(đ−ợc đăng ký lμ tốc độ chíp 1x) hay các tốc độ chíp lμ bội của 3,6,9,12 của tốc độ chíp IS-95B. Các hệ thống tốc độ chip cao đ−ợc ký hiệu lμ 3x,6x,9x,12x với các tốc độ t−ơng ứng lμ 3,684 ; 7,3728 ; 11,0592 vμ 14,7456 Mcps Hệ thống 1x có thể đ−ợc sử dụng ở bất cứ nơi nμo mμ đ−ờng lên IS-95B đ−ợc sử dụng . Tần số sóng mang đ−ờng lên IS-95B có thể dùng chung cho các MS phát dạng sóng IS-95B vμ các MS phát dạng sóng CDMA_2000 1x. Các đ−ờng lên tốc độ chíp cao có thể đ−ợc sử dụng ở các ứng dụng đ−ợc phân bổ độ rộng băng tần rộng hơn. Các MS hỗ trợ các tốc độ chíp cao hơn thông th−ờng cũng hỗ trợ tốc độ chíp 1x. Điều nμy cũng cho phép các MS nμy truy nhập đến BS chỉ hỗ trợ 1x vμ các hệ thống tốc độ chip cao hơn. Trong băng tần cấp phát cho các nhμ khai thác, các đ−ờng lên của CDMA_20001x thông th−ờng chiếm cùng độ rộng nh− IS-95B(1,25MHz) vμ các đ−ờng của CDMA_2000 tốc độ cao chiếm độ rộng băng tần 1,25MHz nhân với thừa số tốc độ chip. Cả hai phía của băng tần có khoảng bảo vệ 625KHz. 1.3.6.9. Các đặc tính quan trọng của đ−ờng lên. - Các kênh tr−ớc hết đ−ợc ghép theo mã. - Các kênh đặc biệt đ−ợc sử dụng với các đặc tính vật lý vμ QoS khác nhau. - Phát liên tục để tránh giao thoa điện từ. - Các kênh đ−ợc trực giao bằng hamg Walsh vμ phân chia I/Q để chất l−ợng t−ơng đ−ơng BPSK - Kết hợp mềm dẻo QPSK vμ BPSK. - Đ−ờng lên nhất quán nhờ hoa tiêu liên tục. - Thông tin điều khiển công suất đ−ờng xuống đ−ợc ghép thời gian với hoa tiêu. - Bằng cách loại trừ thay đổi pha luân phiên của ngẫu nhiên hóa phức, đỉnh công suất giảm vμ búp bên hẹp. - Các kênh cơ bản vμ bổ sung có công suất phát khác nha vμ chỉ tiêu FER khác nhau. - Hiệu chỉnh lỗi tr−ớc. - Điều khiển công suất đ−ờng lênh nhanh: 800 lần trong 1 giây. - Độ dμi khung: + Các khung 20ms đ−ợc sử dụng cho báo hiệu vμ thông tin của ng−ời dùng. + Các khung 5ms đ−ợc sử dụng cho thông tin điều khiển. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- 1.4 .Xử lý cuộc gọi trong CDMA Xử lý cuộc gọi lμ phần rất quan trọng nó bao gồm một kiến thức tổng quát vμ sâu sắc của tất cả các phần tử trong hệ thống. S-Fone sử dụng tiêu chuẩn IS-2000 cho toμn bộ các thủ tục xử lý cuộc gọi, Trong tiêu chuẩn đó quy định các chuẩn thời gian cho các giai đoạn của cuộc gọi, các quy định rất chặt chẽ về các vòng đμm phán giữa MS với toμn bộ hệ thống, một loạt các bản tin với các tr−ờng tham số trong các bản tin . Mỗi tham số trong một bản tin đ−ợc hiểu nh− một cờ lệnh cho MS biết để đăng nhập, lμm việc với hệ thống thông qua các kênh truy nhập... vμ để thực hiện các vòng điều khiển công suất đ−ợc thực hiện tại BTS , BSC hay ngay cả MS. Cũng nh− vậy các tham số trong nhất định còn cho phép hệ thống đ−a ra các phép đo l−ờng để đánh giá chất l−ợng giao thoa hay để đ−a ra các quyết định chuyển giao phù hợp... Trong phần nμy sẽ trình bμy về xử lý cuộc gọi cho MS, kiểu xử lý cuộc gọi ứng với các dịch vụ thoại vμ dữ liệu ; chức năng xử lý cuộc gọi. 1.4.1 Xử lý cuộc gọi tại MS Thủ tục xử lý cuộc gọi đ−ợc minh họa trên dình d−ới đây. Khi MS bật nguồn lên nó sẽ tìm kiếm hệ thống sử dụng các kênh mμo đầu nh− kênh song chủ, kênh đồng bộ vμ các kênh nhắn tin vμ kênh truy nhập. System Access state MS Control on the Traffic Channel MS Idle state MS Initialization state Power UP Giải phóng cuộc gọi (kết thúc sử dụng kênh luu luợng Chuyển sang kênh luu luợng Nhận đựơc bản tin kênh nhắn tin vμ yêu cầu một phúc đáp hay đáp ứng; Khởi tạo thoại hay thực hiện đăng nhập hệ thống MS yêu cầu thu nhận định thời từ hệ thống Nhận phúc đáp tới kênh truy nhập hay ph tá đi kênh truy nhập mở rộng khác hơn lμ một bản tin trả lời kênh nhắn tin Hoạt động chuyển giao trạng th iá rỗi của MS với tham số NGHBR_CONFIG = 001 hoặc không thể nhận đựơc PCH hay bản tin BCCH/F-CCCH L−u đồ xử lý theo tiêu chuẩn IS-2000 -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 36 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 37 MS sẽ nhanh chóng đồng bộ với mã PN của BTS. khi quá trình bắt đồng bộ kết thúc, MS nhận đ−ợc thông tin về thời gian của hệ thống để nhận đ−ợc thời gian chính xác. Sau đó MS thu nhận các thông tin về hệ thống từ kênh nhắn tin phát đi từ BTS để có các thông tin cần thiết cho các phiên truyền thông trong t−ơng lai. MS đăng ký thông tin của nó cho BTS thông qua kênh truy nhập vμ thực hiện các công đoạn cần thiết cho xử lý cuộc gọi với BTS thông qua kênh l−u l−ợng. a, MS phải trải qua các trạng thái cơ bản. Giai đoạn khởi tạo MS: - Đây lμ giai đoạn kích hoạt MS vμ thu nhận kênh sóng chủ vμ kênh đồng bộ. Trong trạng thái nμy, đầu tiên MS sẽ lựa chọn hệ thống mạng phù hợp nhất để lμm việc. Mỗi BTS đều sử dụng cùng một mã PN nh− nhau về độ dμi chỉ khác nhau về độ lệch theo thời gian t−ơng ứng với số chip lμ nx64 chip, giá trị lệch nμy đ−ợc gửi lên trên kênh song chủ. MS sẽ biết mình thuộc về trạm phủ sóng nμo bởi so sánh độ lệch các chíp với một bảng chuẩn. Sau đó nó hoμn toμn có thể thu nhận đ−ợc các thông tin thời gian hệ thống t−g BTS thông qua kênh đồng bộ. Giai đoạn rỗi của MS: - Lμ giai đoạn mμ MS đã nhận đ−ợc các thông tin về hệ thống của mạng - liên tcj nhận các bản tin nhắn tin từ BTS. Trong giai đoạn nμy MS thực hiện điều khiển công suất vòng hở , nó lựa chọn kênh tìm gọi vμ thiết lạpp tốc độ thông qua tốc độ truyền dẫn tìm gọi (Các giá trị nμy đã đ−ợc biết tr−ớc khi nhận kênh đồng bộ trong giai đoạn khởi động). Trong giai đoạn rỗi, MS thực hiện những thủ tục sau đây: + Giám sát kênh nhắn tin. + Kiểm tra các bản tin + Đăng nhập hệ thống. + Chuyển giao rỗi. + Thu nhận các bản tin mở rộngvề hệ thống. + Kiểm tra bản tin nhắn tin vừa thu nhận đ−ợc lμ giμnh cho chính nó hay không. + Thực hiện ngắt nguồn. + Thực hiện các b−ớc khởi tạo cuộc gọi. Giai đoạn truy nhập hệ thống: Giai đoạn mμ MS sẵn sμng truy nhập vμo hệ thống. Thực hiện các yêu cầu cần đμm thoại. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- (Buớc vμo trạng thái truy nhập hệ thống) Trạng thái khởi tạo kênh Giai đoạn chờ chỉ thị Giai đoạn MS trả lời chỉ thị Giai đoạn đμm thoại Trạng thái giải phóng cuộc gọi Trạng thái xác định hệ thống nằm trong trạng thái khởi tạo của MS Nhận đuợc bản tin giải phóng từ BTS Nhận đuợc bản tin giải phóng từ BTS Nhận đuợc bản tin giải phóng Nhận đuợc bản tin giải phóng Nhận đuợc bản tin cảnh báo giải phóng MS kết thúc cuộc gọi vμ lớp 3 nhận đuợc chỉ thị giải phóng trên kênh riêng huớng lên từ lớp 2 MS kết thúc cuộc gọi vμ lớp 3 nhận đuợc chỉ thị yêu cầu từ lớp 2 thông qua kênh riêng huớng lên MS kích hoạt cuộc gọi vμ lớp 3 nhận đuợc chỉ thị từ lớp 2 thông qua kênh riêng huớng lên Nguời sử dụng trả lời cuộc gọi - MS gửi các bản tin tới BTS thông qua kênh truy nhập. - MS nhận các bản tin từ BTS thông qua kênh nhắn tin. - thực hiện một loạt các vòng đμm phán với hệ thống thông qua các bản tin để chuẩn bị b−ớc sang trạng thái sau sử dụng kênh l−u l−ợng cho yêu cầu đμm thoại. Điều khiển MS trong giai đoạn sử dụng kênh l−u l−ợng: Giai đoạn ở đó MS bận. MS thực hiện truyền thông điểm- điểm với SVC vủa BSC thông qua kênh l−u l−ợng. MS cũng chấp hμnh chuyển giao nếu có vμ liên tục cùng BTS tiến hμnh các mạch vòng điều khiển công suất. Trong quá trình chuyển giao MS sẽ giải điều chế ra tín hiệu tốt nhất đ−ợc kết hợp một hay nhiều tia song từ BTS đang phục vụ.Trong khi đó BSC,SVC thực hiện phép lựa chọn thông qua FER để quyết định chất l−ợng cho chuyển giao. b, Thủ tục xử lý cuội gọi trên kênh l−u l−ợng. -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 38 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 39 Hình trên minh họa toμn bộ các trạng thái của kênh l−u l−ợng trong giai đoạn xử lý cuộc gọi. MS đã sẵng sμng sủ dụng kênh nμy sau khi quá trình trên hoμn tất. 1. Trạng thái khởi tạo kênh truy nhập: MS bất đầu thu nhận kênh l−u l−ợng h−ớng lên, bắt đầu phát kênh l−u l−ợng h−ớng xuống vμ thực hiện những thao tác sau: - Đăng ký. - Thủ tục xác nhận. - Điều khiển công suất. - Khởi tạo vμ xử lý các lựa chọn dịch vụ khác. 2. Trạng thái kênh l−u l−ợng(Trạng thái chờ nhận chỉ thị): Trong trạng thái nμy MS chờ đợi bản tin chỉ thị từ BTS vμ nhận các thông tin liên quan nh−: - Số bên gọi vμ chủ gọi. - Số lần đ−ợc kết nối. - Kiểu tín hiệu chuông. - Chờ nhận các bản tin trong vòng đμm phán . 3. Trạng thái kênh l−u l−ợng( Trạng thái MS rả lời): Trong trạng thái nμy MS chờ ng−ời sử dụng ấn phím nghe. 4. Trạng thái hội thoại. 5. Trạng thái giải phóng: Theo tiêu chuẩn IS-2000 MS luôn luôn khởi động lại từ trạng thái khởi động ngay sau khi kết thúc cuộc gọi để cập nhật lại thời gian. Chính vì thế bản tin đầu tiên ngay sau khi mỗi cuộc gọi kết thúc lμ bản tin đồng bộ. Đây cũng lμ một dấu hiệu nhận dạng rất hiệu quả khi ta cần tìm biết các cuộc gọi nμo lμ không thμnh công. c, Các kiểu dịch vụ. Bao gồm một chuỗi các xử lý để tạo ra các lộ trình cho các yêu cầu cuộc gọi bằng cách phân bổ các nguồn tμi nguyên của hệ thống. Kiểu cuộc gọi đ−ợc xử lý bởi MSC. Xử lý cuộc gọi từ MS tới MS. Xử lý cuộc gọi từ MS tới thuê bao cố định. Xử lý cuộc gọi từ thuê bao cố định tời MS. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- M: Mobile L: LandMS BSCBTS BTS Case: L to M Case :M to L 3. Location/ Authentication 2. Number Translation/Origination Info.Registration/ Routing PSTN/ PLMN/ ISDN MSC/VLR 1. Setup/Assignment Case: M to M BSCMS HLR/AUC Hình 2.4: L−u đồ của một cuộc gọi cơ bản Miêu tả ngắn gian đoạn trên hình nh− sau: - Thiết lập/Phân bổ : MS yêu cầu đòi phục vụ của dịch vụ. Nó gửi một bản tin yêu cầu với các thông tin nh− số thuê cao bao chủ gọi, số thuê bao bị gọi, thông tin cá nhân MS... cho MSC. - Diễn giải số/ định tuyến , đăng ký: Nhờ sử dụng bản tin thông tin thuê bao mμ hệ thống nhận biết đ−ợc vμ diễn giải số thuê bao, đăng nhập thuê bao trong VLR vμ định tuyến cho lộ trình thoại. - Định vị / Nhận thực: Nếu cuộc gọi của thuê bao bị gọi lμ di động hệ thống sẽ phải tiến hμnh tìm các thông tin định vị của thuê bao nμy vμ các thủ tục cμn thiết khác để kết nối chúng. Cũng t−ơng tự cho các tr−ờng hợp còn lại chúng sẽ thực hiện trao đổi báo hiệu với các tổng đμi khác phụ trách thuê bao bị gọi để kết nối chúng. 1.4.2 . Thiết lập cuộc gọi trên giao diện A cho các dịch vụ thoại vμ dữ liệu. Trong phần nμy sẽ trình bμy thủ tục thiết lập cuộc thoại.Mặc dù thế mạnh của CDMA lμ phục vụ cho các dịch vụ đa dạng tốc độ cao. Tuy nhiên trong phạm vi hạn hẹp của đề tμi em xin chỉ trình bμy về các dịch vụ thoại. Các bản tin đ−ợc sử dụng để lôi kéo các phần tử có liên quan đến cuộc gọi tham gia một cách ổn định , các bản tin nμy đều có hai kiểu (DTAP hay BSMAP) a, Cuộc gọi đ−ợc khởi s−ớng bởi thuê bao di động MS( liên quan đến các bản tin cơ bản sau đây): Bản tin chứa thông tin lớp 3 với yêu cầu dịch vụ quản lý kết nối. Khi thông tin yêu cầu thiết lập kết nối phục vụ cho MS đ−ợc BTS nhận. BTS sẽ xây dựng một loạt bản tin lớp 3 DTAP d−ới tên bản tin yêu cầu quản lý kết nối gửi lồng nó vμo trong bản tin chính có tên gọi lμ bản tin thông tin lớp 3 đầy đủ gửi tới MSC. Bản tin thông tin lớp -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 40 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- 3 đầy đủ bao gồm cả một bản tin BSMAP, bản tin nμy chứa bản tin yêu cầu dịch vụ kết nối, bản tin phản hồi tìm gọi (Paging Response Message) hay một loại bản tin yêu cầu cập nhật vị trí thuê bao MS. - Bản tin yêu cầu phân bổ tμi nguyên : Bản tin BSMAP đ−ợc gửi từ MSC tới cho BS để yêu cầu BSS cấp tμi nguyên vô tuyến. - Bản tin xác nhận không phân bổ tμi nguyên đ−ợc: Bản tin chỉ ằng đã không thể hoμn tất cấp tμi nguyên. Vấn đề nμy lμ do chất l−ợng sóng, nhiễu giao thao, kế hoạch tổng thể đặt trạm không tối −u... - Bản tin xác nhận hoμn tất phân bổ tμi nguyên. - Vμ các bản tin xác nhận chuyển giao, điều khiển công suất. - Bản tin PACA: Bản tin BSMAP đ−ợc gửi từ MSC tới BSC để chỉ thị BSS biết rằng đã xác lập chế độ −u tiên cho dịch vụ của thuê bao loại nμy. - Bản tin xác nhận PACA: BSS xác nhận cho MSC biết rằng nó đã đặt đúng hμng đợi cho dịch vụ đó. - Bản tin cập nhật PACA: Bản tin BSMAP đ−ợc gửi đi hoặc lμ BSS hay MSC để thông báo rằng BSS hay MSC dự định thay đổi thứ tự hμng đợi. - Bản tin xác nhận cập nhật: Xác nhận cập nhật t−ơng thích với bất kỳ sự thay đổi nμo của BSS hay MSC. - Chế độ PACA: Lμ chế độ cho phép ng−ời sử dụng có thể có quyền −u tiên truy nhập vμo kênh l−u l−ợng. Khi kênh l−u l−ợng dùng hết thì BTS sẽ thiết lập ra hμng đợi để phục vụ, khi có một kênh l−u l−ợng đ−ợc giải phóng thì BTS sẽ phục vụ theo thứ tự −u tiên trên hμng đợi. Ringing Assignment CM Service Request Ring Back Tone (Conversation) Service MS Ack BS Ack Transfer Preamble Extended Channel Asignment TCH Setup BS Ack Mob Origination (S.O: Voice) MSCPSTNBSSMS Hình 2.6 : Thủ tục khởi tạo cuộc gọi . -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 41 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Connect Assignment Paging Connect Alert Paging MS BSS MSC Paging TCH Setup Extended Channel Asignment Transfer Preamble BS Ack MS Ack Service Negotiation CM Service Request Assignment Hình 2.7 : Phía thuê bao bị gọi Thủ tục khởi tạo cuộc gọi Rất đơn giản việc khởi tạo cuộc gọi đ−ợc thực hiện khi ng−ời sử dụng nhấn phím SEND (thuộc một số dòng máy CDMA) sau khi nạp số của thuê bao bị gọi. Các thủ tục liên tục đ−ợc thực hiện nh− sau: - MS gửi bản tin Origination Message tới cho BTS. - Khi nhận đ−ợc bản tin nμy thông qua kênh truy nhập BSC gửi xác nhận BS ACK Order cho MS . Thông qua kênh nhắn tin để xác nhận đã thu nhận đ−ợc kênh nμy. Nếu sau các khoảng thời gian nhất định MS không thấy xác nhận nμy, nó sẽ lại tiếp tục gửi các bản tin nμy tiếp theo một chu kỳ nhất định của thời gian đ−ợc quy định bằng các tham số của hệ thống theo tiêu chuẩn IS-2000. - Trong cùng thời điểm nμy, BSC gửi bản tin BSMAP yêu cầu dịch vụ quản lý kết nối cho MSC qua kênh báo hiệu No7. Trong tr−ờng hợp báo hiệu bị chiếm hết, MSC nghẽn mạng thì BSC sẽ nhận đ−ợc phản hồi phù hộ từ chối dịch vụ phía MSC. - Sau khi nhận đ−ợc bản tin từ chối dịch vụ, MSC sẽ gửi bản tin yêu cầu phân bổ tμi nguyên vô tuyến tới BSC. bản tin nμy còn bao gồm giá trị mã nhận diện mạch nối cho yêu cầu tại MSC vμ kiểu kênh của phía thuê bao bị gọi. - Thủ tục thiết lập kết nối ATM đ−ợc thực hiện trong BSC trong khi BTS thực hiện một chuỗi các thao tác phân bổ tμi nguyên kênh vô tuyến. - Sau khi hoμn tất các thủ tục, BSS gửi cho MS bản tin ECAM (Extended Channel Assignment Message) Bao gồm thông tin về các kênh l−u l−ợng (mã của các kênh nμy...) vμ giá trị bộ đếm , hμng đợi ... - Khi MS nhận đ−ợc bản tin ECAM , nó bắt đầu sử dụng kênh l−u l−ợng h−ớng xuống vμ thu nhận đ−ợc các kênh l−u l−ợng h−ớng lên. MS thu nhận vμ kiểm tra chất -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 42 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 43 l−ợng đ−ờng lên , nó cũng phát dữ liệu mμo đầu đánh dấu các kênh l−u l−ợng cho BSS. - Bộ quản lý thoại của BSS(Selector) gửi phúc đáp ACK để kiểm tra liên kết của kênh l−u l−ợng có đúng trình tự hay không. - Khi đó MS sẽ xác nhận trình tự nμy vμ MS cùng với BSS bắt đầu đμm phán về các dịch vụ lựa chọn thêm(có tính −u tiên hay không...) - Nếu tất cả các kênh l−u l−ợng đ−ợc thiết lập thμnh công , hoμn tất việc đμm phán lựa chọn dịch vụ thì BSC sẽ gửi bản tin Assignment Complete tới MSC. - Giai đoạn gửi hồi âm chuông từ thuê bao dị gọi về cho thuê bao chủ gọi vμ kết nối. b, Thủ tục khởi tạo phía thuê bao bị gọi. Thủ tục nμy liên quan đến một loạt các bản tin sau đây: - Bản tin yêu cầu tìm gọi: Bản tin BSMAP đ−ợc gửi đi từ MSC tới BTS để khởi đầu một kịch bản thiết lập phiên truyền thông với thuê bao bị gọi. - Bản tin đáp ứng nhắn tin: Bản tin DTAP đ−ợc gửi đi từ BSS tới MSC sau khi nhận đ−ợc bản tin phúc đáp tìm gọi (Paging Response từ MS). - Bản tin phân bổ tμi nguyên : T−ơng tự nh− bản tin nμy trong tr−ờng hợp thuê bao chủ gọi. - Bản tin phân bổ hoμn thμnh : T−ơng tự nh− tr−ờng hợp của MS chủ gọi. - Bản tin lỗi phân bổ : Giống nh− trên. - Bản tin kết nối: Bản tin DTAP thông báo cho MSC rằng MS bị gọi vừa trả lời chuông. - Bản tin DTAP đ−ợc gửi đi từ MSC tới MS . Sau khi nhận đ−ợc bản tin nμy BSS sẽ gửi bản tin Alert With Information Message trên giao diện vô tuyến. Thủ tục trên đ−ợc kích hoạt khi MSC xác nhận vùng tìm gọi của thuê bao MS vμ phát bản tin yêu cầu tìm gọi tới BSS. D−ới đây lμ b−ớc thực hiện của các thủ tục trên đ−ợc mô tả ngắn gọ