Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN SỐ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Sinh viên thực : Trần Văn Tùng Người hướng dẫn : Ths Phạm Mạnh Toàn Vinh, 5-2010 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN SỐ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Sinh viên thực : Trần Văn Tùng Người hướng dẫn : Ths Phạm Mạnh Toàn Vinh, 5-2010 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Văn Tùng Khoá: 46 Khoa Công nghệ Ngành Điện tử viễn thông Đầu đề đồ án: Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Các số liệu liệu ban đầu: Tài liệu Thông tin di đ ộng, Tài liệu Kỹ thuật truyền dẫn Nội dung phần thuyết minh tính toán: Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ths Phạm Mạnh Toàn Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 23 tháng năm 2010 Ngày hoàn thành đồ án: 10 tháng 05 năm 2010 Chủ nhiệm Bộ môn Ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán phản biện Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Văn Tùng Sinh viên ngành: Điện tử Viễn thông Khoá: 46 Người hướng dẫn: Ths Phạm Mạnh Toàn Cán phản biện: …………………………… Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm 2010 Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động LỜI NÓI ĐẦU *** Trong sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng vai trò quan trọng thiếu Nó định nhiều mặt hoạt động xã hội, giúp người nắm bắt nhanh chóng thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật đa dạng phong phú Ngày với nhu cầu số lượng chất lượng khách hàng sử dụng dịch vụ viễn thông ngày cao, đòi hỏi phải có phương tiện thông tin đại nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng khách hàng “mọi lúc, nơi” mà họ cần Thông tin di động ngày trở thành dịch vụ kinh doanh thiếu tất nhà khai thác viễn thông giới Đối với khách hàng viễn thông, nhà doanh nghiệp thông tin di động trở thành phương tiện liên lạc quen thuộc thiếu Dịch vụ thông tin di động ngày không hạn chế cho khách hàng giầu có mà dần trở thành dịch vụ phổ cập cho đối tượng viễn thông Trong năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động nước có bước phát triển vượt bậc sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tạo cạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa sách khuyến mại, giảm giá thu hút nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung toàn xã hội ngày nâng cao khiến cho số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến năm gần Các nhà cung cấp dịch vụ di động nước sử dụng hai công nghệ GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo thời gian) công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo mã) WCDMA (Wideband Code Division Multiplex Access - Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng) Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM Mobiphone, Vinaphone, Viettel nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA S-Fone, EVN, Hanoi Telecom Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ WCDMA mang lại nhiều tiện ích cho khách hàng, dần lớn mạnh Tuy nhiên nhu cầu sử dụng khách hàng nên thị phần di động nước phần lớn thuộc nhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng thuê bao áp đảo Chính „Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động” việc làm cần thiết mang ý nghĩa thực tế cao Nội dung trình bày đồ án: Chương 1: Tổng quan thông tin di động GSM Chương 2: Tiến trình phát triển GSM lên W-CDMA Chương 3: Các kỹ thuật xử lý số hệ thống thông tin di động W-CDMA Để hoàn thành đồ án, Trên sở kiến thức tích luỹ năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông Khoa Công Nghệ trường đại Học Vinh, nỗ lực thân, yêu cầu thời gian lực cần thiết Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, kiến thức khả em hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy, cô bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Phạm Mạnh Toàn, cô Ks Nguyễn Thị Kim Thu giới thiệu, cung cấp tài liệu, phương pháp tận tình hướng dẫn nội dung giúp em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Công Nghệ trường Đại Vinh, tận tình giúp đỡ em thời gian học tập trường Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Vinh, Ngày 10 Tháng 05 Năm 2010 Sinh viên thực Trần Văn Tùng Mục Lục CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1 Tổng quan .1 1.1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động 1.1.2 Các đặc tính hệ thống thông tin di động 1.1.3 Xu phát triển mạng thông tin di động .3 1.2 Kiến trúc hệ thống GSM 1.2.1 Kiến mạng 1.2.2 Trạm di động(MS Station) 1.2.3 Phân trúc - hệ Mobile trạm gốc (BSS) 1.2.4 Phân hệ chuyển mạch (SS) 1.2.5 Phân hệ khai thác hỗ trợ (OSS) 7 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động 1.3 Kiến trúc địa lý 1.3.1 Vùng mạng tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC) 1.3.2 Vùng phục vụ MSC/VLR 1.3.3 Vùng định vị LA (Location Area) .8 1.3.4 Cell (tế bào) 1.4 Kỹ thuật xử lý số GSM 1.4.1 số hoá mã nguồn(ở Codec) 10 1.4.2 Mã kênh .10 1.4.3 Ghép xen 13 1.4.4 Bảo mật 13 1.4.5 Tạo cụm .13 1.4.5 Điều chế .13 1.4.6 Phương pháp đa truy nhập GSM 16 1.5 Tổng kết chương 17 CHƯƠNG II: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN GSM LÊN WCDMA 18 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động 2.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G 18 2.2 Giải pháp nâng cấp 18 2.3 Kiến trúc mạng GPRS 20 2.3.1 Tổng quan GPRS 20 2.3.2 Cấu trúc mạng GPRS 21 2.3.3 Chức phần tử mạng GPRS 22 2.4 Node GSN 25 2.4.1 Cấu trúc 25 2.4.2 Thuộc tính node GSN .26 2.4.3 Chức .27 2.4.4 Mạng Backbone(mạng đường trục) 27 2.4.5 Cấu trúc BSC GPRS 28 2.5 Cấu trúc liệu GPRS 29 2.6 Các giao diện giao thức mạng GPRS .30 2.6.1 Mặt phẳng truyền dẫn 30 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động 2.6.2 Mặt phẳng báo hiệu .32 2.6.3 Giao diện Gb 32 2.6.4 Giao diện Gr 33 2.6.5 Giao diện Gs 34 2.6.6 Giao diện Gc 35 2.6.7 Giao diện vô tuyến Um .35 2.6.8 Mạng vô tuyến GPRS 36 2.6.9 Quản lý tài nguyên vô tuyến 42 2.7 Các giải pháp nâng cấp lên GPRS cho mạng GSM Việt Nam 44 2.7.1 Giải pháp hãng Alcatel (Pháp) 45 2.7.2 Giải pháp hãng Ericson (Thụy Điển) 45 2.7.3 Giải pháp hãng Motorola (Mỹ) .46 2.7.4 Giải pháp hãng Siemen (Đức) 46 2.8 EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) 47 2.8.1 Tổng quan 47 10 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Các mã LSP (a) Tất giá trị có L&b Hình 3.11 Bộ mã hoá CELP cho thông số độ cao -Tăng ích số bảng mã (hình 3.12) PCM đồng Tính hàm lỗi Các mã LSP (a) Chọn G I để tối ưu lỗi Ra bảng mã (I) khuếch đại (G) Trễ độ cao khuếch đại (L&b) Tất giá trị có I&G Hình 3.12 Bộ mã hoá CELP cho giá trị bảng mã Chúng tính toán trình đệ quy tương tữ cách sử dụng tín hiệu PCM đồng Các giá trị đuợc tính toán cho tần số, độ cao tăng ích tất giá trị bảng có tăng ích Đối với tỷ lệ 1/8, số bảng mã không tính, thay vào vecto ngẫu nhiên tạo phía sử dụng 3.10.2 Codec tốc độ khả biến cải biến, EVRC EVRC cho phép giảm số bit cần thiết cho hệ số dự đoán tuyến tính tổng hợp độ cao cho phép bảng mã đại số tạo kích thích Nhờ EVRC cho chất lượng tiếng cao Khác với codec CELP, EVRC ý định thích ứnh tín hiệu tiếng cách xác Mã hoá tốc độ 1/8 Thoại mã hoá Tiền xử lí tín hiệu Đánh giá thông số Tạo khuôn gói Mã hoá tốc độ hay 1/2 Trần Văn Tùng _Xác 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh định tốc độ 89 Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Gói tạo khuôn Lệnh tốc độ Quyết định tốc độ Hình 3.13 Sơ đồ khối chức EVRC Trường Tốc độ Chỉ thị chuyển đổi phổ LSP Trễ độ cao Trễ Delta Khuếch đại ACB Dạng FCB Khuếch đại FCB Năng lượng khung Tổng số bit mã hoá Bit chế độ hỗn hợp Chỉ thị chất luợng khung (CRC) (F) Các bit đuôi mã hoá Tổng số bit Tốc độ (kbit/s) 28 105 15 171 12 192 9,6 Kiểu gói Tốc độ Tốc độ 1/2 1/8 22 Để trống 30 12 80 16 8 96 4,8 24 1,2 8 0,4 Bảng 3.4 Phân bổ vị trí bit theo kiểu gói EVRC Thuật toán EVRC dựa thuật toán CELP Nó sử dụng thuật toán dự báo tuyến tính kích thích theo mã nới lỏng (RCELP) không thích ứng với tín hiệu dư gốc mà thích ứng với phiên bao theo thới gian tín hiệu dư gốc Phương pháp cho phép giảm tốc độ số bit khung cần để thể độ cao cho phép bổ sung bit cho kích thích ngẫu nhiên bảo vệ kênh Thuật toán EVRC phân loại tiếng thành khung 20 ms: toán tốc (8,55 kbit/s), tốc độ 1/2 (4 kbit/s) tốc độ 1/8 ( 0,8 kbit/s) Thuật toán EVRC ho phép cải thiện đáng kể chức lượng tiếng Sơ đồ khối chức EVRC đuợc cho hình 3.13 Bảng mã 3.4 cho thấy phân bổ vị trí bit theo gói EVRC 3.10.3 Codec đa tố độ thích ứng, AMR 90 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Codec tiếng W-CDMA sử dụng kỹ thuật đa tốc độ thích ứng (AMR) Trong trình hội thoại, bên tham gia luân phiên cho tính trung bình bên chiếm 50% thời gian truyền dẫn AMR có chức để sử dụng hiệu tích cự tiếng không liên tục -Bộ phát hịện tích cực tiếng (VAD) phía phát -Đánh giá tạp âm phía phát để thông số đặc trưng đến phía thu -Truyền dẫn thông tin tạp âm dễ chịu đến phía thu khung mô tả im lặng (SID), phát định kì Kênh Tốc độ bit codec Kênh nguồn 12,2 kbit/s (GMS Tốc độ bit codec nguồn 7,95 kbit/s EFR) 10,2 kbit/s 7,40 kbit/s 7,95 kbit/s 6,70 kbit/s TCH/FS/AMR 7,40 kbit/s TCH/FS/AMR 5,90 kbit/s (TCH/AFS) 6,70 kbit/s (TCH/AHS) 5,15 kbit/s 5,90 kbit/s 4,75 kbit/s 5,15 kbit/s 4,75 kbit/s Bảng 3.5 Tập chế độ codec -Tạo tạp âm dễ chịu phía thu khoảng thời gian khung thoại Toàn tập chế độ codec liệt kê bảng 3.5 3.10.4 Codec đa tốc độ băng rộng, AMR-WB Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ băng rộng gồm mã hoá tiếng đa tốc độ, sơ đồ tốc dộ điều khiển theo nguồn gồm phát tích cực tiếng hệ thống tạo tạp âm dễ chịu, chế che giấu lỗi để chống lại ảnh hưởng lỗi truyền dẫn gói bị Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ codec tiếng tích hợp đơn với tốc độ nguồn từ 6.60 kbit/s đến 23.85 kbit/s, chế độ mã hoá tạp âm tốc độ thấp Bộ mã hoá 91 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động tiếng có khả chuyển mạch tốc độ bit theo lệnh khung thoại 20 ms Một UE có khả codec tiếng AMR-WB hỗ trợ tốc độ bit liệt kê bàng 3.5 (*) Coi khung SID phát liên tục Chế độ codec AMR-WB_23.85 AMR-WB_23.05 AMR-WB_19.85 AMR-WB_18.25 AMR-WB_15.85 AMR-WB_14.25 AMR-WB_12.65 AMR-WB_8.85 AMR-WB_6.60 AMR-WB_SID Tốc độ codec nguồn 23,85 kbit/s 23,05 kbit/s 19,85 kbit/s 18,25 kbit/s 15,85 kbit/s 14,25 kbit/s 12,65 kbit/s 8,85 kbit/s 6,60 kbit/s 1,75 kbit/s * Bảng Các tốc độ bit codec nguồn cho AMR-WB codec 3.11 Giải pháp kỹ thuật W-CDMA 3.11.1 Điều chế BIT/SK (BPSK) Trong hệ thống điều chế BIT/SK (BPSK – Binary Phase Shift Keying) cặp tín hiệu s1(t) s2(t) sử dụng để biểu diễn giá trị nhị phân Ta có: si (t ) = Eb cos[ 2π f c + θ ( t ) + θ ] Tb (3.3) Trong : Tb : Độ rộng băng thông Eb : Năng lượng bit θ ( t ) : Góc pha thay đổi theo tín hiệu điều chế, θ góc pha ban đầu θ ( t ) = ( i − 1).π ,0 ≤ t ≤ Tb , i = 1,2 Một cặp sóng sin đối pha 1800 gọi cặp tín hiệu đối cực 92 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Luồng số hai Rb = 1/Tb NRZ Si(t) 2E b cos 2π f c Tb Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK Luồng số tốc độ bit Rb đưa qua chuyển đổi tín hiệu NRZ (0→1, 1→-1), sau nhân với sóng mang để tín hiệu điều chế BIT/SK Chọn tín hiệu sở trực chuẩn: u1 (t ) = cos( 2πf c t ) Tb (3.4) Ta có : S i (t ) = E b d ( t ) u1 ( t ) (3.5) Khoảng cách hai tín hiệu : − Eb Eb Hình 3.15 Khoảng cách hai tín hiệu BPSK Xác suất lỗi BPSK: Pe =  Eb erfc  N0     (3.6) Với: Eb: lượng bit N0: mật độ xác suất nhiễu trắng 3.11.2 Điều chế QPSK Tín hiệu điều chế QPSK có dạng: ( )  2E cos 2π f c t + ( 2i − 1) π + θ ,0 ≤ t ≤ T  S QPSK (t ) =  T 0, t < 0; t > T  (3.7) Trong 93 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Eb : Năng lượng bit Tb : Thời gian bit E = 2Eb : Năng lượng tín hiệu phát ký hiệu T = 2Tb : Thời gian ký hiệu fc : Tần số sóng mang, θ : góc pha ban đầu i = 1, 2, 3, Biến đổi lượng giác ta có phương trình dạng tương đương sau:  2E π  cos ( 2i − 1)  cos( 2π f c t ) ,0 ≤ t ≤ T − S QPSK ( t ) =  T 4  0, t < 0; t > T  (3.8) Nếu ta chọn Q1và Q2 hàm lượng sở trực giao chuẩn: Q1 ( t ) = − Q2 ( t ) = sin ( 2π f c t ) ,0 ≤ t ≤ T T cos( 2π f c t ) ,0 ≤ t ≤ T T Ta biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bốn điểm không gian tín hiệu với toạ độ xác định sau: S QPSK  π  Q1 = E sin ( 2i − 1)      = , i = 1,2,3,4 π   Q = E cos ( 2i − 1)      (3.9) Quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK không gian tín hiệu thể bảng sau: Xác suất lỗi QPSK:  Eb Pe,QPSK = Q  N0     (3.10) Cặp bit vào Pha tín hiệu Điểm tín hiệu 0≤t≤T QPSK Si Toạ độ điểm tín hiệu Q1 Q2 00 π/4 S1 + E/2 + E/2 01 3π/4 S2 + E/2 - E/2 11 5π/4 S3 - E/2 - E/2 94 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động 10 7π/4 S4 - E/2 + E/2 Ta thấy xác suất lỗi BPSK QPSK Tuy nhiên, với QPSK hiệu suất băng thông gấp lần BPSK Băng thông QPSK xấp xỉ Rb 3.12 Trải phổ W-CDMA 3.12.1 Giới thiệu Trong hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu băng tần vấn đề quan tâm hàng đầu Các hệ thống thiết kế cho độ rộng băng tần nhỏ tốt Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền liệu, phương pháp đa truy cập kết hợp TDMA FDMA GSM thay phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động băng tần rộng (5MHz) gọi hệ thống thông tin trải phổ Đối với hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần tín hiệu mở rộng trước phát Tuy độ rộng băng tần tăng lên nhiều lúc nhiều người sử dụng dùng chung băng tần trải phổ, mà hệ thống sử dụng băng tần có hiệu đồng thời tận dụng ưu điểm trải phổ Ở phía thu, máy thu khôi phục tín hiệu gốc cách nén phổ ngược với trình trải phổ bên máy phát Có ba phương pháp trải phổ sau: - Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit - Trải phổ nhảy tần (FHSS: Frequency Hopping Spreading Spectrum): Hệ thống FHSS thực trải phổ cách nhảy tần số mang tập tần số Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên Tần số khoảng thời gian chip T C cố định không đổi Tốc độ nhảy tần thực nhanh chậm, hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực tốc độ cao tốc độ bit tin, hệ thống nhảy tần thấp ngược lại - Trải phổ nhảy thời gian (THSS: Time Hopping Spreading Spectrum): Thực trải phổ cách nén khối bit số liệu phát ngắt quảng hay nhiều khe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian xác định khe thời gian 95 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động sử dụng để truyền dẫn khung Trong hệ thống DSSS, tất người sử dụng dùng chung băng tần phát tín hiệu họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên xác để lấy tín hiệu cách nén phổ Các tín hiệu khác xuất dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm Trong hệ thống FHSS THSS người sử dụng ấn định mã ngẫu nhiên cho cặp máy phát dùng chung tần số khe thời gian, máy phát tránh bị xung đột Nói cách khác DSSS kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS THSS kiểu hệ thống tránh xung đột Hệ thống thông tin di động công nghệ W-CDMA sử dụng DSSS nên ta xét kỹ thuật trải phổ DSSS 3.12.2 Nguyên lý trải phổ DSSS Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên tốc độ bit tính theo công thức sau : RC = 1/TC; Rb = 1/Tb Trong : RC : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên Rb : tốc độ bit TC : thời gian chip Tb : thời gian bít 96 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Tb = Tn Tb = Tn Tc Tb : Thời gian bit luồng số cần phát Tn : Chu kỳ mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ TC : Thời gian chip mã trải ph Hình 3.16 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 3.13 Cấu trúc phân kênh W-CDMA Cũng hệ thống thông tin di động hệ hai, kênh thông tin W-CDMA chia làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn nhận Theo quan điểm truyền dẫn ta có kênh vật lý theo quan điểm thông tin ta có kênh truyền tải Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến phức tạp thiết bị mặt đảm bảo khả xử lý băng tần sở cần thiết trạm gốc trạm đầu cuối Trên quan điểm hệ thống thông tin di động hệ ba hệ thống băng rộng, thiết kế lớp vật lý cho dịch vụ thoại mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho dịch vụ tương lai 3.13.1 Kênh vật lý Kênh vật lý tương ứng với tần số mang, mã đường lên tương ứng với góc pha tương đối (0 hay π/2) DPDCH: truyền kênh truyền dẫn DCH DPCCH: truyền thông tin điều khiển L1 như: bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá việc xác định kênh trình phát tương quan, lệnh điều khiển công suất phát-TPC, thông tin phản hồi-FBI, thị kết hợp định dạng truyền dẫn TFCI PRACH: mang thông tin kênh giao vận RACH 97 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động PCPCH: mang thông tin kênh giao vận CPCH Đường xuống có kênh vật lý riêng nhất: kênh vật lý riêng đường xuống (downlink DPCH) 3.13.2 Kênh truyền tải a Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải riêng kênh DCH sử dụng để mang thông tin từ lớp lớp vật lý riêng cho người sử dụng Thông tin bao gồm số liệu cho dịch vụ thời thông tin điều khiển lớp cao Kênh truyền tải riêng có tính đặc trưng sau : - Điều khiển công suất nhanh theo khung - Thay đổi tốc độ số liệu theo khung khả phát đến phần đoạn ô cách thay đổi hướng anten hệ thống anten thích ứng - Hỗ trợ chuyển giao mềm b Kênh truyền tải chung Có sáu kiểu kênh truyền tải chung định nghĩa UTRA Các kênh truyền tải chung chuyển giao mềm, số kênh có điều khiển công suất So với hệ thống thông tin di động hệ hai, kênh có số điểm khác truyền dẫn gói kênh chung, dùng chung kênh đường xuống để phát số liệu gói…  Kênh quảng bá (BCH) Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) kênh truyền tải sử dụng để phát thông tin đặc thù UTRA ô  Kênh truy nhập đường xuống (FACH) Kênh truy nhập đường xuống FACH (Forward Access Channel) kênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến UE nằm ô cho trước Kênh FACH truyền gói số liệu Khi có nhiều kênh FACH, kênh bổ sung có tốc độ bit cao FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh thông tin phát phải chứa thông tin nhận dạng băng  Kênh tìm gọi (PCH) Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) kênh truyền tải đường xuống 98 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi  Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) kênh truyền tải đường lên sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE Kênh sử dụng để phát cụm nhỏ số liệu gói từ UE Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu kênh truy cập ngẫu nhiên từ toàn vùng phủ ô  Kênh gói chung đường lên (CPCH) Kênh gói đường lên CPCH (Common Packet Channel) mở rộng kênh RACH để mang số liệu người sử dụng phát theo gói đường lên Kênh CPCH với kênh FACH đường xuống tạo nên cặp kênh để truyền số liệu  Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) Kênh đường xuống dùng chung DSCH (Dedicated Shared Channel) kênh truyền tải để mang thông tin người sử dụng, DSCh mang thông tin điều khiển DSCH hỗ trợ điều khiển công suất nhanh dùng chung cho nhiều người sử dụng 3.14 Truy nhập gói 3.14.1 Tổng quan truy nhập gói WCDMA Truy nhập gói WCDMA cho phép vật mang thời gian thực sử dụng động kênh chung, riêng dùng chung Việc sử dụng kênh khác điều khiển lập biểu gói PS (Packet Scheduler) Bộ lập biểu gói thường đặt RNC việc lập biểu gói thực hiệu cho nhiều ô, xem xét kết nối chuyển giao mềm Bộ lập biểu gói có chức sau: - Phân chia dung lượng giao diện vô tuyến người sử dụng - Phân chia kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu người sử dụng - Giám sát phân bổ gói tải hệ thống 3.14.2 Lưu lượng số liệu gói Truy nhập gói sử dụng cho dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan điểm giao diện vô tuyến có thuộc tính điển hình sau: 99 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động - Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu biến đổi nhanh - Số liệu gói cho phép trễ lớn dịch vụ thời gian thực Vì số liệu gói lưu lượng điều khiển xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến - Các gói phát lại lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC) Điều cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến tỷ số lỗi khung cao so với dịch vụ thời gian thực Lưu lượng gói đặc trưng thông số sau: - Quá trình đến phiên - Số gọi đến phiên - Thời gian đọc gọi - Số gói gọi gói - Khoảng thời gian hai gói gọi gói -Kích thước Phiên dịch vụ gói Cuộc gọi gói Thời gian đọc Thời gian Kích thước gói Hình 3.17 Đặc trưng phiên dịch vụ gói 3.14.3 Các phương pháp lập biểu gói Chức lập biểu gói phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng người sử dụng Bộ lập biểu gói định tốc độ bit phân bổ thời gian phân bổ Thuật toán lập biểu gói W-CDMA thực theo hai phương pháp: phân chia theo mã phân chia theo tần số Trong phương pháp phân chia theo mã, có nhu cầu tăng dung lượng tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng giảm Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng dành cho số người theo thời điểm, người sử dụng 100 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động có tốc độ bit cao sử dụng thời gian ngắn Trong trường hợp số người sử dụng tăng phải đợi truyền dẫn lâu Thực tế trình lập biểu gói kết hợp hai phương pháp a Lập biểu phân chia theo thời gian Khi lập biểu phân chia thời gian phân bổ tốc độ gói, cần xét đến hiệu vô tuyến Thông thường dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi lượng bit hơn, phân chia theo thời gian có ưu điểm E b/No thấp Ngoài thời gian trễ trung bình phương pháp ngăn so với phương pháp phân chia theo mã Nhược điểm phương pháp phân chia thời gian là: - Thời gian truyền dẫn ngắn việc thiết lập giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài chí đến vài khung - Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế dải tốc độ cao hạn chế công suất MS đường lên - Phương pháp sử dụng tốc độ bit cao tạo lưu lượng dạng cụm, điều dẫn đến thay đổi cao mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã b Lập biểu phân chia theo mã Trong lập biểu phân chia theo mã tất người sử dụng ấn định kênh họ cần chúng Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng tốc độ bit phải thấp lập biểu theo thời gian Các ưu điểm phương pháp là: - Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập giải phóng gây tổn thất dung lượng tốc độ bit thấp thời gian truyền dẫn lâu Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian lập biểu gói phân chia theo thời gian Điều cho phép dự báo mức nhiễu - Lập biểu phân chia theo mã tĩnh động Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit phân bổ trì cố định suốt thời gian kết nối Trong lập biểu động, tốc độ bit thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói - Phương pháp lập biểu đòi hỏi khả MS thấp 3.15 Kết luận chương 101 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động Hệ thống thông tin di động hệ ba W-CDMA cung cấp dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn truyền dẫn đối xứng không đối xứng, thông tin điểm đến điểm thông tin đa điểm Với khả đó, hệ thống thông tin di động hệ ba cung cấp dễ dàng dịch vụ như: điện thoại thấy hình, tải liệu nhanh, cung cấp dịch vụ đa phương tiện khác Do mạng di động W-CDMA mạng phổ biến thời gian tới KẾT LUẬN Sau thời gian học tập, nghiên cứu, hướng dẫn tận tình thầy giáo, trực tiếp là.Th.S Phạm Mạnh Toàn, Cô K.S Nguyễn Thị Kim Thu thầy cô giáo Khoa Công nghệ trường Đại học Vinh đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Th.S Phạm Mạnh Toàn, Cô K.S Nguyễn Thị Kim Thu thầy cô khoa Công Nghệ Trường Đại Học Vinh bảo giúp đỡ em hoàn thành đồ án Do trình độ thời gian nghiên cứu hạn hẹp, nên cố gắn tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận bảo góp ý thầy cô bè bạn đồng nghiệp Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng 102 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động TÀI LIỆU THAM KHẢO Thông tin di động GSM – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thông, Nhà xuất Bưu điện 1999 Hệ thống thông tin di động W-CDMA – KS Nguyễn Văn Thuận, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thông Thông tin di động hệ (tập 1,2) – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất Bưu điện Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến – TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu - Viễn thông, Nhà xuất Bưu điện 2004 Cuốn Thông tin di động – Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội Các Website: www.google.com.vn www.diendandientu.com www.picvietnam.net www.vntelecom.org.vn www.quantrimang.com www.dientuvietnam.net số trang web khác 103 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh [...].. .Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động 2.8.2 Kỹ thuật điều chế trong EDGE 47 2.8.3 Giao tiếp vô tuyến 48 2.8.4 Các kế hoạch cần thực hiện khi áp dụng EDGE trên mạng GSM .49 2.9 Tổng kết chương 2 51 CHƯƠNG III: CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W- CDMA 52 3.1... di động Mã mạng thông tinn di động Số nhận dạng trạm di động Số lưu động của thuê bao di động Máy di động đầu cuối Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện Điều khiển truy nhập môi trường 17 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động MM MAP MTP Mobile Management Mobile Application Port Message Transfer Part Quản lý. .. _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động thời điều chỉnh tốc độ cho việc truyền số liệu Hệ thống GSM sử dụng mô hình OSI (Open System Interconnection) Có 3 giao di n phổ biến trong mô hình OSI: giao di n vô tuyến giữa MS và BTS, giao di n A giữa MSC và BSC và giao di n A-bis giữa BTS và BSC  Đài vô tuyến gốc BTS: Một BTS bao gồm các thiết bị phát... Code Division Multiple Access Giao thức ứng dụng không dây Đa truy cập phân mã băng rộng 20 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1 Tổng quan 1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động Điện thoai di động ra đời ở những năm 1920, khi đó điện thoại di động. .. nên các từ mã khác hoặc khối mã Ở bộ mã hóa khối, k bít thông tin được mã hóa ra thành n bít Tổng các bít (n –k) Hình 1.4 Mã hoá khối 31 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động được cộng vào các bít thông tin với mục đích phát hiện sai và sữa sai Ở mã khối ta bổ sung bít kiểm tra vào một số bít thông tin. .. vị trí của thuê bao và 27 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) 1.2.5 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS) Hệ thống khai thác và hỗ trợ được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC Nó cung... Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng 1.2.1 Kiến trúc mạng Mạng GSM được chia làm bốn phần chính • Trạm di động MS (Mobile Station) • Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) xử lý công việc liên quan đến truyền phát sóng vô tuyến • Hệ thống chuyển mạch SS (Switching Subeystem) chuyên xử lý cuộc gọi và công việc liên... phương tiện thông tin liên lạc giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ Mãi đến năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này Giải pháp duy nhất để loại bỏ những 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 truy nhâp mới Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy... công nghệ _ Đại học Vinh Điều chế Giải điều chế 29 Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động Kênh radio Hình 1.3 Mô hình xử lý tín hiệu trong GSM 1.4.1 số hoá và mã nguồn(ở Codec) Bộ mã hoá tiếng nói trong GSM là RELP (Residually Excited Linear Prredictive Codec) Chúng được làm nổi bật bằng bộ dự đoán dài (LDP), cung cấp cụm 260bít/20ms (tốc độ 13kbps) và được... bảo các kết nỗi chuyển mạch cho tiếng, các dịch vụ video, chất lượng dịch vụ không thua kém chất lượng mạng cố định, nhất là với tiếng, phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả phần tử thông tin vệ tinh… 1.2 Kiến trúc của hệ thống GSM 23 Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động Kiến trúc hệ thống .. .Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN SỐ TRONG CÁC HỆ... công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1 Tổng quan 1.1.1 Lịch sử phát triển thông tin di động. .. khoa công nghệ _ Đại học Vinh Kỹ thuật xử lý số truyền dẫn vô tuyến số hệ thống thông tin di động truyền số liệu Các gói tin truyền trực tiếp từ máy di động GPRS tới mạng chuyển mạch số liệu Người