Chương 1: Hệ thống thông tin di động CDMA Cơ bản về mạng thông tin di động CDMA, lý thuyết đa truy nhập phân chia theo mã, lý thuyết trải phổ và một số vấn đề về đảm bảo an toàn thông tin di động. Chương 2: Mã hóa thông tin Trình bày lý thuyết mã hóa thông tin, giới thiệu mật mã khóa đối xứng và mật mã khóa công khai; Một số hệ mật mã thông dụng (RSA, Elliptic). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Chương 3: Giải pháp bảo mật thông tin của mạng thông tin di động CDMA Trình bày các giải pháp bảo mật thông tin di động CDMA trên thế giới hiện nay, hiện trạng và sự mất an toàn của các mạng thông tin di động CDMA tại Việt Nam; trình bày giải pháp và xây dựng ứng dụng bảo mật thông tin di động CDMA. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 CHƢƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA Hệ thống thông tin di động hay điện thoại di động đang ngày càng khẳng định vai trò quan trọng đối với đời sống con người.
Các hệ thống điện thoại di động truyền thống trước đây (D-AMPS, GSM) đều sử dụng các phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) và đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) để chia phổ thành các kênh và các kênh này được chia thành các khe thời gian. Tuy nhiên còn có một sản phẩm thứ ba đó là đa truy cập phân chia theo mã (CDMA). Khi CDMA được đề nghị lần đầu tiên đã gây ra sự tranh cãi và có nhiều ý kiến phản đối. Tuy nhiên, nhờ vào sự kiên trì của công ty Qualcomn, CDMA đã được hoàn thiện, không chỉ được chấp nhận mà hệ thống này hiện nay được xem là kỹ thuật nhất (đang được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc) và là nền tảng cho hệ thống điện thoại di động thứ ba (3G).
Trong khuôn khổ một luận văn thạc sỹ công nghệ thông tin, tôi không trình bày quá chi tiết về hệ thống thông tin di động CDMA ở khía cạnh điện tử viễn thông, mà chỉ trình bày những nguyên lý cơ bản, những điều cốt lõi của hệ thống thông tin di động CDMA, đó là: Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong Trình bày sơ qua về hệ thống điện thoại di động tổ ong nói chung Nguyên lý đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Trình bày cơ sở khoa học, nguyên lý của phương pháp đa truy cập phân chia theo mã. Các bit thông tin sẽ được biến đổi như thế nào bởi phương pháp này. Trải phổ Trình bày cơ sở khoa học phương pháp điều chế trải phổ để truyền phát tín hiệu được sử dụng trong công nghệ CDMA 1. Tổng quan về hệ thống di động tổ ong [6] 1.
Tổng quan Điện thoại di động tổ ong có toàn vùng phục vụ được chia thành nhiều vùng nhỏ gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách xa hơn một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó. Để cho phép các máy di động có thể duy trì được cuộc gọi một cách liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiên các kênh lưu lượng hoặc kênh báo hiệu theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của các máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động.
Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên.1 (a) Các tần số không được sử dụng lại trong các cell liền kề. (b) Thêm nhiều người sử dụng, các cell nhỏ hơn có thể được sử dụng. Cấu hình hệ thống điện thoại di động tổ ong Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động trên ô tô (hay xách tay), BS và MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động). Máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, ăng-ten và bộ điều khiển; BS bao gồm các bộ thu phát RF để kết nối máy di động với MSC, ăng- ten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn.
MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách có hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Chúng bao gồm bộ phận điều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu nhập số liệu cước đối với các cuộc gọi đã hoàn thành. Các máy di động, BS và MSC được liên kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF.
Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể được thiết lập qua bất cứ một kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận do đã được kết nối một cách đồng thời với các máy di động. Bộ phận điều khiển của MSC, là trái tim của hệ thống tổ ong, sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống. Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS.
Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA là viết tắt từ Code Division Multiple Access, có nghĩa là Đa truy nhập phân chia theo mã. CDMA cho phép mỗi trạm truyền qua tất cả dải phổ tần số mọi lúc. Đa truyền thông đồng thời được tách biệt sử dụng lý thuyết mã.
CDMA cũng làm giảm bớt giả định rằng sự xung đột các khung là hoàn toàn được chọn ra. Để thay thế, nó áp dụng biện pháp là thêm vào tuyến tính đa tín hiệu. Trong CDMA, mỗi bit thời gian được chia nhỏ thành m khoảng cách ngắn gọi là các chip. Thông thường là 64 hay 128 chip trên bit, để đơn giản sau đây lấy ví dụ trường hợp 8 chips/bit.
Mỗi trạm được gán cho một mã m-bit đơn nhất gọi là một trình tự chip. Để truyền một bit 1, một trạm gửi trình tự chip của nó. Để truyền một bít 0, nó gửi phần bù của một cái của trình tự chip của nó. Không có phần nào khác được quyền.
Do đó, cho m = 8, nếu trạm A được gán cho trình tự chi 00011011, nó gửi một bít 1 bởi việc gửi 00011011 và một bít 0 bởi việc gửi 11100100. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 Việc tăng số lượng thông tin được gửi từ b bits/giây lên mb chips/giây có thể chỉ được thực hiện nếu dải tần có sẵn được tăng bởi thừa số m, việc tạo ra CDMA một dạng của kỹ thuật truyền thông trải phổ rộng (áp dụng không thay đổi trong các kỹ thuật điều biến hay mã hóa). Nếu chúng ta có một dải tần 1 MHz có hiệu lực cho 100 trạm, với FDMA mỗi một cái phải có 10 kHz và gửi với tốc độ 10 kbps (đảm bảo 1 bít trên Hz). Với CDMA, mỗi trạm sử dụng đầy đủ 1 MHz, nên tốc độ chip là 1 megachip trên giây.
Với nhỏ hơn 100 chip trên bít, độ rộng dải tần hiệu quả trên trạm là cao hơn cho CDMA so với FDMA, và vấn đề cấp kênh cũng được giải quyết. Cho các mục đích giáo dụng, nó thuận tiện hơn để sử dụng một kí hiệu lưỡng cực, với binary 0 thành -1 và binary 1 thành +1. Chúng ta sẽ chỉ ra các trình tự chip trong các dấu ngoặc đơn, do vậy một bít 1 cho trạm A bây giờ trở thành (-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1).2(a) chúng ta chỉ ra các trình tự chíp nhị phân gán cho 4 trạm ví dụ.2(b) chúng ta chỉ ra chúng trong kí hiệu lưỡng cực.2 (a) Các trình tự chip nhị phân cho 4 trạm. (b) Các trình tự chip lưỡng cực.
(c) 6 ví dụ của truyền thông. (d) Khôi phục lại tín hiệu của trạm C. Mỗi trạm có trình tự chíp đơn nhất riêng của nó. Chúng ta sẽ sử dụng kí hiệu S để chỉ véc-tơ m-chip cho trạm S, và là phủ định của nó.
Tất cả các trình tự chip là trực giao pairwise, nó có nghĩa là phép nhân trong chuẩn hóa của LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 một số cặp trình tự chip riêng biệt, S and T (viết là S•T), là 0. Nó cho biết làm thế nào để tạo ra các trình tự chip trực giao đó sử dụng một phương thức được biết đến như là các mã Walsh. Về phương diện toán học, trực giao của các trình tự chip có thể được mô tả như sau: 1 m S T S i Ti 0 m t 1 Trong tiếng Anh thuần túy, các cặp giống nhau cũng bằng các cặp khác nhau. Tính chất trực giao sẽ được chứng minh chủ yếu ở đoạn sau.
Lưu ý rằng, nếu S T 0 thì S T cũng bằng 0.