Đồ án Giới thiệu các hệ thống thông tin di động 3g

Mục lục Danh mục các từ viết tắt ........................................................................... 46 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động Vô tuyến di động đã được sử dụng các đây khoảng 80 năm. Dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã được biết đến hơn 50 trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay, cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này. (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp. (2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường pha đinh đa tia. (3) không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng. (4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng. (5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. (6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước khác. Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới. Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM. GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz. Năm 1985 hệ thống số được quyết định. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn. ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993. Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề dung lượng đã phát sinh ở các thị trường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được ký hiệu là IS-54. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt hơn. Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA. Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS - 136, còn được gọi là AMPS số (D-AMPS). Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA). Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Được thành lập vào năm 1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này. Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS - 95 A. Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng Kông. CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật. Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA. Ở Nhật vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nước này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System). Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã được đưa vào thương mại. Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thông tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998. Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba. Có hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-CDMA và CDMA 2000. W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và CDMA 2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2. Ở thế hệ này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng. 1.2. Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động Các mạng di động có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ như mạng điện thoại cố định thông thường. Ngoài ra nó cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng di động để đảm bảo thông tin mọi lúc mọi nơi.. Các mạng thông tin di động phải đảm bảo các đặc tính sau: 1. Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao do hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động. 2. Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu. 3. Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất. 4. Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang vùng phủ khác. 5. Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại. 6. Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International Roaming). 7. Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng. 1.3 Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng dựa trên cơ sở tiêu chuẩn chung IMT-2000. Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000: Sử dụng dải tần quy định quốc tế như sau: Đường lên: 1885-2025 MHz. Đường xuống: 2110-2200 MHz. Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến. Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: Trong công sở. Ngoài đường. Trên xe. Vệ tinh. Có thể hỗ trợ dịch vụ như: Môi trường ảo. Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện. Dễ dàng hổ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành 4 vùng: Vùng 1: Trong nhà, ô picô, Rb ≤ 2 Mbps. Vùng 2: thành phố,ô micro, Rb ≤ 384 kbps. Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb 1≤ 144 kbps. Vùng 4: Toàn cầu, Rb=9,6 kbps. Bảng 1.1. Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000 Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di động Dịch vụ di động Di động dịch vụ/di động cá nhân/ di động đầu cuối Dịch vụ thông tin định vị Dịch vụ theo dõi di động/dịch vụ theo dõi di động thông minh Dịch vụ viễn thông Dịch vụ âm thanh -Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps) -Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) -Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) Dịch vụ số liệu -Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình(64-144 kbps) -Dịch vụ số liêu tốc độ tương đối cao(384-2 Mbps) -Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2 Mbps) Dịch vụ đa phương tiện -Dịch vụ video (384 kbps) -Dịch vụ hình chuyển động (384 kbps-2Mbps) -Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥2 Mbps) Dịch vụ I nternet Dịch vụ Internet đơn giản Dịch vụ thâm nhập Wed (384kbps-2 Mbps) Dịch vụ Internet thời gian thực Dịch vụ Internet (384 kbps-2 Mbps Dịch vụ Internet đa phương tiện Dịch vụ Wedsite đa phương tiện thời gian thực (≥2 Mbps) Bảng 1.2. So sánh các thông số giao diện vô tuyến ở hai tiêu chuẩn này W-CDMA cdma-2000 Sơ đồ đa thâm nhập DS-CDMA băng rộng CDMA đa sóng mang Độ rộng băng tần 5/10/15/20 1,25/5/10/15/20 Tốc độ chip(Mcps) 1,28/3,84/7,68/11,52/15,36 1,2288/3,6864/11,0592/14,7456 Đồng bộ giữa các BTS Dị bộ/đồng bộ Đồng bộ Độ dài khung 10 ms 5/20 ms Điều chế DL/DX QPSK/BPSK QPSK/BPSK Trải phổ DL/DX QPSK/OCQPSK(HPSK) QPSK/OCQPSK(HPSK) Vocoder CS-ACELP/(ARM) EVRC,QCELP(13 kbps) Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB 3GPP2/TIA/TTA/ARIB Mô hình tổng quát của mạng IMT2000 được cho ở hình 1.1 Kí hiệu: TE : ( Terminal ) thiết bị đầu cuối UI ( User interface ) Giao diện người sử dụng Các dạng máy đầu cuối bao gồm: Thoại cầm tay: Tiếng: 8/16/32 kbps. Cửa số liệu. ảnh tĩnh. Hình ảnh xách tay. Thoại có hình chất lượng cao. Đầu cuối giống như TV. Đầu cuối kết hợp TV và máy tính. TV cầm tay có khả năng thu được MPEG. Đầu cuối số liệu gói. PC vở ghi có cửa thông tin cho phép: Điện thoại thấy hình. Văn bản, hình ảnh, thâm nhập cơ sở dữ liệu video. Đầu cuối PDA. PDA tốc độ thấp. PDA tốc độ cao hoặc trung bình. PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi. Máy nhắn tin hai chiều. Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin. 1.4 Tổng kết quá trình tiến hóa của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Ta xét tổng kết các nền tảng công nghệ chính của hệ thống thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba và quá trình tiến hóa của các nền tảng này đến nền tảng của thế hệ ba. Để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này được gọi là thế hệ 2.5. Bảng 1.3. Tổng kết một số nét chính của các nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba Thế hệ thông tin di động Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích Thế hệ 1 (1G) Thế hệ 2 (2G) Trung gian (2.5G) Thế hệ ba (3G) AMPS, TACS, NMT GSM, IS-136, IS-95 GPRS, EDGE, cdma2000-1x CDMA 2000, WCDMA Tiếng thoại Chủ yếu cho dịch vụ tiếng và bản tin ngắn Trước hết là dịch vụ tiếng có đưa thêm các dịch vụ gói Các dịch vụ tiếng và số liệu gói được thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiện. Là nền tảng thực sự của thế hệ ba FDMA, tương tự TDMA hoặc CDMA, số, băng hẹp (8-13 kbps) TDMA, CDMA, sử dụng trồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, tăng cường truyền số liệu cho thế hệ hai CDMA, CDMA kết hợp với TDMA, băng rộng, sử dụng trồng lấn lên hệ thống hai hiện có nếu không sử dụng phổ tần mới Hình 1.1 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3 TACS GSM (900) NMT(900) GPRS WCDMA GPRS IS-136 (1900) IS-95 (J-STD-008) (1900) EDGE IS-95 CDMA (800) CDMA2000 1x CDMA2000 MC 2 G AMPS SMR IDEN (800) 3G 2.5 G 1 G GSM(1800) GSM(1900) IS-136 TDMA (800) CHƯƠNG 2 CHUYỂN GIAO 2.1 Giới thiệu Chuẩn IS-2000 được bổ sung thêm một số chức năng tăng cường nhằm cải thiện hoạt động hệ thống và dung lượng hệ thống chuyển giao mềm ( soft handoff ). Đối với chuyển giao mềm, tốc độ và độ chính xác của hệ thống ảnh hưởng trực tiếp tới dung lượng và chất lượng mạng. Chuyển giao mềm nhanh và chính xác làm giảm số cuộc gọi “rớt” ( drop ) và công suất phát. Càng ít số cuộc gọi gián đoạn càng cải thiện được hoạt động của hệ thống và duy trì được công suất phát ở mức cần thiết để không làm nhiễu sang các máy khác. Đối với chuyển giao rỗi ( Idle handoff ), chuyển giao thực thể truy nhập và chuyển giao thăm dò truy nhập, tất cả đều được tăng xác suất nhận và gửi tin nhắn thành công, do đó cải thiện được hoạt động của hệ thống. 2.2 Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm là một quá trình mà máy di động hoạt động trao đổi thông tin kênh lưu lượng với hai hay nhiều trạm gốc. Theo định nghĩa, chuyển giao mềm chỉ xảy ra khi một MS nằm trong trạng thái điều khiển di động trên kênh lưu lượng. Khi một MS ở trong vùng phủ sóng của hai trạm gốc, chuyển giao mềm xảy ra giữa hai trạm gốc phát các kênh lưu lượng hướng xuống trên cùng một sóng mang CDMA và tại cùng khoảng thời gian khung. Trong quá trình quản lí chuyển giao mềm, MS duy trì trong bộ nhớ của nó bốn danh sách dải quạt duy nhất của các trạm gốc. Các danh sách này là Hình 2.1. Chuyển giao mềm duy nhất và không trùng lặp về nội dung. Trong các danh sách này, các dải quạt được lưu trữ trong các đoạn mã pilot PN của các dải quạt. Các danh sách này còn được gọi là “set” bao gồm : (1) Danh sách tích cực ( active set ), (2) Danh sách ứng cử ( candidate set ), (3) Danh sách kề cận ( neighbor set ) và (4) Danh sách ( remaining set ) 2.2.1 Danh sách tích cực ( active set ) Danh sách tích cực lưu giữ các pilot của các dải quạt trao đổi thông tin trên kênh lưu lượng tích cực với MS. Nếu danh sách tích cực chỉ có một pilot thì MS không thể chuyển giao mềm. Nếu danh sách chứa hai hay nhiều pilot thì MS được duy trì kết nối với các dải quạt được chỉ định bởi các pilot có trong danh sách. Khi trạm gốc ấn định kênh lưu lượng cho MS trong lần đầu tiên, BS xác định các pilot trong danh sách tích cực thông qua Bản tin ấn định kênh mở rộng ( extended channel assignment message ) hay bản tin ấn định kênh ( channel assignment message ). Việc cập nhật danh sách tích cực được thực hiện nhờ bản tin hướng chuyển giao mở rộng ( extended handoff direction message ). Bản tin hướng chuyển giao chung ( general handoff message ) hay bản tin hướng chuyển giao toàn cầu ( universal handoff direction message ). Danh sách tích cực có tối đa 6 pilot. 2.2.1.1 Xóa pilot ra khỏ danh sách tích cực Mỗi pilot trong danh sách tích cực có một khoảng thời gian ngắt chuyển giao. Trong IS-95, Ms bắt đầu tính khoảng thời gian ngắt chuyển giao cho pilot khi tỉ số Ec/ Io trở về T_DROP trước khi kết thúc thời gian ngắt chuyển giao thi pilot được duy trì trong danh sách tích cực và thời gian này được thiết lập lại giá trị đầu. Mặt khác nếu pilot vẫn thấp hơn T_DROP cho tới khi thời gian ngắt chuyển giao kết thúc thì một bản tin đo độ lớn pilot ( PSMM ) được gửi tới trạm gốc và pilot bị chuyển tới danh sách kề cận. Như vậy quản lí pilot trong danh sách tích cực và quá trình chuyển giao mềm phụ thuộc vào ngưỡng T_DROP. Trong IS-2000, có một thuật toán để sử dụng động ngưỡng này. Tức là, ngưỡng mới ( T_DROP *) này là một hàm theo thời gian khi MS dự tính xóa pilot ra khỏi danh sách tích cực . (T_DROP* ) này là một hàm theo thời gian khi MS dự tính xóa pilot ra khỏi danh sách tích cực. T_DROP* cho bởi giá trị lớn của T_DROP. Pj : độ lớn của pilot j. Tổng các pilot trong danh sách tích cực có độ lớn lớn hơn pilot đang xét. (8.1) được gọi là chuẩn chuyển giao ngắt ( handoff drop crierion ) đối với việc loại bỏ một pilot. SOFT_SLOPE và DROP_INTERCEPT được tính dựa trên độ nghiêng và độ phẳng của ngắt chuyển giao. Công thức thứ hai lấy giá trị lớn hơn giữa hai ngưỡng T_DROP. Nếu T_DROP lần đầu tiên lớn hơn chuẩn ngắt chuyển giao thì MS vẫn giữ giá trị T_DROP cũ làm ngưỡng ngắt. Nếu chuẩn chuyển giao ngắt lớn hơn T_DROP thì MS sẽ dùng giá trị chuẩn ngắt chuyển giao làm ngưỡng ngắt mới. Việc chọn giá trị lớn hơn giữa hai giá trị đảm bảo thực hiện ngắt chặt chẽ và toàn diện. Điều này là cho việc loại bỏ pilot trở nên nhanh hơn. 2.2.1.2 Gắn pilot vào danh sách tích cực Việc gắn vào danh sách tích cực nghĩa là MS bắt đầu liên lạc với dải quạt mới được đại diện bởi pilot đó. BS thường xuyên xác định danh sách tích cực của MS bằng việc sử dụng Bản tin hướng chuyển giao mở rộng và bằng cách đó điều khiển chuyển giao mềm tại mobile. Một pilot được đưa vào danh sách tích cực thường được đưa vào từ danh sách ứng cử. Trong IS-2000, hệ thống sử dụng một ngưỡng phát hiện di động. Ngưỡng phát hiện này (T_ADD*) bao gồm chuẩn ngắt chuyển giao ( handoff add cirterion ) cho việc gắn pilot. Chuẩn này bằng : Pk là độ lớn của pilot k. Độ lớn đổi theo thời gian. MS sẽ so sánh chuẩn pilot là một hàm theo thời gian và chuẩn gắn chuyển giao là động và thay gắn chuyển giao với pilot i. Nếu độ lớn pilot i nhỏ hơn chuẩn gắn chuyển giao thì MS sẽ không thực hiện quá trình gắn, pilot i vẫn nằm trong danh sách ứng cử. Mặt khác nếu độ lớn pilot i lớn hơn chuẩn gắn chuyển giao thì MS sẽ đưa pilot i từ danh sách ứng cử sang danh sách tích cực. Như vậy độ lớn của một pilot trong danh sách ứng cử được so sánh với tổng độ lớn của tất cả pilot trong danh sách tích cực. Nếu độ lớn trong danh sách ứng cử lớn hơn chuẩn này thì nó có thể được chuyển từ danh sách ứng cử sang danh sách tích cực. Hệ thống có thể dùng cả chuẩn T_COMP và chuẩn gắn chuyển giao để quyết định khi nào chuyển mội pilot từ danh sách ứng cử vào danh sách tích cực. Khi đó, MS sẽ gửi một bản tin PSMM hoặc một ESPMM nếu thỏa mãn hai điều kiện sau: - Độ lớn của một pilot trong danh sách ứng cử vượt quá độ lớn của một pilot trong danh sách tích cực một ngưỡng T_COMP x 0.5 dB. - Độ lớn của một pilot trong danh sách ứng cử vượt quá chuẩn gắn chuyển giao. 2.2.2 Danh sách ứng cử Danh sách ứng cử bao gồm các pilot của các dải quạt có tỷ số Ec / Io của nó đủ để làm cho chúng trở thành ứng cử chuyển giao. Khi BS ấn định kênh lưu lượng hướng xuống tới MS thì danh sách ứng cử của MS là rỗng. Danh sách ứng cử có thể có tối đa 10 pilot. 2.2.2.1 Gắn pilot vào danh sách ứng cử Việc gắn pilot vào danh sách ứng cử nghĩa là MS quyết định rằng pilot đó là một ứng cử tốt để chuyển giao. Trong IS-2000 nếu độ lớn của một pilot trong danh sách remaining hay danh sách kề cận vượt quá ngưỡng T_ADD thì MS tự động đưa pilot đó từ các danh sách trên vào danh sách ứng cử. T_ADD ở đây là ngưỡng phát hiện pilot tĩnh. BS cũng có thể đưa các pilot tới danh sách ứng cử nhờ một trong các bản tin hướng chuyển giao. 2.2.2.2 Xóa pilot ra khỏi danh sách ứng cử Mỗi pilot trong danh sách ứng cử có một thời gian ngắt chuyển giao. Trong cả IS-95A và IS-2000, MS bắt đầu thời gian ngắt chuyển giao đối với pilot khi tỉ số Ec / Io thấp hơn T_DROP. Nếu tỉ số này của pilot trở về T_DROP trước khi thời gian ngắt chuyển giao kết thúc thì pilot vẫn nằm trong danh sách ứng cử và thời gian được thiết lập lại. Mặt khác nếu tỉ số Ec / Io vẫn thấp hơn T_DROP tới khi thời gian ngắt chuyển giao kết thúc thì MS sẽ tự động xóa pilot đó ra khỏi danh sách ứng cử. Ngưỡng pilot ở đây là tĩnh. BS có thể xóa pilot ra khỏi danh sách ứng cử thông qua một bản tin điều khiển chuyển giao. Trong trường hợp khi danh sách ứng cử đã có 10 pilot mà MS muốn gắn thêm một pilot nữa thì MS sẽ dành ưu tiên cho 10 pilot đầu tiên thỏa mãn : đầu tiên, ưu tiên theo trạng thái của thời gian ngắt chuyển giao và thứ hai theo độ lớn của các pilot. MS sẽ xóa pilot có mức ưu tiên thấp nhất để tạo chỗ trống chứa pilot mới pilot mới và pilot bị xóa sẽ được chuyển sang danh sách kề cận. 2.2.3 Danh sách kề cận Danh sách kề cận bao gồm các pilot từ các dải quạt có khả năng chuyển giao. Danh sách kề cận lưu trữ các pilot được gửi thông qua tới MS thông qua bản tin danh sách kề cận tổng quát ( general neighbor list message ), bản tin danh sách kề cận mở rộng ( extended list message ). Việc cập nhật nội dung của danh sách kề cận được thực hiện nhờ dùng bản tin cập nhật danh sách kề cận mở rộng hay bản tin cập nhật danh sách kề cận. Danh sách kề cận có thể chứa tới 40 pilot. 2.2.3.1 Gắn pilot vào danh sách kề cận Danh sách kề cận chứa các pilot bị loại ra khỏi danh sách tích cực và danh sách ứng cử. MS sẽ tự động chuyển một pilot bị loại ra khỏi danh sách kề cận khi thời gian ngắt chuyển giao của pilot kết thúc hoặc pilot bị đẩy ra khỏi danh sách ứng cử khi bị tràn do nó có mức ưu tiên thấp nhất. BS có thể chuyển một pilot từ danh sách tích cực tới danh sách kề cận nhờ sử dụng bản tin điều khiển chuyển giao gửi tới MS. Sau khi nhận được bản tin, MS sẽ chuyển pilot đó từ danh sách tích cực sang danh sách kề cận nếu thỏa mãn : Thời gian ngắt chuyển giao của pilot kết thúc và độ lớn của pilot thấp hơn ngưỡng T_DROP. 2.2.3.2 Xóa pilot ra khỏi danh sách kề cận Để lưu trữ tất cả các pilot trong danh sách kề cận, MS dùng một bộ đếm cho mỗi pilot. Bộ đếm được thiết lập bằng “0” khi pilot được chuyển từ danh sách tích cực hoặc danh sách ứng cử tới danh sách kề cận. Bất cứ khi nào nhận được một bản tin cập nhật danh sách mở rộng hoặc bản tin cập nhật danh sách kề cận thì bộ đếm tăng thêm. Nếu bộ đếm của 1 pilot vượt quá NGHBR_MAX_AGI thì MS tự động chuyển pilot đó từ danh sách kề cận sang danh sách remaining. Nếu độ lớn của một danh sách kề cận lớn hơn T_ADD thì MS sẽ chuyển pilot đó tới danh sách ứng cử. Khi danh sách kề cận đã có đủ 40 pilot mà MS vẫn muốn gắn thêm một pilot nữa vào danh sách thì MS sẽ ưu tiên cho cho 40 pilot đầu tiên theo trạng thái bộ đếm và theo độ lớn pilot. MS sẽ xóa pilot có mức ưu tiên thấp nhất để lấy chỗ chứa pilot mới và pilot bị xóa được chuyển sang danh sách remaining. BS có thể tác động tới nội dung của danh sách kề cận khi sử dụng một trong các bản tin điều khiển báo hiệu. BS có thể điều khiển MS chuyển từ một pilot từ danh sách kề cận lên danh sách tích cực. 2.2.4 Danh sách remaining Danh sách remaining chứa tất cả các pilot tồn tại trong hệ thống phục vụ cho tần số sóng mang hiện thời CDMA nhưng không bao gồm các pilot trong danh sách tích cực, danh sách ứng cử và danh sách kề cận. Các độ lệch thời gian chuẩn PN pilot trong danh sách remaining được định nghĩa bởi số gia pilot PILOT_INC. Ví dụ, nếu PILOT_INC = 4 thì các dải quạt riêng rẽ trong hệ thống chỉ có thể phát pilot với các độ lệch thời gian ( offset ) là 0, 4, 8, 12… Đối với việc gắn các pilot vào danh sách remaining, MS chuyển một pilot từ danh sách kề cận sang danh sách remaining khi bộ đếm của pilot vượt quá NGHBR_MAX_AGE. Một pilot có thể được đưa vào danh sách remainning từ một danh sách kề cận bị tràn nếu nó là pilot có mức ưu tiên thấp nhất. Khi độ lớn của pilot trong danh sách remaining lớn hơn ngưỡng T_ADD, MS sẽ tự động đưa nó tới danh sách ứng cử. 2.3 Chuyển giao rỗi ( Idle handoff ) Chuyển giao rỗi xảy ra khi một máy di động trong trạng thái ngừng giám sát kênh F-PCH hay F-CCCH/F-BCCCH của một trạm gốc và bắt đầu giám sát các kênh này của một trạm gốc khác. Không giống với chuyển giao mềm ( chỉ xảy ra trong trạng thái điều khiển di động trên kênh lưu lượng), chuyển giao rỗi chỉ xảy ra trong trạng thái rỗi của MS. Trong chuyển giao rỗi, MS duy trì bộ nhớ của nó bốn danh sách duy nhất của các dải quạt của các trạm gốc. Các danh sách này là duy nhất về nội dung và không trùng lặp nhau. Các danh sách trong chuyển giao “rỗi” khác với các danh sách trong chuyển giao mềm bởi chúng chỉ được định nghĩa trong trạng thái rỗi của MS. Các danh sách này gồm : Danh sách tích cực ( Active set ), danh sách kề cận ( neighbor set ), danh sách remaining ( remaining set ) , danh sách kề cận riêng ( private neighbor set ). 2.3.1 Danh sách tích cực MS chỉ giám sát kênh F-PCH hay F-CCCH của các dải quạt thuộc các trạm gốc nằm trong danh sách tích cực. Không giống với danh sách tích cực trong chuyển giao mềm, danh sách tích cực này chỉ có một pilot. Điều này nghĩa là tại bất kì thời điểm cho trước nào, Ms chỉ có thể giám sát F-PCH hay F-CCCH của một dải quạt đơn. 2.3.2 Danh sách kề cận Danh sách kề cận bao gồm các pilot của các dải quạt có tiềm năng chuyển giao rỗi. Danh sách kề cận chứa các pilot của các dải quạt được xác định bởi bản tin danh sách kề cận toàn cầu ( univesal neighbor list message ), bản tin danh sách kề cận chung ( extended neighbor list message ), hay bản tin danh sách kề cận (neighbor list message). Danh sách kề cận chứa tối đa 40 pilot. 2.3.3 Danh sách kề cận riêng Danh sách kề cận riêng chứa các pilot của các dải quạt mà có khả năng ứng cử cho chuyển giao trong một hệ thống. Danh sách này tương tự như danh sách kề cận trừ việc danh sách kề cận riêng chỉ bao gồm các ứng cử chuyển giao cho một hệ thống riêng. Một hệ thống riêng là một hệ thống được định nghĩa trong một khu vực nhất định mà nó một danh sách các dịch vụ có giá trị ( như tốc độ dữ liệu cao…) Hệ thống riêng này chỉ chọn phục vụ các MS nằm trong khu vực của nó. Nội dung của danh sách kề cận riêng được xác định bởi bản tin danh sách kề cận riêng và nó cũng chỉ chứa tối đa 40 pilot. 2.3.4 Danh sách remaining Danh sách remaining bao gồm tất cả các pilot tồn tại trong hệ thống phục vụ cho tần số sóng mang CDMA hiện thời nhưng không bao gồm các pilot trong danh sách tích cực, kề cận và kề cận riêng. Các đoạn PN pilot trong danh sách remaining được định nghĩa bởi số gia pilot PILOT_INC. 2.3.5 Quá trình chuyển giao rỗi Trong trạng thái rỗi, MS liên tục đo độ lớn của các pilot trong các danh sách tích cực, danh sách kề cận, danh sách kề cận riêng và danh sách remaining. Nếu tỉ số Ec\Io của một pilot trong các danh sách kề cận, kề cận riêng hay remaining lớn hơn ngưỡng Ec\Io của pilot trong danh sách tích cực 3dB thì MS sẽ chuyển pilot yếu hơn ra khỏi danh sách tích cực và đưa pilot mạnh hơn về danh sách tích cực ( trong phương thức slotted ). Trong phương thức non_slotted, tỉ số Ec\Io của 1 pilot cần lớn hơn tỉ số Ec\Io của pilot danh sách tích cực 3dB trong khoảng thời gian dài hơn 1giây. 2.4 Chuyển giao cổng truy nhập ( Access entry handoff ) Chuyển giao cổng truy nhập xảy ra khi một MS ngừng giám sát kênh F-PCH hay F-CCCH/ F-BCCH của một trạm gốc và bắt đầu giám sát kênh tương ứng của một trạm gốc khác. Chuyển giao cổng truy nhập chỉ xảy ra khi MS trong quá trình quá độ chuyển sang trạng thái truy nhập hệ thống từ trạng thái rỗi. MS chỉ có thể tiến hành chuyển giao cổng truy nhập nếu nó nhận được một thủ tục/ bản tin mà nó phải trả lời. Nếu nó nhận được một bản tin như vậy thì MS có thể xác định nên hay không nên tiến hành chuyển giao cổng truy nhập. Chuẩn IS-2000 thực tế không xác định một chuẩn mà MS sử dụng để xác định chuyển giao nhưng nó lại cho biết rằng MS không nên chuyển tới một vùng kề cận mà độ lớn pilot quá yếu. Khi MS xác định rằng nó nên chuyển giao cổng truy nhập, nó sẽ tiến hành các thủ tục giống như chuyển giao rỗi để chuyển giám sát các kênh F-PCH hay F-CCCH/F-BCCH của trạm gốc hiện tại sang một trạm gốc mới. Nếu MS tiến hành chuyển giao cổng truy nhập thì nó nên thực hiện việc này trước khi vào trạng thái con cập nhật mào đầu thông tin của trạng thái truy nhập hệ thống. 2.5 Chuyển giao cổng truy nhập ( access handoff ) Hình 2.2 : Trạng thái di động có thể xảy ra trong chuyển giao truy nhập, chuyển giao thăm dò truy nhập, chuyển giao rỗi, chuyển giao cổng truy nhập và chuyển giao mềm Chuyển giao truy nhập xảy ra khi một MS, sau khi truy nhập, dừng giám sát kênh F-PCH hay F-CCCH/ F-BCCH của một trạm gốc và bắt đầu giám sát kênh tương ứng của một trạm gốc khác. Vì chuyển giao truy nhập xảy ra sau một số cố gắng truy nhập, MS đang trong trạng thái truy nhập hệ thống thì diễn ra chuyển giao. Trong trạng thái truy nhập hệ thống, Ms duy trì trong bộ nhớ 3 danh sách các dải quạt của các trạm gốc, đó là : danh sách tích cực, danh sách kề cận và danh sách remaining. \ Hình 2.3 Các trạng thái con có thể xảy ra trong chuyển giao truy nhập và chuyển giao thăm dò truy nhập 2.5.1 Danh sách tích cực Khi trong trạng thái truy nhập hệ thống, MS chỉ giám sát kênh F-PICH hay F-CCCH của dải quạt thuộc trạm gốc mà nằm trong dach sách tích cực. Danh sách tích cực chỉ chứa một pilot nên MS chỉ có thể giám sát F-PCH hay F-CCCH của một dải quạt đơn trong khi nằm trong trạng thái truy nhập hệ thống. 2.5.2 Danh sách kề cận Danh sách kề cận chứa các pilot có khả năng cho chuyển giao truy nhập và chuyển giao thăm dò truy nhập. 2.5.3 Danh sách remaining Danh sách remaining chứa tất cả các các pilot trong hệ thống phục vụ cho tần số sóng mang CDMA hiện thời nhưng không bao gồm các pilot trong danh sách tích cực và danh sách kề cận. 2.6. Chuyển giao thăm dò truy nhập Chuyển giao thăm dò truy nhập xảy ra khi một MS, trong suốt lần thử truy nhập, ngừng gửi các thăm dò truy nhập tới trạm gốc hiện thời và bắt đầu gửi các thăm dò truy nhập tới một trạm gốc khác. Chuyển giao thăm dò truy nhập chỉ xảy ra trong trạng thái con đáp ứng tìm gọi hay trạng thái con thử khởi tạo di động. Hình 2.4 : Access attempt CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH MẠNG 3.1 Mở đầu Hiện nay có nhiều phương pháp triển khai hệ thống cdma2000. Nếu thiết kế hệ thống mới, việc triển khai hệ thống phải tính toán vùng phủ và dung lượng. Nếu thiết kế hệ thống từ hệ thống IS-95 việc triển khai hệ thống cần tính dung lượng và dịch vụ dữ liệu gói. Do cdma2000-1x chiếm độ rộng băng tần như IS-95B . cdma2000 có thể triển khai theo từng sóng mang riêng biệt chia sóng mang với IS-95. Triển khai hệ thống cdma2000 từ IS-95 thì cần nâng cấp các trang thiết bị mạng, cụ thể nâng cấp BS từ 1x lên 3x, cải tiến vocoder trong sơ đồ điều chế; yêu cầu có thêm các node dịch vụ dữ liệu gói và nhận thực trao đổi thanh toán (AAA). Triển khai hệ thống cdma2000 được thực hiện qua hai giai đoạn: Giai đoạn đầu là cdma2000Ỵ1x và giai đoạn hai là phát triển từ 1x lên 3x. Đối với cdma2000Ỵ1x có một vài thế hệ: + cdma2000-1x hiện đã được triển khai. + cdma2000-1xEVỴDO: chỉ cho dữ liệu gói và sẽ được triển khai vào năm 2002. + cdma2000-1xEVỴDV: cho dịch vụ gói và thoại. Hệ thống lên 3x chia dữ liệu vào 3 sóng mang, mỗi sóng mang trải phổ tốc độ 1.2288 Mcps và cdma2000-3x có thể được triển khai trồng lấn lên hệ thống 1x. Để đạt được sự trồng lấn này, đường được gọi là hệ thống đa sóng mang MC. Đường xuống 3x sử dụng tổng số 3 sóng mang 1x và được kết hợp thành sóng mang trải phổ 3.6864 Mcps. Tốc độ số liệu dự kiến cho 1x, 1xEV-DO được cho ở bảng. Bảng 3.1. Tốc độ số liệu cực đại 1x Đường xuống Đường lên Trong nhà Đi bộ Trong xe 2Mbps 2Mbps 384Mbps 144 Mbps 144 Mbps 144 Mbps 3.2 Dự báo lưu lượng Việc quy hoạch phải dựa trên nhu cầu lưu lượng. Dự báo lưu lượng là bước đầu tiên cần thiết trong quá trình quy hoạch mạng. Dự báo lưu lượng có thể thực hiện trên cơ sở xu thế phát triển lưu lượng các mạng đã được khai thác. Trong trường hợp mạng mới được khai thác lần đầu việc dự báo lưu lượng phải dựa trên sự đánh giá một số yếu tố như: sự phát triển kinh tế xã hội, thu nhập trung bình đầu người, mật độ điện thoại di động(thế hệ 2), sự sử dụng Irternet trung bình và các số liệu tương tự khác của thị trường cần phục vụ. Tính toán lưu lượng được thực hiện theo hai phương pháp: phương pháp dự báo và phương pháp phát hiện. Phương pháp dự báo bao gồm việc phân tích chi tiết lưu lượng thoại hiện có, tỷ suất chiếm và độ rộng băng tần cho từng thuê bao dựa trên công tác tiếp thị cũng như kết quả phát triển thuê bao. Sau đó phân tích các nhu cầu trên cho các vùng hoặc cho các BTS tương ứng để đạt được khối lượmg lưu lượng dự báo. Tiếp theo là chi tiết hóa ở mức các phần tử kênh, các sơ đồ triển khai 1x/DO v.v... Phương pháp thứ hai là phương pháp phát hiện. ở phương pháp này kênh 1x thay cho kênh F1 hoặc F2 hiện có. ở đây ta xác định số lượng MS có khả năng cdma2000 1x sau đó ta nhân chúng với 70 kbps. Ta có thể coi rằng mọi MS khởi đầu hoạt động ở giờ cao điểm và đánh giá khối lượng lưu lượng ở các BTS tham gia có nâng cấp đến cdma2000. 3.2.1. Dự báo số thêu bao Đối với thị trường cần phục vụ, cần phải đánh giá tổng số thuê bao. Lý tưởng có thể chia việc đánh giá cho từng tháng để có thể thấy được xu thế phát triển của thuê bao. Điều này là cần thiết khi quy hoạch ta cần dự phòng tương lai. Nếu có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau, thì cũng cần dự báo cho từng loại thuê bao liên quan liên quan đến từng loại dịch vụ. Chẳng hạn nhà khai thác mạng có thể chọn cung cấp tổ hợp dịch vụ nào đó gồm chỉ tiếng, hoặc tiếng và số liệu, hoặc chỉ số liệu. Ngoài ra các dịch vụ số liệu cũng có thể được chia thành các dịch vụ và các loại thiết bị khác nhau. 3.2.2. Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tiếng trung bình tạo ra. Lý tưởng cần cung cấp dữ liệu đánh giá cho từng tháng. Dữ liệu tiếng phải bao gồm phân bố lưu lượng: từ MS đến cố định, từ MS tới MS và từ MS tới email. Đối với từ MS đến cố định cần phân thành: số % nội hạt và đường dài. Lý tưởng thông tin dữ liệu về người sử dụng tiếng phải bao gồm số cuộc gọi trên một thuê bao trung bình ở giờ cao điểm và thời gian chiếm giữ trung bình (MHT) trên cuộc gọi. 3.2.3. Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu Như đã nói ở trên, ta cần phân loại các người sử dụng dịch vụ số liệu gói và dự báo cho từng kiểu người sử dụng cũng như khối lượng thông lượng số liệu. Ta cũng cần dự báo khi nào thì thông lượng bắt đầu và kết thúc. Để minh hoạ ta xét thí dụ sau. Giả sử một người sử dụng có dịch vụ trình duyệt Wed cộng với e-mail do người khai thác cung cấp. Khi này một khối lượng lưu lượng được kết cuối tại e-mail Server trong mạng của người khai thác, còn một khối lượng lưu lượng khác sẽ được kết cuối gửi đến và nhận về từ mạng Internet. Định cỡ giao diện với hệ thống e-mail và với Internet sẽ phụ thuộc vào khối lượng lưu lượng liên quan đến dịch vụ này. Ngoài ra hệ thống e-mail cũng cần định kích cỡ để đáp ứng yêu cầu cho tổng số người sử dụng, tổng bộ nhớ lưu trữ và tổng lưu lượng vào ra. Đối với từng kiểu người sử dụng và dịch vụ ta cần thực hiện phân tích tương tự để xác định sự sử dụng trong giờ cao điểm. nước ta trong những năm gần đây nhu cầu lưu lượng thoại tăng ổn định còn nhu cầu về lưu lượng gói tăng lên nhanh. 3.3. Thiết kế vô tuyến cho mạng tổ ong/PCS Người thiết kế cần xem xét nhiều nhân tố khi thiết kế mạng tổ ong/PCS cho vùng thành phố. Chẳng hạn mức độ phủ sóng cho các vị trí trong nhà, chất lượng dịch vụ cho các môi trường khác nhau, sử dụng hiệu quả phổ tần và phát triển mạng là các nhân tố quan trọng cần được các nhà khai thác dịch vụ tương lai đánh giá kỹ lưỡng. Thông thường các yếu tố này lại trở nên phức tạp hơn do các hạn chế tạo ra bởi môi trường khai thác và các quy định luật pháp. Nhà thiết kế phải cân đối kỹ lưỡng tất cả các vấn đề trên để đảm bảo rằng mạng bền vững, chịu được tương lai và có chất lượng dịch vụ cao. 3.4. Quy hoạch mạng vô tuyến Đánh giá cấp bậc phục vụ ( GOS : Grade of Service ) bao gồm xác xuất phủ sóng vùng và chặn. Xác xuất phủ sóng của vùng liên quan đến chất lượng quy hoạch mạng và dung lượng mạng. Chặn được xây dựng trên cơ sở các tài nguyên hiện có. Ta có thể xác định xác xuất phủ sóng của vùng bằng ngừng (OUTAGE). Ngừng xẩy ra khi mạng không thể cung cấp chất lượng dịch vụ quy định. Nếu hệ thống có phủ sóng giới hạn, có thể định nghĩa ngừng như là xác xuất khi tổn hao đường truyền và che tối vượt quá hiệu số giữa mức công suất phát cực đại và mức thu tín hiệu yêu cầu. Các chỉ tiêu chất lượng và dịch vụ đòi hỏi sự cân nhắc giữa chất lượng và tổng giá thành mạng. Xác xuất ngưng càng thấp có nghĩa là ô càng nhỏ và vì thế giá thành mạng càng cao; xác xuất ngừng do nhiễu càng nhỏ có nghĩa là dung lượng càng thấp và giá thành càng cao. Xác xuất ngưng từ 5 – 10% tương ứng với xác xuất phủ sóng 90-95% thường được sử dụng. Xác xuất phủ sóng có thể khác nhau đối với các dịch vụ khác nhau. Rất nhiều yếu tố tham gia vào quá trình quy hoạch mạng. Quy hoạch mạng phải xét đến các vấn đề như phân bố lưu lượng, triển khai ô vi mô và vĩ mô, đảm bảo phủ sóng trong nhà và tốc độ bit cao, bố trí các ô, giá thành đài trạm, các vấn đề liên quan đến môi trường như vẻ ngoài của tháp anten... 3.5. Thiết kế đường truyền vô tuyến Đối với mọi hệ thống thông tin vô tuyến, bước quan trọng đầu tiên là thiết kế đường truyền vô tuyến. Điều này cần thiết để xác định mật độ trạm gốc ở các môi trường khác nhau cũng như vùng phủ tương ứng. Đối với hệ thống thông tin di động cần cung cấp dịch vụ chất lượng tốt trong nhà và ngoài trời, cần kết hợp tính mềm dẻo và linh hoạt trong thiết kế. Công suất phát của các máy cầm tay sẽ là yếu tố quyết định cho một hệ thống CDMA với công suất đường lên/ đường xuống. Mặc dù có hệ số khuyếch đại anten không ảnh hưởng quá trình cân bằng quỷ đường truyền, nhưng nó là một nhân tố quan trọng khi thiết kế quỹ công suất cho vùng phủ. Từ quan điểm của người sử dụng, mạng tổ ong/PCS phải hàm ý rằng có một hạn chế nhỏ cho việc phát hay thu cuộc gọi trong nhà hay ô tô. Một hệ thống phải được thiết kế để anten của máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không tối ưu. Ngoài ra thậm chí có thể không cần rút anten khi thu hoặc phát cuộc gọi. ở các thiết kế hệ thống thông thường hệ số khuyếch đại anten được coi bằng 0 dBi. Tuy nhiên để anten máy cầm tay có thể đặt ở vị trí không được tối ưu lắm, cần sử dụng hệ số khuyếch đại hợp lý hơn : -3dBi. Trong thực tế do đặt anten ở vị trí bất kỳ hay với anten thụt vào trong máy cầm tay nên có thể cho phép hệ số –6 đến –8dBi phụ thuộc vào từng máy cầm tay và thiết kế vỏ máy. 3.6 Ước tính thông số ô Số người sử dụng và tải lưu lượng phục vụ trên người sử dụng được sử dụng để xác định tổng tải lưu lượng. Biết dung lượng ô và phủ sóng của ô, có thể thực hiện đánh giá số ô. Dung lượng ô được xác định bằng các mô phỏng và các công thức giải tích. Tốc độ thông tin của người sử dụng, các yêu cấu chất lượng phục vụ, QoS ( trễ, BER/FER) và xác xuất ngừng là các yếu tố quan trọng để xác định dung lượng hệ thống. Quỹ đường truyền được sử dụng để xác định vùng phủ cực đại của ô. Ngoài Eb/It các yếu tố đặc thù thiết bị như tổn hao cáp, hệ số khuyếch đại anten và hệ số tạp âm máy thu cũng là các yếu tố cần thiết để tính toán quỹ đường truyền. Độ lợi chuyển giao mềm có ảnh hưởng lớn lên quỹ đường truyền. Độ lợi chuyển giao mềm phụ thuộc vào tương quan che tối và xác xuất phủ sóng. Chuyển giao mềm đảm bảo độ lợi phân tập vĩ mô nhờ tăng khả năng phân tập. Độ lợi thực tế phụ thuộc vào môi trường vô tuyến và số ngón của máy thu RAKE. Vì mỗi môi trường vô tuyến có đặc tính riêng, nên để dự báo vùng phủ sóng chi tiết, cần có một số thừa số hiệu chỉnh cho các mô hình tổn hao đường truyền. Đối với đường lên, ảnh hưởng của thừa số tải r lên quỹ đường truyền với dự trữ nhiễu Im(dB) có thể xác dịnh từ biểu thức: Vì dự trữ nhiễu tăng cùng với r nên vùng phủ của ô sẽ giảm cùng với sự tăng của thừa số tải. Khi tính toán quỹ năng lượng đường truyền cần tính tải lưu lượng không đối xứng. CDMA có thể giảm dung lượng đường lên để được vùng phủ. Sau khi nhận được các thông số ô cần bắt đầu quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến số bằng cách xét đến môi trường chính xác nơi sẽ đặt ô. Do giá thành các đài trạm, các yêu cầu phân vùng, các hạn chế của toà nhà và các lý do khác, có thể không đạt được các đài trạm tối ưu trong mạng thực tế. Điều này có thể ảnh hưởng đến kế hoạch phủ sóng ban đầu. Để quy hoạch mạng chi tiết, cần sử dụng công cụ phần mềm quy hoạch mạng. Phần mềm quy hoạch mạng có bản đồ dân số của vùng định quy hoạch. Chiều cao các toà nhà và búp sóng anten cũng được mô hình hoá. Quá trình tối ưu vùng phủ mạng vô tuyến bao gồm: Mô tả chi tiết môi trường vô tuyến. Quy hoạch công suất kênh điều khiển. Quy hoạch các thông số chuyển giao mềm. Quy hoạch chuyển giao giữa các tần số. Phân tích vùng phủ mạng lặp nhiều lần. Đo kiểm mạng. 3.7. Quy hoạch phủ sóng Mục tiêu thiết kế quan trọng nhất của mạng tổ ong/PCS là đảm bảo vùng phủ sóng vô tuyến hầu hết mọi nơi. Một trong vấn đề quan trọng cần xem xét trong quá trình quy hoạch vùng phủ là mô hình truyền sóng. Độ chính xác của việc dự đoán bằng một mô hình nhất định phụ thuộc vào khả năng của mô hình này thể hiện được cụ thể mặt đất, cây cối và các toà nhà. Độ chính xác này có tầm quan trọng sống còn để xác định tổn hao đường truyền và từ đó kích thước ô, yêu cầu hạ tầng của mạng tổ ong/PCS. Đánh giá thái quá dẫn đến sử dụng không hiệu quả các tài nguyên mạng, còn đánh giá thấp dẫn đến phủ vô tuyến kém. Thông thường các mô hình truyền sóng có xu hướng quá đơn giản hoá các điều kiện truyền sóng thực tế và có thể thiếu chính xác ở điều kiện thành phố phức tạp. Các mô hình truyền sóng thực nghiệm chỉ có tính chất hướng dẫn chung mà thôi, chúng quá bị đơn giản hoá cho một thiết kế chính xác. Để có được thông tin về vùng phủ sóng vô tuyến trong môi trường thành phố cần thực hiện các phép đo hiện trường chính xác. Các số liệu đo phải sử dụng hoặc trực tiếp trong quá trình quy hoạch để đạt được tính khả thi của từng trạm hoặc gián tiếp để hiệu chỉnh các hệ số của mô hình truyền sóng thực nghiệm nhằm thể hiện đặc trưng môi trường cụ thể tốt hơn. Truyền sóng ở môi trường thành phố bị hiện tượng che tối. Để đảm bảo rằng 90% diện tích ô bằng hoặc lớn hơn ngưỡng quy định, cần đưa vào quỹ đường truyền dự trữ pha đinh che tối ( phụ thuộc vào lệch tiêu chuẩn của mức tín hiệu ). Đối với môi trường thành phố điển hình, cần sử dụng dự trữ pha đanh che tối bằng 8-9dB trên cơ sở coi rằng tổn hao đường truyền tuân theo hàm mũ 2-5 đảo, nghĩa là tổn hao đường truyền tỷ lệ nghịch khi khoảng cách tăng theo mũ 2-5. Giá trị công suất phụ thuộc vào các đặc trưng truyền sóng. Một nhân tố quan trọng khác ảnh hưởng lên vùng phủ vô tuyến là tổn hao thâm nhập sóng vào toà nhà và ô tô. Nếu vùng phủ phần ngoài toà nhà đủ, thì cần coi rằng tổn hao thâm nhập là 10-15dB. Tuy nhiên để đảm bảo khởi xướng và thu cuộc gọi ở giữa các toà nhà cần sử dụng tổn hao thâm nhập 30dB. Tương tự đối với phủ sóng trong ô tô tổn hao thâm nhập cũng rất quan trọng. Ô tô con sẽ bị tổn hao thâm nhập 3-6dB, trong khi đó các xe tải, xe Bus có tổn hao này lớn hơn. Tổn hao thâm nhập ở đầu xe tải không lớn hơn ở xe con nhưng tổn hao phía sau có thể tới 10-12dB phụ thuộc vào không gian cửa sổ. Như vậy đối với các mục đích thiết kế, cần cho phép tổn hao thâm nhập cao để đảm bảo chất lượng phục vụ tốt. Đối với môi trường thành phố, tổn hao thâm nhập toà nhà là nhân tố quan trọng nhất, vì thế thâm nhập ô tô sẽ đủ. Các mô hình truyền sóng được sử dụng để xác định số lượng BS cần để đảm bảo các yêu cầu phủ sóng cho mạng. Thiết kế ban đầu thường được thực hiện cho vùng phủ. Phát triển tiếp theo của thiết kế mạng là tính toán dung lượng. Một số hệ thống có thể cần khởi đầu với vùng phủ rộng và dung lượng cao, nên có thể khởi đầu giai đoạn phát triển sau. Yêu cầu vùng phủ đi cùng với các yêu cầu về tải lưu lượng, chúng dựa trên mô hình truyền sóng được chọn để xác định phân bố lưu lượng hay chuyển tải từ một BS sang các BS khác trong chương trình giảm nhẹ dung lượng. Mô hình truyền sóng hỗ trợ việc xác định vị trí đặt các BS để đạt được vị trí tối ưu trong mạng. Nếu mô hình truyền sóng được sử dụng không hiệu quả để hỗ trợ cho việc đặt trạm đúng, thì xác xuất triển khai sai BS trong mạng sẽ cao. Chất lượng của mạng bị tác động của mô hình truyền sóng được chọn, vì mô hình này được chọn để dự đoán nhiễu. Thí dụ, nếu mô hình truyền sóng không chính xác 6dB và nếu coi rằng yêu cầu thiết kế Eb/N0 =7dB, thì E0/N0 có thể là 13dB hoặc 1dB. Theo tình trạng tải lưu lượng thì thiết kế mức Eb/N0 cao có thể ảnh hưởng xấu đến khả thi tài chính. Ngược lại việc thiết kế mức Eb/N0 thấp sẽ làm cho giảm chất lượng dịch vụ. Mô hình truyền sóng cũng được sử dụng ở các khía cạnh hoạt động khác của hệ thống như: tối ưu hoá chuyển giao, điều chỉnh mức công suất và định vị anten. Mặc dù không có mô hình truyền sóng nào thể hiện được tất cả nhiễu xẫy ra ở môi trường thực tế, nhưng việc sử dụng một hoặc nhiều mô hình truyền sóng để xác định tổn hao đường truyền là điều cần thiết. Mỗi mô hình được sử dụng đều có ưu khuyết. Chỉ có sự hiểu biết tốt nhất các hạn chế của mô hình mới có thể đạt được thiết kế vô tuyến tốt. CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC MẠNG Một mạng không dây 3G có khả năng cung cấp các dịch vụ thoại chuyển mạch kênh, dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh và dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói. Hình 4.1 Một mạng không dây 3G điển hình MS : Mobile station BTS : Base Transceiver Controller BSC : Base Station Controller MSC : Mobile Switching Center HLR : Home Location Register VLR : Visit Location Register AC : Authentication center IWF : Interwworking function PDSN : Packet data serving node AAA : Authentication authorization accounting. 4.1 Thành phần mạng BSC : Có chức năng hỗ trợ quản lí di động , chuyển đổi mã, điều khiển lưu lượng chuyển mạch thoại/ dữ liệu và điiều khiển lưu lượng chuyển mạch gói dữ liệu tới SDN. MSC : Chuyển mạch lưu lượng người sử dụng giữa MS và mạng điện thoại công cộng ( PSTN ) và giữa các MSC. HLR : Lưu trữ cơ sơ dữ liệu thông tin thuê bao. VLR : cơ sở dữ liệu thông tin của các thuê bao “tích cực” thuộc một MSC. AC : Nhận thực người sử dụng trước khi cung cấp dịch vụ PDSN : PDSN là thành phần thực hiện dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu. Bản chất của nó là một bộ định tuyến ( router ) IP ( Internet protocol) có nhiệm vụ định tuyến lưu lượng dữ liệu người dùng tới một mạng gói dữ liệu công cộng ( internet ). AAA : Là một server cung cấp các dịch vụ nhận thực, cấp phép và tính cước cho PDSN. 4.1 Các giao thức Mạng không dây 3G đưa ra các giao diện giữa các thành phần mạng cung cấp chuyển mạch gói dữ liệu. Định nghĩa của các giao diện này được chi phối bởi một số chuẩn: IS-2000 : Chuẩn chi phối giao diện không gian giữa MS và BSC trong mạng không dây 3G. IS – 2001 : là một phiên bản 3G được định nghĩa là giao diện giữa BSC và MSC hay BSC với PDSN IS- 41 : Chuẩn này được dùng trong mạng không dây 2G và cũng được sử dụng trong 3G. Nó là giao diện giữa MSC, HLR, VLR và AC cũng như giữa các MSC. IS- 707 : Chuẩn xác định giao thức liên kết vô tuyến ( RLP ) được sử dụng để gửi và nhận các gói dữ liệu. RLP là giao thức lớp 2 được thiết kế để sử dụng giao diện không gian. Hình 4.2 Các lớp giao thức sử dụng trong dịch vụ chuyển mạch gói 4.3 Simple IP Hình sau chỉ ra các gói IP được trao đổi giữa MS và server trên internet diễn ra như thế nào. Một MS có một địa chỉ IP là M, và server trên internet có địa chỉ IP là S. Với 2 địa chỉ đã cho, các gói IP có thể được trao đổi giữa MS và server. Một gói IP đi từ MS tới server có địa chỉ nguồn là M và địa chỉ đích là S, và ngược lại. Hình 4.3 Các gói IP được trao đổi giữa MS và server Khi MS rời từ PDSN thường trú tới một PDSN mới thì các gói IP từ MS vẫn tới được server do chuẩn IOS hay IS-2001 có chức năng chuyển giao giữa các BSC hay MSC ( địa chỉ đích của gói IP vẫn là S). Tuy nhiên, gói tin từ server không thể tới được MS do MS không nằm trong vùng thường trú PDSN. Để giả quyết vấn đề này, sử dụng giải pháp Mobile IP. Hình 4.4: Khi MS chuyển tới một PDSN khác, dịch vụ kết nối bị phá vỡ 4.4 Mobile IP Để hỗ trợ mobile IP, có hai thành phần mạng được dùng : home agent ( HA) : Đây là một bộ định tuyến cùng với foreign agent ( FA ) tạo nên chức năng của mobile IP. Theo chiều từ MS, HA là bộ định tuyến nằm trong mạng IP thường trú của MS, mạng IP này được phục vụ bởi PDSN thường trú. Khi MS di chuyển khỏi vùng thường trú của nó, HA sẽ forward các gói tin tới MS. Và do đó, HA phải biết được MS đang trong vùng PDSN nào. Foreign agent ( FA ) : Đây là một bộ định tuyến khác cùng với HA cung cấp chức năng IP. FA được đặt vào vị trí của PDSN. Khi MS tạm trú trong một mạng foreign, FA trong mạng này sẽ nhận các gói tin từ HA và chuyển chúng tới MS. Khi MS ra khỏi vùng thường trú PDSN và tới vùng tạm trú PDSN khác, một gói tin được gửi từ MS sử vẫn tới được server bởi địa chỉ của server vẫn là S. Gói tin sẽ tới mạng IP thường trú của MS và bị HA chặn lại. HA sau đó sẽ định tuyến lại gói tin và chuyển nó tới FA trong mạng tạm trú của MS. FA sẽ nhận gói tin và định tuyến tới MS. Hình 4.5 Trong mobile IP, HA chuyển gói tin tới khu vực hiện thời của MS. Để truyền được gói tin tới đúng vị trí, HA phải biết địa chỉ IP tạm thời của MS trong mạng tạm trú. Địa chỉ tạm thời này là T, hay care of address , được cấp phát cho MS khi lần đầu tiên tới mạng tạm trú. Trong thực tế phương pháp IP yêu cầu hai chức năng sau : MS đăng kí với FA : Khi MS tới mạng tạm trú, nó cần đăng kí với FA. FA trong mạng tạm trú sẽ cấp phát một địa chỉ tạm thời cho MS. FA đăng kí với HA : Sau khi cấp phát địa chỉ tạm thời cho MS, FA cần đăng kí địa chỉ này cho HA, Và do đó, HA biết được cần định tuyến lại cho gói tin. Các lớp giao thức sử dụng cho mobile IP được trình bày trong hình sau, HA có nhiệm vụ dịnh tuyến các gói tin từ server tới FA trong vùng tạm trú PDSN, và FA chuyển định tuyến gói tin tới MS. Mobile IP được sử dụng giữa MS với PDSN/ FA và giữa PDSN/ FA với HA. Về phía server, nó vẫn giao tiếp sử dụng chuẩn IP và không có gì thay đổi. Hình 4.6 Các lớp giao thức dùng cho mobile IP 4. 5 Kết luận Như vậy mạng không dây 3G được xây dựng có các thành phần tương tự như mạng 3G. Ngoài ra, nó còn được bổ sung thêm các thành phần mạng phục vụ cho chuyển mạch gói dữ liệu như PDSN và AAA. Việc bổ sung dịch vụ chuyển mạch gói dữ liệu làm cho mạng 3G trở nên hoàn thiện với tốc độ truyền dữ liệu cao, dịch vụ mạng đa dạng, có thể truyền tin đa phương tiện…đáp ứng tối đa yêu cầu người sử dụng. Các giải pháp simple IP và mobile IP cho phép việc trao đổi các gói tin giữa MS và máy chủ trên internet diễn ra hiệu quả và chính xác, mở rộng tính đa dạng thông tin cho mạng. Máy MS hiện giờ không còn bị giới hạn bởi chức năng đàm thoại mà nó đã trở thành một máy đa phương tiện, khai thác và trao đổi thông tin với nhiều nguồn khác nhau. Trong thời gian đầu thế kỉ 21 này, mạng không dây 3G CDMA-2000 sẽ trở thành chìa khóa cho mọi thành công. Cùng với đó, nó sẽ trở thành điểm tựa cho việc phát triển các công nghệ, kĩ thuật thông tin liên lạc sau này. Hình 4.7 Mạng không dây 3G có hỗ trợ mobile IP  KẾT LUẬN Thông tin di động hiện nay ngày càng được phát triển. Nó đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực truyền thông. Nhờ việc sử dụng các kĩ thuật mới, các hệ thống thông tin di động ngày nay ngày càng đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Đặc biệt là sự ra đời của công nghệ CDMA đã loại bỏ được các hạn chế của các hệ thống thông tin di động cũ, sử dụng băng tần một cách khá hiệu quả, chất lượng truyền dẫn tốt, an toàn thông tin cao. Ngoài ra nó còn có khả năng chuyển vùng quốc tế và cho phép phát triển các dịch vụ mới. CDMA 2000 1x hiện đang chiếm ưu thế trên thị trường, thu hút các nhà khai thác dịch vụ. Công nghệ này cho phép hệ thống thông tin di động phát triển hơn . Hiện nay CDMA 2000 đang trải rộng trên toàn châu Á, nó đang và sẽ ngày càng mở rộng và chiếm ưu thế trong tương lai. Đồ án đã trình bày những kiến thức tổng quan về hệ thống thông tin di động CDMA 2000 1x. Dựa trên những kiến thức cơ bản về công nghệ và hệ thống CDMA, em hi vọng trong tương lai không xa, chúng ta sẽ ngày càng nghiên cứu được những công nghệ tiên tiến, góp phần phát triển thông tin di động nói riêng và lĩnh vực truyền thông nói chung. Do còn nhiều hạn chế, đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sử chỉ bảo thêm của thày cô, bạn bè để có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Danh mục các từ viết tắt TDMA FDMA CDMA AC LAC MAC IMT UMTS SRBP RLP PACA ACK DS MC BS MS AN AT BER TCP IP Time Division Multiplex Access Frequency Division Multiplex Access Code Division Multiplex Access Authentication Center Signalling Link Access Control Medium Access Control International Mobile Telecommunications Universal Mobile Telecommunication System Signalling Radio Burst Protocol Radio Link Protocol Priority Accessand Channel Assignment Positive Acknowledgement Direct Spreading Multicarrier Base Station Mobile Station Access Terminal Access Network Bit Error Rate Transmision Control Protocol Internet Protocol Đa truy nhập phân chia theo thời gian Đa truy nhập phân chia theo tần số Đa truy nhập phân chia theo mã Trung tâm nhận thực Điều khiển truy nhập tuyến báo hiệu Điều khiển truy nhập Hiệp hội viễn thông quốc tế Hệ thống di động toàn cầu Giao thức cụm báo hiệu vô tuyến Giao thức liên kết vô tuyến Truy nhập ưu tiên và ấn định kênh Xác nhận Trải phổ trực tiếp Đa sóng mang Trạm gốc Trạm di động Đầu cuối truy nhập Mạng truy nhập Tỉ số lỗi bit Giao thức điều khiển truyền dẫn Giao thức Internet TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thông tin di động thế hệ thứ 3 - TS Nguyễn Phạm Anh Dũng,. [2] Thông tin di động số cellular - Vũ Đức Thọ. [3] Thông tin di động GSM - TS Nguyễn Phạm Anh Dũng. [4] Tạp chí Bưu Chính Viễn Thông - Nhà xuất bản bưu điện. [5] 3G Wireless Networks - Clint Smith and Daniel Collins. [6] Cellular System Design and Optimization – Clint Smith and Curt Gervelis . [7] The UMTS Network and Radio Access Technology – Jonathan P.Castro . [8] [9] [10]