CHƯƠNG 1: TÌM HIẺU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG L LICH SỬ THỐNG TIN DI ĐÔNG Thông tin di động đầu tiên ra đòi ở Mỹ được AT&T và Southwestern Bell giới thiệu 17/06/1946 tại Saint Louis, Missouri dùng để cung cấp dịch vụ điện thoại đặt trên xe ôtô. Hệ thống đầu tiên gồm có 6 kênh ở băng tần 150MHz, là hệ thống bán song công mà vì thế mà người đàm thoại bên kia không thể nói được trong khi người đàm thoại bên này đang nói và chuyển mạch nhân công, có độ rộng kênh là 60KHz (gấp 2 lần kênh thông tin di động tư tượng ngày nay, trong khi đó CDMA là 1.25MHz và WCDMA là 5MHz) và thường được gọi là Mobile Telephone Service (MTS). Khi hệ thống này ra đời và được ứng dựng tại các thành phố lớn ở Mỹ, thì nhu cầu người sử dụng vượt quá dung lượng do với kênh có hạn, nên độ rộng kênh được giảm xuống 30KHz. Năm 1996, một phần mười người Mỹ có điện thoại di động, còn hệ thống điện thoại công sở, vô tuyến đã bao gồm 40 triệu máy, trên 60 điện thoại được dùng, dịch vụ PCS (Personal Communication System) thương mại được áp dụng ở Washington.
Trong thời gian 10 năm qua, các máy điện thoại di động (thiết bị đầu cuối) đã giảm kích thước, trọng lượng và giá thành 20% mỗi năm. Quan niệm “Cellular” bắt đầu từ cuối nhũng năm 40 với Bell, thay cho mô hình quản bá với máy phát công suất lớn và những anten cao là những cell diện tích bé có máy phát BTS (Base Transceiver Station), công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dựng cùng một tần số. Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự ra đòi đó là PM, ở dãy tần 850MHz. Tương ứng là sản công nghiệp AMPS j£ tẶ r tv Ả fii -T& TjJ& ưiĩr> 2 GVHD: ThS.
NGUYỄN TRỌNG HẢI động cellular giải quyết. Một sự lựa chọn được đặt ra: kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số ?. Các tổ chức tiêu chuẩn hóa đã chọn kỹ thuật số. Trước hết kỹ thuật số đảm bảo chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu mạnh và khả năng tiềm tàng về một dung lượng lớn.
Các hệ thống thong tin di động số cellular có những ưu điểm cơn bản sau đây: 4 Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn. 4 Mã hóa số tín hiệu thoại vói tốc độ bit càng thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn. '4 Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng. 4 Áp dụng kỹ thuật mã hóa kênh và mã hóa nguồn truyền dẫn số.
4 Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interference) và nhiễu kênh kề ACI (Adjacent-Channel Interference) hiệu quả hơn. Điều này cuối cùng làm tăng dung lượng hệ thống. 4 Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn. 4 Có nhiều dịch vụ mới: nhận thực, số liệu, mật mã hóa, kết nối ISDN.
4 Điều khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn. Dung lượng tăng, diện tích cell nhỏ hơn, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu tắt bật đều dễ dàng xử lý bằng phương pháp số. Hệ thống thong tin di động thế hệ thứ 2 có ba tiêu chuẩn chính: GSM, IS-54 và JDC, trong đó IS-54 bao gồm bong nó tiêu chuẩn AMPS. Thế hệ thứ 3 bắt đầu từ những năm sau của thập niên 90 là kỹ thuật số với CDMA và TDMA cải tiến.
Chúng ta chứng kiến một sự thật là ngày càng nhiều người cần đến thong tin di «giẬA/vẠA/TÓT/ấgHEfog 3 GVHD: ThS. NGUYỄN TRỌNG HẢI Ở Việt Nam hệ thống thong tin di động GSM được đưa vào sử dụng vào năm 1993 và hiện nay được công ty Viettel Mobile, VMS và GPC khai thác. Để tăng dung lượng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của các hệ thống này đang chuyển từ vùng 800 - 900 MHz vào vùng 1,8 - 1,9 MHz. Một số nước đã đưa vào sử dụng cả hai tần số.
Với sự kết hợp giữa các hệ thống thông tin di động nói trên, sẽ tạo nên một hệ thống thông tin di động cá nhân PCS cho phép mỗi cá nhân có thể thông tin ở mọi thời điểm và ở bất kỳ noi nào mà họ cần thông tin. Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thông về các dịch vụ viễn thông mới, các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba, thế hệ mà các hệ thống thông tin di động có xu thuế hòa nhập thành một mục tiêu duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2Mbps và được gọi là hệ thống thông tin di động băng thông rộng. CÁC ĐẢC TÍNH C ơ BẢN CỦA HÊ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỠNG Ngoài nhiệm vụ phải cung cấp các dịch vụ như mạng điện thoại cố định thông thường, các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng di động để đảm bảo thông tin mọi lúc mọi noi. Để đảm bảo các chức năng nói trên các mạng thông tin di động phải đảm bảo một số đặc tính cơ bản sau đây: 4 Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động.
4 Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu. Do truyền dẫn được thực hiện bằng vô tuyến là môi trường truyền dẫn hở, nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của nhiễu và Fading. Các hệ thống thông tin di động phải có khả năng năng hạn chế tối đa các ảnh hưởng này. Ngoài ra để tiết kiệm băng tần ở mạng thông tin di động số, chỉ có thể sử các Codec này theo các công nghệ đặc biệt để được chất lượng truyền dẫn cao.
JỊiẶ^ÍVĂJ^~TÓTfJ3ưiẸp 4 GVHD: ThS. NGUYỄN TRỌNG HẢI ứiống thông tin di động mỗi người sử dụng có khóa nhận dạng riêng được lưu giữ ở bộ nhớ an toàn. Ở hệ thống GSM SIM-CARD được sử dụng. SIM-CARD có kích thước như một thẻ tín dụng.
Người thuê bao có thể cấm thẻ này vào máy di động của mình và chỉ có người này mới có thể sử dụng được. Các thông tin lưu giữ ở SIM-CADR cho phép thực hiện các thủ tục an toàn thông tin. 4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ sóng này sang vùng phủ sóng khác. 4 Cho phép phát triển các dịch vụ mới, nhất là các dịch vụ phi thoại.
4 Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International Roaming). 4 Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu thụ ít điện năng,. KHẢI QUẤT HÊ THÓNG THÔNG TIN DI ĐÔNG 1. Nguyên Lý Cellular Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng.
Trên sơ đồ địa lý quy hoạch mạng, cell có hình dạng một ô tổ ong hình lục giác. Trong một cell có một đài vô tuyến BTS (Base Tranceiver Station). BTS liên lạc với tất cả các máy thuê bao di động MS (Mobile Station) có mặt trong cell. Dạng cell được minh họa nhu sau: ^ụẶỉdvÃM -TÒTM sưĩỊìP 5 GVHD: ThS.
NGUYỄN TRỌNG HẢI lập ở khoảng cách thích hợp. Khi đó hai vòng tròn giao nhau, mà dây cung chung của vùng giao nhau là quỹ tích các vị trí cường độ của hai anten bằng nhau. Hình (c) biểu thị vùng phủ sóng của một anten vô hướng có toàn bộ đường biên bị giao nhau với vùng phủ sóng của 6 anten tương tự đặt cách đều xung quanh, 6 dây cung tạo thành 6 lục giác đều, biểu thị vùng phủ sóng của một cell. Khi MS chuyển động ra ngoài vùng đó, nó phải được chuyển giao để làm việc với BTS của cell khác liên kề mà nó hiện đang trong vùng phủ sóng.
Hình lục giác trở thành ký hiệu cell trên bản đồ quy hoạch mạng di động (hình d). Đặc điểm của Cellular là việc sử dụng lại tần số và diện tích mỗi cell khá nhỏ. D=DISTANCE BETV/EEN CELLS M------------------------- ► , Hình 1.2 : Sử dụng lai tần số ở các cell cách nhau D j ị ấ ặ M y ẵ m - T O T r t& m fP 6 GVHD: ThS. NGUYỄN TRỌNG HẢI nhau do dùng chung tần số là không đáng kể.
Đặc điểm quan trọng của việc sử dụng lại tần số là can nhiễu này không phụ thuộc vào cự ly tuyệt đối D giữa các Aj, mà phụ thuộc vào tỷ số D/R (với R là bán kính cell). Việc thiết kế công suất phát và chiều cao anten xác địng được R mong muốn. Trong thực tế, do sự tăng trưởng lưu lượng không ngừng trong một cell nào đó đến mức chất lượng phục vụ giảm sút quá mức, người ta phải thực hiện việc chia tách cell xét thành các cell nhỏ. Với chúng người ta dùng công suất nhỏ hơn và mẫu sử dụng lại tần số được dùng ở tỷ lệ xích nhỏ hơn.
Hình dưới đây sẽ minh họa điều này. East to wost (50 km) of a metropolitan area es pŨ a Ọ 9Ũ o g 5) IỌ w a Õ a o Cfl HÌnh 1.3: Tăng dung lượng hệ thống bằng cách chia tách thành phần các cell nhỏ hơn. Thông thường, các cuộc gọi không trong một cell với nhau. Vậy hệ thống thông 'g Ấ Ạ M Y Ã M -T Õ T M sư iĩP 7 GVHD: ThS.
NGUYỄN TRỌNG HẢI PLMN hợp tác với các mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, PLMN cung cấp cho các thuê bao khả năng truy cập vào các mạng thông tin toàn cầu từ MS đến MS. Yì MS di động không hạn chế nên điểm truy cập thay đổi, buộc PLMN phải quản trị di động. Vì đường truyền vô tuyến giữa MS với cơ sở hạ tầng của mạng cỏ đặc điểm truyền dẫn ngẫu nhiên, nên PLMN phải quản trị vô tuyến. Do đặc tính di động của MS, mạng phải thay đổi MS liên tục để xác định rằng MS đang ở trong cell nào.
Việc này có thể thực hiện theo 3 phương án: > Phương án thứ nhất: MS phải thông qua cho PLMN mỗi khi MS chuyển sang cell mới. Sự cập nhật MS như vậy là ở mức cell. Khi có cuộc gọi đến MS thi BTS phát quảng bá ưong phạm vi một cell. > Phương án thứ hai: thông báo tim gọi được phát quảng bá ữong tất cả các cell của PLMNdo đó không cần sự báo cáo có mặt của MS về vị trí hiện thời thuộc về cell nào.
> Phương án thứ ba: Người ta dung hòa 2 phương án trên bằng klhali niệm vùng định vị, một phân cấp quản lý lãnh thổ gồm một nhóm cell liên thông nhò hơn toàn bộ lãnh thổ mà PLMN quản lý.