Bài giảng Thông tin di động: Phần 1

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ bắt đầu từ năm 1897 Gugliemo Marconi đã thực hiện liên lạc từ đất liền với những con tàu trên biển bằng sóng điện từ. Đến năm 1980 thông tin di động mới thực sự phát triển trên thế giới.

Để hiểu được ta làm phép tính: Mỗi cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập, giả sử mỗi kênh có dải thông 3kHz (trên thực tế lớn hơn) thì dải tần vô tuyến từ 0 – 3GHz chỉ cho phép truyền 3.109/3.103 = 106 cuộc liên lạc cùng một lúc. Để phục vụ hàng chục triệu người có thể cùng sử dụng máy di động cùng một lúc, đấy chưa kể dải tần này còn dành cho rất nhiều công việc khác như phát thanh, truyền hình, thông tin hàng không…

Phương pháp duy nhất để giải quyết vấn đề tăng số lượng người sử dùng trên một dải tần vô tuyến hạn chế là: Một cuộc liên lạc di động này có thể sử dụng đúng dải tần của một cuộc liên lạc di động khác với điều kiện hai cuộc liên lạc phải ở khoảng cách đủ xa nhau để sóng vô tuyến truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền giữa hai người dùng trong cuộc. Do đó để thích hợp cho việc quản lý người ta chia vùng phục vụ thành các phần nhỏ gọi là tế bào (Cellular). Khi đó hai cuộc liên lạc ở hai tế bào đủ xa nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng vô tuyến thông qua việc quản lý của một trạm trung tâm. Về lý thuyết kích thước tế bào là rất nhỏ khi đó có thể phục vụ vô số cuộc gọi cùng một lúc chỉ cần một dải tần hạn chế. Phương pháp này gọi là phương pháp sử dụng lại tần số.

Tóm lại, những đặc thù của thông tin di động là: Phục vụ đa truy cập – gắn liền với thiết kế mạng tế bào, các hệ quả kéo theo liên quan đến vấn đề này là: Chuyển giao, chống nhiễu, quản lý di động, quản lý tài nguyên vô tuyến, bảo mật,… Những điều này khác rất nhiều với mạng vô tuyến cố định và luôn đỏi hỏi phát triển những công nghệ mới.

Để có bức tranh toàn cảnh về sự phát triển của thông tin di động ta điểm lại một

số mốc lịch sử khi phát triển thông tin di động trên thế giới.

Ta có thể lựa chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển

hình:

− Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng được giới thiệu lần đầu ở 25 thành phố. Mỗi hệ thống dùng bộ phát công suất lớn đặt trên ăng ten cao phủ sóng bán kính 50km. Kỹ thuật Push to talk (bán song công), độ rộng kênh truyền là 120kHz

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 4

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(mặc dù độ rộng băng tần của tiếng nói chỉ là 3kHz). Đây chưa phải là hệ thống tế bào, tần số chưa được sử dụng lại, số người được phục vụ rất ít.

− Năm 1950: Độ rộng kênh được thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử

dụng tăng gấp đôi.

− Năm 1960: Độ rộng kênh được thu hẹp chỉ còn 30kHz. − Từ năm 1950 – 1960: Xuất hiện trung kế tự động, dịch vụ IMTS, hiệu suất sử

dụng phổ kém so với hệ thống tế bào ngày nay.

− Trong khoảng 1950 – 1960: Lý thuyết mạng tế bào ra đời tuy nhiên công nghệ

lúc đó chưa đáp ứng được.

− Năm 1976: Ở New York chỉ có 12 kênh phục vụ 543 khách hàng, dịch vụ chất

lượng kém hay bị bận

− Năm 1981 hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT450 trở thành hệ thống dịch vụ truyền thông di động tế bào đầu tiên ưở Châu Âu. Hệ thống này ra đời chủ yếu phát triển các máy điệu thoại trên xe hơi và xách tay. Là hệ thống kỹ thuật Analog, hoạt động trên băng tần 450MHz (453 – 457.5MHz từ MS – BTS và 463 – 467.5MHz từ BTS – MS) sử dụng đa truy cập FDMA, điều chế FSK, độ rộng băng tần là 25kHz do đó cho phép hỗ trợ 180 kênh

− Năm 1986 hệ thống NMT900 Tây âu, hệ thống này hoạtđộng trên băng tần

900MHzhoặc 1800MHz (mở rộng) với kỹ thuật đa truy nhập TDMA.

− Năm 1983: Ra đời dịch vụ thông tin di động cải tiến (AMPS) bởi công ty AT&T. Đánh dấu sự ra đời điện thoại di động tế bào thế hệ 1. FCC cấp độ rộng phổ là 40MHz trên phổ tần 800MHz, Năm 1989; FCC phân thêm 10MHz phổ cho hệ thống AMPS (824 – 849MHz từ MS → BTS và 869 – 894MHz từ BTS → MS) cho dịch vụ này mỗi kênh có độ rộng băng tần 30kHz, do đó hệ thống có 832 kênh đúp (kênh song công mỗi kênh độ rộng 2*30 = 60kHz). Trong 832 kênh có 40 kênh chỉ mang thông tin về hệ thống. Ở mỗi thành phố phân cho 2 nhà cung cấp dịch vụ. Hệ thống tế bào này hoạt động trong môi trường hạn chế giao thoa, sử dụng lại tần số, kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, để cực đại số người dùng dải tần và tổ chức kênh của hệ thống AMPS như sau:

Các kênh phát ngược MS → BTS

Các kênh phát xuôi BTS → MS

799

990 991 … 1023 1 2

…

990 990 … 1023 1 2

…

799

869 – 894 MHz

990

Tần số: 0.030N + 825.0 MHz

0.030(N - 1023) + 825.0 MHz 0.030N + 870.0 MHz 0.030(N – 1023) + 870.0 MHz

990

824 – 849 MHz Số hiệu kênh ngược: 1 ≤ ≤ N ≤ 1023 ≤ N Số hiệu kênh xuôi: ≤ N ≤ 1 ≤ N ≤ 1023

799 799

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 5

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

DQPSK

4/π

− Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS – 54, hỗ trợ 3 ). Khi kỹ

người sử dụng trên một kênh truyền 30kHz (sử dụng điều chế

thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dung lượng lên 6 lần. (kết hợp với TDMA và tồn tại song song với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng) đánh dấu sự ra đời của thông tin di động thế hệ 2.

− Cũng năm 1991: Hệ thống dựa trên kỹ thuật trải phổ được phát triển bởi Quancom theo chuẩn IS – 95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần 1.25MHz, sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp (CDMA). Với AMPS yêu cầu SNR 18 dB thì CDMA yêu cầu thấp hơn và cho dung lượng cao hơn. Ngoài ra bộ mã hóa tiếng nói tốc độ thay đổi có thể phát hiện tiếng nói khi đàm thoại sẽ điều khiển bộ phát chí phát sóng khi nói sẽ làm giảm môi trường giao thoa và tiết kiệm pin. Hệ thống này đang được sử dụng rộng rãi tại các nước Bắc Mỹ, một số nước châu Á, đang cạnh tranh thị trường so với hệ thống GSM.

− Năm 1991 hệ thống mạng thông tin di động thế hệ 2 ra đời ở Châu Âu với trên phổ tần 900MHz (890 – 915MHz uplink và 935 – 960MHz downlink) sử dụng kỹ thuật TDMA/FDMA

− Vấn đề tích hợp các mạng trong một cơ sở hạ tầng cũng được đặt ra từ đầu

những năm 1990.

− Năm 1995: Chính phủ Mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800/2100MHz hứa

hẹn sự phát triển mới cho dịch vụ thông tin cá nhân (PCS)

− Năm 2000: tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã thống nhất một số hướng và chuẩn phát triển cho thông tin di động đa dịch vụ thế hệ 3 theo chuẩn UMTS và CDMA2000.

Hệ thống thông tin di động trên thế giới phân thành 3 loại chính như sau là: Hệ

nhắn tin - điện thoại kéo dài - điện thoại tế bào trong đó:

− Hệ nhắn tin: là loại hình thông tin di động bán song công người dùng chỉ nhận được bản tin nhắn một chiều với một thiết bị thu đơn giản như một chiếc radio và một mã số riêng.

− Điện thoại kéo dài: là thiết bị cầm tay kết nối vô tuyến với một máy chủ đặt trong nhà, máy chủ được kết nối với mạng điện thoại công cộng (PSTN). Tầm vô tuyến kéo dài hẹp (<100m) tiện lợi cho người sử dụng di động tốc độ thấp…

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 6

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

− Điện thoại tế bào cho phép người sử dụng di động tốc độ nhanh, toàn bộ vùng dịch vụ được chia thành các tế bào kề nhau, người dùng nằm trong tế bào nào sẽ do trạm cơ sở của tế bào đó quản lý…

− Ngoài việc phân loại trên thì trên thế giới tồn tại 3 hệ thống điện thoại với các chuẩn không tương thích nhau đó là Nhật bản, Bắc Mỹ và Châu Âu và các nước còn lại. Ngoài ra Các hệ thống thông tin di động vệ tinh cũng đang được các công ty Global Start, Iridium phát triển và khai thác với khả năng phục vụ trong vùng phủ sóng lớn hơn so với hệ thống di động mặt đất. Đây là những tồn tại lịch sử mà trong xu hướng phát triển của tương lai thế giới mong muốn một hệ thống thống nhất toàn cầu đa dịch vụ, phục vụ người dùng di chuyển khắp nơi chỉ với một thiết bị cầm tay.

(cid:0)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

(cid:4)

(cid:5)

(cid:6)

(cid:7)

(cid:8)

(cid:9)

(cid:10)

(cid:11)

(cid:12)

(cid:13)

(cid:2)

(cid:14)

(cid:15)

(cid:2)

(cid:16)

(cid:17)

(cid:18)

(cid:19)

(cid:9)

(cid:20)

(cid:4)

(cid:21)

(cid:11)

(cid:13)

(cid:4)

(cid:22)

(cid:8)

(cid:23)

(cid:2)

(cid:17)

(cid:1)

(cid:24)

(cid:25)

(cid:26)

(cid:4)

(cid:1)

FM FM DQPSK

4/π

AMPS NAMPS USDC

Tế bào Tế bào Tế bào

1983 1992 1991

FDMA FDMA TDMA

824 – 894MHz 824 – 894MHz 824 – 894MHz

300KHz 10KHz 30KHz

CDPD IS – 95

1993 1993

FH / gói CDMA

30KHz 12.5MHz

Tế bào Tế bào /PCS Nhắn tin Nhắn tin Nhắn tin PCS

1970 Đơn công 1970 Đơn công 1993 Đơn công 1994

TDMA

824 – 894MHz 824 – 894MHz 1.8 – 2.0 GHz Vài kênh Vài kênh Vài kênh 1.85 – 1.99 GHz

GMSK QMSK / BPSK FSK FSK 4 – FSK GMSK

12.5KHz 12.5KHz 15KHz 200KHz

4/π

DQPSK

GSC POSAG FLEX DSC1900 (GSM) PACS

1994

1.85 – 1.99 GHz

300KHz

TDMA/ FDMA

Kéo dài /PCS SMR.PCS

MIRS

1994

TDMA

Vài kênh

16QAM

25KHz

(cid:0)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

(cid:4)

(cid:5)

(cid:6)

(cid:7)

(cid:8)

(cid:9)

(cid:10)

(cid:11)

(cid:12)

(cid:13)

(cid:2)

(cid:14)

(cid:15)

(cid:2)

(cid:16)

(cid:17)

(cid:18)

(cid:19)

(cid:9)

(cid:20)

(cid:4)

(cid:21)

(cid:11)

(cid:13)

(cid:4)

(cid:22)

(cid:8)

(cid:23)

(cid:2)

(cid:17)

(cid:1)

(cid:24)

(cid:25)

(cid:26)

(cid:4)

(cid:1)

E-TACS

Tế bào

FDMA 900 MHz

25KHz

1985

NMT-450

Tế bào

FDMA 457 – 470 MHz

25KHz

1981

NMT-900

Tế bào

FDMA 890 - 960 MHz

12.5KHz

1986

Tế bào / PCS

TDMA 890 - 960 MHz GMSK

200KHz

1990

GSM

Tế bào

FDMA 450 – 465 MHz

20/10KHz

1985

C-450

ERMES

Nhắn tin

FDMA Vài kênh

4 - FSK

25KHz

1993

Kéo dài

FDMA 864 – 868 MHz GFSK

100KHz

1989

CT2

Kéo dài

TDMA 1.88 – 1.9 GHz

GFSK

1.728KHz

1993

DECT

DCS-1800 Kéo dài /PCS

1993

TDMA 1.71 – 1.88 GHz GMSK

200KHz

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 7

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Chuẩn

Loại

Bắt đầu Truy cập

Băng tần

Điều chế

Kênh

JATC Tế bào

1988

FDMA

860 – 925 MHz

25kHz

PDC Tế bào

1993

TDMA

810 – 1501 MHz

DQPSK

4/π

25kHz

NTT Tế bào

1979

FDMA

400/800 MHz

25kHz

NTACS Tế bào

1993

FDMA

843 – 925 MHz

12.5kHz

NTT Nhắn tin

1979

FDMA

280 MHz

FSK

12.5kHz

NEC Nhắn tin

1979

FDMA

Vài kênh

FSK

10kHz

PHS Kéo dài

1993

TDMA

1895 – 1907 MHz

DQPSK

4/π

300kHz

Hiện nay thông tin di động đang trong giai đoạn phát triển như vũ bão, đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng của khách hàng cả về dung lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ chia làm các giai đoạn phát triển sau:

− Từ năm 1989 đã có những nghiên cứu rộng lớn trên thế giới nhằm phát triển hệ thống vô tuyến cá nhân: Kết hợp sự thông minh của mạng PSTN, xử lý tín hiệu số hiện đại và công nghệ vô tuyến (RF).

− Xu hướng phát triển mạng vô tuyến trong nhà (indoor) cho phép người dùng kết

nối máy tính văn phòng trong các tòa nhà lớn (tần số 1.8GHz) (Inbuilding)

− Xu hướng chuẩn hoá IMT – 2000, được quyết định bởi ITU xây dựng chuẩn và

quy hoạch tần số trên toàn thế giới.

− Xu hướng phát triển hệ viễn thông vệ tinh LEO, cùng với sự phát triển công nghệ vũ trụ, hệ thông tin vệ tinh phối hợp với hệ di động mặt đất tạo nên kết nối toàn cầu thích hợp với mọi loại địa hình và loại thông tin.

− Hiện nay các quốc gia phát triển sau lại có cơ hội đi nhanh vào các ứng dụng tiên

tiến nhất và lựa chọn các mô hình thích hợp với sự phát triển của tương lai.

- Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCDS: High Speed Circuit Swiched Data), dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet Radio Sevice) và số liệu 14,4 kbit/s.

- Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như: Codec tiếng toàn tốc cải tiến (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng.

- Các dịch vụ bổ sung như: Chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển

giao cuộc gọi và các dịch vụ chặn cuộc gọi.

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 8

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

- Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short Message Service)

như: móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.

- Các công việc liên quan đến tính cước như: Các dịch vụ trả tiền trước, tính

cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình.

- Tăng cường công nghệ SIM. Như dung lượng SIM 64k, 128k và tích hợp các dịch vụ trên SIM như Bankplus, Daily express, Daily SMS, I - Muzik, Mobile Internet

- Dịch vụ mạng thông minh: CAMEL.

- Các cải thiện chung như: Chuyển mạng, các dịch vụ địng vị, tương tác với các

hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu.

Thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình…

Dưới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thứ ba này:

- Mạng phải là băng thông rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện.

Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2Mbit/s.

- Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng như ở đường xuống tốc độ bit cao hơn và đường lên tốc độ thấp hơn hoặc ngược lại.

- Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu.

- Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định,

nhất là đối với thoại.

- Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả dịch vụ thông

tin vệ tinh.

Băng tần cho IMT-2000 đã được quy định tại hội nghị quản lý vô tuyến thế giới – 92 (WARC-92) vào năm 1992. Một dải phổ 230MHz trong băng tần 2GHz (1885 –

2025 MHz, 2110 – 2200 MHz) đã được phân chia cho IMT-2000. Tuy nhiên sự bùng nổ nhu cầu đối với thông tin di động và các xu hướng đa phương tiện trong thông tin

di động khiến cho ITU-R dự đoán vào giữa năm 1999 và 2000 rằng băng tần IMT- 2000 sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần. Đặc biệt, ITU-R dự báo số thuê bao

IMT-2000 sẽ đạt con số 200 triệu thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2010, đồng thời ITU-R cũng nhận thấy cần phải đảm bảo một băng tần chung toàn cầu để đạt được giá

thành thấp hơn nhờ việc sử dụng chung các thiết bị đầu cuối IMT-2000 trên phạm vi

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 9

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

toàn cầu và phát triển các chỉ tiêu kĩ thuật chung cho các thiết bị đầu cuối. ITU-R ước tính rằng vào năm 2010 sẽ thiếu băng thông khoảng 160MHz cho các hệ thống thông

tin mặt đất và 2x67 MHz cho các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. Để đáp ứng dự báo này, hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2000 (WRC-2000) đã đề xuất dành

các băng tần 800 MHz (806 – 960 MHz), 1,7GHz (1710 – 1885 MHz) và 2,5 GHz (2500 – 2690 MHz) để sử dụng cho IMT-2000 trên thế giới trong tương lai, còn việc

phân chia thích hợp các tần số trong các băng tần này bởi mỗi quốc gia sẽ theo nhu cầu trong nước và các ứng dụng thương mại khác.

MS: Ứng dụng di động vệ tinh

DECT: Hệ thống viễn thông không dây kỹ thuật số

FDD: Song công phân chia tần số TDD: Song công phân chia thời gian

Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới được xây đựng trên cơ sở CDMA hoặc

CDMA kết hợp với TDMA.

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 10

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Phương pháp sử dụng lại tần số dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau gọi là các tế bào. Mỗi tế bào có một ăng ten trung tâm với công suất phù hợp để quản lý các di động trong tế bào mà không gây nhiễu sang các tế bào khác. Việc phân chia này phải thỏa mãn 2 yêu cầu:

− Diện tích các tế bào phải phủ kín vùng dịch vụ, vùng chồng lấn giữa hai tế

bào kề nhau phải cực tiểu

− Hai tế bào sử dụng cùng dải tần ở khoảng cách đủ xa nhau.

Để đơn giản ta coi địa hình là bằng phẳng lý tưởng, mỗi tế bào như một đa giác

đều. Nếu đa giác này phủ kín mặt phẳng thì công thức sau đây được thỏa mãn

(n – 2).1800.

= 3600

từ đây l= 2 +

(2 – 1)

l n

4 −n

Ở đây n là số cạnh đa giác, l là số đa giác có chung một đỉnh để phủ kín một góc 3600, Do l, n đều là các số nguyên nên (n – 2) phải là ước của 4 do đó n chỉ có thể nhận các giá trị 3, 4, 6 tức đa giác đều phải là tam giác, tứ giác hoặc lục giác đều.

Hình 2 – 1. Mô hình vùng chồng lấn giữa 2 tế bảo

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 11

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(cid:1) Khi sử dụng ăng ten phát tròn đặt tại tâm các đa giác này. Với tế bào lục giác thì các hình tròn ngoại tiếp của 2 đa giác kề nhau có diện tích chồng lấn lên nhau nhỏ nhất, do vậy mô hình tế bào lục giác được lựa chọn trên thực tế.

Giả sử chúng ta có S kênh truyền và phân cho một nhà cung cấp dịch vụ. Khi thiết kế hệ thống không thể phân tất cả S kênh truyền này cho một tế bào, vì khi lặp lại S kênh này ở tế bào bên cạnh các kênh cùng dải tần ở 2 tế bào cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau. Do vậy S kênh này phải phân cho một nhóm N tế bào (N còn gọi là kích thước nhóm) như vậy mỗi nhóm có S/N = C kênh,

Khi thiết kế lặp lại cả nhóm tế bào này trên toàn bộ vùng dịch vụ. Điều này làm cho 2 tế bào cùng kênh ở xa nhau hơn; hai tế bào ở cạnh nhau sử dụng các kênh truyền khác nhau điều đó dẫn đến kích thước nhóm càng lớn, 2 tế bào sử dụng cùng kênh ở khoảng cách càng xa nhau.

Nếu vùng dịch vụ chia làm P tế bào thì dung lượng hệ thống (số người tối đa

có thể sử dụng cùng một lúc) được tính là T(kênh):

T = P.C = P.S/N

(2 – 2)

Cell B

Vùng chồng lấn

Cell A

Hình 2 – 2: Lặp lại nhóm tế bào trong vùng dich vụ

Từ công thức này ta thấy nếu N tăng thì T giảm, nếu N giảm thì T tăng. Vậy để đạt được dung lượng lớn nhất thì N phải tiến đến 1 (tức là phân tất cả kênh vào 1 tế bào) song như đã nói ở trên 2 tế bào bên cạnh nhau sẽ gây nhiễu lên nhau. Ngược lại để đảm bảo chống nhiễu tốt, N lớn sẽ làm cho dung lượng hệ thống giảm. Lựa chọn kích thước nhóm N thích hợp là nhiệm vụ của người thiết kế.

Với việc lựa chọn thiết kế là các tế bào hình lục giác, khoảng cách tâm giữa hai tế bào có cùng kênh truyền nằm gần nhau nhất là D, khoảng cách này được tính như sau

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 12

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

D2 = j2(R 3 )2 + i2(R 3 )2 +i.j(R 3 )2

(2 – 3)

Ở đó j, i là các bước dịch sang ngang (vuông góc với cạnh lục giác) và dịch nghiêng 600 so với dịch ngang để tế bào này có thể trùng lên tế bào kia, R là bán kính tế bào hình 2 – 3.

Hình 2 – 3: Liên hệ kích thước nhóm và tỷ số D/R

Mặt khác so tính lặp lại của lục giác và kích thước nhóm cũng được tính:

xDien tich tam giac deu canh D _ _

_ _

3 / 2 6 3 / 4

D 2 Dien tich te bao luc giac Ban kinh R R _

2 = + i

i j .

(2 – 4)

Hay

D R 3

“Kích thước nhóm là số tế bào sử dụng hết S kênh truyền của hệ thống.”

Kích thước nhóm là một số nguyên N phải thỏa mãn công thức trên. Thông

thường nó được lựa chọn giá trị N = 4, 7, 12, …

Phổ tần 33MHz được phân cho hệ di động song công phân chia theo tần

số có độ rộng kênh đơn là 25kHz. Tính số kênh ở mỗi tế bào ở các trường hợp.

a. N = 4,

b. N = 7,

c. N = 12

Nếu vùng dịch vụ có 50 tế bào. Tính

dung lượng hệ thống trong mỗi trường hợp đó.

Độ rộng kênh đúp là:

25kHz*2 = 50kHz

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 13

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Số kênh đúp được phép là:

33000kHz/50kHz = 660 kênh đúp

a. N = 4 số kênh trong một tế bào là

660/4 = 165 kênh đúp, dung lượng kênh hệ thống là

C = P*k = 50*165 = 8250 kênh đúp

b. N = 7 số kênh trong một tế bào là:

660/7 = 94 kênh đúp , dung lượng kênh hệ thống là

C = 50*94 = 4700 kênh đúp

c. N = 12 số kênh trong một tế bào là:

660/12 = 55 kênh đúp, dung lượng kênh hệ thống là

C = 50*55 = 2450 kênh đúp

Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu C/I được biểu diễn bởi quan hệ giữa độ lớn của

sóng mong muốn và độ lớn của sóng không mong muốn:

lg10=

[dB]

C I

P c P i

Trong đó:

Pe: Công suất tín hiệu của sóng phát mong muốn. Pi : Công suất tín hiệu của sóng phát gây nhiễu.

Để đánh giá ảnh hưởng của nhiễu cùng tần số do việc sử dụng lại kênh truyền

ta có công thức suy giảm sóng điện từ là:

−

(2 – 5)

(

)

(

)

 d  0 d 

  

Ở đó

là công suất sóng điện từ nhận được tại khoảng cách d0, p(d) là công

)dp 0(

suất sóng điện từ nhận được tại khoảng cách d so với nguồn phát, n là số mũ suy giảm sóng điện từ (n chỉ phụ thuộc vào môi trường truyền sóng).

Trong trường hợp nhiễu cùng kênh chỉ xét các tế bào cùng kênh ở gần nhau nhất gây nhiễu (các tế bào có cùng khoảng cách D đến tế bào mong muốn gây nhiễu lên nhau), bỏ qua các tế bào cùng kênh ở xa gây nhiễu.

Coi hệ thống sử dụng tế bào lục giác có kích thước nhón N = 6 khi đó ta có 6 tế

bào cùng kênh gây nhiễu.

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 14

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Tỷ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễu cùng kênh gây bởi 6 tế bào xung

quanh thu tại máy di động được tính là:

(2 – 6)

C 6

C I

∑

= 1

Hình 2 – 4a: Nhiễu đồng kênh gây ra tại bộ thu của máy di động

Hình 2 – 4b: Nhiễu đồng kênh gây ra tại bộ thu của máy di động

Ở đó S là công suất tín hiệu có ích thu tại máy di động cách xa tâm tế bào khoảng R (khi ở rìa tế bào). I là công suất không mong muốn cùng kênh của trạm phát ở các tế bào xung quanh gần nhất cách máy di động xấp xỉ khoảng D. Sử dụng công thức tính D ở công thức (2 – 3)

D2 = j2(R 3 )2 + i2(R 3 )2 +j.i(R 3 )2

N =

và công thức (2 – 5) ta thay vào công

Theo công thức (2 – 4) với

D 3R

thức (2 – 6) ta thu được tỷ số S/I là:

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 15

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

−

(2 – 7)

−

(

)

C I

R D

1 6

  

  

  

  

Đánh giá tỷ số công suất tín hiệu trên công suất nhiễn cùng kênh của thệ thống

như sau:

C/I> 25 dB

Rất tốt

20 dB ≤ C/I≤ 25 dB

Tốt

12 dB ≤C/I≤ 20 dB

Có hiệu quả

C/I<

12 dB

Không hiệu quả

Q =D/R còn gọi là tỷ số lặp lại kênh, từ công thức (2 – 2), ( 2 – 7) ở trên ta có

Quy tắc thiết kế trên địa hình lý tưởng:

Từ C/I, n → N, D/R

Các thông số C/I và n bị quy định trước bởi môi trường và tính năng bộ thu bởi nhà chế tạo thiết bị, N và D/R được tính toán thiết kế bởi nhà cung cấp tế bào. Để xác định tiếp R phải thống kê mật độ địa lý người sử dụng (mật dộ lưu lượng) và số kênh tương ứng trong mỗi thế bào.

Máy thu di động hoạt có hiệu quả đòi hỏi C/I > 15dB. Hãy tính hệ số lặp lại kênh, kích thước nhóm tế bào để hệ thống có dung lượng lớn nhất ứng với các trường hợp hệ số suy giảm sóng điện từ là (chú ý coi rằng chỉ có 6 tế bào xung quanh gây nhiễu với cự ly và công suất như nhau): a. n = 4, b. n = 3

Với n = 4 ta chọn N = 7, ta có tỷ số lặp lại kênh là

7*3

= 4,583 D/R = N3 C/I = 1/6(D/R)n = (1/6).(4,583)4 = 75,3 = 18,66 dB

Đây là mô hình chấp nhận được Với n = 3 ta chọn N = 7 ta có tỷ số lặp lại kênh là:

7*3

= 4,583

D/R = N3 C/I = (1/6).(4,583)3 = 16,4 = 12,05 dB không thỏa mãn yêu cầu máy thu

Do đó ta cần tăng N, N = 12 (j = 2; i = 2) ta có

12*3

= 6

D/R = N3

Khi đó C/I = (1/6).(6)3 = 36 = 15,56 dB mô hình chấp nhận được.

Nhiễu kênh lân cận xảy ra khi bên thu chịu ảnh hưởng nhiễu của các kênh liền kề với nó ngoài tín hiệu thu mong muốn. Tỉ lệ giữa sóng mang trên nhiễu của kênh liền kề được biểu diễn bằng công suất của kênh mong muốn trên công suất

của kênh liền kề:

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 16

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

10=

[dB]

C A

P c P a

Trong đó:

Pe: Công suất nhận được bởi kênh mong muốn. Pa: Công suất nhận được bởi kênh liền kề.

Như vậy, ảnh hưởng của nhiễu phụ thuộc phần lớn vào độ chọn lọc máy

thu và độ rộng phổ bên ngoài băng của các sóng nhiễu.

Do đó khi thiết kế hệ thống thông tin di động tế bào là phải tính đến nhiễu kênh lân cận trong cùng một tế bào, dẫn đến việc phải hoạch định tần số trong tế bào và nhóm tế bào khi thiết kế:

− Nguyên nhân nhiễu kênh lân cận gây bởi bộ lọc máy thu không lý tưởng và hiệu ứng xa gần biểu hiện rõ ở bộ thu của trạm cơ sở. Vì bộ lọc không lý tưởng nên tín hiệu không mong muốn ở kênh lân cận mặc dù bị triệt mạnh song nếu nó là tín hiệu rất mạnh (do một máy di động ở gần trạm cơ sở) vẫn chui vào bộ thu gây nhiễu tín hiệu không mong muốn của một máy di động khác khi máy này ở xa bộ thu trạm cơ sở. Được minh họa trên hình 2 – 5:

MS1

MS2

Tế bào

Hình 2 – 5: Nhiễu kênh lân cận lên bộ thu trạm cơ sở

− Do đó nhiễu kênh cân cận chỉ xét tại máy thu trạm cơ sở − Xét trường hợp nhiễu kênh lân cận do máy thu MS1 gây nhiễu cho MS2 tại trạm cơ sở. Giả sử máy di động MS1 ở gần trạm cơ sở hơn máy di động MS2 20 lần (SMS2/IMS1) = (20)-n = -52dB (với n = 4). Nếu bộ lọc trung tâm của máy thu trạm cơ sở có sườn dốc của bộ 15dB/octabi.

(SMS2/IMS1) = -52dB + 15*m

Trong đó m là khoảng cách 2 kênh tần số tần số gần nhất

Trường hợp hệ thống đòi hỏi SMS2/IMS1 ≥ 15dB khi đó ta có m ≥ 5.13, m là số

nguyên nên chọn m = 6

Do đó muốn chống nhiễu kênh lân cận khi đó dải tần phát của 2 máy di động phải cách xa nhau 6 lần độ rộng kênh truyền. Khi lập kế hoạch phân chia kênh truyền cho các tế bào phải chú ý đến điều này.

Tuy nhiên, các kỹ thuật hiện đại ngày nay đã cho phép chế tạo các máy thu có độ

chọn lọc tương đối cao và giảm nhỏ ảnh hưởng của nhiễu kênh lân cận.

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 17

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hệ AMPS ở Mỹ năm 1983 được cấp 666 kênh đúp, đến năm 1989 được

cấp thêm 166 kênh đúp tổng cộng có 666 + 166 = 832 kênh đúp.

Bảng 2 – 4: Phân kênh trong hệ AMPS cho 2 nhà cung cấp dịch vụ A và B

Nhà cung cấp A

111

112

113

114

115

116

….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. …..

314

315

316

317

318

319

320

321

322

323

324

325

326

327

328

329

330

331

332

333

313

991 ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….

990

1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023

335

336

337

338

339

340

341

342

343

344

345

346

347

348

349

350

351

352

353

354

334

356

357

358

359

360

361

362

363

364

365

366

367

368

369

370

371

372

373

374

375

355

377

378

379

380

381

382

383

384

385

386

387

388

389

390

391

392

393

394

395

396

376

….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. …..

779

780

781

782

783

784

785

786

787

788

789

790

791

792

793

794

795

775

776

777

778

796

797

798

799

Nhà cung cấp B

Tổng số kênh của hệ thống được chia cho 2 công ty cung cấp dịch vụ mỗi công ty có 416 kênh, trừ các kênh đóng vai trò điều khiển còn lại 399 kênh được chia thành 21 tập con bằng cách đánh số liên tiếp, mỗi tập con 19 kênh. Các kênh trong một tập cách nhau 21 kênh. Trong mô hình lặp lại 7 tế bào (N = 7). Mỗi tế bào được phân chia theo công thức iA + iB + iC đảm bảo trong một tế bào cách nhau ít nhất 6 kênh.

Tái sử dụng tần số là một trong những thế mạnh của các hệ thống thông tin vô

tuyến kiểu tế bào. Khi tổ chức thông tin theo từng ô nhỏ và mỗi vùng một trạm phát, ở các khoảng cách xa, các tín hiệu bị suy giảm đến mức nào đó mà coi như không còn

tác dụng nữa, khi đó các tần số đã dùng có thể được sử dụng lại như một mạng khác và vì thế, số thuê bao được phục vụ chắc chắn sẽ tăng lên.

Thực tế trong quy hoạch tế bào, người ta làm gần đúng các tế bào bằng một hình lục giác và vùng phục vụ được chia thành một mạng tế bào. Trên một vị trí trạm, người ta có thể đặt các anten thu phát định hướng cho ba hướng cách nhau 1200.

Đối với một mạng di động cụ thể, tuỳ theo dải tần số, địa hình,... mà người ta

chọn theo một trong các mẫu tái sử dụng tần số

GSM sử dụng ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số: 3/9, 4/12 và 7/21. Theo công

thức tính khoảng cách lặp giữa hai tế bào đồng kênh ta có:

D = R*

Trong đó:

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 18

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

D: khoảng cách giữa hai tế bào đồng kênh (km); R: bán kính của cell (km);

N: số ô của cụm;

ở cả ba mẫu sử dụng lại tần số, đặc điểm hình học của đài có những nét chính

như sau:

- Mỗi trạm BTS đều có ba rẻ quạt. Các anten của các rẻ quạt có góc phương vị phân cách nhau 1200, và các rẻ quạt được tổ chức với các anten hướng về phía một trong các vị trí trạm BTS gần nhất, nhờ vậy tạo nên các tế bào hình cờ ba lá.

- Mỗi rẻ quạt sử dụng các anten phát 600 và hai anten thu phân tập 600 cho một

góc phương vị.

- Mỗi rẻ quạt được xấp xỉ hoá bằng hình lục giác.

Lưu lượng phân bố được coi là đồng nhất ở tất cả các ô. Bình thường, kích thước rẻ quạt được xác định như là khoảng cách giữa hai

trạm BTS lân cận. Bán kính rẻ quạt R (bằng cạnh của lục giác) luôn luôn là một phần ba khoảng cách giữa hai trạm. Tuỳ theo một số mẫu dưới đây, nhóm các rẻ quạt cạnh

nhau được gọi là cụm.

Hình 2 – 6: Mô hình sử dụng lại tần số 3/9.

* Mẫu 3/9, nhóm 9 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 tế bào

Với một dải tần cho trước, số sóng mang có thể sử dụng trong cùng một cell là tương đối lớn, nên khoảng cách giữa các sóng mang của cùng một trạm thì khá nhỏ,

thêm vào đó, khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là nhỏ do đó mẫu 3/9 có xác suất

xuất hiện nhiễu đồng kênh C/I và nhiễu kênh lân cận C/A tương đối lớn. Mẫu này thường áp dụng cho những vùng có mật độ thuê bao lớn, kích thước cell nhỏ nhưng

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 19

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

vùng phủ sóng phải rõ ràng để tránh các nhiễu đồng kênh. Mô hình này phù hợp phục vụ INDOOR cho các nhà cao tầng. Khoảng cách giữa hai ô đồng kênh trong trường

hợp này là: D = 5,2 R. * Mẫu 4/12, nhóm 12 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 tế bào

Hình 2 – 7: Mô hình mẫu sử dụng tần số 4/12.

* Mẫu 7/21 nhóm 21tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 7 tế bào

Hình 2 – 8: Mô hình sử dụng lại tần số 7/21.

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 20

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Với mô hình này, số kênh trong một cell nhỏ hơn do đó, mô hình này cho phép mở rộng kích thước cell phù hợp với mật độ trung bình và ít nhà cao tầng, và có thể

phục vụ cho cả INDOOR và OUTDOOR. Ưu điểm chính của mô hình này là các vấn đề về nhiễu đồng kênh và nhiễu kề kênh là không đáng ngại.

Bên cạnh hai mô hình 3/9 và 4/12 đã trình bầy ở trên, còn có mô hình tái sử dụng tần số 7/21, tức là sử dụng nhóm 21 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 7

đài. Mô hình này được thể hiện trong hình dưới đây:

Với mô hình này, số lượng kênh trong một cell là nhỏ do đó có thể phục vụ cho

các vùng mật độ thấp. Khoảng cách giữa các trạm có sóng mang đồng kênh tương đối lớn (D=7,9R), các cell đồng kênh cách xa nhau, do đó hầu như không có hiện tượng

nhiễu đồng kênh. Trong cùng một cell, các sóng mang cách nhau khá xa nên nhiễu

kênh lân cận thấp, vì vậy chất lượng cho các vùng khó phủ sóng được đảm bảo. Do vậy, mô hình này được sử dụng khi chia nhỏ các cell thích ứng với mật độ máy di

động ngày càng tăng và những vùng khó phủ sóng có kích thước cell tương đối nhỏ.

Trong thực tế: Băng

⇒⇒⇒⇒

(Uplink): 890-915 MHz

(Downlink) : 935-960 MHz

- 25 MHz dải tần đường lên và 25 MHz đường xuống được chia thành 124 kênh

tần số song công, mỗi kênh cách nhau 200 kHz.

- Có 3 nhà khai thác dịch vụ di động trên băng GSM900 là:

Vinaphone dùng các kênh tần số từ 1 đến 40

Viettel sử dụng các kênh tần số từ 42 đến 82

Mobilephone sử dụng các kênh tần số từ 84 đến kênh 124

Các kênh 41 và 83 dành để bảo vệ. Do vậy việc tái sử dụng tần số được xem

xét kỹ lưỡng, dựa vào nhiều yếu tố khác nhau để có sự khai thác triệt để các băng tần

được quyền sử dụng.

Việc chia vùng dịch vụ thành các tế bào, tất yếu phải giải quyết vấn đề chuyển giao khi người dùng di chuyển trong khi liên lạc. Các hệ thống thông tin di động hiện đại luôn phải làm tốt hai việc là phân kênh và chuyển giao.

− Phân kênh tĩnh kết hợp phân kênh động: điều này gắn với mật độ người sử dụng thay đổi theo thời gian hoặc khi có sự tụ họp bất thường của những người dùng máy di động, nên bên cạnh một số kênh được phân cố định còn có một số kênh dự trữ được phân linh hoạt theo tình huống cụ thể của mạng.

− Chuyển giao tránh hiện tượng “ping pong” và có nguyên tắc ưu tiên.

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 21

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

6dB

Hình 2 – 9: Ngưỡng chuyển giao

Khi máy di động chi chuyển theo tuyến đường nằm chính giữa hai tế bào có thể xẩy ra tình huống chuyển đổi qua lại quyền quản lý của hai trạm cơ sở. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng “ping pong” gây quá tải ở bộ phận điều khiển chuyển giao. Để khử hiệu ứng này cần đặt một mức ngưỡng chuyển giao (thông thường là 6dB với hệ thống tương tự), tức là khi tín hiệu thu được ở tế bào mới phải lớn hơn tín hiệu thu được từ tế bào cũ 6dB thì mới quyết định chuyển giao. (hình 2 – 9)

Điều này đã tách một biên chuyển giao thành 2 biên khác nhau. Nếu đặt 2 mức ngưỡng này khác nhau (theo 2 chiều chuyển động thì có thể thay đổi “mềm” được “kích thước” quản lý của 2 tế bào.

− Kỹ thuật MAHO (máy di động hỗ trợ chuyển giao): Là kỹ thuật giảm tải tính toán quản lý lên tổng đài hoặc các bộ điều khiển chuyển giao, phân việc đo mức và báo cáo mức tín hiệu nhận được từ các trạm cơ sở xung quanh cho chính máy di động.

− Chuyển giao trong hệ thống người dùng có tốc độ chuyển động khác nhau: Điều này liên quan đến cấu hình các tế bào chồng phủ lên nhau có kích thước khác nhau nhằm quản lý các di động có tốc độ rất khác nhau. Người dùng di chuyển tốc độ chậm được phân sang hệ thống các tế bào kích thước nhỏ (đáp ứng nơi có mật độ người sử dụng cao). Người dùng di chuyển tốc độ cao được phân sang hệ tế bào kích thước lớn (giảm tần suất chuyển giao).

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 22

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hình 2 – 10: Phân vùng tế bào lớn kết hợp tế bào nhỏ (chồng cell)

“Kênh chung là kênh được sử dụng chung lần lượt cho nhiều người sử dụng”,

giống như kênh trung kế của tổng đài.

Kênh vô tuyến trong thông tin di động được sử dụng chung lần lượt cho nhiều người, giống trung kế tổng đài hữu tuyến. Nó chỉ được cấp phát khi có yêu cầu, do đó chỉ cần một số ít kênh mà vẫn phục vụ được khá nhiều người

“Lưu lượng (A): Là đại lượng đo phần thời gian sử dụng có ích trong 1 giờ”.

“Đơn vị đo lưu lượng là Erlang - Erl”

Trong 1 giờ có 1 cuộc gọi kéo dài 18 phút. Ta nói lưu lượng cuộc gọi là

18/60 = 0.3 Erl.

“Cường độ lưu lượng (Au): Diễn tả lưu lượng trung bình của người sử dụng.”

Trong 1 giờ người sử dụng gọi µcuộc gọi, mỗi cuộc gọi kéo dài trung

bình H phút. Cương độ lưu lượng sử dụng là Au = µH/60 (Erl). Nếu U người sử dụng trong hệ thống sử dụng giống nhau thì khi đó lưu lượng tổng cộng của cả hệ thống là A = U.Au (Erl).

Với 1 kênh truyền thì lưu lượng của 1 kênh luôn ≤ 1, tuy nhiên với hệ thống có

nhiều kênh truyền thì lưu lượng hệ thống có thể lớn hơn 1.

Bài toán lần lượt dùng chung kênh của nhiều người là bài toán xác suất dựa trên lưu lượng trung bình của cuộc gọi và xác suất truy cập của người sử dụng. Vào thời điểm đồng nhất trong ngày, trong tuần,… nhiều người cùng gọi một lúc dẫn đến số kênh truyền không đáp ứng được có thể làm cuộc gọi bị chặn.

“Cấp độ dịch vụ là chỉ số cho biết xác suất xảy ra cuộc gọi bị chặn vào giờ cao

điểm là bao nhiêu”.

Ví dụ: Hệ thống có GOS = 3% tức là trong 100 lần người sử dụng tiến hành

liên lạc có thể xẩy ra 3 lần cuộc gọi bị chặn (tổng đài báo hệ thống bị bận)

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 23

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

nêu ra công thức liên hệ 3 đại lượng: Cấp độ dịch vụ (GoS: xác suất cuộc gọi bị chặn), số kênh truyền C của hệ thống (số kênh cho 1 tế bào) và lưu lượng người sử dụng A (lưu lượng tổng cộng trong một tế bào) với 2 loại tổng đài.

Các giả thiết bổ sung để xây dựng công thức là: − Không tính thời gian thiết lập cuộc gọi − Người có cuộc gọi bị chặn khi truy cập lần tiếp theo bình đẳng như những

người truy cập khác

− Số người truy cập tuân theo phân bố Poisson − Thời gian chiếm kênh của một cuộc gọi phân bố theo hàm mũ (E.e-t) − Có số hữu hạn kênh được sử dụng

Ta có công thức:

Pr(

chan )

(2 – 8)

A C

C !

∑

A k

Ở đó C là số kênh trung kế được sử dụng

A là lưu lượng tổng cộng của hệ

Pr xác suất cuộc gọi bị chặn (GoS)

Có thể xây dựng mô hình người sử dụng hữu hạn kết quả nhỏ hơn kết quả tính

được theo công thức này. Ta có thể tra kết quả theo bảng Erlang B như sau.

Bảng Erlang B với tổng đài không nhớ cuộc gọi bị chặn

Lưu lượng A

Xác suất cuộc gọi bị chặn (Pr) 5% 1.2% 1.3%

0.1%

0.2%

0.5%

20%

15%

10%

Số kênh (C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0.001 0.002 0.005 0.010 0.012 0.013 0.046 0.065 0.105 0.153 0.168 0.176 0.194 0.249 0.349 0.455 0.489 0.505 0.439 0.535 0.701 0.869 0.922 0.946 1.46 0.762 0.900 2.04 2.65 3.30 3.98 4.68 5.40 6.14 6.89 7.65 8.43

1.43 2.00 2.60 3.25 3.92 4.61 5.32 6.05 6.80 7.56 8.33

1.36 1.91 2.50 3.13 3.78 4.46 5.16 5.88 6.61 7.35 8.11

1.13 1.62 2.16 2.73 3.33 3.96 4.61 5.28 5.96 6.66 7.38

1.33 1.80 2.31 2.85 3.43 4.02 4.64 5.27 5.92 6.58

1.15 1.58 2.05 2.56 3.09 3.65 4.23 4.83 5.45 6.08

1.5% 0.02 0.19 0.53 0.99 1.52 2.11 2.73 3.40 4.08 4.80 5.53 6.27 7.03 7.81 8.59

7% 0.020 0.031 0.053 0.075 0.111 0.176 0.250 1.00 0.223 0.282 0.381 0.470 0.595 0.796 1.93 1.60 0.602 0.715 0.899 2.95 2.50 1.52 1.26 1.09 4.01 3.45 2.22 1.88 1.66 5.11 4.44 2.96 2.54 2.28 6.23 5.46 3.74 3.25 2.94 7.37 6.50 4.54 3.99 3.63 8.52 7.55 5.37 4.75 4.34 9.68 8.62 6.22 5.53 5.08 10.9 9.69 7.08 6.33 5.84 12.0 10.8 7.95 7.14 6.61 13.2 11.9 8.83 7.97 7.40 14.4 13.0 9.73 8.80 8.20 15.6 14.1 10.6 9.65 9.01

1.06 1.75 2.50 3.30 4.14 5.00 5.88 6.78 7.69 8.61 9.54 10.5 11.4

1.27 2.05 2.88 3.76 4.67 5.60 6.55 7.51 8.49 9.47 10.5 11.5 12.5

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 24

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

6.72 7.38 8.05 8.72 9.41 10.1 10.8 11.5 12.2 13.0 13.7 14.4 15.2 15.9 16.7 17.4 18.2 19.0 19.7 20.5 21.3 22.1 22.9 23.7 24.4 25.2 26.0 26.8 27.6 28.4 29.3 30.1 30.9 31.7 32.5 33.3 34.2 35.0 35.8 36.6 37.5 38.3 39.1 40.0 40.8 41.6 42.5 43.3 44.2 45.0 45.8 46.7

7.26 7.95 8.64 9.35 10.1 10.8 11.5 12.3 13.0 13.8 14.5 15.3 16.1 16.8 17.6 18.4 19.2 20.0 20.8 21.6 22.4 23.2 24.0 24.8 25.6 26.4 27.2 28.1 28.9 29.7 30.5 31.4 32.2 33.0 33.9 34.7 35.6 36.4 37.2 38.1 38.9 39.8 40.6 41.5 42.4 43.2 44.1 44.9 45.8 46.6 47.5 48.4

8.10 8.83 9.58 10.3 11.1 11.9 12.6 13.4 14.2 15.0 15.8 16.6 17.4 18.2 19.0 19.9 20.7 21.5 22.3 23.2 24.0 24.8 25.7 26.5 27.4 28.2 29.1 29.9 30.8 31.7 32.5 33.4 34.2 35.1 36.0 36.9 37.7 38.6 39.5 40.4 41.2 42.1 43.0 43.9 44.8 45.6 46.5 47.4 48.3 49.2 50.1 51.0

8.88 9.65 10.4 11.2 12.0 12.8 13.7 14.5 15.3 16.1 17.0 17.8 18.6 19.5 20.3 21.2 22.0 22.9 23.8 24.6 25.5 26.4 27.3 28.1 29.0 29.9 30.8 31.7 32.5 33.4 34.3 35.2 36.1 37.0 37.9 38.8 39.7 40.6 41.5 42.4 43.3 44.2 45.1 46.0 46.9 47.9 48.8 49.7 50.6 51.5 52.4 53.4

9.11 9.89 10.7 11.5 12.3 13.1 14.0 14.8 15.6 16.5 17.3 18.2 19.0 19.9 20.7 21.6 22.5 23.3 24.2 25.1 26.0 26.8 27.7 28.6 29.5 30.4 31.3 32.2 33.1 34.0 34.9 35.8 36.7 37.6 38.5 39.4 40.3 41.2 42.1 43.0 43.9 44.8 45.8 46.7 47.6 48.5 49.4 50.4 51.3 52.2 53.1 54.1

9.21 10.0 10.8 11.6 12.4 13.3 14.1 14.9 15.8 16.6 17.5 18.3 19.2 20.0 20.9 21.8 22.6 23.5 24.4 25.3 26.2 27.0 27.9 28.8 29.7 30.6 31.5 32.4 33.3 34.2 35.1 36.0 36.9 37.8 38.7 39.6 40.6 41.5 42.4 43.3 44.2 45.1 46.1 47.0 47.9 48.8 49.7 50.7 51.6 52.5 53.5 54.4

9.39 10.19 11.00 11.82 12.65 13.48 14.32 15.16 16.01 16.87 17.72 18.59 19.45 20.32 21.19 22.07 22.95 23.83 24.72 25.60 26.49 27.39 28.28 29.18 30.08 30.98 31.88 32.79 33.69 34.60 35.51 36.42 37.34 38.25 39.17 40.08 41.00 41.92 42.84 43.77 44.69 45.62 46.54 47.47 48.40 49.33 50.26 51.19 52.12 53.05 53.99 54.92

9.83 10.7 11.5 12.3 13.2 14.0 14.9 15.8 16.6 17.5 18.4 19.3 20.2 21.0 21.9 22.8 23.7 24.6 25.5 26.4 27.3 28.3 29.2 30.1 31.0 31.9 32.8 33.8 34.7 35.6 36.5 37.5 38.4 39.3 40.3 41.2 42.1 43.1 44.0 44.9 45.9 46.8 47.8 48.7 49.6 50.6 51.5 52.5 53.4 54.4 55.3 56.3

10.5 11.4 12.2 13.1 14.0 14.9 15.8 16.7 17.6 18.5 19.4 20.3 21.2 22.1 23.1 24.0 24.9 25.8 26.8 27.7 28.6 29.6 30.5 31.5 32.4 33.4 34.3 35.3 36.2 37.2 38.1 39.1 40.0 41.0 41.9 42.9 43.9 44.8 45.8 46.7 47.7 48.7 49.6 50.6 51.6 52.5 53.5 54.5 55.4 56.4 57.4 58.4

11.5 12.5 13.4 14.3 15.2 16.2 17.1 18.1 19.0 20.0 20.9 21.9 22.9 23.8 24.8 25.8 26.7 27.7 28.7 29.7 30.7 31.6 32.6 33.6 34.6 35.6 36.6 37.6 38.6 39.6 40.5 41.5 42.5 43.5 44.5 45.5 46.5 47.5 48.5 49.5 50.5 51.5 52.6 53.6 54.6 55.6 56.6 \\ 58.6 59.6 60.6 61.6

12.4 13.4 14.3 15.3 16.3 17.3 18.2 19.2 20.2 21.2 22.2 23.2 24.2 25.2 26.2 27.2 28.2 29.3 30.3 31.3 32.3 33.3 34.4 35.4 36.4 37.4 38.4 39.5 40.5 41.5 42.6 43.6 44.6 45.7 46.7 47.7 48.8 49.8 50.8 51.9 52.9 53.9 55.0 56.0 57.1 58.1 59.1 60.2 61.2 62.3 63.3 64.4

13.5 14.5 15.5 16.6 17.6 18.7 19.7 20.7 21.8 22.8 23.9 24.9 26.0 27.1 28.1 29.2 30.2 31.3 32.4 33.4 34.5 35.6 36.6 37.7 38.8 39.9 40.9 42.0 43.1 44.2 45.2 46.3 47.4 48.5 49.6 50.6 51.7 52.8 53.9 55.0 56.1 57.1 58.2 59.3 60.4 61.5 62.6 63.7 64.8 65.8 66.9 68.0

15.2 16.3 17.4 18.5 19.6 20.8 21.9 23.0 24.2 25.3 26.4 27.6 28.7 29.9 31.0 32.1 33.3 34.4 35.6 36.7 37.9 39.0 40.2 41.3 42.5 43.6 44.8 45.9 47.1 48.2 49.4 50.6 51.7 52.9 54.0 55.2 56.3 57.5 58.7 59.8 61.0 62.1 63.3 64.5 65.6 66.8 68.0 69.1 70.3 71.4 72.6 73.8

16.8 18.0 19.2 20.4 21.6 22.8 24.1 25.3 26.5 27.7 28.9 30.2 31.4 32.6 33.8 35.1 36.3 37.5 38.8 40.0 41.2 42.4 43.7 44.9 46.1 47.4 48.6 49.9 51.1 52.3 53.6 54.8 56.0 57.3 58.5 59.7 61.0 62.2 63.5 64.7 65.9 67.2 68.4 69.7 70.9 72.1 73.4 74.6 75.9 77.1 78.3 79.6

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 25

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

80.8 74.9 82.1 76.1 83.3 77.3 84.6 78.4 85.8 79.6 87.0 80.8 88.3 81.9 89.5 83.1 90.8 84.2 92.0 85.4 93.3 86.6 94.5 87.7 95.7 88.9 97.0 90.1 98.2 91.2 99.5 92.4 100.7 93.6 102.0 94.7 103.2 95.9 104.5 97.1 105.7 98.2 99.4 106.9 100.6 108.2

101.7 109.4 102.9 110.7 104.1 111.9 105.3 113.2 106.4 114.4

47.5 48.4 49.2 50.1 50.9 51.8 52.7 53.5 54.4 55.2 56.1 56.9 57.8 58.7 59.5 60.4 61.3 62.1 63.0 63.9 64.7 65.6 66.5 67.4 68.2 69.1 70.0 70.9 71.7 72.6 73.5 74.4 75.2

49.2 50.1 51.0 51.8 52.7 53.6 54.5 55.3 56.2 57.1 58.0 58.8 59.7 60.6 61.5 62.4 63.2 64.1 65.0 65.9 66.8 67.7 68.6 69.4 70.3 71.2 72.1 73.0 73.9 74.8 75.7 76.6 77.5

51.9 52.8 53.7 54.6 55.5 56.4 57.3 58.2 59.1 60.0 60.9 61.8 62.7 63.6 64.5 65.4 66.3 67.2 68.1 69.0 69.9 70.8 71.8 72.7 73.6 74.5 75.4 76.3 77.2 78.2 79.1 80.0 80.9

54.3 55.2 56.1 57.0 58.0 58.9 59.8 60.7 61.7 62.6 63.5 64.4 65.4 66.3 67.2 68.2 69.1 70.0 70.9 71.9 72.8 73.7 74.7 75.6 76.6 77.5 78.4 79.4 80.3 81.2 82.2 83.1 84.1

55.0 55.9 56.8 57.8 58.7 59.6 60.6 61.5 62.4 63.4 64.3 65.2 66.2 67.1 68.0 69.0 69.9 70.9 71.8 72.7 73.7 74.6 75.6 76.5 77.4 78.4 79.3 80.3 81.2 82.2 83.1 84.1 85.0

55.3 56.2 57.2 58.1 59.0 60.0 60.9 61.8 62.8 63.7 64.7 65.6 66.5 67.5 68.4 69.4 70.3 71.2 72.2 73.1 74.1 75.0 76.0 76.9 77.8 78.8 79.7 80.7 81.6 82.6 83.5 84.5 85.4

55.86 56.79 57.73 58.67 59.61 60.55 61.49 62.43 63.37 64.32 65.26 66.20 67.15 68.09 69.04 69.99 70.93 71.88 72.83 73.78 74.73 75.68 76.63 77.58 78.53 79.48 80.43 81.39 82.34 83.29 84.25 85.20 86.16

57.2 58.2 59.1 60.1 61.0 62.0 62.9 63.9 64.9 65.8 66.8 67.7 68.7 69.6 70.6 71.6 72.5 73.5 74.5 75.4 76.4 77.3 78.3 79.3 80.2 81.2 82.2 83.1 84.1 85.1 86.0 87.0 88.0

59.3 60.3 61.3 62.3 63.2 64.2 65.2 66.2 67.2 68.1 69.1 70.1 71.1 72.1 73.0 74.0 75.0 76.0 77.0 78.0 78.9 79.9 80.9 81.9 82.9 83.9 84.9 85.8 86.8 87.8 88.8 89.8 90.8

62.6 63.7 64.7 65.7 66.7 67.7 68.7 69.7 70.8 71.8 72.8 73.8 74.8 75.8 76.9 77.9 78.9 79.9 80.9 82.0 83.0 84.0 85.0 86.0 87.1 88.1 89.1 90.1 91.1 92.2 93.2 94.2 95.2

65.4 66.4 67.5 68.5 69.6 70.6 71.7 72.7 73.8 74.8 75.9 76.9 78.0 79.0 80.1 81.1 82.2 83.2 84.3 85.3 86.4 87.4 88.5 89.5 90.6 91.6 92.7 93.7 94.8 95.8 96.9 97.9 99.0

69.1 70.2 71.3 72.4 73.5 74.6 75.6 76.7 77.8 78.9 80.0 81.1 82.2 83.3 84.4 85.5 86.6 87.7 88.8 89.9 91.0 92.1 93.1 94.2 95.3 96.4 97.5 98.6 99.7 107.6 115.7 100.8 108.8 116.9 101.9 109.9 118.2 103.0 111.1 119.4 104.1 112.3 120.6

76.1 77.0 77.9 78.8 79.6

78.4 79.3 80.2 81.1 82.0

81.8 82.7 83.7 84.6 85.5

85.0 85.9 86.9 87.8 88.8

86.0 86.9 87.8 88.8 89.7

86.4 87.3 88.3 89.2 90.2

87.12 88.07 89.03 89.99 90.94

88.9 89.9 90.9 91.9 92.8

91.8 92.8 93.8 94.8 95.7

100.0 105.2 113.4 121.9 96.3 101.1 106.3 114.6 123.1 97.3 102.2 107.4 115.8 124.4 98.3 99.3 103.2 108.5 116.9 125.6 100.4 104.3 109.6 118.1 126.9

80.5 81.4 82.3 83.2 84.1

82.8 83.7 84.6 85.5 86.4

86.4 87.4 88.3 89.2 90.1

89.7 90.7 91.6 92.5 93.5

90.7 91.6 92.6 93.5 94.5

91.1 92.1 93.1 94.0 95.0

91.90 92.86 93.82 94.78 95.74

93.8 94.8 95.7 96.7 97.7

101.4 105.3 110.7 119.3 128.1 96.7 102.4 106.4 111.8 120.4 129.4 97.7 103.4 107.4 112.9 121.6 130.6 98.7 104.5 108.5 114.0 122.8 131.9 99.7 100.7 105.5 109.5 115.1 124.0 133.1

68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115

91.0 92.0 92.9 93.8 94.7

85.0 85.8 86.7 87.6 88.5

95.5 96.4 97.4 98.3 99.3

95.9 96.9 97.8 98.8 99.7

94.4 95.4 96.3 97.3 98.2

87.3 101.7 106.5 110.6 116.2 125.1 134.3 98.7 96.70 88.3 99.6 102.7 107.5 111.7 117.3 126.3 135.6 97.66 89.2 100.6 103.7 108.6 112.7 118.4 127.5 136.8 98.62 90.1 99.58 101.6 104.7 109.6 113.8 119.5 128.6 138.1 91.0 100.54 102.5 105.7 110.6 114.8 120.6 129.8 139.3 Có bao nhiêu người dùng có thể được phục vụ với tổng đài không nhớ cuộc gọi bị chặn có cấp độ GoS = 5o/oo, nếu số kênh trong một tế bào của hệ thống là:

a. C = 1,

b. C = 5,

c. C = 10,

d. C = 20,

e. C = 100

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 26

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Biết lưu lượng mỗi người dùng là 0.1 Erl

: Từ bảng trên ta có thể đưa ra được lưu lượng tổng cộng.

GoS = 0.005

a. C = 1

Au = 0.1

Ta có A = 0.005 suy ra tổng số người dùng là U = A/Au = 0.005/0.1 = 0.05

người, ta chọn U = 1

GoS = 0.005

b. C = 5

Au = 0.1

Ta có A = 1.13 suy ra tổng số người dùng là U = A/Au = 1.13/0.1 = 11.3 người,

ta chọn U = 11

c. C = 10

GoS = 0.005

Au = 0.1

Ta có A = 3.96 suy ra tổng số người dùng là U = A/Au = 3.96/0.1 = 39.6 người,

ta chọn U = 39

d. C = 20

GoS = 0.005

Au = 0.1

Ta có A = 11.1 suy ra tổng số người dùng là U = A/Au = 11.1/0.1 = 111 người,

ta chọn U = 111

e. C = 100

GoS = 0.005

Au = 0.1

Ta có A = 80.9 suy ra tổng số người dùng là U = A/Au = 80.9/0.1 = 809 người,

ta chọn U = 809

Một thành phố rộng 1300km2 được phủ sóng bởi hệ thống tế bào 7 ô lặp lại (N = 7). Với mỗi tế bào có bán kính là R = 4km. thành phố được cấp phát bẳng tần với động rộng băng tổng cộng là 40MHz phổ và độ rộng băng của một kênh đúp là 60KHz. Giả sử cấp độ dịch vụ là GoS = 2% theo công thức Erlang B với tổng đài không nhớ cuộc gọi bị chặnvà lưu lượng của mỗi khách hàng trung bình là 0.03 Erl. Tính

a. Số tế bào trong thành phố b. Số kênh trên một tế bào c. Lưu lượng cuộc gọi trên mỗi tế bào d. Lưu lượng của toàn thành phố e. Tổng số người có thể dùng theo GoS = 2% f. Số người dùng trên một kênh của toàn thành phố g. Số người dùng cùng một lúc nhiều nhất.

a. Diện tích một tế bào là: (tế bào lục giác)= (

2 R )

3 4

2.5981*R2 = 2.5981*(4)2 = 41.57 (km2)

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 27

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Số tế bào trong thành phố là 1300/41.57 = 31 tế bào

b. Số kênh trên một tế bào là:

40000000/(60000*7) = 95 kênh (C)

c. C = 95, GoS = 0.02 ta có A = 84 Erl/tế bào d. Lưu lượng của toàn thành phố

31*84 = 2604 Erl

e. Mỗi người dùng 0.03Erl nên tổng số người có thể được phục vụ là:

U = A/Au = 2604/0.03 = 86600 người

f. Số người dùng trên một kênh là

86600/(7*95) = 130 người/1 kênh

g. Số người dùng nhiều nhất cùng một lúc là:

95*31 = 2945 người

Ở hệ thống này một cuộc gọi bị chặn sẽ được xếp hàng trong dãy những cuộc

gọi bị chặn chờ được truy cập.

GoS lúc này sẽ là chỉ số cho biết khả năng một cuộc gọi bị chặn và phải chời

trong một thời gian xác định.

Để tính GoS trước hết ta phải tính xác suất cuộc gọi bị chặn theo công thức

Erlang C

Pr(

cho

doi

(2 – 9)

− 1

−

∑

A C

A k

 1!  

  

Có thể tính hoặc là tra kết quả theo hình 2 – 8.

Sau đó nhân với xác suất chờ t giây trong hàng đợi. Công thức cuối cùng là:

Pr(

cho

doi

)

Pr(

cho

doi

*)0

Pr(

cho

doi

cho

doi

Pr(

cho

doi

)

Pr(

cho

doi

*)0

exp

−

(2 – 10)

( tAC ) − H

 

 

Thời gian chờ đợi trung bình của hệ thống sẽ là:

Pr(

cho

doi

(s)

H − AC

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc 28

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

n ặ h c ị b i ọ g c ộ u c t ấ u x c á S

(A) Lưu lượng theo công thức Erlang C

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc

Hình 2 – 11: Bảng kết quả công thức Erlan C

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hệ tế bào lục giác trong có: N = 4 và bán kính tế bào R = 1,387 km.

Hệ được phân dải tần ứng với 60 kênh đúp. Nếu lưu lượng người dùng là 0,029Erl,

và có 1 cuộc gọi/giờ. Với GoS là 5% hãy xác định.

a. Bao nhiêu người dùng/km2 được cung cấp bởi hệ này.

b. Xác suất cuộc gọi (sau khi bị chặn) phải chờ thêm t = 10 giây.

c. Xác suất tổng cộng cuộc gọi phải chờ t = 10 giây.

Với bán kính tế bào là R = 1,387 km diện tích tế bào là 5km2

N = 4 và tổng số kênh đúp là 60 kênh nên số kênh / tế bào = 60/4 = 15

a. Tra bảng Erlan C với GOS = 5% và C =15 ta có A = 8,8 Erl

Số người dùng trong một tế bào là 8,8/0,029 = 303 người

1=µ cuộc gọi/giờ

Số người dùng /km2 là 303/5 = 60 người/km2

H = Au/ µ=0,029 giờ = 104,4 giây b.

Xác suất cuộc gọi (sau khi bị chặn) phải chờ thêm t = 10 giây là

Pr(chờ đợi > t / chờ đợi > 0) = exp( -(C – A).t/H)

= exp(-(15 – 8,8)*10/104,4) = 52,22 %

c. Với GOS = 5% xác suất tổng cộng mọt cuộc gọi phải chờ 10 giây là:

Pr(chờ đợi > 10s) = Pr(chờ đợi > 0).Pr(chờ đợi > 10s|chờ đợi > 0)

= 0,05*0,5522 = 2,78 %

Là lưu lượng sử dụng tính trung bình trên một kênh trung kế.

Giá trị này phụ thuộc vào cách tổ chức thiết kế và cấp độ dịch vụ xác định.

10 kênh trung kế/tế bào với GoS = 1% (trường hợp tổngđài không nhớ cuộc gọi bị chăn) khi tra bảng Erlang B ta thấy chúng đáp ứng lưu lượng cuộc gọi 4.46 Erl (tương ứng lưu lượng một kênh là 0,446 Erl/kênh)

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Nếu tổ chức kênh này trên 2 tế bào thì khi tra bảng ta thấy chúng chỉ đáp ứng được 2*1,36 Erl = 2,72 Erl (tương ứng 0,272 Erl/kênh). Cách tổ chức đầu có hiệu suất trung kế cao hơn cách tổ chức thứ 2 vơi cùng một GoS song khả năng chống nhiễu kém hơn.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Số lượng người sử dụng dịch vụ thông tin di động không ngừng tăng, đặt ra một yêu cầu phát triển nâng cao dung lượng hệ thống một cách có kế hoạch và tính kế thừa. Có ba kỹ thuật chính để nâng cao dung lượng hệ thống là: Chia nhỏ tế bào, sử dụng ăng ten định hướng và phân vùng trong tế bào.

Là thay 1 tế bào lớn bị quá tải bằng các tế bào nhỏ hơn với các trạm cơ sở đặt thấp

hơn và có công suất phát nhỏ hơn.

Dung lượng tăng thêm là do sử dụng lại kênh truyền. (kích thước nhóm N không

đổi nhưng số lượng tế bào trong vùng phục vụ được tăng lên)

Hình 2 – 12: Chia nhỏ tế bào.

Nếu dùng tế bào có Rmới = ½.Rcũ khi đó sẽ có 4 tế bào mới thay thế tế bào cũ. Điều này làm số nhóm lặp lại tăng lên 4 lần và dung lượng tăng cũng xấp xỉ 4 lần mà vẫn giữ nguyên tỷ số lặp lại kênh (Q) không làm thay đổi sơ đồ phân bố kênh. Công suất phát của các tế bào mới trong hệ thống cũng phải điều chỉnh cho phù hợp.

Pr(tại biên tế bào cũ) =Pt1R-n = Pr(tại biên tế bào mới) = Pt2(R/2)-n Với n = 4 ta có Pt2 = Pt1/16 hay trạm phát của tế bào mới phải giảm 12dB

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Trên thực tế, ta duy trì cả hai mô hình tế bào lớn và nhỏ để phục vụ các đối tượng chuyển động với tốc độ khác nhau và các kênh truyền cũng được phân thành 2 nhóm kích cỡ tế bào này để tránh giao thoa cùng kênh, kết hợp với kỹ thuật hạ thấp ăng ten để điều khiển vùng phủ sóng

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Điều này sẽ dẫn đến giảm giao thoa cùng kênh cho phép các tế bào cùng kênh ở gần nhau hơn (giảm D/R hay giảm N, tăng sự lặp lại tần số) dẫn đến tăng dung lượng hệ thống trong khi kích thước tế bào không thay đổi

Sử dụng ăng ten định hướng có góc 1200 số trạm gây nhiễu cùng kênh xung quanh không phải là 6 như sử dụng ăng ten tròn mà chỉ là 2. S/I từ 17 dB sẽ tăng lên 24.2 dB nên có thể giảm N từ 12 đến 7. phương pháp này không thay đổi số trạm cơ sở mà chỉ tăng thêm số ăng ten trên một trạm cơ sở điều này cũng sẽ làm giảm phần nào hiệu suất trung kế và tăng thêm số lần chuyển giao.

Hình 2 – 13: Sử dụng ăng ten định hướng.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Xét hệ thống có thời gian trung bình cuộc gọi là 2 phút. Xác suất cuộc gọi bị chặn là 1%, theo công thức Erlan B mỗi tế bào có một cuộc gọi trong 1 giờ và có 399 kênh/7 tế bào. Khi dùng ăng ten tròn khả năng phục vụ là 44.2 Erl hay 1326 cuộc gọi/giờ. Nếu dùng ăng ten định hướng 1200 sẽ chỉ có 19 kênh/1 ăng ten với cùng xác suất bị chặn và trung bình cuộc gọi, mỗi ăng ten phục vụ 11.2 Erl tức là 336 cuộc gọi/giờ hay 1008 cuộc gọi/giờ trong 1 tế bào (giảm 24% so với ăng ten phát sóng tròn) trong khi đó lại nâng cao tỷ số S/I.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Ví dụ với ăng ten 600 với N = 7 sẽ cho S/I = 29 dB cho phép dùng N = 4 làm tăng

dung lượng lên 7/4 lần (hiệu suất trung kế giảm 44%)

Tx/Rx

Phương pháp sử dụng ăng ten định hướng làm tăng số chuyển giao và quá tải các phần tử chuyển mạch. Lee đã đưa ra giải pháp là thay trạm trung tâm lớn bằng một số trạm phát công suất thấp hơn phủ các vùng nhỏ hơn trong tế bào và các trạm này được kết nối về điều khiển chung ở một trạm cơ sở của tế bào.

Hình 2 -14: Chọn vùng trong tế bào.

Cách bố trí này tốt hơn như ở trên, chuyển giao không xẩy ra giữa các ăng ten trong cùng một tế bào mà chỉ thay đổi ăng ten quản lý khi MS di chuyển từ vùng này sang vùng khác trong một tế bào. Các kênh được phân chia động trong không gian và thời gian cho các vùng trong tế bào, còn giữa các tế bào thì lặp lại nhóm kênh như cũ.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Kỹ thuật này thường được dùng dọc theo các đường cao tốc hay các hành lang có lưu lượng lớn. (với S/I = 18 dB là đòi hỏi thông thường với hệ điều chế băng hẹp FM, với N = 7 thì D/R = 4.6, vận dụng điều này cho Dz/Rz = 4.6 để chống nhiễu cùng kênh giữa các vùng thì đối với tế bào tỷ số này cho D/R = 3, N = 3. Do vậy khi giảm N = 7 đến N = 3 sẽ tăng dung lượng hệ thống lên 7/3 = 2.33 lần).

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Liên lạc bằng sóng điện từ ngoài ưu điểm thích hợp cho người dùng di động, không phải chi phí nhiều cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng thì lại có khó khăn với tín hiệu có tốc độ lỗi bit cao đối với bất kỳ kỹ thuật điều chế nào. Bên cạnh tính suy giảm sóng theo đường truyền, tạp âm nhiễu AWGN, còn có méo tín hiệu, đó còn chưa kể đến nguồn gây nhiễu bất thường khác. Do đó đã xuất hiện nhiều kỹ thuật sử lý tín hiệu để đảm bảo việc truyền dẫn thông tin được chính xác, có các kỹ thuật dưới đây.

Cân bằng, phân tập, mã kênh là 3 kỹ thuật có thể dùng độc lập hay phối hợp để cải

thiện chất lượng tín hiệu nhận được khi truyền tín hiệu qua kênh vô tuyến.

Cân bằng sẽ khử giao thoa giữa các tín hiệu (ISI) gây ra do hiệu ứng đa đường và độ rộng phổ củakênh truyền hẹp hơn độ rộng băng cần thiết do đótín hiệu bị trải dài ra và chồng so le lên nhau, đó là trở ngại chính hạn chế tốc độ kênh truyền. Bộ cân bằng trong máy thu có nhiệm vụ sửa lại dạng tín hiệu thu được cho giống tín hiệu trước khi truyền để cải thiện tốc độ đường truyền, đó là yêu cầu rất cao trong các bộ thông tin hiện đại. Do kênh truyền thay đổi theo thời gian một cách ngẫu nhiên nên tính chất quan trọng của bộ cân bằng là phải thích nghi được theo kênh truyền.

Phân tập là kỹ thuật nhằm khai thác tính đa đường độc lập của kênh truyền để nâng cao tỷ số tín /tạp mà không đòi hỏi tăng công suất của máy phát. Nếu kỹ thuật cân bằng coi hiệu ứng đa đường là đối thủ thì phân tập lại coi nó là đồng minh. Phân tập có thể theo không gian, tần số và cực tính của tín hiệu. Khi phân tập theo không gian kỹ thuật này thường đòi hỏi dùng nhiều anten thích hợp cho bộ thu trạm cơ sở, khi anten này thu tín hiệu yếu thì ở anten kia có thể thu được tín hiệu mạnh cải thiện được tín hiệu thu tổng hợp.

Mã kênh là kỹ thuật chuyển đổi trước dòng dữ liệu tại bộ phát nhằm tạo nên một quy luật nào đó (Các kỹ thuật khác thường tiến hành ở bộ thu). Tại bộ thu quy luật này được kiểm tra để phát hiện lỗi gây nên bởi đường truyền và tùy theo cấp độ mà nó có thể hiệu chỉnh được lỗi này. Cái giá phải trả cho kỹ thuật này là giảm tốc độ thông tin vì phải tăng thêm nhiều bit truyền.Mã kênh có bậc càng cao thì tốc độ thông tin càng giảm. Có hai kỹ thuật mã kênh chính là Mã khối và Mã xoắn:

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

− Mã khối tiến hành trên từng khối xác định của dữ liệu

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

− Mã xoắn tiến hành liên tục theo dòng dữ liệu

Tùy theo yêu cầu của hệ thông tin cụ thể mà 3 kỹ thuật trên được sử dụng với mức

độ khác nhau.

Bộ cân bằng thích nghi sử dụng một dãy thử nghiệm chiều dài cố định được biết trước (thông thường là một dãy giả ngẫu nhiên)để tại bộ thu dựa vào đó hiệu chỉnh lại tín hiệu sau đường truyền. Dãy thử nghiệm được phát xen kẽ với dữ liệu ở nơi phát.

Kênh vô tuyến

Tại nơi thu dãy thử nghiệm được biết trước ban đầu. Một thuật toán được sử dụng để hiệu chỉnh lại dãy thu được nhằm làm cho sự khác biệt với dãy biết trước là tối thiểu. Khi hiệu chỉnh xong méo kênh coi như đã được bù trừ và ngay sau đó có thể truyền một đoạn dữ liệu qua với sự giữ nguyên hiệu chỉnh này. Do kênh liên tục biến đổi nên ngay sau đoạn dữ liệu lại đến dãy thử nghiệm để liên tục hiệu chỉnh méo kênh.

Bộ phát Điều chế Tín hiệu băng cơ sở x(t)

Bộ tách Bộ thu RF Tầng IF ồn tương đương

nb(t)

Quyết định Tín hiệu được tạo lại Bộ cân bằng y(t)

Λ d (t) −

x(t) Σ

e(t)

Hình 3 – 1: Mô hình cân bằng kênh.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Thông thường bộ cân bằng là một bộ lọc ngang rời rạc hữu hạn, tín hiệu lối vào tại thời điểm k ký hiệu là yk, các tín hiệu trước đó lưu giữ trong các thanh ghi dịch là yk-1, yk-2, … yk-N. Tín hiệu lối ra phụ thuộc trạng thái tín hiệu này và phụ thuộcvào các hệ số hiệu chỉnh (trọng số) tương ứng tại thời điểm k.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Z-1

yk yk-1 yk-2 yk-N

∑

kdˆ Lối ra của bộ cân bằng

W0k W1k W2k WNk

∑

+ xk đã biết

Lỗi ek Thuật toán thích nghi cập nhật trọng số

Hình 3 – 2: Bộ cân bằng thích nghi

Ký hiệu véc tơ lối vào (dãy tập dượt nhận được tại bộ thu sau khi qua đường truyền)

(cid:0) = [yk, yk-1, yk-2, …, yk-N]T

tại thời điểm k là:

(cid:0) = [w0k, w1k, w2k, …, wNk]

Véc tơ trọng số hiệu chỉnh là:

Λ d

yw nk

nk −

Lối ra của bộ cân bằng tại thời điểm k khi đó được biểu diễn:

∑

(3 – 1a)

(cid:1)

(cid:0)

(cid:0) =

Dùng ký hiệu đại số véc tơ có thể viết:

kd =

(3 – 1b)

So sánh với tín hiệu tập dượt đã biết trước đó với tín hiệu nhận được đã được hiệu

(cid:1)

(cid:0)

chỉnh lại, có một sai số (lỗi) là:

(cid:0) = xk -

kd = xk -

(cid:1)

(cid:0)

(3 – 2) ek = xk -

2 = xk

(cid:0) - 2xk.

Bình phương lỗi là: 2 + (3 – 3) ek

(cid:1)

(cid:0)

2] +

Lấy trung bình bình phương lỗi theo thời gian ta có:

2] = E[xk

(cid:0) – 2E[xk.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

.E[ ]. ]. E[ek

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Chú ý rằng các trọng số Wk có thể rút ra ngoài trung bình theo thời gian (vì không

thay đổi trong lúc truyền dữ liệu qua kênh).

(cid:1)

(cid:0)

Kỹ hiệu:

(3 – 4) P = E[xk ] = E[xkyk, xkyk-1, xkyk-2, …, xkyk-N]T

P là véc tơ tương quan chéo giữa tín hiệu mong muốn (dãy tập dượt nguyên bản) và

tín hiệu nhận được khi chưa hiệu chỉnh.

...

2 k

yy k

1 −

yy k

−

yy k

− Nk

(cid:0)

...

1 −

2 1 − k

1 −

−

1 −

− Nk

(cid:0)

Ký hiệu:

......

..........

...

y kNk

−

y kNk

−

1 −

y kNk

−

2 − Nk

R = E[ ] = (3 – 5)

R là ma trận tương quan lối vào, khi đó phương trình trung bình bình phương lỗi

(cid:1)

2] +

được viết lại là:

2] = E[xk

.R. – 2PT (3 – 6) E[ek

Lấy đạo hàm trung bình bình phương lỗi theo véc tơ trọng số và cho bằng 0 (zero),

,...,

− PWR

E ∂ W ∂

E ∂ (cid:1) W ∂

E ∂ W ∂ 1

 = 

  

ˆ 1−= PRW

ta có phương trình.

Hay véc tơ trọng số tối ưu là gọi là phương trình Wiener

Đây chính là cơ sở cho thuật toán tính trọng số của bộ lọc nhằm hiệu chỉnh tín hiệu

nhận được gần sát với tín hiệu thử kênh biết trước

2] – PT.Wˆ

Lỗi tối thiểu của bộ cân bằng được viết lại là:

2] – PT .R-1 .P = E[xk

(3 – 7) Emin = MMSE = E[xk

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Trên thực tế việc tối thiểu hóa trung bình bình phương lỗi (MMSE) được thực hiện đệ quy bằng thuật toán đạo hàm ngẫu nhiên. Thuật toán còn được gọi là tối thiểu trung bình bình phương (LMS), đây là thuật toán cân bằng đơn giản nhất, nó chỉ cần 2N + 1 phép toán trong một bước tính đệ quy. Các hệ số của bộ lọc được cập nhật theo các phương trình dưới đây với biến n là kỹ hiệu bước tính đệ quy:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

)(ˆ ynWnd

(

T N

−

nx )( k )1

n )(

n )( )(ˆ nd k nw )( N

ne )( k nw ( N

* α− . yne ( k

Với N là số tầng làm trễ trong bộ cân bằng và α là cỡ bước điều khiển tốc độ hội tụ

và sự ổn định của thuật toán.

λ i

∑

= 1

Bộ cân bằng LMS làm cực đại tỷ số tín hiệu trên méo với một độ dài bộ lọc hạn chế. Nếu tín hiệu thu được có đặc tính phân tán thời gian lớn hơn thời gian trễ trong bộ lọc thì bộ lọc cân bằng không thể làm giảm méo. Tốc độ hội tụ trong LMS là lâu vì chỉ có một tham số điều khiển tốc độ thích nghi α. Để đảm bảo sự thích nghi không trở thành sự mất ổn định, giá tị α phải chọn sao cho

iλ là trị riêng thứ i của ma trận hiệp biến RNN. Vì

yn )(

n )(

T N

i =∑ λ

= 1

Ở đó

Cỡ bước α có thể được điều khiển bởi tổng công suất lối vào để tránh sự mất ổn

định trong bộ cân bằng.

Các tiêu chuẩn cần chú ý trong bộ cân bằng là: độ dài bộ lọc, khả năng hội tụ và tốc

độ hội tụ.

Giả sử có các tín hiệu ri (i = 1, 2, …, M) thu được từ M đường truyền độc lập được

xử lý có trọng số tạo nên tín hiệu tổ hợp

r T

= ∑ G r i i

= 1

(3 – 8)

Và giả sử mỗi đường truyền có công suất ồn trung bình giống nhau là N thì công

suất ồn của tín hiệu tổ hợp sẽ là:

M = ∑ 2 N G i = 1 i

(3 – 9)

Tỷ số công suấttín hiệu trên ồn của tín hiệu tổ hợp là:

γ = T

2 r T N 2

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

(3 – 10a)

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(

r i

≤

Dùng bất đẳng thức Chebysep, Tγ cực đại khi Gi = ri/N dẫn đến:

γ T

∑

1 2

1 =

G r ) i i 2 G i

∑ ∑

(3 – 10b)

Nói cách khác trọng số tổ hợp phải tỷ lệ với độ lớn tín hiệu lối vào của kênh để tỷ

số tín hiệu /ồn của kênh tương ứng ta thu được tín hiệu tổ hợp cực đại.

Trong kỹ thuật phân tập có thể thực hiện phân tập theo nhiều cách khác nhau như:

phân tập thời gian, phân tập tần số, phân tậpkhông gian, phân tập đa đường và phân tập

phân cực. Để tận dụng được toàn bộ lợi ích của phân tập, cần phải thực hiện kết hợp ở phía thu. Các bộ kết hợp phải được thiết kế sao cho sau khi đã hiệu chỉnh trễ và pha cho

các đường truyền khác nhau, các mức tín hiệu vào phải được cộng theo vectơ còn tạp âm

cộng ngẫu nhiên. Như vậy khi lấy trung bình tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR đầu ra sẽ lớn hơn đầu vào ở mỗi máy thu.

1) Phân tập vĩ mô

2) Phân tập vi mô

• Phân tập không gian

• Phân tập tần số

• Phân tập phân cực

• Phân tập thời gian

Phân tập phát dựa trên quan niệm là phía phát sẽ phát đi các mẫu tín hiệu không

tương quan để các mẫu này sẽ bị pha đinh không tương quan ở phía thu. Phân tập phát cho phép giảm tỷ số Eb/It yêu cầu hay công suất phát yêu cầu trên kênh và nhờ vậy tăng dung lượng hệ thống. Có thể thực hiện phân tập phát theo các cách sau.

1) Phân tập phát đa sóng mang (Multicarrier Transmit Diversity)

2) Phân tập phát trực giao

3) Phân tập phát không gian - thời gian (STTD)

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Sơ đồ khối của hệ thống phân tập phát không gian và thời gian đưa ra ở hình 3 - 3

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Tx anten 1

Hoa tiêu

Tx anten 2

M U X

Hoa tiêu phân tập

TPC

Bộ mã STTD

Đan xen

phối hợp tốc độ

M U X Mã hoá kênh

Mã định kênh và mã ngẫu nhiên dài

Hình 3 - 3. Sơ đồ khối hệ thống phân tập phát không gian và thời gian (STTD)

4) Phân tập phát chuyển mạch thời gian (TSTD)

Phân tập phát phân chia thời gian

Sơ đồ khối của phân tập phát chuyển mạch phân chia thời gian được thể hiện trong hình 3 – 4. Trong sơ đồ phân tập này,chuyển mạch thực hiện chọn anten phát để được

một trong hai đường truyền.Tín hiệu được chuyển mạch hoặc theo một mẫu được quyết

Tx Anten1

Tx Anten2

định ở BTS hoặc theo chất lượng tín hiệu thu được từ MS.

Chuyển mạch

Hoa tiêu

M U X

Đan xen

Mã hoá kênh

phối hợp tốc độ

Mã định kênh và mã ngẫu nhiên dài

TPC

Hình 3 -4.Sơ đồ hệ thống phân tập phát chuyển mạch phân chia thời gian

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Sơ đồ phân tập phát chuyển mạch thời gian giống như sơ đồ ở hình 3 - 3,tuy nhiên ở đây chuyển mạch được điều khiển bởi tín hiệu lựa chọn anten phát nhanh (AS) được phát

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

đi từ MS trong thời gian chuyển giao. Giá trị của bit AS được xác định trên cơ sở đo ở

kênh vật lý điều khiển chung (CCPCH) phát đi từ anten được xét.

Các kỹ thuật phân tập thu được sự dụng để giảm ảnh hưởng của pha đinh và cải thiện độ tin cậy của thông tin mà không cần tăng công suất phát hoặc độ rộng băng tần.

Mục đích của thu phân tập là nếu thu hai mẫu tín hiệu độc lập, thì các mẫu này sẽ bị

pha đinh không tương quan. Điều này có nghĩa là xác suất tất cả các mẫu này đồng thời

thấp hơn một mức nhất định thấp hơn nhiều so với xác suất của một mẫu riêng lẻ. Như vậy nếu ta kết hợp các mẫu này một cách thích hợp thì ta sẽ được tín hiệu tổng hợp ít bị

ảnh của pha đinh hơn nhiều so với một tín hiệu đơn lẻ. Hiện có nhiều kiểu phân tập khác

nhau: thời gian, tần số, không gian, góc, nhiều tia và phân cực.

Trong thực tế các kỹ thuật phân tập thu có thể được áp dụng hoặc ở BTS hoặc ở MS

mặc dù mọi kiểu ứng dụng đều có các đặc trưng riêng. Thông thường máy thu phân tập chỉ được sử dụng ở trạm gốc. Vì giá thành của bộ kết hợp phân tập cao, nhất là khi sử

dụng nhiều máy thu. Ngoài ra công suất máy phát của MS bị giới hạn bởi tuổi thọ của

acqui. BTS có thể tăng công suất phát hoặc độ cao anten để cải thiện diện phủ sóng cho

MS. Thông thường các hệ thống phân tập được thực hiện ở máy thu chứ không ở máy phát vì không cần thêm năng lượng cho hệ thống phân tập thu. Do tính đảo lẫn giữa

đường truyền lên và xuống,nên các hệ thống phân tập thực hiện ở MS cũng giống như

các hệ thống phân tập ở BS.

Trong máy thu RAKE để nhận được các phiên bản dịch thời của chuỗi ngẫu nhiên,

tín hiệu thu phải đi qua đường trễ trước khi được lấy tương quan chéo và được kết hợp.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Trong hệ thống trải phổ CDMA tín hiệu được trải phổ bằng dãy giả ngẫu nhiên. Dãy giả ngẫu nhiên này có tương quan thấp khi lệch nhau hơn 1 chíp. Do vậy nếu các thành phần đa đường có thời gian trễ lệch nhau lớn hơn 1 chíp thì khi bộ tương quan tại nơi thu bắt đồng bộ với 1 đường truyền, tín hiệu ở đường truyền kia do tương quan thấp sẽ biểu hiện như là ồn mà không cộng vào làm méo tín hiệu như kỹ thuật băng hẹp thông thường, do đó có thể không cần dùng đến bộ cân bằng. Do tính chất này mà bộ thu RAKE dùng 3 bộ tương quan bắt đồng bộ với 3 đường truyền trễ khác nhau rồi sau đó khai thác tính phân tập về mặt thời gian của 3 tín hiệu thu được bằng cách hiệu chỉnh pha và tổ hợp lại.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Lối ra của mối bộ tương quan được trọng số theo độ mạnh của tín hiệu để cực đại tín hiệu tổng hợp.

Bộ tương quan 1 Z1

(*)

Z’

∫

∑

> <

m’(t) Bộ tương quan 2 Z2

r(t): tín hiệu CDMA đa đường

ZM Bộ tương quan M

Hình 3 –5: Bộ thu RAKE

Ghép xen là một cách chủ động tạo ra sự phân tập về thời gian ở ngay bộ phát mà không mất thêm tổng phí nào. Kỹ thuật này phát triền mạnh ở điện thoại di động thế hệ 2 khi bộ mã hóa tiếng nói được số hóa. Lối ra của bộ mã hóa tiếng có một dãy các bit quan trọng cần phải phân tán chúng hoặc xắp xếp lại về mặt thời gian để nếu có can nhiễu hoặc suy giảm mạnh chúng không bị ảnh hưởng cùng một lúc. Có 2 cách ghép xen là ghép xen khối và ghép xen xoắn.

Ghép xen khối là việc đưa dữ liệu (từng khối n x m bit) vào một bảng chữ nhật (m hàng và n cột) theo cách điền đầy từng cột sau đó lại đọc ra lần lượt theo hàng hình 3 - 6, các bit quan trọng khi đó sẽ được tách biệt nhau bằng m bit. Tại bộ thu giải ghép xen sẽ làm tác động ngược lại và điền vào theo hàng và đọc ra theo cột.

Đọc ra theo hàng

----------------

1 m + 1

----------------

m + 2

----------------

m hàng

Đọc vào theo cột

---------------- n*m

m 2m

n cột

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Hình 3 – 6: Bảng ghép xen hàng, cột

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Ghép xen xoắn được thực hiện theo một thuật toán liên tục và thích hợp khi sử dụng mã xoắn. ghép xen luôn đi kèm hiện tượng trễ vì phải đợi n.m bit thì mới ghép hay giải ghép xen. Do tiếng nói chỉ cho phép trễ tối đa 40ms nên độ trễ của các bit ghép xen không được vượt quá giá trị này.

Tác động của kênh truyền lên tín hiệu có thể được coi là xác định như: suy giảm, méo tuyến tính hoặc phi tuyến, hoặc không xác định như: ồn cộng tính, suy giảm đa đường…. Vì tác động xác định có thể coi là trường hợp riêng của thay đổi ngẫu nhiên, nên do đó mô hình toán của truyền thông là sự phụ thuộc ngẫu nhiên giữa lối vào và ra của kênh.

Trong điều kiện kênh truyền có gây lỗi với một xác suất nào đó, có thể làm giảm xác suất lỗi này bằng cách biến đổi trước bản tin được truyền. Cách biến đổi bản tin nhằm cải thiện độ tin cậy của việc truyền tin qua kênh gọi là mã kênh.

Để đơn giản ta xét kênh truyền đối xứng nhị phân. Đó là kênh mà xác suất làm sai

lệch 1 thành 0 bằng sai lệch 0 bằng 1 tức là:

p(y = 0 | x = 1) = p(y = 1 | x = 0) = ε

1-ε 0 0

1-ε 1 1

Hình 3 –7: Mô hình kênh đối xứng nhị phân

−

ε − n k )

Qua kênh này thay cho việc truyền bit 0 và 1 ta truyền một nhóm n bit toàn 0 và một nhóm n bit toàn 1 (n là số lẻ) (mã phát lặp). Bộ giải mã ở đây là theo đa số: Nếu nhóm nhận được có nhiều số 0 hơn sẽ quyết định là 0 hoặc nhóm nhận được có nhiều số 1 hơn sẽ quyết định là 1. Khi đó quyết định có thể sai khi ít nhất có (n + 1)/2 bit lỗi truyền trong ký hiệu 1 nhóm. Với kênh là đối xứng nhị phân có xác suất truyền sai là ε như nói ở trên thì xác suất quyết định sai của cách truyền trên có thể tính là:

k k C ε n

(3 – 11)

∑

1)/ 2

= + ( n

−

k 001

.0(

)999

k − ≈

∑

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Với n = 5, ε = 0.01 ta có

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Điều này có nghĩa là với việc sử dụng mã 5 lần lặp lại có thể giảm xác suất lỗi bít bản tin từ 10-3 xuống 10-9 trong cùng một điều kiện kênh. Mã kênh như trên luôn làm tăng độ dư thừa bit so với số bit tối thiểu biểu diễn bản tin nguồn. Giá phải trả cho sự tin cậy tăng lên này là tốc độ thông tin giảm kèm theo sự phức tạp của hệ thống (bộ giải mã theo đa số)

Theo như trên muốn giảm lỗi bít bản tin xuống đến 0 thì phải tăng n lên vô cùng và như vậy tức là giảm tốc độ truyền tin đến 0. Tuy nhiên trong lý thuyết thông tin Shannon đã chỉ ra rằng có thể đạt được sự truyền tin hoàn toàn tin cậy (tức là ε→ 0) mà vẫn giữ tốc độ truyền lớn hơn 0 chỉ cần đảm bảo tốc độ này thấp hơn dung lượng kênh C. Còn nếu truyền với tốc độ lớn hơn dung lượng kênh thì không thể đảm bào truyền tin cậy.

Trong đó dung lượng kênh được tính là:

C = 1 – Hb(ε) = 1 – Hb(0.001) = 1 – 0.0114 = 0.9884 bit/truyền

Ở đó Hb(.) là ký hiệu entropi nhị phân của thông tin:

Hb(x) = -x.log(x) – (1 – x).log(1 – x)

Để đổi ra dung lượng bit/giây phải nhân thêm tốc độ truyền ký hiệu. Dung lượng kênh được hiểu như giới hạn trên của việc truyền thông tin không có lỗi, nó được quy định bởi điều kiện của kênh truyền.

log

Nếu mô hình kênh được xác định theo băng tần giới hạn [-W, W], có ồn Gauss trắng cộng tính 2 phía (gây nên lỗi đường truyền) với mật độ công suất là N0/2 và với sự hạn chế công suất đầu vào P, dung lượng kênh được tính ngay theo công thức bit / giây.

P WN 0

  

  

bit / giây (3 – 12)

Còn tính theo bit trên kênh truyền dẫn theo công suất lối vào hạn chế P và variance

2σ , dung lượng kênh sẽ là:

ồn

1 2

P 2 σ

 log  

  

(3 – 13)

Công suất thu được tại bộ thu được tính là: P = Eb.Rb, Eb là năng lượng bit trung

bình và Rb tốc độ bit truyền. Phương trình trên tuân theo độ rộng băng truyền sẽ là:

(3 – 14) C/W = log2(1 + Eb.Rb/N0W)

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Trong đó C/W được coi là hiệu suất phổ.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Để giảm lỗi và đạt được sự tin cậy trong truyền dẫn cần phát đi các dãy càng khác nhau càng tốt để ồn kênh không dễ dàng biến dãy này thành dãy khác (gây nên lỗi). Điều này có nghĩa là cần bổ xung một số bit dư vào dòng thông tin để tạo nên sự khác nhau này xong điều đó cũng làm giảm tốc độ thông tin.

Có 2 loại mã kênh chính là mã khối và mã chập:

- Mã khối tiến hành theo từng khối bản tin k bit, cho thêm (n – k) bit dư tạo nên từ mã n bit, có tốc độ bit R0 = (n/k)RS trong đó RS là tốc độ của nguồn thông tin. R0 gọi là tốc độ dữ liệu của kênh. r = k/n gọi là tốc độ mã (không có thứ nguyên, trong khi tốc độ nguồn dữ liệu và tốc độ kênh có thứ nguyên là bit/giây) trong mã khối thì mã khối tuyến tính là quan trọng nhất

- Mã xoắn (mã chập) là nhân chập của dãy lối vào và đáp ứng xung của bộ mã, trong đó độ dài đáp ứng xung bằng bộ nhớ của bộ mã. Bộ mã dùng cửa sổ trượt trên dãy bản tin đến, độ rộng cửa sổ trượt bằng độ dài bộ nhớ. Do đó khác với mã khối, mã chập nhận dòng dữ liệu bản tin liên tục và cho dòng bit mã lối ra liên tục với tốc độ cao hơn

“Mã khối là mã hiệu chỉnh lỗi tiến, cho phép phát hiện và hiệu chỉnh một số giới

hạn lỗi mà không phải phát lại”.

Mỗi khối gồm k bit thông tin lối vào tương ứng với từ mã n bit thông tin lối ra (có n - k bit dư thêm vào) khi đó bộ mã khốisẽ có tốc độ mã hóa là r = k/n. Mã này gọi là mã (n, k) {hay C(n, k)} có 2k từ mã tương ứng độ dài n.

3.4.3.1. Mã khối tuyến tính

C(n, k) với hàm f {0, 1}k → {0, 1}n

i ≤≤1

Ánh xạ hàm f là tuyến tính vectơ dữ liệu đầu vào k bit cho dữ liệu đầu ra n bit

i ≤≤1

Từ mã lỗi vào = (u1, u2, …, uk) ui ∈ {0, 1}

Từ mã lối ra = (c1, c2, …, cn) ci ∈{0, 1}

= f( )

Hàm f thể hiện quan hệ tuyến tính gọi là mã tuyến tính C(n, k)

* Định nghĩa mã khối tuyến tính

i ≤≤1

(u1, u2, …, uk, p1, p2, …, pn-k)

≤≤+1

ci = ui

ci = pi-k

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

k bit bản tin lối vào là k bit đầu tiên của từ mã, l = n – k gọi là các bit dư thêm vào

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

= =

+ +

............... + ............. +

+ +

p 1 p 2

p u 1,1 1 p u 2,1 1

p u 1,2 2 p u 2,2 2

p u 1, k p u 2, k

......

... + +

u ,1 1

u ,2 2

− n k

p − n k

− n k

, − n k k

      

(3 – 15)

Xét trong trường nhị phân GF(2): sử dụng các phép toán {*, +}, pi,j ∈{0, 1}

Định nghĩa 1:

Mã C(n, k) = {c (u1, u2, …, uk,p1, p2, …, pn-k): u ∈ {0, 1}k , p1, p2, …, pn-k thoả

mãn phương trình (3 – 15)} gọi là mã khối tuyến tính

...

p 2,1

p − n k

...

Định nghĩa ma trận P có dạng

[

]

p 1

p 2

p − n k

p 1,1 p 1,2 ...

p 2,2 ...

...

p − n k ...

...

p 1,

p 2,

p n k k , −

     

     

có kích thước (k, n-k)

[p1, p2, …, pn-k,] = uP

Định nghĩa ma trận G có dạng:

...

1 0

p 2,1

p − n k

...

2,2

− n k

p 1,1 p 1,2 ...

0 1 ..

...

0 0

p 1,

p n k k , −

     

     

G = [Ik | P], trong đó Ik là ma trận đơn vị có kích thước kxk, hay

Định nghĩa 2: Mã C(n, k) = {c = uG: u ∈ {0, 1}k} là mã khối tuyến tính

Định nghĩa 3:

Mã khối C(n, k) được gọi là mã khối tuyến tính nếu

∀

1 cc ,

∈

knC ),(

∈+⇒

knC ),(

- Chứa một từ mã bằng 0 {0 ∈ C(n, k)}

} - Tổng của 2 từ mã cũng là một từ mã {

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Ma trận H:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

1 0 ... 0

p 1, p

... ...

0 1 ... 0

p 1,2 p 2,2

p 1,1 p 2,1 ...

...

0 0 ... 1

p n k −

n k k , −

     

     

= [p(n-k).(k)| In-k] = [PT, I]

Ma trận có kích thước (n-k, n)

là ma trận kiểm tra, biết được ma trận tìm được ma trận và ngược lại

Định nghĩa 4: H là ma trận kiểm tra C(n, k) là mã khối tuyến tính là tập các từ mã c sao cho cHT=0 C(n, k) = {c, cHT = 0}

* Tính chất của mã khối tuyến tính:

c = 0 thuộc C(n, k)

1. u = 0 → c = 0; 2. c1 = u1G, c2 = u2G → c1 + c2 = cj và cj∈ C(n, k)

Mã khối tuyến tính nếu tổ hợp tuyến tính (modul 2) của hai từ mã là một từ mã.

Mã khối trong đó các bit bản tin được giữ nguyên, chỉ bổ xung thêm các bit dữ gọi là mã hệ thống. Mã hệ thống cũng có tính chất tuyến tính và có ưu điểm thực hiện đơn giản.

Cấu trúc của mã khối hệ thống là:

u1,u2, …, uk, p1, p2, …, pn-k

Trong đó k bit bên trái (u1, u2, …, uk) là các bit bản tin

n-k bit bên phải (p1, p2…., pn-k) là các bit dư thêm vào (các bit kiểm tra). Bit kiểm tra

là tổ hợp tuyến tính của k bit bản tin lối vào

i = 1, … , n-k (3 – 16) pi = p1iu1+ p2iu2 + … + pk,iuk

_ _

phu _

thuoc _

neu _ p

_ p khong

_ phu

_ u i thuoc

neu

1   0 

với

Phương trình trên xác định một cấu trúc toán học của mã khối tuyến tính (n, k) ta có

thể viết lại dưới dang vector ma trận như sau:

(với là ma trận có kích thước kx(n-k))

] tạo nên một không gian con k chiều của không gian n chiều: Các từ mã = [

Do đó ta có thể viết lại là:

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

= [ (cid:0) ] trong đó Ik là ma trận đơn vị hay =

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(cid:0)

...

1 0

p 2,1

p n k −

...

2,2

n k −

p 1,1 p 1,2 ...

0 1 ..

...

0 0

p 1,

p n k k − ,

     

     

Ma trận G là ma trận nhị phân có kích thước k x n có dạng

Ma trận được gọi là ma trận sinh, có k hàng phải là độc lập tuyến tính (tức biểu

(cid:0)

(cid:1)

(cid:0)

(cid:1)

(cid:0)

(cid:1)

(cid:0)

diễn một hàng phải là tổ hợp tuyến tính của các hàng còn lại) từ đó ta có

Tính chất tuyến tính được suy ra từ hệ thống

(cid:1)

(cid:0)

(cid:2)

(cid:3)

Cách biểu diễn khác mối liên hệ giữa bit kiểm tra và bit bản tin là:

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

khi đó

(cid:0) ].

I k T P

  

  

(cid:1)

= [ =

(cid:1)

= tức vế phải là ma trận zero hay ta có Sử dụng tính chất cộng module 2 ta có

(3 – 17)

Khi đó ma trận H được gọi là ma trận kiểm tra chẵn lẻ. Khi đó tín hiệu truyền không

lỗi thì phương trình (3 – 17) được thoả mãn

Ví dụ: Xét mã lặp lại n = 5, k = 1 ta có:

0001 0010 0100 1000

,1   ,1   ,1  ,1 

     

= [1, 1 1 1 1] và =

Trọng lượng của từ mã

Trọng lượng của từ mã là tổng số bit khác không của từ mã. (trong trường nhị phân

là tổng số bit 1 của từ mã trong bộ mã hóa)

W c

≠∑ i ( c k

=∑ i ( c k

= 1

hay

Khoảng cách Hamming hai từ mã

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Khoảng cách Hamming của 2 từ mã là tổng số bit khác nhau của hai từ mã

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

d c c (

)

j c k

≠∑ i ( c k

= 1

Khoảng cách Hamming tối thiểu

dmin được định nghĩa là khoảng cách Hamming tối thiểu giữa các từ mã. Từ tính chất

(cid:0)

(cid:1)

(cid:0)

(cid:1)

≠

đóng của từ mã dmin bằng trọng lượng nhỏ nhất của một từ mã trong bộ mã hóa.

) với mọi (3 – 18) dmin= min dH(

Mã khối tuyến tính (n, k) có thể tách và hiệu chỉnh được tối đa (cid:0) lỗi nếu và chỉ nếu

t0 ≤ [(dmin – 1)/2] (lấy phần nguyên) Khả năng có thể sửa lỗi là t1 ≤ t0 lỗi và khả năng phát hiện được lỗi là:

t2 = dmin – 2t1 – 1 lỗi

Vì véc tơ nhận được vẫn luôn gần từ mã phát ban đầu hơn bất kỳ từ mã khác.

Đối với mã tuyến tính khoảng cách tối thiểu bằng trọng lượng tối thiểu của mã

được định nghĩa:

min

min{W }i c i ≠ ∀ ∈ c C n k ( , ) c

(3 – 19)

Tức là số tối thiểu phần tử 1 trong bất kỳ từ mã khác 0

...

1 0

p 2,1

p − n k

...

p − n k

p 2,2

p 1,1 p 1,2 ...

0 1 ..

...

0 0

p 1,

p 2,

p − n k k ,

     

     

Mã khối tuyến tính có dạng hệ thống khi ma trận sinh có dạng sau:

Giải mã đặc trưng:

Từ mã được gửi trên đường truyền mắc lỗi , véc tơ thu được tại bộ thu là ta có

(cid:1)

Trong đó (cid:0) = nếu (cid:0) giống với (cid:0) (i = 1, 2, … n – 1, n)

Ta định nghĩa Syndrome

(cid:1)

Là các mẫu lỗi đặc trưng của bộ giải mã, có các tính chất sau:

chỉ phụ thuộc mẫu lỗi mà không phụ thuộc từ mã: do (3 – 20)

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Các mẫu lỗi khác nhau của 1 từ mã sẽ có cùng đặc trưng

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(cid:0)

(cid:1)

- Do bản tin có n-k bit dư thêm vào do đó chỉ có 2n - k từ mã khác nhau nên với mỗi

đặc trưng sẽ có 2n-k véc tơ lỗi khác nhau: , là các mẫu lỗi tương ứng

Với bộ mã hoá tuyến tính C(7, 4) có khoảng cách Hamming tối thiểu dmin = 3 và đa

0 1 0

[ G I P

]

0 1 0 1 1 1

0 0

 1 0 0 0 1 1 0   =     

   0 0 1 1    0 1 1 0 1  

thức sinh mã G có dạng:

101

001

Ta có dmin = 3 do đó có thể hiệu chỉnh tối đa được 1 lỗi

111 110

0 1

010 100

    

    

Khi đó ta có ma trận kiểm tra H có dạng

(cid:0)

Và các mẫu lối với đặc trưng lỗi như sau

Mẫu lỗi Đặc trưng (s) Số thứ tự bit lỗi

không bị lỗi 0000000 000

1000000 110 1

0100000 011 2

0010000 111 3

0001000 101 4

0000100 100 5

0000010 010 6

0000001 001 7

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Tập các véc tơ lỗi ứng với một đặc trưng tạo nên một tập con trong tập mã và mã khối tuyến tính có 2n-k tập con như vậy không chồng lấn nhau và phủ hết không gian từ mã. (3 – 20) là một hệ n-k phương trình tuyến tính có thể cho thông tin phát hiện lỗi. Song nó không đủ xác định véc tơ lỗi (n phần tử) hay chính xác hơn xác định duy nhất vector lỗi: sẽ có 2k mẫu lỗi thoả mãn hệ phương trình này. Tuy nhiên thông tin đặc trưng giúp cho phép dò tìm lỗi từ 2n khả năng xuống còn 2k khả năng.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

3.4.3.2. Mã Hamming

Mã Hamming là loại mã khối tuyến tính dạng (2m – 1, 2m – 1 – m) có khoảng cách tối thiểu bằng 3 và ma trận kiểm tra chẵn lẻ đơn giản có kích thước mx(2m – 1) trong đó tất cả các dãy nhị phân dài m trừ dãy toàn 0 nhìn theo cột.

0 1 0

0 1 1 1

[ G I P

]

0 0

 1 0 0 0 1 1 0   =     

    0 0 1 0 0 1 1   0 1 1 0 1  

Với m = 3, ta có mã (7, 4) ma trận sinh là

1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1

  =   

    

Tương ứng ta ta có ma trận kiểm tra chẵn lẻ là :

Từ mã tạo ra từ ma trận sinh này có dmin = 3, nên có khả năng phát hiện và hiệu

chỉnh 1 bit lỗi. Các mẫu lỗi 1 bit và các đặc trưng giải mã như sau:

Đặc trưng (s) Mẫu lỗi

Không bị lỗi 0000000 000

1000000 110 1

0100000 111 2

0010000 011 3

0001000 101 4

0000100 100 5

0000010 010 6

0000001 001 7

Từ mã nhận được sau đường truyền được nhân với ma trận kiểm tra chẵn lẻ để

tính đặc trưng , từ giá trị nhận được so với bảng trên ta nhận được vị trí bit lỗi.

3.4.3.3. Mã dư thừa vòng (CRC)

Mã vòng là một trường hợp riêng của mã khối tuyến tính:

Ưu điểm của mã vòng là có thể biểu diễn như biểu thức toán và có sơ đồ thực hiện

đơn giản. Mã vòng yêu cầu dịch vòng của nó cũng là một từ mã.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Để biểu diễn ta có từ mã = c0c1…cn-1 là một đa thức mã

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(3 – 21) c(x) = c0x0 + c1x1 + … +cn-1xn-1

Trong đó X là một biến thực, các hệ số của đa thức sinh là biến nhị phân của từ mã

Luỹ thừa của c(x) biểu diễn dịch bit theo thời gian

(3 – 21a) Khi đó xc(x) = c0x + c1x2 + … cn-1xn

Thêm cn-1 + cn-1 vào đa thức trên do cn-1 + cn-1 = 0 (tính chất cộng module 2) do đó

đa thức trên trở thành

xc(x) = cn-1(xn + 1) + cn-1 + c0x + … cn-2xn-1

(3 – 21b) = cn-1(xn + 1) + c(1)(x)

Với c(1)(x) là c(x) dịch vòng đi 1 bit

Tương tự ta có:

(3 – 21c) xic(x) = q(x)(xn + 1) + c(i)(x)

Với c(i)(x) là c(x) dịch vòng đi i bit đồng thời q(x) là phần dư của phép chia xic(x)

cho xn + 1

(3 – 22) Hay c(i)(x) = xic(x) mod (xn + 1)

Đa thức xn+ 1 và các nhân tử của nó đóng vài trò chính trong việc tạo mã vòng.

n k

− − 1

− n k

g x

( ) 1

= +

chọn g(x) là đa thức bậc tối giản n-k và là thừa số của xn + 1 có dạng

g x i

∑

= 1

(3 – 23)

gi = 0 hoặc 1, g(x) gọi là đa thức sinh mã vòng theo cách sau:

c(x) = a(x)g(x) trong đó a(x) là đa thức có bậc k-1 và c(x) được tạo theo cách này sẽ

thoả mãn phương trình (3 – 23) vì g(x) là nhân tử của xn + 1.

Giả sử đã cho đa thức sinh g(x) và cần mã hoá cho bản tin (k bit) thành mã vòng

(n – k) bit dư thêm vào và (k bit) bản tin, khi đó từ mã

hệ thống (n, k) theo cấu trúc phải có dạng:

c(x) = b(x) + xn-km(x) (3 – 24)

Hay a(x)g(x) = b(x) + xn-km(x)

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Chia cả 2 vế cho g(x) ta có:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

−

a x ( )

n kx m x ( ) g x ( )

b x ( ) g x ( )

(3 – 24)

Phương trình trên cho thấy phần dư của phép chia xn-km(x) cho g(x) do đó quá trình

mã hoá như sau:

Bước 1: Nhân đa thức bản tin m(x) với xn-k

Bước 2: Chia xn-km(x) cho đa thức sinh g(x) tìm phần dư

Bước 3: Cộng phần dư với xn-km(x) để nhận được từ mã c(x)

Ví dụ: Tìm từ mã của véc tơ dữ liệu 1010 theo loại mã dư thừa vòng (7, 4) ta có n =

7, n – k = 3 và:

x7 +1 = (x + 1)(x3 + x + 1)(x3 + x2 + 1). Chọn g(x) = x3 + x2 + 1 d(x) = x3 + x

Từ đó ta có: xn – kd(x) = x6 + x4

Vì

x6 + x4 x6 + x5 + x3 x3 + x2+ 1 x3 + x2 + 1 = q(x)

x5 + x4 + x3 x5 + x4 x2

x3 + x2 x3 + x2 + 1 1

Ta có thể viết: c(x) = x3d(x) + r(x) = q(x)g(x) = x3(x3 + x) + 1 =x6 + x4 + 1

Và từ mã tìm được sẽ là: c = 1010001

3 bit cuối được thêm vào 4 bit dữ liệu để thoả mãn tính chia hết, sơ đồ phát mã tuần

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

hoàn như sau:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Trễ

g0 g1 g14 g15 g16

Bit chẵn lẻ

Lối ra

Dữ liệu vào

b0 b1 b14 b15

Hình 3 –8: Sơ đồ tạo khối Reed – Solomon

3.4.3.4. Hoạt động của mã khối tuyến tính

Mã khối tuyến tính có thể thực hiện giải mã quyết định cứng hoặc mền. Trong sơ đồ

quyết định cứng, trước hết là quyết định bit – bit trong các thành phần của từ mã, sau đó

tiêu chuẩn khoảng cách Hamming tối thiểu. Hoạt động của sơ đồ giải mã phụ thuộc vào cấu trúc, khoảng cách của mã, song luôn có một giới hạn trên, đặt biệt giá trị cao của

SNR có thể nhận được theo khoảng cách tối thiểu của mã.

Xác suất lỗi bản tin của mã khối tuyến tính với khoảng cách tối thiểu dmin trong

2/min

≤ Mp (

−

[ p 1(4)1

] dp )

quyết định cứng bị chặn trên bởi:

≤

−

(

d N 02

   

   

Ở đó p là xác suất lỗi của kênh nhị phân và M là số từ mã (M = 2k). Ở giải mã quyết định mềm tín hiệu nhận được được tương ứng với từ mã mà tín hiệu tương ứng của nó có khoảng cách Ơle tối thiểu đến tín hiệu nhận được. Xác suất lỗi bản tin trong trường hợp này bị giới hạn trên là.

Ở đó M = 2k là số từ mã, N0 là mật độ công suất phổ ồn một phía dE là khoảng

voi

tin

hieu

truc

giao

d E

voi

tin

hieu

doi

giao

Ed min Ed min

   

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

cách Ơle tối thiểu cho bởi:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(

−

Ed min N

≤

_ _ _ tin hieu truc voi voi tin hieu _ _ _ doi

_ _

giao cuc

−

(

0 Ed min N

       

       

      

Kết quả là:

nE k

E R

Trong các bất đẳng thức này dmin khoảng cách Hamming tối thiểu của mã. E là ký hiệu năng lượng của mỗi thành phần của từ mã. Do mỗi từ có n thành phần, năng lượng một từ là “n.E” và vì mỗi từ mang k bit thông tin nên năng lượng của một bit thông tin là:

voi

tin

hieu

truc

giao

−

(

ERd min N

≤

voi

tin

hieu

doi

cuc

−

0 ERd min N

       

       

     (  

Ở đó Rc = k/n ký hiệu tốc độ của mã, từ mối liên hệ trên ta có.

b =γ

0NEb

. Đối với Giới hạn nhận được thường có ích chỉ đối với giá trị lớn của

bγ nhỏ giới hạn trở nên không chính xác và có thể lớn hơn 1.

giá trị

3.4.3.5. Ví dụ về mã khối

(cid:2) Mã Hamming nhị phân: (n, k) = (2m – 1, 2m – 1 – m)

(cid:2) Mã Hadamard: Từ mã được chọn là hàng của ma trận Hadamard. Đó là ma trận NxN gồm 1 và 0 sao cho mỗi hàng khác tất cả các hàng khác chính xác N/2 vị trí (khoảng

cách tối thiểu của mã là N/2). Một hàng chứa toàn số 0, các hàng còn lại chứa N/2 số 0 và

N/2 số 1

  

  

Với N = 2 ma trận sẽ là:

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Với N = 4 ma trận sẽ là:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

0 0 0 0

0 1 0 1

0 0 1 1

0 1 1 0

     

     

  

  

Tóm lại

(cid:2) Mã Golay: Là mã nhị phân tuyến tính (23, 12) với khoảng cách tối thiểu là 7 và khả năng hiệu chỉnh 3 lỗi.

Dữ liệu vào được lưu giữ trong bộ đệm có độ dài xác định. Lối ra là một tổ hợp của dữ liệu vào và các dữ liệu trong bộ đệm. Việc mã hóa được tiến hành liên tục theo theo các bước dịch vào của dòng dữ liệu mà không theo từng cụm như mã khối.

N-1 tầng

-----------

------------ -----

------------ -

k bit dữ liệu vào

Mỗi lần lối vào dịch k bit sẽ cho n bit lối ra. Tốc độ mã hóa là r = k/n.

1 2 n

Hình 3 - 9: Sơ đồ tạo mã xoắn

Tại mỗi thời điểm lối ra không chỉ phụ thuộc k bit lối vào mà còn phụ thuộc vào k(N - 1) bit trước đó trong bộ đệm. Số trạng thái trong bộ đệm là 2k(N-1). N được gọi là độ dài ràng buộc của mã xoắn.

Bộ tạo mã xoắn hữu hạn trạng thái gồm N tầng thanh ghi có các đường cố định

trước với n bộ cộng module 2 và bộ hợp kênh các lối ra của bộ cộng module 2 này

Khi đó bản tin L bit tạo nên n(L/k +N) bit lối ra: tốc độ của bộ mã hoá là

r = L/(n(L/k + N)) ≈ k/n khi L >>N Độ dài ràng buộc là số dịch mà qua đó một bit đơn (một nhóm bit) có thể ảnh

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

hưởng lên lối ra.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Trường hợp sử dụng bộ ghi dịch 1 bit, thanh ghi dịch có M tầng nên độ dài ràng

buộc của bộ mã là N = M+1

n = 2, N = 4, k = 1 nên r = ½ dãy bản tin vào 1 bit 1 lần cho ra 2 bit lối ra

Lối vào

Lối ra

Z-1

vớiđa thức tạo mã G(13, 15) theo hệ Bát phân:

Hình 3 - 10: Bộ tạo mã xoắn

Với sơ đồ hình3 –10: với k = 1, n = 2 khi đó cứ 1 bit dữ liệu lối vào sẽ cho ta 2 bit

(i), g2

(i)DN

(i)D2 +… + gN

dữ liệu lối ra, tốc độ mã sẽ là r = 1/2.

Một bộ mã xoắn thường được định nghĩa theo vị trí của dãy tạo mã (đa thức sinh) (i) Ở đó thành phần của nhánh thứ i của dãy gj (1 ≤j ≤ kN, 1 ≤i ≤ n) sẽ là 1 (i), … gM g1 nếu thành phần của thanh ghi dịch được nối đến bộ tổ hợp ở lối ra ở lối ra i, sẽ là 0 nếu không được nối. (i)D + g2 (i) + g1 g(i)(D) = g0 Trong đó D là phần tử trễ

)

1 ( Dg

)

n ( Dg

  2 ( Dg   ...   

      

Bộ mã hoá đầy đủ thể hiện đa thức sinh G như sau

Ví dụ hình 3 – 10: có 2 nhánh: nhánh 1 có đa thức sinh là g1 là (1, 0, 1, 1) và

nhánh 2 có đa thức sinh là g2 là (1, 1, 0 , 1)

1101     1011   Tương ứng ta có g(1) = 1 + D2 + D3 Và g(2) = 1 + D + D3

Tương ứng ta cóđa thức sinh là

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Với bản tin lối vào là (1 0 0 1 1) biểu diễn đa thức bản tin lối vào là

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

M(D) = 1 + D3 + D4

Tương tự như biến đổi fourier, phép nhân chập trong miền thời gian tương tự như phép nhân trong miền D do đó lối ra của đa thức nhánh 1 là (chú ý thực hiện phép nhân và phép cộng trong trường nhị phân GF(2):

c(1)(D) = g(1)(D)m(D) = (1 + D2 + D3)(1 + D3 + D4) = 1 + D2 + D4 + D5 + D7

Do đó lối ra 1 là (10101101).

Tương tự ta có lối ra 2 sẽ là c(2)(D) = g(2)(D)m(D) = (1 + D+ D3)(1 + D3 + D4) = 1 + D + D5 + D6+ D7

Hay lối ra 2 là (11000111)

Cuối cùng hợp kênh 2 lối ra này ta có dãy mã lối ra là

c = (11, 01, 10, 00, 10, 11, 01, 11)

Với bản tin L = 5 tạo dãy mã dài n(L + N - 1) = 16 bit.

Để thanh ghi trở về trạng thái zero ban đầu thì phải có N – 1 = 3 bit zero tại cuối

bản tin. Dãy N – 1 zero này gọi là đuôi bản tin

Vậy với

………………. gn = [1 … 0 0 0 0 0 0 1] g1 = [0… 0 1 0 1 0 0 1] g2 = [0 …0 0 0 0 0 0 1]

Khi g1, g2, … gn. được xác định, mã xoắn được xác định duy nhất. Đôi khi viết

gọn thành ma trận (n x k.N) tạo mã xoắn

3.4.4.1. Biểu diễn mã xoắn

Ngoài cách biểu diễn theo sơ đồ cấu trúc hay ma trận tạo mã như ở trên ta còn có thể biểu diễn theo 2k(N – 1) trạng thái của thanh ghi và sự chuyển trạng thái giữa chúng khi có k bit bản tin mới đi vào.

a. Biểu diễn thanh ghi dịch vớiđa thức tạo mã G(5, 7) tương ứng (G(101, 111)

out1

Data in D D

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

out2

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Từ sơ đồ thanh ghi dịch xác định trạng thái dữ liệu đầu ra out1 và out2

out1 = in + st2

và out2 = in + st1 + st2

Trong đó st1, st2 là bit dữ liệu trong của thanh ghi dịch thứ 1 và thứ 2; trạng thái

trong bộ ghi dịch là Sj = st1 st2 ....

in là bit dữ liệu vào

i-1

i-1 st2

Lập bản trạng thái dữ liệu vào và ra của bộ mã hóa

i-1

Tại thời điểm thứ i ta có Lối vào là ini Trạng thái trước khi có dữ liệu lối vào là Si-1 = st1 Dữ liệu lối ra là

i-1+ st2

out1 = ini + st2 out2 = ini + st1

Trạng thái sau khi có dữ liệu lối vào là

i st2

i = ini st1

i-1 (in → st1; st1 → st2)

Si = st1

Data in

10 01 00 10 11 01 10 01 S0 = st1 st2 = 00

11 01 11 11 10 10 00 01 Out = out1out2

S0 = 00; S1 = 10; S2 = 01; S3 = 11

Bộ mã xoắn sử dụng thanh ghi dịch dựa vào trạng thái của thanh ghi dịch và đa thức tạo mã lối ra của thanh ghi dịch để được dữ liệu lối ra khi lối vào là 1 bit hay 1 nhóm bit lối vào phụ thuộc bộ tạo mã

b. Biểu diễn không gian trạng thái với đa thức tạo mã G(5, 7)

Xác định số thanh ghi dịch trong bộ mã xoắn M = N - 1

2N-1 Xác định số trạng thái trong thanh ghi dịch là

Xác định chuyển dịch trạng thái tương ứng

- Si Sj tương ứng với bit dữ liệu vào in = 0

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

- Si Sk tương ứng với bit dữ liệu vào in = 1

thông Bộ môn Công nghệ viễn thông

ờng Đại học CNTT&TT Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

S2 = 01

S0 = 00

10 0/10

00 0/00

S3 = 11

S0 = 00

01 1/01

11 1/11

S3 = 11

S1 = 10

S2 = 01

S0 = 00

11 0/11

01 0/01

S1 = 10

S2 = 01

00 1/00

10 1/10

S3 = 11

S1 = 10

ờng hợp G(5,7) ta có Trong trường hợp G(5,7) ta có

Và xác định dữ liệu đầu ra t theo bit dữ liệu vào in ịnh dữ liệu đầu ra tương ứng out1, out2, ... outn theo bit d

theo trạng thái ở trên (in/out in/out1 out2 ... outn)

c. Biểu diễn theo sơ đồ lư ưới.

Bộ mã xoắn sử dụng s ắn sử dụng sơ đồ lưới sẽ phụ thuộc vào mắt lưới tr

ới tiếp theo để cho ta bit lối ra. Phụ thuộc vào số bít lối ra khác nhau m ới trước đó và đường đi ố bít lối ra khác nhau mà số mắt

của mắt lưới tiếp theo để cho ta bit lối ra. Phụ thuộc v lưới tương ứng ở cột lưới có thể có l ới có thể có là 2k mắt lưới

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc ThS. Ph

Sơ đố lưới với 1 bit lối v ới với 1 bit lối vào và 2 bit lối ra.

thông Bộ môn Công nghệ viễn thông

ờng Đại học CNTT&TT Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hoặc có thể biểu diễn theo s ờng nét đứt tương ứng với

00 00

S1 = 10

11 11

S1 = 10

10 10

S2 = 01

01 01

S3 = 11

ặc có thể biểu diễn theo sơ đồ dưới đây, trong đó đường nét đứt t ào là 0 ào là bit 1; và đường nét liền tương ứng với bit dữ liệu vào là 0 dữ liệu vào là bit 1; và đư

Xét bộ mã xoắn với s ới sơ đồ lưới với k = 1, n = 2 và N = 3

ố trạng thái của thanh ghi là 2k(N – 1) = 22 = 4 tức là tương Số trạng thái của thanh ghi l

à tương ứng với 00, 01, 10, 11. ới các trục ngang biểu diễn sự biến đổi của trạng thái có thể của k(N – 1) ới các trục ngang biểu diễn sự biến đổi của trạng thái có thể của k(N Trong sơ đồ lưới các trục ngang biểu diễn sự biến đổi của trạng thái có thể của k(N ối 2 trạng thái nối tiếp theo thời bit trên thanh ghi. Các bit nhị phân viết cạnh mũi tên nối 2 trạng thái nối tiếp theo thời bit trên thanh ghi. Các bit nh

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc ThS. Ph

gian biểu thị lối ra của bộ m ểu thị lối ra của bộ mã hóa trước thời điểm chuyển này. M ày. Mỗi một lần mã hóa một

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

cụm dữ liệu ta luôn suất phát từ trạng thái toàn 0 ban đầu đi theo một đường qua sơ đồ

lưới rồi lại kết thúc ở trạng thái toàn 0.

000

111

000

010

111

101

011

0 1

000

100

111

001

111

110

000 111 010 101 011 100 001 110 000 111 010 101 011 100 001 110

d. Biểu diễn theo sơ đồ cây:

Ví dụ: Bộ mã hoá out1 = in, out2 = in + st1 + st2, out3 = in + st2

Tín hiệu vào được biểu thị theo cây mã

Chuỗi 4 bit vào 1011 được mã hoá thành 111 010 100 101( tốc độ mã là 1/3).

Quan sát sơ đồ ta thấy sự lặp lại cấu trúc khi số tầng lớn hơn độ dài ràng buộc vủa nó và tất cả các nhánh xuất phất từ 2 nốt cùng trạng thái sẽ cho m các dãy giống nhau. Điều này

có nghĩa là 2 nốt cùng tên có thể nhập làm một.

Bằng cách này ta có thể rút gọn sơ đồ cây thành sơ đồ lưới biểu diễn mã xoắn gọn hơn. 3.4.4.2. Hàm truyền của mã xoắn

Hàm truyền cho thông tin về các đường khác nhau trong sơ đồ lưới từ trạng thái

γβα

JND

toàn 0 ban đầu trở về trạng thái toàn 0 lần thứ nhất. Hàm truyền đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá giới hạn xác suất lỗi của mã. Tương ứng với mỗi nhánh nối 2 trạng

thái là hàm dạng được định nghĩa, ở đó α là số bit 1 trong dãy bit ra và β là

số bit 1 trong dãy bit vào tương ứng của nhánh và γlà số nhánh trong đường đi. Hàm

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

truyền của mã còn gọi là hàm truyền của đường đi từ trạng thái toàn 0 đến trạng thái toàn

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

0 kế tiếp kí hiệu là T(D, N, J), mỗi số hạng của T(D, N, J) là một đường trong sơ đồ lưới

đi từ bắt đầu toàn 0 đến kết thúc toàn 0.

5 NJD −

DNJ

−

Trong ví dụ trên hàm truyền là T(D, N, J) =

Khi khai triển ta có T(D, N, J) = D5NJ3 + D6N2J4 + D6N2J5 + D6N3J5 + …

Từ biểu thức trên ta có thể thấy tồn tại một từ mã có trọng lượng Hamming 5, 2 từ

mã trọng lượng Hamming 6. Ở từ mã có trọng lượng Hamming 5 tương ứng với dãy vào trọng lượng Hamming 1 độ dài 3. Số mũ nhỏ nhất của D trong khai triển T(D, N, J) gọi là khoảng cách tự do của mã xoắn ký hiệu là dfree trong ví dụ trên dfree = 5.

3.4.4.3. Giải mã xoắn

Trong số nhiều phương pháp giải mã xoắn, phương pháp Viterbi được quan tâm đặc biệt vì nó là phương pháp tính khả năng tối đa. Dựa theo dãy nhận được tại lối ra

kênh, phương pháp này dò tìm trong sơ đồ lưới đường đi có mã giống như dãy nhận

được. Nếu giải mã là quyết định cứng thuật toán sẽ tìm đường có khoảng cách Hamming nhỏ nhất đễn dãy nhận được. Nếu giải mã là quyết định mềm thì đường tìm được phải có

khoảng cách Ơle nhỏ nhất đến dãy nhận được. gọi là từ mã theo đường đi trong sơ đồ

mi ≤≤1

lưới chuyển trạng thái, mỗi bước có n bit lối ra nên và là dãy nhận được qua kênh nhị phân không nhớ. Giả sử đường đi có m bước vó n.m bit đồng thờici và yi tương

)

( , i ycd

ứng với bước chuyển thứ i ( ). Khoảng cách Hamming giữa và được tính là:

1 =

d(c.y) = ∑

Trong cách tính khoảng cách Ơle của quyết định mềm, chỉ việc thay dãy y bằng

neu

lối ra vectơ r của bộ giải điều chế số. Thay cho dãy nhị phân 0, 1 của c là dãy c’ với

neu

   − 

j ≤≤1

mi ≤≤1

c’ij =

rcd ),'(

)

2 E

rcd ( , i

2 E

' i

∑=

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

và . Khoảng cách Ơle là biểu thức Với

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Bây giờ giả sử k = 1. Điều này có nghĩa là chỉ có 2 nhánh đi vào một điểm trạng

thái trong sơ đồ lưới. Nếu đường đi tối ưu phải đi qua một trạng thái S thì ta gọi nhánh đi vào nó là S1 và S2để biết được nhánh vào trong 2 nhánh này cho khoảng cáhc toàn thể nhỏ nhất chúng ta phải cộng khoảng cách toàn thể nhỏ nhất tại S1 và S2 với khoảng cách của nhánh nối 2 trạng thái với S. Rõ ràng là tổng nào nhỏ hơn sẽ được chọn để xét tiếp

đối với tầng tiếp sau S. Nhánh này là nhánh sống sót tới S, khoảng cách của nó sẽ được lưu lại tại S, còn các nhánh khác không thích hợp bị xóa. Đối với trường hợp k > 1 chỉ khác là tại mỗi tầng chúng ta phải chọn nhánh sống sót từ 2k nhánh dẫn đến trạng thái S.

- Chúng ta có thể xác định trọng số của mỗi nhánh trong sơ đồ lưới

− Trọng số này là sự khác nhau của các bit nhận được với các bit phát đi

tương ứng mỗi nhánh

− Có thể sử dụng khoảng cách Hamming giữa cặp bit nhận được và cặp bit đã

được xác định tại nhánh đó

- Thuật toán Viterbi tìm ra được giá trị nhỏ nhất thông qua mắt lưới.

− Với giả thiết trạng thái đầu và cuối là bằng 0. − Giá trị nhỏ nhất nghĩa là đường có khoảng cách Hamming nhỏ nhất của từ

mã nhận được

− Điều này tương ứng với giá trị gần đúng lớn nhất (ML)

- Chúng ta sẽ lưu trữ giá trị chỉ số đường tại mỗi nút trong sơ đồ lưới

− Zj(i) là chỉ số lưu trữ trong trạng thái j ở thời điểm i − Chỉ số nhỏ hơn tương ứng với đường được lựa chọn − Chỉ số lớn hơn tương ứng với đường bị loại bỏ.

- Trạng thái đầu tiên của mắt lưới

− Z0(0) = 0 − Zj(0) = ∞ với tất cả j > 0 − Đây là nguyên ngân chúng ta luôn chọn trạng thái đầu tiên là

- Đặt từ mã nhận được phía dưới của các mắt lưới.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

− n bits.

thông Bộ môn Công nghệ viễn thông

ờng Đại học CNTT&TT Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

ết nối các trạng thái tại thời điểm 0 sang ỉ số cho mỗi nhánh kết nối các trạng thái tại thời điểm 0 sang

Tính toán chỉ số nhánh Tính toán ch - Tính toán các chỉ số cho mỗi ạng thái tại thời điểm 1 trạng thái tại thời điểm 1 − Chúng ta sẽ có 2 ẽ có 2K nhánh.

ợc và các bit được xác ảng cách Hamming giữa các bit nhận được v

- Chỉ số này là khoảng cách Hamming giữa các bit nhận đ ịnh tại mỗi nhánh đó. định tại mỗi nhánh đó. - Đặt nhãn cho mỗi nhánh với các chỉ số đó ỗi nhánh với các chỉ số đó

Tính toán chỉ số đường Tính toán ch

- Cho mỗi nhánh kết nối các trạng thái ở thời điểm 0 với trạng thái ở thời điểm 1 ỗi nhánh kết nối các trạng thái ở thời điểm 0 với trạng thái ở thời điểm 1 ỗi nhánh kết nối các trạng thái ở thời điểm 0 với trạng thái ở thời điểm 1 ớc đó tại tới mỗi nút ực hiện cộng chỉ số nhánh với chỉ số đường trước đó tại tới mỗi nút − Thực hiện cộng chỉ số nhánh với chỉ số đ

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc ThS. Ph

Đặt mỗi nhánh tương ứng với chỉ số đ ứng với chỉ số đường tại tới nút đó

thông Bộ môn Công nghệ viễn thông

ờng Đại học CNTT&TT Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

cập nhật các m ác mắt lưới

- Mỗi nút có 2 nhánh đi v ỗi nút có 2 nhánh đi vào. - Chỉ ra đường khả năng lớn nhất. ờng khả năng lớn nhất.

- Duy trì đường với chỉ số nhỏ h

ờng với chỉ số lớn hơn.

− Đường khả năng lớn nhất dẫn tới 1 nút với 1 chỉ số nhỏ nhất. ờng khả năng lớn nhất dẫn tới 1 nút với 1 chỉ số nhỏ nhất. ờng khả năng lớn nhất dẫn tới 1 nút với 1 chỉ số nhỏ nhất. ờng với chỉ số nhỏ hơn. − Xóa đường với chỉ số lớn h − Nếu chỉ số bằng nhau lấy ngẫu nhi ờng. ếu chỉ số bằng nhau lấy ngẫu nhiên 1 trong 2 đường.

Cập nhật mắt lưới ở thời điểm 1 với các chỉ số đ ới ở thời điểm 1 với các chỉ số đường nhỏ hơn.

ếp tục cập nhật với các mắt lưới còn lại Tiếp tục cập nhật với các mắt l - Thực hiện thời điểm tiếp theo. ực hiện thời điểm tiếp theo. − Gán i = i + 1 Gán i = i + 1

ớc i (a) tới bưới i (c)

Tính toán các chỉ số nhánh

Tính toán các chỉ số đường

- Lặp lại bước i (a) tới b − Tính toán các ch − Tính toán các ch − Cập nhật các mắt l ập nhật các mắt lưới

Bài giảng thông tin di động

ThS. Phạm Văn Ngọc ThS. Ph

Thực hiện liên tiếp cho tới khi kết thúc tất cả các mắt l ếp cho tới khi kết thúc tất cả các mắt lưới.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

- Chúng ta thừa nhận rằng kết thúc bộ mã hóa là trạng thái toàn 0 - Đường có khả năng nhất dẫn tới trạng thái cuối cùng toàn 0 trong sơ đồ lưới,

Zo(L+m)

− Chúng ta có thể lần theo đường này từ phải qua trái − Xác định được đường gần đúng nhất, chúng ta có thể đọc các bit dữ liệu từ

các mắt lưới.

Có thể nhận thấy là mã xoắn có độ trễ và bộ nhới cần cho giải mã lớn. Một

phương pháp để tránh được điều này là cắt ngắn đường nhớ đó là: Bộ giải mã tại mỗi

tầng chỉ dò tìm δ tầng trước đó trong sơ đồ lưới mà không đến tận lúc bắt đầu lưới tại

tầng 1+δ bộ giải mã tạo quyết định lên bit lối vào tương ứng với tầng đầu tiên của lưới (k bit đầu tiên), và những bit nhận được tiếp theo không thay đổi quyết định này. Điều

này có nghĩa là độ trễ của bộ giải mã chỉ là k.δ và nó chỉ yêu cầu giữ các nhánh sống sót

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

ứng với δ tầng cuối. Mô phỏng máy tính cho ta thấy rằng nếu ≥δ 5N thì sự giảm cấp do cắt ngắn đường nhớ có thể bỏ qua.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Đặc điểm và dịch vụ của hệ thống GSM là:

Dịch vụ của hệ thống GSM:

Dịch vụ thoại: ngoài các cuộc gọi thông thường của máy di động còn có các cuộc

gọi khẩn cấp, các bản tin có sẵn.

Dịch vụ dữ liệu: truyền thông giữa các máy tính và các lưu lượng chuyển mạch gói. (giới hạn ở mức 1, 2 và 3 của mô hình kết nối mở OSI) Dữ liệu truyền có thể ở mode trong suốt (tức là thông tin hầu như không bị mất mát khi GSM cung cấp mã kênh tiêu chuẩ cho dữ liệu người dùng) hoặc mode không trong suốt (khi GSM dùng mã đặc biệt dựa trên giao diện dữ liệu cụ thể).

Ngoài 2 dịch vụ cơ bản trên GSM còn có các dịch vụ bổ xung như: chuyển hướng cuộc gọi, nhận biết người gọi, bản tin ngắn SMS (SMS có trang tin giới hạn 60 ký tự 7 bit ASCII

Đặc điểm của hệ thống GSM được người sử dụngưa thíchlà: − Sử dụng SIM là một chíp nhớ chứa các thông tin người sử dụng, các dịch vụ đăng ký,… Có thể dễ dàng tháo lắp SIM để sử dụng trên máy khác cùng tiêu chuẩn khi người dùng muốn đổi máy.

− Thông tin các cuộc liên lạc được bảo mật trên đường truyền.

Hệ thống GSM có cấu trúc tổng quát như hình ở dưới đây

Hệ thống GSM có thể chia thành các hệ thống con như sau

- Hệ thống con chuyển mạch – SS.

- Hệ thống con trạm gốc – BSS.

- Hệ thống con khai thác và hỗ trợ – OSS.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

- Trạm di động – MS.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

C¸c m¹ng ngoµi

AUX

IWF

PSDTN

PSTN

ISDN

ABIS

MSC

BSC

Tr¹m gèc BTS

MS TE ME

TAF

PLMN

HLR

VLR

MSC kh¸c

EIR

AUC

DMH

VLR kh¸c

Hình 4 - 1a. Sơ đồ kiến trúc GSM

C¸c bé qu¶n lý di ®éng

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Hình 4 - 1b: Sơ đồ kiến trúc tổng quan hệ thống GSM

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hình 4 - 2: Tổng quan hệ thống GSM của mạng Viettel

Trong đó:

SS: Hệ thống con chuyển mạch

AUC: Trung tâm nhận thực

HLR: Bộ ghi định vị thường trú

VLR: Bộ ghi định vị tạm trú

MSC: Tổng đài di động

EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị

BSS: Hệ thống con thu phát gốc (phân hệ trạm gốc)

BSC: Bộ điều khiển trạm gốc

BTS: Trạm thu phát gốc

OSS: Hệ thống con khai thác và hỗ trợ

MS: Trạm di động

ISDN: Mạng số đa dịch vụ

PSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo gói

CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như việc lưu trữ các cơ sở dữ liệu cần thiết về số liệu và quản lý di động của

(cid:3)

thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. Hệ thống con chuyển mạch gồm có các bộ phận sau:

− MSC thực hiện nhiệm vụ điều khiển, thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng

mạng GSM với nhau và với mạng khác.

− Thực hiện giao diện với hệ thống con BSS và giao diện với các mạng ngoài. MSC thực hiện giao diện với mạng ngoài gọi là MSC cổng (GMSC). Để kết nối MSC với

một số mạng khác cần phải tương thích các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các

(cid:3)

mạng khác được gọi là chức năng tương tác IWF (InterWorking Functions). IWF cho phép GSM kết nối với các mạng ISDN, PSTN, PSPDN, CSPDN, PLMN.

− HLR lưu trữ mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR thường là một máy tính đứng riêng có khả năng quản

(cid:3)

lý hàng trăm nghìn thuê bao nhưng không có khả năng chuyển mạch. Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin do AUC cung cấp.

− VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu của các thuê bao hiện đang nằm trong

(cid:3)

miền phục vụ của MSC và đồng thời lưu trữ số liệu về vị trí của các thuê bao trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với MSC.

− Trung tâm nhận thực lưu giữ về nhận thực thuê bao, thông qua khóa nhận thực (Ki), kiểm tra cho tất cả các thuê bao trong mạng. Nó chịu trách nhiệm xử lý nhận thực và

tạo biện pháp bảo mật trong các cuộc gọi. AUC là bộ nhận phần cứng trong HLR,

cho phép bám và ghi lại các cuộc gọi, chống nghe trộm, nó được thay đổi riêng cho từng thuê bao. Theo yêu cầu của HLR, AUC tạo ra các nhóm chức năng như sau:

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Số ngẫu nhiên RAND (Random Number).

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Đáp ứng tín hiệu SRES (Signal Response).

(cid:3)

Chìa khoá mật mã Kc.

− EIR được nối với một MSC thông qua một đường báo hiệu riêng, nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị di động, hay EIR lưu trữ thông tin về IMEI và tổ chức

danh sách IMEI như sau.

Danh sách trắng: gồm các IMEI hợp lệ.

Danh sách xám: gồm các IMEI bị mất cắp.

Danh sách đen: gồm các IMEI của các di động bị lỗi hoặc không kết nối được với

mạng GSM hiện tại.

Hệ thống con trạm gốc BSS được hiểu như hệ thống vô tuyến: cung cấp và quản

(cid:3)

lýđường truyền vô tuyếng giữa máy di động và tổngđài MSC. Mỗi BSS bao gồm:

− BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa giữa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh được ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phần của BSC nối với các BTS

còn phần kia được nối với MSC. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả

năng thực hiện tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý được vài chục

BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được

(cid:3)

gọi là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A bis.

− BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thuê bao di động (hay trạm di động - MS), trao đổi thông tin với MS thông qua giao diện vô tuyến Um. BTS bao gồm các

thiết bị như: Anten thu phát, thiết bị xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Một BTS có thể gồm một hay vài máy thu phát vô tuyến TRx. BTS dưới sự điều khiển của một BSC có thể kết nối theo nhiều đường khác nhau. Cơ bản là các cấu

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

hình hình sao, vòng hoặc chuỗi nhỏ, nhưng cũng có thể kết hợp các cấu hình đó lại

với nhau. Cấu hình BSS thể hiện như hình 4 - 3 và 4 - 4 dưới đây.

Hình 4 - 3: Cấu hình hình sao kết nối trạm BTS và BSC

(cid:3)

Hình 4 - 4: Cấu hình vòng hoặc chuỗi nhỏ kết nối trạm BTS và BSC

− TRAU là thiết bị mà quá trình mã hoá và giải mã đặc thù riêng cho mạng GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện việc tương thích tốc độ trong trường hợp truyền số

liệu. Nó kết hợp các đường dữ liệu 13kbps thành đường PCM 64kbps và ngược lại. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí

trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC.

OSS gồm một hay một số OMC dùngđể theo dõi và bảo trì hoạtđộng của MSC,

BTS, BSC. Nó có chức năng chính như sau:

(cid:3)

− Khai thác: Giám sát toàn bộ chất lượng dịch vụ (tải lưu lượng, mức độ nghẽn, số lượng chuyển giao…) để kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác bao gồm cả việc thay

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

đổi cấu hình để giải quyết các vấn đề hiện tại, để tăng lưu lượng, tăng diện tích phủ sóng.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

− Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó liên

(cid:20)

(cid:21)

(cid:16)

(cid:22)

(cid:20)

(cid:21)

(cid:0)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

(cid:4)

(cid:5)

(cid:6)

(cid:7)

(cid:8)

(cid:9)

(cid:10)

(cid:11)

(cid:14)

(cid:15)

(cid:16)

(cid:17)

(cid:6)

(cid:7)

(cid:23)

(cid:24)

(cid:25)

(cid:26)

(cid:16)

(cid:22)

(cid:12)

(cid:9)

(cid:18)

(cid:19)

(cid:6)

(cid:7)

(cid:23)

(cid:28)

(cid:11)

(cid:23)

(cid:9)

(cid:13)

(cid:26)

(cid:9)

(cid:13)

(cid:7)

(cid:24)

(cid:25)

(cid:27)

(cid:7)

(cid:8)

BTS

Nghiên cứu mục sau

Các kênh 64kbit/s

Thoại 64kbps

BTS – BTS

Abis

1 kênh 64kbps, thủ tục LAPD

Số liệu 16kbps

PCM30=2.048Mbps

Thoại 64kbps

Các kênh 64kbit/s

MSC – BSC

Số liệu 64kbps

PCM30=2.048Mbps

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4, SCCP + BSSAP

MSC – VLR

Không

Các kênh 64kbit/s PCM30=2.048Mbps

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4, SCCP + TCAP + MAP

Các kênh 64kbit/s

VLR - VLR

Không

PCM30=2.048Mbps

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4, SCCP + TCAP + MAP

Các kênh 64kbit/s

MSC – HLR

Không

PCM30=2.048Mbps

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4, SCCP + TCAP + MAP

Các kênh 64kbit/s

MSC – EIR

Không

PCM30=2.048Mbps

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4, SCCP + TCAP + MAP

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4

Các kênh 64kbit/s

Thoại 64kbps

MSC – MSC

1, ISUP/TSP

PCM30=2.048Mbps

Số liệu 64kbps

2, SCCP + TCAP + MAP

Báo hiệu kênh chung CSS7 MTP mức 4

Thoại 64kbps

Các kênh 64kbit/s

1, ISUP; 2,TSP

Số liệu 64kbps

PCM30=2.048Mbps

Cổng MSC – cổng tổng đài PSTN

Giao diện PLMN - PSTN

Báo hiệu kênh riêng CAS (MFC R2)

(cid:3)

quan chặt chẽ với khai thác.

− Bao gồm cả các hoạt động như: Đăng ký thuê bao, nhập thuê bao vào mạng hay loại bỏ thuê bao ra khỏi mạng. Đăng ký các dịch vụ và các tính năng bổ sung. Một

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

nhiệm vụ quan trọng khác của quản lý thuê bao là tính cước cuộc gọi. Quản lý thuê

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

bao do HLR và một số thiết bị OSS chuyên dụng đảm nhiệm. SIM Card đóng vai trò

quan trọng cùng với OSS trong việc quản lý các thuê bao.

− Quản lý thiết bị tự động được thực hiện bởi EIR. EIR lưu trữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự hợp lệ của các thuê bao.

Hình 4 - 5: Kiến trúc vô tuyến mạng GSM theo kỹ thuật TDMA và FDMA

Dải tần phát ngược (từ MS tới BTS) 25 MHz: từ 890 – 915 MHz

Dải tần phát xuôi (từ BTS tới MS) 25 MHz: từ 935 – 960 MHz

Do không bị lệ thuộc vào khung kỹ thuật nào của một hệ thống trước đó nên GSM được thiết kế độc lập chứa đựng nhiều ưu điểm kỹ thuật. GSM sử dụng kỹ thuật FDD kết hợp TDMA và FDMA nhằm phục vụ đa truy cập

Dải tần phát ngược và phát xuôi được chia thành các kênh vô tuyến rộng 200 kHz, các kênh này ghép cặp ngược suôi sao cho chúng cách biệt nhau 45 MHz và cùng được dùng chung bởi 8 người theo kỹ thuật TDMA.

Mỗi người được phân 1 khe thời gian, tốc độ truyền dẫn kênh là 270.833 kbps dùng điều chế nhị phân BT = 0.3 GMSK. Như vậy độ dài 1 bit là 3.692 sµ . Tốc độ truyền

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

của một người dùng là 33.854 kbps (270.833/8). Mỗi khe thời gian ứng với 156.25 bit

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(576.92 sµ ) trong đó 8.25 bit dùng cho bảo vệ, 6 bit cho báo hiệu bắt đầu và kết thúc,

mỗi khung có độ dài 4.615 ms.

Tổng số kênh vô tuyến trong dải tần đường lên hoặc được xuống 25 MHz là 125,

mỗi kênh 8 khe thời gian sẽ cho tổng số 1000 kênh lưu lượng

Tổ hợp tỷ số và kênh vô tuyến ARFCN tạo nên một kênh vật lý đối với tất cả chiều phát xuôi và ngược. Mỗi kênh vật lý của GSM có thể được gán cho các kênh logic tại các thời điểm khác nhau, tức mỗi khe thời gian có thể được phân cho dữ liệu lưu

(cid:20)

(cid:21)

(cid:20)

(cid:16)

(cid:2)

(cid:22)

(cid:2)

(cid:4)

(cid:23)

(cid:7)

(cid:8)

(cid:23)

(cid:26)

(cid:0)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:5)

Tần số các kênh ngược

890 – 915 MHz

Tần số các kênh thuận (xuôi)

935 – 960 MHz

Số hiệu kênh ARFCN

Từ 0 đến 124 và 975 đến 1023

Khoảng cách tần số Tx/Rx

45 MHz

Khoảng cách khe thời gian Tx/Rx

3 khe thời gian

Tốc độ dữ liệu điều chế

270.833333 kbps

Chu kỳ khung

4.615 ms

Số người dùng / khung (toàn tốc)

Chu kỳ khe thời gian

576.9 sµ

Chu kỳ bit

3.962 sµ

Kỹ thuật điều chế

0.3 GMSK

Khoảng cách kênh ARFCN

200 KHz

Ghép xen (trễ cực đại)

40 ms

Tốc độ mã hoá tiếng nói

13 kbps

lượng hoặc dữ liệu báo hiệu hoặc dữ liệu điều khiển.

Có hai loại kênh logic chính trong GSM là kênh lưu lượng (TCH Traffic CHannel)

và kênh điều khiển (CCH Control Channel).

Kênh lưu lượng mang tiếng nói và dữ liệu người dùng được số hoá có chức năng

và hình thức giống nhau ở cả chiều phát ngược và phát xuôi.

Kênh điều khiển mang lệnh, báo hiệu đồng bộ giữa BTS và MS, có loại chỉ dùng

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

cho phát xuôi hay phát ngược. Có nhiều loại kênh lưu lượng được thiết kế trong GSM.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Là kênh mang thông tin thoại và dữ liệu được mã hoá của người sử dụng, đây là

kênh ở cả hai đường lên và xuống, truyền từ điểm tới điểm.

Có hai loại kênh lưu lượng TCH là kênh toàn tốc FR (22.8kbps) và kênh bán tốc

HR (11.4kbps) có tốc độ bằng một nửa kênh toàn tốc.

Ở chế độ toàn tốc người dùng chiếm hoàn toàn một khe thời gian ở các khung liên tiếp trong khi kênh bán tốc khe thời gian được phân cách khung. TCH không được dùng ở TS0 (vì TS0 dành cho kênh điều khiển). Trong cấu trúc khung lưu lượng cứ 26 khung liên tiếp tạo nên đa khung (trong đó khung thứ 13 luôn chứa dữ liệu điều khiển liên kết chậm, khung thứ 26 là khung rỗi ở chế độ toàn tốc và nó cũng sử dụng cho kênh điều khiển liên kết chậm ở bán tốc)

− Tiếng nói toàn tốc FS: Tiếng nói được số hoá tại tốc độ 13 kbps, cộng thêm mã

kênh sẽ có tốc độ 22.8 kbps

− Dữ liệu toàn tốc (F9.6 – F4.8 – F2.4): Mang dữ liệu người dùng 9.6 – 4.8 – 2.4

kbps cộng thêm mã sửa lỗi được gửi đi với tốc độ 22.8 kbps.

− Tiếng nói bán tốc HS: GSM thiết kế trước cho bộ mã hoá tiếng nói tốc độ 6.5 kbps

khi bổ sung mã kênh tốc độ chỉ là 11.4 kbps

− Dữ liệu bán tốc (H4.8 – H2.4): Mang dữ liệu người dùng là 4.8 – 2.4 kbps cộng

thêm mã điều khiển lỗi cho tốc độ 11.4 kbps

Các kênh điều khiển báo hiệu được chia làm ba loại là: Các kênh quảng bá BCCH,

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

các kênh điều khiển chung CCCH và các kênh điều khiển riêng DCCH.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Là kênh đường xuống kết nối điểm – điểm gồm có các kênh là:

− Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH mang thông tin của hệ thống để điều chỉnh tần số cho MS.

− Kênh đồng bộ SCH mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhận dạng trạm BTS.

− Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang các thông tin của hệ thống như số LAI, các thông tin của ô.

− Kênh tìm gọi PCH: dùng để phát thông báo tìm gọi MS (paging). PCH là kênh

dùng cho đường xuống.

− Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: là kênh mà MS sử dụng để yêu cầu cung cấp một kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi, đồng thời để thực hiện các thủ tục khởi đầu khi thực hiện cuộc gọi (nhận thực, chuyển số gọi…) RACH là kênh đường lên kết nối điểm - đa điểm.

− Kênh trợ giúp truy cập (AGCH): là kênh theo chiều xuôi, dữ liệu được mang chỉ thị cho MS chuyển sang một kênh vật lý xác định với một kênh điều khiển riêng. AGCH là bản tin CCCH cuối cùng gửi từ trạm BTS trước khi MS ngắt khối kênh điều khiển

− Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH dùng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi (đăng ký, nhận thực, quay số…) trước khi ấn định một kênh TCH. SDCCH dùng cho cả đường lên và xuống, kết điểm - điểm.

− Kênh điều khiển liên kết chậm. SACCH: kênh này không đi một mình mà liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH. Đây là kênh số liệu liên tục mang thông tin đo đạc từ MS về cường độ tín hiệu nhận, chất lượng thu của ô hiện thời và các ô lân cận. Các thông báo này được chuyển về BSC để quyết định chuyển giao HO (Handover), ở đường xuống nó mang thông tin để điều khiển công suất phát của MS và thông số định thời trước để đồng bộ thời gian.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

− Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH liên kết với một kênh TCH theo chế độ “lấy lén”. Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH, hệ thống sẽ “lấy lén” một cụm 20ms của TCH. Đây là trường hợp khi chuyển giao. Có

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

rất nhiều thông tin cần được trao đổi giữa mạng với MS. 20ms tiếng hay số liệu được lấy lén sẽ được thay thế bằng một chuỗi nội suy ở bộ giải mã.

(1)

(cid:0)

(cid:10)

(cid:1)

(cid:4)

(cid:5)

(cid:6)

(cid:7)

(cid:8)

(cid:9)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:0)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

Có hai trường hợp cuộc gọi xẩy ra trong mạng GSM là:

Giả sử MS đang hoạt động ở trạng thái rỗi, người sử dụng quay tất cả các chữ số

thuê bao bị gọi và bắt đầu thủ tục cho cuộc gọi bằng cách ấn phím gọi (Ok hoặc Yes).

Lúc đó, MS sẽ gửi thông báo trên kênh RACH để yêu cầu thâm nhập. MSC nhận thông báo này thông qua BTS và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH để cho các thủ

tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận cho thuê bao này trong việc phát thông báo tìm

gọi lúc này. BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập trên kênh AGCH cho MS trong đó có thông báo về kênh SDCCH cho các thủ tục nhân thực. Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ

thì MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập. Sau đó, MS mới thiết lập cuộc gọi và các

chữ số của thuê bao bị gọi. MSC sẽ định tuyến cuộc gọi đến GMSC, tuỳ theo thuê bao bị gọi là di động hay cố định mà số của nó sẽ được phân tích trực tiếp ở GMSC hay tiếp tục

được định tuyến đến tổng đài quá giang của mạng PLMN. Khi kênh đã nối sẵn sàng thì

thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một kênh TCH riêng. Sau đó đợi tín hiệu trả lời từ thuê bao bị gọi.

Giả sử muốn thiêt lập một cuộc gọi từ thuê bao cố định đến thuê bao di động (ví

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

dụ thuê bao A) thì phải qua những bước sau như hình sau.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Hình 4 - 6: Quá trình thực hiện cuộc gọi từ mang ngoài đến MS

1 Một cuộc gọi từ mạng cố định được định tuyến đến GMSC yêu cầu nối mạch với

thuê bao A nào đó.

2 GMSC yêu cầu HLR cho biết vị trí hiện hành của thuê bao A.

3 HLR cung cấp thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao A cho GMSC.

4 Dựa vào đó GMSC sẽ định tuyến và gửi thông tin cần thiết đến MSC mà ở đó thuê

bao A đang có mặt.

5 MSC yêu cầu VLR cung cấp số liệu về liên quan đến thuê bao A.

6 VLR cung cấp các thông tin về thuê bao A cho MSC.

7 MSC tiến hành gọi thuê bao A trên tất cả các trạm BTS thuộc nó kiểm soát vì

MSC không biết thuê bao A đang ở đâu.

8 Sau khi thuê bao A nhấc máy bắt đầu quá trình trao đổi thông tin giữa thuê bao A và mạng để kiểm tra SIM và cách thức mã hoá trên đường truyền vô tuyến. Sau đó

VLR tạo ra TMSI và mạng tiến hành nối mạch.

9 Khi cuộc gọi kết thúc, các kênh truyền dẫn logic và các số liệu liên quan chứa trong các phần tử của mạng được giải phóng và MSC ghi các số liệu về cước vào

băng từ hoặc đĩa cứng.

Có 5 loại cụm dữ liệu dùng cho khung lưu lượng và điều khiển là:

Cụm thông thường:

26 bit tập dượt 3 bit bắt đầu 58 bit dữ liệu đã được bảo mật 58 bit dữ liệu đã được bảo mật 8.25 bit bảo vệ 3 bit kết thúc

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Cụm FCCH

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

142 bit zero cố định 3 bit bắt đầu 8.25 bit bảo vệ 3 bit kết thúc

Cụm SCH

64 bit tập dượt 39 bit dữ liệu đã bảo mật 39 bit dữ liệu đã bảo mật 8.25 bit bảo vệ 3 bit bắt đầu 3 bit kết thúc

Cụm RACH

41 bit đồng bộ 68.25 bit bảo vệ mở rộng 8 bit bắt đầu 36 bit dữ liệu đã bảo mật 3 bit kết thúc

Cụm giả

58 bit pha trộn 58 bit pha trộn 26 bit tập dượt 8.25 bit bảo vệ 3 bit bắt đầu 3 bit kết thúc

Hình 4 - 7: Cấu trúc các cụm trong hệ thống GSM

Trong 58 bit dữ liệu ở cụm thông thường và cụm giả chỉ có 57 bit dữ liệu thực và

1 bit cờ báo hiệu dữ liệu người sử dụng hay điều khiển.

Khung 8 khe thời gian 4.615 ms 0 1 2 3 4 5 6 7

576.92 µs

3 57 1 26 1 57 3 8.25 1 khe thời gian 156.25 bit

Hình 4.8. Cấu trúc 1 khe thời gian cho cụm dữ liệu và cụm giả thông thường

Mỗi khe thời gian gồm 156.25 bit trong đó chỉ có 114 bit mang thông tin dữ liệu chia thành 2 nhóm 57 bit. Ở chính giữa là 26 bit khử kênh dùng cho cân bằng kênh, 2 bit

riêng ở hai bên là 2 bit cờ (cờ lấy nén) dùng để phân biệt TS chứa voice (TCH) hay dữ

liệu điều khiển (FACCH). Mỗi thuê bao của GSM dùng 1 TS cho kênh ngược và 1 TS cho kênh xuôi và có thể dùng 6 TS còn lại để đo độ mạnh tính hiệu của 5 trạm cơ sở xung

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

quanh và trạm cơ sở quản lý.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung

2047

2048

...

Thời gian 1 siêu siêu khung là 3 giờ 28 phút 54 giây

1 siêu khung = 1326 khung TDMA = 51 đa khung 26 kênh lưu lượng TCH, FACCH, SACCH

...

1 siêu khung = 1326 khung TDMA = 26 đa khung 51 kênh điều khiển (BCCH, CCCH, SDCCH)

...

Đa khung 26 cho kênh lưu lượng

Đa khung 51 cho kênh điều khiển

...

1 khung TDMA gồm 8 khe thời gian (4.615ms)

Các cụm bình thường được dùng cho TCH và DCCH trên cả chiều xuôi và ngược. Các cụm FCCH và SCH được dùng trong TS0 của những khung xác định để phát quảng bá bản tin đồng bộ tần số và thời gian. Các cụm RACH được dùng khi thông tin đã nhồi đầy các khe không sử dụng trên chiều xuôi.

Hình 4 - 9: Cấu trúc khung và đa khung được sử dụng trong GSM

Cấu trúc khung thông thường trong đó 8 TS hợp thành 1 khung, 26 khung hợp

thành 1 đa khung, các khung thứ 13 và 26 không được dùng cho lưu lượng mà cho mục đính điều khiển. 51 đa khung hợp thành một siêu khung, 2048 siêu khung hợp thành một

siêu siêu khung ứng với độ dài là 3 giờ 28 phút 54 giây.

Ở đây thuật toán bảo mật dựa trên số hiệu khung cụ thể trong siêu siêu khung nên

mức độ bảo mật cao (vì số khung trong siêu siêu khung là rất lớn).

Ở đa khung điều khiển có 51 khung để đảm bảo rằng bất kỳ thuê bao nào GSM (ở

trong tế bào đang phục vụ hay vùng lân cận) đều có thể nhận được SCH và FCCH từ

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

nhóm kênh BCCH mà không phụ thuộc nó đang dùng khung nào và khe thời gian nào

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Sơ đồ các bước mã hóa tín hiệu trong GSM được minh họa như hình sau:

Tiếng nói Tiếng nói

Số hóa và mã nguồn Giải mã nguồn

Mã kênh Giải mã kênh

Giải ghép xen Ghép xen

Bảo mật Giải bảo mật

Giải tạo cụm Tạo cụm

Kênh vô tuyến

Điều chế Giải điều chế

Hình 4 - 10: Xử lý tín hiệu trong GSM

Mã hóa tiếng nói: Bộ mã hóa tiếng nói trong GSM là RELP (Residually Exited

Linear Predictive Coder). Chúng được làm nổi bật bằng bộ dự đoán dài (LTP), cung cấp cụm 260 bit / 20ms (tốc độ 13 kbps) và đượclựa chọn sau những thử nghiệm quy mô cuối

những năm 1980.

Kết hợp với bộ mã hóa tiếng nói (VAD - Voice Activity Detector, vì trong một

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

cuộc nói chuyện mỗi người chỉ nói khoảng 40% thời gian) trong bộ mã hóa tiếng. Hệ làm

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

việc theo mode phát gián đoạn (DTX – Discontinuous transmision mode), chúng làm Pin

được dùng lâu hơn và giảm giao thoa cho môi trường xung quanh. Một bộ tạo ồn thích

hợp tại bộ thu để tạo nền ồn bù trừ sự khó chịu do DTX tạo ra.

Mã kênh cho lưu lượng tiếng: Lối ra của bộ mã hóa tiếng được xếp thành nhóm để

chống lỗi dựa vào mức độ quan trọng của bit. 50 bit quan trọng nhất được thêm 3 bit kiểm tra (CRC). Điều này làm dễ dàng cho việc phát hiện lỗi do thu không chính xác.

132 bit tiếp theo cùng 53 bit trước đó được xắp xếp lại và nối thêm 4 bit zero vào cuối

thành 189 bit được chống lỗi theo mã xắn tốc độ ½độ dài ràng buộc N = 5 tạo nên dãy 378 bit. 78 bit không quan trọng tiếp theo không được chống lỗi mà chỉ ghép nối vào tạo

nên khối 456 bit/20 ms làm tăng tốc độ lên 22.8kbps.

50 bit loại 1a 132bit loại 1b 78bit loại 2

50 bit loại 1a 3 132 bit loại 1b 4

Mã xoắn tốc độ ½, N = 5

378 78 bit loại 2

Hình 4 - 11: Mã kênh cho lưu lượng tiếng

Mã kênh cho dữ liệu (TCH/9.6): xử lý cụm 60 bit/5ms theo chuẩn modem CCITT

V.110. 240 bit được nối thêm 4 bit code cấp cho bộ mã xoắn đục lỗ tốc độ ½ độ dài ràng

buộc N = 5. 488 bit mã hóa được rút lại thành 456 bit (đục lỗ 32 bit) rồi chia thành 4 nhóm 114 bit và được cấp theo kiểu ghép xen trên các khe thời gian liên tiếp.

Mã kênh cho kênh điều khiển: Bản tin điều khiển dài 184 bit được mã lửa dùng đa thức sinh: G5(x) = (x23 + 1)(x17 + x3 + 1) sẽ cho 184 bit bản tin và 40 bit kiểm tra, tiếp theo cộng thêm 4 bit đuôi (để phù hợp với mã xoắn tiếp theo). Tổng cộng 228 bit được

cấp cho bộ mã xoắn ½ và có độ dài ràng buộc N = 5 (C(2, 1, 5)). Kết quả là 456 bit được ghép xen lên 8 khung liên tiếp giống như dữ liệu tiếng nói.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Ghép xen: Để giảm nhiễu đám trên dữ liệu nhận được 456 bit/20 ms (tiếng nói hay bản tin điều khiển) được chia thành 8 nhóm 57 bit được trải trên 8 khe thời gian liên tiếp

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

(tức là trên 8 khung liên tiếp đối với một TS xác định). Mỗi TS chứa 2 nhóm 57 từ 2

khúc 20 ms (456 bit) khác nhau.

Chú ý: TS0 chứa 57 bit từ nhóm 0 của khúc tiếng nói thứ n và 57 bit từ nhóm 4

của khúc tiếng nói thứ n – 1.

i+0 i+1 i+2 i+3 i+4 i+5 i+6 i+7

0a 4b 1a 5b 2a 6b 3a 7b 4a 0b 5a 1b 6a 2b 7a 3b

114 bit

Hình 4 - 12: Trình tự ghép xen.

Bảo mật: Bộ bảo mật biến đổi 8 nhóm được ghép xen theo qui tắc chỉ có MS và

BTS được biết. việc bảo mật được tăng cường theo thuật toán thay đổi theo từng cuộc

gọi. Có 2 loại bảo mật theo thuật toán là A3 và A5. Thuật toán A3 được dùng để nhận thực MS bằng cách kiểm tra passcode trong SIM và chìa khóa mã tại MSC. Thuật toán

A5 cung cấp sự xáo trộn 114 bit đã mã hóa và gửi vào trong TS.

Tạo dạng cụm: Bộ này cộng thêm dữ liệu nhị phân vào cụm đã được bảo mật giúp

cho đồng bộ và cân bằng tín hiệu nhận được (tạo nên một khe TS đầy đủ)

Điều chế: Điều chế theo sơ đồ GMSK 0.3 (0.3 mô tả độ rộng băng 3dB của bộ lọc

dạng xung Gauss liên hệ với tốc độ bit BT = 0.3). GMSK là loại điều chế FM số đặc biệt.

Bit 1 và bit zero đượcbiểu diễn bằng dịch tần sóng mang RF một lượng +67.708KHz. Tốc độ kênh của GSM là 270.833kbps bằng đúng 4 lần sự dịch tần sóng mang, điều này

làm giảm độ rộng băng của phổ điều chế và cải tiến đượcdung lượng kênh. Tín hiệu sau

điều chế GMSK đi qua bộ lọc Gauss làm trơn sự dịch chuyển tần đột ngột (tránh trải phổ sang các kênh lân cận).

Nhảy tần: Khi có vấn đề về đa đường làm suy giảm chất lượng tín hiệu, có thể sử dụng kỹ thuật nhảy tần chậm (do nhà cung cấp dịch vụ quyết định – giới hạn lớn nhất là

217.6 lần nhảy / giây). Nhảy tần dựa trên cơ sở khung - khung và có 64 kênh khác nhau có thể chọn trước khi trở lại kênh tần cũ.

Cân bằng: Bộ cân bằng thực hiện tại bộ thu với sự giúp đỡ của dãy thử kênh ở

chính mỗi khe (TS). Cách thức cân bằng trong GSM không được qui định cụ thể mà dành

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

cho nhà sản xuất.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Giải điều chế: Tín hiệu đền người dùng cụ thể được xác định bởi TS và ARFCN.

Dữ liệu trên một khe tương ứng được giải điều chế khi bổ sung dữ liệu đồng bộ được

cung cấp theo tạo dạng cụm. Sau khi giải điều chế, các thông tin nhị phân được giải bảo mật, giải ghép xen, giải mã kênh và giải mã hóa tiếng nói.

Mạng GPRS sử dụng lại các thành phần mạng trong GSM hiện tại nhưng có thêm

PSTN

Abis

ISDN

BTS

BSC

TRAU

IWF

MSC

PSPDN

VLR

PCU

cell

EIR

(cid:0)

(cid:1)

(cid:2)

(cid:3)

SGSN

HLR

GPRS Backbone Network

AUC

Corporate Intranet

Border GGSN

GGSN

Leasedline

Inter PLMN network

Border GGSN

SGSN

ExternalDataN etwork IP, X.25...

một số phần tử mạng, giao diện, giao thức mới.

PCU: Packet Control Unit - Khối kiểm tra dữ liệu gói

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

GGSN: Gateway GPRS Support Node - Nút hỗ trợ cổng giao tiếp GPRS

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

SGSN: Serving GPRS Support Node - Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

Đầu cuối thuê bao (TE) BTS BSC

Mạng lõi (Core Network) Các cơ sở dữ liệu (VLR, HLR...)

Toàn bộ các đầu cuối thuê bao mới cần thiết cho các dịch vụ GPRS. Nó tương thích với GSM đối với các cuộc gọi. Nâng cấp phần mềm trên BTS hiện tại. BSC đòi hỏi nâng cấp phần mềm, giống như cần thêm một phần cứng mới là PCU (Packet Control Unit). Triển khai GPRS đòi hỏi cài đặt các phần tử mạng lõi mới được gọi là SGSN và GGSN Các cơ sở dữ liệu liên quan trong mạng đòi hỏi nâng cấp phần mềm để sử dụng các cuộc gọi và các chức năng đưa ra bởi GPRS

Đây là nút mạng mới trong mạng GPRS. GGSN tương đương với GMSC trong

GSM.

GGSN tạo giao diện giữa BSS với các mạng chuyển mạch gói khác nhau như

Internet hay X.25, gần tương tự như việc MSC tạo giao diện giữa BSS với PSTN, và

cũng đóng vai trò như một router đối với các mạng dữ liệu gói khác tương tự như vai trò

của Gateway MSC với các chức năng của khối tương tác liên mạng IWF.

Dựa trên địa chỉ của các gói nhận được từ các mạng chuyển mạch gói bên ngoài,

GGSN “chuyển gói qua đường hầm” (tunnelling) tới cho các Serving GSN thích hợp để

từ đó gửi tới MS nhận, và ngược lại các gói dữ liệu từ MS gửi đi qua SGSN và được

GGSN định tuyến tới địa chỉ nhận thích hợp ở mạng bên ngoài. Thuật ngữ tunnelling

dùng để chỉ quá trình truyền một khối dữ liệu từ một điểm gắn các thông tin địa chỉ và

điều khiển vào khối dữ liệu tới một điểm nhận có nhiệm vụ gỡ bỏ các thông tin địa chỉ và

điều khiển ấy ra. Một đường hầm là một đường truyền hai chiều và người ta chủ yếu chỉ

quan tâm đến hai điểm đầu và cuối của đường hầm. Để GGSN có khả năng định tuyến

thông tin nó phải lưu trữ các thông tin quản lý di động đối với MS, và ngoài ra GGSN

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

còn lưu trữ các thông tin phục vụ cho việc tính cước.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

GGSN kết nối với các mạng dữ liệu gói bên ngoài qua giao diện Gi, với các mạng

GPRS ở mạng di động mặt đất PLMN khác qua giao diện Gp (khi đó nó được coi là một

Border GGSN), nghĩa là GGSN luôn là điểm đầu tiên của các kết nối liên mạng (GGSN

hỗ trợ điểm tham chiếu Gi). GGSN có thể kết nối tới bộ đăng kí định vị thường trú HLR

qua giao diện Gc để lấy các thông tin định tuyến để định tuyến các đơn vị dữ liệu gói

PDU một cách chính xác tới MS.

GGSN nối tới các Serving GSN qua mạng đường trục bằng giao diện Gn, các PDU

được chuyển trên giao diện này bằng việc được đóng gói vào các IP datagram. Điều này

cho phép các PDU của cả X.25 và IP đều có thể được truyền trong mạng GPRS với cùng

một dạng như nhau.GGSN tập hợp các CDR( Call Data Recorder) đánh dấu thời gian

truy nhập, cung cấp thời gian truy nhập của MS cho SGSN.

Tóm tắt chức năng chính của GGSN:

- Đóng vai trò như một tổng đài cổng giữa PLMN và các mạng dữ liệu gói bên

ngoài.

- Thiết lập việc truyền thông với các mạng dữ liệu gói bên ngoài .

- Định tuyến và chuyển tiếp gói tin packets đến và ra khỏi SGSN

- Quản lý di động: Được dùng để giữ liên lạc vùng hiện thời của MS trong PLMN

hay trong PLMN khác.

- Tính toán số lượng gói/dữ liệu

- Đánh địa chỉ, lập bảng định tuyến

- Hỗ trợ tính cước.

- Chất lượng dịch vụ: Chất lượng dịch vụ được xem như là thông số độc lập với

nhiều thuộc tính về trao đổi dữ liệu. Nó xác định chất lượng dịch vụ mong muốn

theo các thuộc tính: Lớp quyền ưu tiên; Lớp trễ; Lớp thông lượng dữ liệu cực đại;

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Lớp thông lượng dữ liệu trung bình.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

SGSN có chức năng tương đương với một MSC trong hệ thống GSM, chịu trách

nhiệm định tuyến dữ liệu gói tới từ vùng phục vụ địa lý mà nó đảm nhận, có chức năng

quản lý di động MM, nhận thực và bảo mật truy cập vô tuyến, quản lý kết nối vật lý tới

các MS. SGSN có nhiệm vụ tạo ra một PDP context cần thiết để có thể cho phép các

PDU được truyền giữa MS và GGSN mà MS đang liên lạc để trao đổi dữ liệu gói với

mạng ngoài. Luồng lưu thông được định tuyến từ SGSN qua một bộ kiểm tra dữ liệu gói

PCU để tới BSC, qua BTS và tới MS. Kỹ thuật nén dữ liệu cũng được sử dụng giữa MS

và SGSN để nâng cao hiệu quả của kết nối, giảm nhỏ kích thước của các gói dữ liệu được

truyền.

SGSN nối với MSC/VLR của mạng GSM qua giao diện Gs để giải quyết các vấn đề

về tương tác giữa GSM và GPRS để phục vụ cho thuê bao chung khi cả hai công nghệ

dùng chung tài nguyên. Kết nối tới trung tâm dịch vụ bản tin ngắn SMSC dùng giao diện

Gd, giao diện này hoạt động như một dịch vụ mang của GPRS hỗ trợ dịch vụ các bản tin

ngắn từ điểm tới điểm. SGSN nối với HLR/AUC qua giao diện Gr, cả ba giao diện trên

đều là các giao diện sử dụng hệ thống báo hiệu số 7.

Nếu trong mạng có sử dụng thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR thì sẽ được kết nối với

SGSN bằng giao diện Gf.

Tuỳ theo yêu cầu định tuyến, các PDU sẽ từ SGSN tới PCU nằm ở BSS qua giao

diện Gb.

Kết nối giữa SGSN và BSC dùng giao diện Gb là giao diện hoạt động dựa trên giao

thức chuyển tiếp khung frame relay. Một SGSN có thể đấu nối tới nhiều BSC nhưng

ngược lại thì một BSC chỉ có thể đấu nối tới một SGSN và đường truyền từ BSC tới

SGSN có thể dùng nhiều kết nối vật lý như E1 hay T1.

Tóm tắt các chức năng chính của SGSN:

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

- Quản lý di động: Kết hợp cả hai quá trình cập nhật vùng định vị (LA) và vùng định tuyến (RA) bao gồm các quá trình cập nhật có tính chu kỳ sẽ tiết kiệm tài nguyên vô tuyến. Bản tin cập nhật kết hợp LA, RA được gửi từ MS tới SGSN. Sau đó SGSN chuyển tiếp bản tin cập nhật LA tới VLR.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

- Mật mã hoá: Giao diện Gp cung cấp chức năng bảo mật hơn cho giao diện của giao

diện Gn dùng cho quá trình truyền thông liên PLMN.

- Nén dữ liệu

- Tương tác với công nghệ chuyển mạch kênh của GSM (giao diện Gs). Qua giao diện Gs với MSC/VLR hỗ trợ chức năng vào mạng và rời mạng thông qua SGSN. Điều này tạo ra sự tổ hợp của quá trình vào mạng và rời mạng GPRS/IMSI. Do đó tiết kiệm được tài nguyên vô tuyến.

- Tính toán số lượng gói dữ liệu - Tính cước. - Tìm gọi dành cho một kết nối chuyển mạch kênh CS thông qua SGSN. - Các thủ tục cảnh báo các dịch vụ phi GPRS. - Thủ tục định danh. - Thủ tục cập nhật thông tin về quản lý tuyến.

PCU chịu trách nhiệm việc quản lí tài nguyên vô tuyến dữ liệu gói trong BSS. Đặc

biệt PCU chịu trách nhiệm xử lý lớp MAC và RLC của giao diện vô tuyến và giao diện

Gb (BSSGP và lớp NS). Trong PCU có bộ xử lý vùng RPP có thể làm việc với cả hai

giao diện Gb và Abis hoặc chỉ với Abis. Chức năng RPP là phân bố khung PCU giữa Gb

và Abis.

PCU là phần mới dùng trong GPRS. PCU có thể đặt ở BTS hoặc BSC hoặc GSN.

PCU có một số đặc điểm:

- Kết hợp LLC và RLC, phân đoạn LC với RLC. - Điều khiển truy nhập kênh truyền. - Cấp phát kênh số liệu ở hướng xuống và hướng lên. - Điều khiển việc truyền lại và ARQ. - Một PCU chỉ phục vụ một BSC và chỉ có một PCU trong một BSC.

PCU cần lập các quá trình xử lý cho tất cả các cuộc gọi: Lựa chọn các gói sẽ gửi

tiếp; Điều khiển luồng: Điều khiển thay đổi Cell theo hướng mạng.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Một cách thực hiện PCU:

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

HLR hiện có của hệ thống GSM vẫn được giữ nguyên trong hệ thống GPRS, nó

chứa dữ liệu về thuê bao bao gồm các loại dịch vụ mà người sử dụng yêu cầu được cung

cấp qua đăng kí với nhà khai thác mạng, tài khoản, số cước còn lại của thuê bao nhằm

xác định tính hợp lệ khi nhập mạng của thuê bao ở cả hai hệ thống GSM và GPRS...,

ngoài ra nó còn chứa các thông tin giúp định tuyến dữ liệu đến thuê bao, cung cấp và cập

nhật các thông tin về truyền dẫn dữ liệu gói, sự liên hệ giữa số nhận dạng máy di động

IMSI với địa chỉ IP của thuê bao tới SGSN khi có yêu cầu.

MSC/VLR tuy không tham gia định tuyến dữ liệu GPRS nhưng được dùng để tiến

hành các thủ tục đăng kí và kết nối các MS của GPRS. MSC/VLR được tác động qua lại

với SGSN khi giao diện Gs được cài đặt, giao diện Gs được sử dụng để giải quyết các

vấn đề về các thiết bị đầu cuối được kết nối với cả hai hệ thống chuyển mạch gói GPRS

và chuyển mạch kênh GSM. Khi một MS được kết nối tới GPRS (GPRS attached) và

GSM (IMSI attached) thì việc cập nhật vùng định vị LA và vùng định tuyến RA được

phối hợp tiến hành để tiết kiệm tài nguyên vô tuyến. Khi MS di chuyển vào một RA mới

thì nó sẽ gửi yêu cầu cập nhật vùng định tuyến RA tới SGSN. Việc cập nhật RA bao gồm

cả việc cập nhật LA và SGSN sẽ chuyển thông tin cập nhật LA tới MSC/VLR bằng cách

chuyển số nhận dạng vùng định tuyến RAI sang một VLR number và MSC/VLR có thể

tuỳ chọn gửi VLR TMSI tới SGSN để chuyển tới MS. SGSN và MSC/VLR sẽ độc lập

nhau thông báo cho HLR biết vị trí của MS.

Cùng với HLR, VLR chứa các thông tin về tình trạng thuê bao của người sử dụng

bao gồm các thông tin về cước hay tài khoản của người sử dụng, từ đó phối hợp quản lý

thuê bao với hệ thống GSM trong việc tính toán tài khoản và cước.

Trong mạng GPRS, AUC vẫn đóng vai trò nhận thực và bảo mật, tạo ra các thông số

nhận thực và mật mã hoá bảo vệ mạng khỏi sự khai thác trái phép và tránh việc thông tin

người dùng bị xâm phạm.

EIR giúp xác nhận tính hợp lệ của các thiết bị di động và ngăn ngừa các thiết bị đầu

cuối bị mất hay bị lỗi hoạt động (chức năng của EIR trong GPRS cũng tương tự như

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

trong GSM(.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Trung tâm nhận thực AUC: Thủ tục nhận thực cho GPRS tương tự như GSM. Sự

thay đổi trong bảo mật cho GPRS chỉ liên quan đến quá trình bảo mật và không yêu cầu

nâng cấp trong AUC. Trong GPRS, thuật toán A5 mới cho quá trình mật mã được xây

dựng có nghĩa là SGSN phải hỗ trợ cho thuật toán này.

BSS bao gồm các khối BTS, BSC và PCU. PCU đã được giới thiệu ở trên chúng ta

chỉ nhắc đến BTS và BSC ở đây.

BSC cung cấp tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến. BSC có thể thiết lập,

giám sát và bỏ kết nối chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Để sử dụng dịch vụ GPRS

thi BSC cần phải nâng cấp thêm phần mềm và phần cứng, phần cứng của nó chính là

PCU.

BTS dùng để truyền và nhận thông tin qua giao diện vô tuyến giữa MS và BSC.

BTS làm chức năng tách chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói ở chiều downlink và

uplink.

Các thiết bị di động trong GPRS được chia thành 3 lớp A, B, C.

- Lớp thiết bị A hỗ trợ đồng thời các dịch vụ GPRS và GSM. Sự hỗ trợ gồm các hoạt động đồng thời: vào mạng, hoạt hoá, giám sát và truyền dẫn. Một thiết bị lớp

A có thể phát hoặc thu nhận đồng thời các cuộc gọi trên hai dịch vụ. Trên các dịch

vụ chuyển mạch kênh hiện có, các mạch ảo GPRS sẽ được treo hoặc thiết lập trạng thái bận.

- Lớp thiết bị B có thể giám sát đồng thời các kênh GPRS và GSM nhưng chỉ hỗ trợ một dịch vụ tại một thời điểm. Một thiết bị lớp B có thể hỗ trợ đồng thời các quá

trình:vào mạng, hoạt hoá, giám sát nhưng không truyền dẫn. Trong thiết bị lớp A

thì các mạch ảo không bị ngắt khi có lưu lượng chuyển mạch kênh mà chỉ bị treo hoặc bận. Do đó người dùng có thể nhận hoặc truyền các cuộc gọi lần lượt trên

chế độ gói hoặc trên chế độ chuyển mạch kênh.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

- Lớp thiết bị C chỉ hỗ trợ việc truy cập không đồng thời. Người dùng phải lựa chọn loại dịch vụ để kết nối tới. Do đó, một thiết bị lớp C có thể thu hoặc truyền các

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

cuộc gọi liên lạc từ dịch vụ mà người dùng chọn. Dịch vụ này nếu không được

chọn thì sẽ không thực hiện được. Khả năng hỗ trợ cho dịch vụ tin ngắn là tuỳ

chọn.

Hệ thống GPRS chia sẻ kênh điều khiển logic cùng với hệ thống GSM một các tin

cậy, bao gồm những kênh FCCH và SCH, thậm chí hệ thống GPRS cũng có một số kênh

được chỉ ra như là kênh sử dụng trong GSM nhưng để hỗ trợ cho lưu lượng của GPRS.

Những kênh logic này có thể được tách ra làm hai loại là: Lưu lượng và báo hiệu/

điều khiển. Chú ý rằng nó không chắc chắn là nó có quy ước với hệ thống GSM hay

không, một máy cầm tay của GPRS có thể truy nhập nhiều kênh lưu lượng đồng thời

(PDTCH).

Cấu trúc của kênh logic GPRS.

Kênh dùng chung Kênh dành riêng

PDTCH PBCCH PCCC

PDCCH PAGCH

PACCH PRACH

PTCCH PPCH

PNCH

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA KÊNH LOGIC

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Như ở trong hệ thống GSM, GPRS cũng được định nghĩa là kênh logic mới, thực

hiện rất nhiều chức năng bao gồm như là báo hiệu, quảng bá thông tin hệ thống, đồng bộ,

ấn định kênh, tìm gọi và truyền tải.

- Kênh điều khiển quảng bá gói - PBCCH (Packet Broadcast Control Chanel) kênh

này được sử dụng ở đường xuống để quảng bá thông tin dữ liệu gói của hệ thống.

Chú ý rằng nếu mà PBCCH không được cấp phát thì thông tin này có thể được

quảng bá trên BCCH.

- Kênh điều khiển truy nhập ngẫu nhiên gói - PRACH (Packet Random Access

Chanel) kênh này được sử dụng ở đường lên và do MS bắt đầu truyền dữ liệu ở

đường lên hoặc thông tin báo hiệu. Chú ý rằng người sử dụng các burst gói truy

nhập và burst truy nhập gói mở rộng.

- Kênh tìm gọi gói - PPCH (Packet Paging Chanel) kênh này được sử dụng ở đường

xuống, nó dùng dể tìm gọi MS trước khi truyền dữ liệu gói. PPCH sử dụng các

nhóm tìm gọi để cho phép tìm gọi nhóm DRX (Discontinuous reception - phương

thức thu không liên tục), có thể được sử dụng cho chuyển mạch kênh (CS) và

chuyển mạch gói (PS).

- Kênh trợ giúp truy nhập gói - PAGCH (Packet Access Grant Chanel) kênh này

được sử dụng ở đường xuống. PAGCH chỉ sử dụng trong giai đoạn thiết lập kênh

truyền gói để thông báo kênh được chỉ định cho một MS trước khi truyền gói. Nó

gửi bản tin ấn định tài nguyên vô tuyến đến MS trước khi truyền gói, lưu ý rằng

bản tin ấn định tài nguyên được thêm vào có thể được gửi trên một kênh PACCH

nếu MS phức tạp trong việc truyền gói.

- Kênh thông báo gói - PNCH (Packet Notification Chanel) kênh này được sử dụng

ở đường xuống, nó thực hiện gửi thông báo điểm - đa điểm đến một nhóm MS

trước khi truyền gói đến đa điểm, ấn định tài nguyên truyền gói, chú ý rằng điểm

đa điểm không được định rõ trong phase 1 của GPRS. Chế độ DRX giám sát

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

PNCH. Hơn nữa, một chỉ thị bản tin điểm – đa điểm mới có thể được gửi trên các

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

kênh tìm gọi riêng rẽ với mục đích thông báo cho các MS quan tâm đến bản tin

điểm – đa điểm khi các MS này lắng nghe PNCH

- PDTCH (Packet Data Traffic Chanel) kênh này sử dụng cho cả đường lên và

đường xuống, kênh này thực hiện cấp phát khi truyền dữ liệu được dành riêng đến

một MS hoặc một nhóm các MS, chú ý rằng sự hoạt động trong khe thời gian thì

một MS có thể sử dụng vài PDTCH đồng thời để truyền gói.

- Kênh điều khiển liên kết gói - PACCH (Packet Associated Control Chanel) kênh

này cũng được sử dụng ở cả đường lên và đường xuống, nó làm nhiệm vụ gửi

thông tin báo hiệu cho MS, nhận biết điều khiển công suất, ấn định tài nguyên và

ấn định lại bản tin, chú ý rằng PACCH chia sẻ tài nguyên cùng với PDTCH, một

MS có thể truyền dữ liệu gói hoặc tìm gọi dịch vụ của chuyển mạch kênh (CS)

trên kênh PACCH.

- PTCCH (Packet Timing Advance Control Chanel) kênh này cũng xử dụng cho cả

đường lên và đường xuống:

- Kênh điều khiển sớm định thời gói, đường lên PTCCH/U (Packet Timing

Advance Control Channel/ Uplink) để truyền các cụm truy nhập ngẫu nhiên để

cho phép đánh giá sự sớm định thời của một MS trong chế độ truyền gói.

- Kênh điều khiển sớm định thời gói, đường xuống PTCCH/D (Packet Timing

Advance Control Channel/ Downlink) để truyền các quá trình cập nhật thông tin

sớm định thời tới nhiều MS. Một kênh PTCCH/D được sử dụng với nhiều

PTCCH/U.

Khi các kênh điều khiển gói được thực hiện, tất cả các báo hiệu điều khiển chung

gói được chỉ định đến PDCH như là “master” PDCH (kênh này được nói rõ hơn trong hệ

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

thống của Ericson).

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Những thuật ngữ dùng để mô tả quan hệ của các kênh dữ liệu gói trong hệ thống

GPRS được nói đến theo mỗi tài liêu là khác nhau. ETSI đưa ra giới thiệu về GPRS được

định nghĩa theo hai trường hợp.

- PDCH kênh dữ liệu gói liên quan ấn định một kênh vật lý đến dịch vụ GPRS.

PDCH có thể bao gồm một sự kết hợp kênh dữ liệu gói logic khác nhau.

- PDTCH Kênh lưu lượng dữ liệu gói liên quan kênh lưu lượng GPRS, nó mang lưu

lượng về đa khung GPRS và bao gồm người sử dụng lưu lượng gói và kênh điều

khiển dành riêng gói.

Thêm vào đó có một số tài nguyên liên quan đến một Master PDCH(MPDCH).

Có thuật ngữ của Ericsson chỉ ra thuật ngữ liên quan đến PDCH của GPRS rằng nó được

mang trên PBCCH.

Một PDCH được ấn định đến một kênh vật lý riêng lẻ(time slot) trên giao diện vô

tuyến, mỗi PDCH có thể mang một hoặc một kết hợp của kênh logic gói bao gồm điều

khiển và các loại lưu lượng người sử dụng, timeslot là cái cố định để ấn định đến GPRS,

mỗi khe thời gian của GPRS bằng với mỗi một PDCH, khe thời gian cũng có thể là

không cố định để ấn định đến GPRS, những PDCH là ấn định động đến kênh vật lý, có

thể thay đổi thời gian tồn tại trong luc kết nối cùng với dịch vụ chuyển mạch kênh, vì vậy

không chắc chắn là kênh lưu lương chuyển mạch kênh trong GSM, những PDCH trong

GPRS không được ấn định trong khoảng thời gian người sử dụng giao tiếp trong một

phiên.

Một PDTCH là một kênh logic được thiết lập tạm thời bởi một người sử dụng để

chuyển giao đến người sử dụng lưu lượng. Một người sử dụng có thể thiết lập nhiều

PDTCH đồng thời nếu cần thiết, có thể sử dụng lên đến 8 PDTCH đồng thời cho một

MS, nó cũng có thể cấp phát một PDTCH cho một nhóm MS trong mode PTM-M.

Tất cả các kênh lưu lượng dữ liệu gói là đơn hướng,ở đường lên cho MS bắt đầu

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

truyền gói và ở đường xuống thì truyền gói xuống đầu cuối.

Bộ môn Công nghệ viễn thông

Khoa CN ĐT&TT – Trường Đại học CNTT&TT

Một PDTCH khi sử dụng cho một khe thời gian đơn lẻ thì có thể được hoạt động ở

Full-rate hoặc Hafl-rate nhưng còn phải phụ thuộc vào nó ở trên PDCH/F hoặc PDCH/H.

ThS. Phạm Văn Ngọc

Bài giảng thông tin di động

Một PDTCH khi sử dụng cho multislot hoạt động là Full-rate.

Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 - ThS. Phạm Văn Ngọc

Chủ đề:

(

)

∑

∑

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi