Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - CDMA 2000

Chia sẻ: Hoangvan Quang | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:193

Thêm vào BST

Báo xấu

572
lượt xem 227
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - CDMA 2000" gồm 2 phần. Phần 1 trình bày các nội dung về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba – CDMA2000. Phần 2 trình bày về báo hiệu trong hệ thống thông tin di động CDMA2000.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - CDMA 2000

Tài liệu Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - CDMA 2000 1
Phần I HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA – CDMA2000. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA. 1.1 Y êu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà IP đã đ ặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động, Thông tin di động thế hệ thứ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới này. Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi là IMT-2000. IMT-2000 đã mở rộng ra đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ cho phép sử dụng nhiều phương tiện thông tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 đã được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm : tiếng, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở công cộng lẫn tư nhân … Tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 như sau: 2
 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2Ghz như sau:  Đ ường lên: 1885-2025 MHz.  Đ ường xuống: 2110-2200 MHz  Là hệ thống thông tin di động to àn cầu cho các hình loại thông tin vô tuyến:  Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến.  Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông.  Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau:  Trong công sở.  N goài đường.  Trên xe.  V ệ tinh.  Có thể hỗ trợ các dịch vụ như : Môi trường gia đình ảo (VHE:Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu.  Đ ảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển m ạch kênh và số liệu chuyển mạch gói.  D ễ d àng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. 3
Môi trường hoạt động của IMT – 2000 được chia thành bốn vùng với tốc độ bit R phục vụ như sau:  Vùng 1:trong nhà, ô pico, Rb≤2Mbps.  Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb≤384Mbps.  Vùng 3: ngoại ô, ô macro, Rb≤144Mbps.  Vùng 4: toàn cầu, Rb=9,6Mbps. Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp ở bảng 1.1 . Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT – 2000 Kiểu Phân loại D ịch vụ chi tiết Dịch vụ di D i động đầu cuối/di động cá nhân/di động động d ịch vụ Dịch vụ di động Dịch vụ thông Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh tin định vị Dịch vụ Dịch vụ âm - D ịch vụ âm thanh chất lượng cao(16-64 4
thanh kbit/s) - D ịch vụ truyền thanh AM(32-64 kbit/s). - D ịch vụ truyền thanh AM(64-384 kbit/s) - D ịch vụ số liệu tốc độ trung bình. viễn - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đ ối cao(144 Dịch vụ số liệu thông kbit/s-2 Mbit/s). - D ịch vụ số liệu tốc độ cao(≥2 Mbit/s) - D ịch vụ Video(384 kbit/s) Dịch vụ đa - D ịch vụ ảnh động(384 kbit/s-2 Mbit/s). phương tiện - D ịch vụ ảnh động thời gian thực(≥2 Mbit/s) Dịch vụ đơn D ịch vụ truy nhập Web(384 kbit/s-2Mbit/s) Internet giản Dịch vụ Dịch vụ thời D ịch vụ Internet(384 kbit/s-2 Mbit/s) Internet Internet gian thực D ịch vụ Website đa phương tiện thời gian Dịch vụ thực (≥2Mbit/s) internet đa 5
phương tiện Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:  W-CDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác của Châu Âu và N hật Bản.  Cdma2000 do Mỹ xây dựng. Bảng 1.2 so sánh các thông số giao diện vô tuyến ở hai tiêu chuẩn này. Ký hiệu:  O CQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift K eying (Hybrid PSK) - khoá dịch pha cầu phương pha trực giao p hức (PSK lai).  CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction-Dự báo tuyến tính kích thích theo mã đại số - cấu trúc liên hợp. 6
 EVRC: Enhanced Variable Rate Coder - Bộ mã hoá tốc độ thay đổi cải tiến. Bảng 1.2 các thông số giao diện vô tuyến của W-CDMA và cdma2000. W-CDMA CDMA2000 Sơ đồ đa DS-CDMA CDMA đa sóng mang truy nhập băng rộng 5/10/15/20 1,25/5/10/15/20 MHz (Hệ thống CDMA2000 1X Độ rộng đang được triển khai ở Hàng băng tần Q uốc sử dụng băng tần 1700 MHz) Tốc độ chip 1,28/3,84/7,68/11,52/15, 1,2288/3,6864/11,0592/14,74 36. 56 (µchip) 7
Độ dài khung 10 5/20 ms Đồng bộ Dị bộ / đồng bộ Đồng bộ giữa các BTS Điều chế đường QPSK/BPSK Q PSK/BPSK lên/đường xuống QPSK/OCQPSK(HPSK) Q PSK/OCQPSK(HPSK)_khó Trải phổ đường a lên/đường xuống dịch pha cầu phương trực giao phức. EVRC(Bộ mã hóa tốc độ thay CS-ACELP/(AMR) Vocoder đổi cải tiến), QCELP (13 kbit/s) Tổ chức 3GPP2/TIA/TTA/ARIB tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB Mô hình tổng quát của mạng IMT – 2000 dược cho ở hình 1.1 8
Vùng thiết bị đầu cuối Vùng mạng truy nhập Mạng lõi TE -Phát quảng bá Mạng lõi di độ ng thông tin truy -Điều khiển nhập hệ thố ng cuộ c gọ i -Phát và thu vô -Điều khiển TE tuyến chuyển mạch UI di động -Điều khiển dịch vụ truy nhập vô -Điều khiển tài tuyến nguyên quy TE định di động -Quản lý dịch vụ -Quản lý vị trí TE -Quản lý nhận UI di động thực Vùng các dịch vụ Các dịch vụ Ký hiệu: ứng dụng TE: Thiết bị đ ầu cuố i. UI: giao diện người sử dụ ng 9
H ình 1.1 Mô hình mạng IMT – 2000 Các dạng máy đầu cuối bao gồm:  Thoại cầm tay:  Tiếng: 8/16/32Kbps.  Cửa số liệu (chẳng hạn PCMCIA) Truyền dẫn số liệu bằng modem tiếng cho các tốc độ: 1,2kbps, 2,4kbps, 4,8kbps, 9,6kbps, 19,2kbps, 28,8kbps. 10
Truyền dẫn số liệu số chuyển mạch theo mạch cho các tốc độ: 64kbps, 128kbps, đầu cuối video thấp hơn 2Mbps.  Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN)  H ình ảnh sách tay: được phân theo các cấp chất lượng (32/64/128kbps)  Thoại có hình chất lượng cao với tốc độ không thấp hơn 128kbps.  Đ ầu cuối giống như máy thu hình:  Đ ầu cuối kết hợp máy thu hình và máy tính.  Máy thu hình cầm tay có khả năng thu được MPEG.  Đ ầu cuối số liệu gói  PC vở ghi có cửa thông tin cho phép: Đ iện thoại thấy hình. V ăn bản, hình ảnh, truy nhập cơ sở dữ liệu video.  Đ ầu cuối PDA  PDA tốc độ thấp.  PDA tốc độ trung bình hoặc cao.  PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi.  Máy nhắn tin hai chiều.  Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin. 11
1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 ITU IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS Châu GSM DECT IMT- 2000 MSS IMT-2000 MSS Âu N hật PHS IMT- 2000 MSS IMT-2000 MSS B ản Hàn PC S PCS IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS Quốc 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 Hình 1.2 Phân bố tần số cho IMT-2000 1.2 Lộ trình phát triển từ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai đến thế hệ ba. 1.2.1 Lịch trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. Công trình nghiên cứu của các nước Châu Âu cho W-CDMA đã bắt đầu từ các đề án CDMT(Code Division Multiple Testbed – phòng thí nghiệm đa truy 12
nhập theo mã) va FRAMES ( Future Radio Multiple Access Scheme – Sơ đồ đa truy nhập vô tuyến tương lai) từ đầu thập niên 1990. Các dự án này cũng tiến hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền. Công tác tiêu chuẩn hoá chi tiết được thực hiện ở 3GPP. Dự kiến lịch trình triển khai đ ược ở hình 1.3. Nhật Bản dự định đưa m ạng W-CDMA vào khai thác năm 2001. Phát hành Kế t thúc quá 3GPP phát hành tiế p 3GPP trình 99-12/99 IMT - 2000 Mạng 1998 1999 2000 2001 2002 Tiêu chuẩn N hật Bản T hử mạng Châu Âu Châu Á H ình 1.3 Lịch trình nghiên cứu và đưa vào khai thác mạng W – CDMA. 13
Ở Châu Âu và Châu Á, hệ thống W-CDMA dự định được đưa ra khai thác vào đầu năm 2002. Lịch trình ở hình 1.3 chỉ áp dụng cho chế độ FDD, chế độ TDD sẽ được đưa ra khai thác muộn hơn trên cơ sở phiên bản 3GPP2000. Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP2 chia thành hai pha:  Pha 1(1997 – 1999).  N ghiên cứu mẫu đầu tiên của hệ thống.  N ăm 1997: Xây dựng tiêu chuẩn, xây dựng cấu trúc mẫu đầu tiên hệ thống và thiết kế các phương tiện thử nghiệm chung.  N ăm 1998: tiếp tục xây dựng mẫu thử đầu tiên của hệ thống và các phương tiện thử nghiệm chung.  N ăm 1999: Kiểm tra kết nối cho mô hình đầu tiên của hệ thống.  Pha 2 (2000 – 2002).  Phát triển hệ thống với mục tiêu thương mại ở các nhà sản xuất hàng đầu.  N ăm 2002: bắt đầu dịch vụ thương mại. 1.2.2 Lộ trình phát triển từ IS – 95 thế hệ hai đến cdma2000 thế hệ ba. N hu cầu về truyền số liệu trong tương lai sẽ cho phep1 các nhà khai thác mạng thông tin di động cung cấp rất nhiều khả năng mới của mạng và các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng hiện có và triển khai các hệ 14
thống công nghệ tương lai. Cùng với Internet, Intranet đang trở thành một trong những hoạt động kinh doanh ngày càng quan trọng, một trong các hoạt động này là xây dựng các công sở vô tuyến để kết nối các cán bộ di động với công sở và xí nghiệp của họ. Ngoài ra sự xuất hiện các tiềm năng to lớn để thúc đẩy các công nghệ cung cấp thông tin trực tiếp đến các thiết bị vô tuyến sẽ tạo ra các luồng lợi nhuận mới cho các nhà khai thác các hệ thống thông tin di động. Mặc dù mạng cdmaOne (IS – 95) không phải là các mạng đầu tiên cung cấp truy nhập số liệu, nhưng đây là mạng được thiết kế duy nhất để truyền số liệu. Trước hết chúng xử lý truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau. Khả năng truyền dẫn tốc độ thay đổi có sẵn ở cdmaOne cho phép quyết định lượng thông tin cần phát, vì thế cho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu. Vì các hệ thống cdmaOne xử dụng truyền tiếng đóng gói trên đường trục ( các đường truyền dẫn từ MSc đến BTS chẳng hạn), nên các khả năng truyền số liệu gói đã có bên trong thiết bị. Công nghệ truyền dẫn số liệu gói của cdmaOne sử dụng giao thức số liệu gói tổ ong ( CDPD – Cellular Digital Packet Data) phù hợp với TCP/IP. Bổ sung truyền số liệu vào mạng cdma2000 sẽ cho phép nhà khai thác mạng tiếp tục sử dụng các phương tiện truyền dẫn, các phương tiện vô tuyến, cơ sở hạ tầng và các máy cấm tay sẵn có bằng cách đơn giản là nâng cấp phần mềm cho chức năng tương tác. Nâng cấp lên IS – 95B cho phép tăng tốc kênh để cung cấp tốc độ số liệu 64 – 115kbps và đồng thời cải thiện chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số. Các nhà sản xuất đã công bố các khả năng số liệu gói, số liệu kênh và fax số trên các thiết bị cdmaOne của họ. 15
IP di động (tiêu chuẩn Internet cho di động) là sự cải thiện cho các dịch vụ số liệu gói. IP di động cho phép người sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và nhận được một địa chỉ ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các mạng CDMA khác. Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU-IMT – 2000 là tạo ra các tiêu chuẩn khuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức dộ cao việc nhiều người thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ. IMT – 2 000 sẽ sử dụng các đầu cuối kích cỡ nhỏ, mở rộng nhiều phương tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho phép đưa ra các công nghệ mới. Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng vô tuyến có các mức chất lượng hữu tuyến đồng thời với tốc độ và dung lượng cần thiết để hỗ trợ đa phương tiện và các ứng dụng tốc độ cao. Các dịch vụ trên cơ sở định vị hỗ trợ cấp báo và các dịch vụ tiên tiến khác cũng được hỗ trợ. Sự phát triển của các hệ thống 3G sẽ mở cánh cửa cho mạch vòng thuê bao vô tuyến đối với PSTN và truy nhập mạng số liệu công cộng, đồng thời đảm bảo tiện lợi hơn các ứng dụng và các tiềm năng mạng, Nó cũng sẽ đảm bảo chuyển mạch toàn cầu, di động dịch vụ, ID trên cơ sở vùng, tính cước và truy nhập thư mục toàn cầu. Thậm chí có thể hi vọng công nghệ 3G cho phép kết nối mạng vệ tinh một cách liên tục. Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tương thích với hệ thống cũ cdmaOne về các dịch vụ tiếng, các cấu trúc báo hiệu và khả năng bảo mật.Giai đoạn một của cdma2000 hay IS – 2000 1x sử dụng độ rộng băng tần 16
1.25Mhz và truyền tốc độ số liệu đỉnh 144kbps cho các ứng dụng cố định hay di động. Giai đoạn hai của cdma2000 ( IS – 2000 3x) sẽ sử dụng độ rộng băng tần 5Mhz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144kbps cho các ứng dụng di động, xe cộ và 2Mbps cho các ứng dụng cố định. Các nhà công nghiệp dự đoán rằng giai đoạn cdma2000 3x sẽ dần tiến tới tốc độ 1Mbps cho từng kênh lưu lượng hay kênh Walsh. Bằng cách hợp nhất hay ghép hai kênh người sử dụng có thể đạt được tốc độ đỉnh 2Mbps là tốc độ đích của cdma2000. Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và giai đoạn hai của cdma2000 là độ rộng băng tần và tốc độ băng thông tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh. Giai đoạn hai sẽ đưa ra các khả năng đa phương tiện tiên tiến và đặt nền móng cho d ịch vụ tiếng 3G phổ biến, các bộ m ã hoá tiếng như VoiIP ( tiếng trên nền IP). V ì các tiêu chuẩn IS – 2 000 1x và IS – 2000 3x phần lớn sử dụng chung các phần tử vô tuyến băng gốc, nên các nhà khai thác có thể thực hiện một bước tiến căn bản đến các khả năng đầy đủ của 3G bằng cách thực hiện IS – 2000 1x. Cdma2000 giai đoạn hai sẽ bao gồm các mô tả chi tiết về các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5Mhz đến 10Mhz và15Mhz trong tương lai. Bằng cách chuyển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS – 95 cdma hiện nay sang IS – 2 000 1x của tiêu chuẩn cdma2000, các nhà khai thác đạt được dung lượng tăng gấp đôi và có khả năng xử lýsố liệu gói đến 144kbps. Khả năng của cdma2000 giai đoạn một bao gồm lớp vật lý mới cho các cỡ kênh 1x và 3x1,25Mhz hỗ trợ các tuỳ chọn đường xuống trải phồ trực tiếp và đa sóng mang 3x, các định nghĩa cho 1x va 3x. Các nhà khai thác cũng sẽ được hưởng sự cải thiện dịch vụ tiếng với dung lượng tăng hai lần. 17
Về phần tăng tuổi thọ của ắc – q ui, giai đoạn một sẽ sử dụng kênh tìm gọi nhanh và truyền dẫn theo mở cổng phát 1/8 để tăng tuổi thọ ắc – qui lên hai lần so với hiện nay. Sự tăng cường chuyển giao cứng giữa 2G và 3G, tăng cường điều khiển công suất cũng là các nhân tố chính trong việc cải thiện các dịch vụ tiếng. Cùng với sự ra đời của cdma2000 giai đoạn một, các dịch vụ số liệu cũng sẽ đ ược cải thiện. Giai đoạn một cũng sẽ hình thành cơ cấu MAC(Medium Access Control:điều khiển truy nhập môi trường) và định nghĩa giao thức kết vô tuyến (RLP: Radio Link Protocol) cho số liệu gói để hỗ trợ các tốc độ số liệu gói ít nhất là 144 kbit/s. Triển khai cdma2000 giai đoạn hai sẽ mang lại rất nhiều khả năng mới và tăng cường dịch vụ. Giai đoạn hai sẽ hỗ trợ tất cả các kích cỡ kênh (6×, 9×, và 12×) cơ cấu cho các dịch vụ thoại, bộ mã hóa thoại cho cdma2000, bao gồm tiếng trên IP. Trong giai đoạn hai, các dịch vụ đa phương tiện thực sự đã được cung cấp và sẽ mang lại các cơ hội lợi nhuận bổ sung cho các nhà khai thác. Các dịch vụ đa phương tiện sẽ có thể thực hiện được thông qua MAC số liệu gói, Hỗ trợ đầy đủ cho dịch vụ số liệu gói đến 2 Mbit/s, RLP hỗ trợ tất cả các tốc độ số liệu đến 2 Mbit/s và mô hình gói đ a phương tiện tiên tiến. Trong lĩnh vực dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai cdma2000 sẽ đem đến cấu trúc báo hiệu 3G cdma2000 tự sinh đối với điều khiển truy nhập kết nối(LAC: Link Access Control) và cấu trúc báo hiệu lớp cao. Cấu trúc này sẽ 18
bảo đảm hỗ trợ để cải thiện tính riêng tư, nhận thực và chức năng mật mã. Cấu trúc và thiết bị mạng hiện có của nhà khai thác sẽ ảnh hưởng lên quá trình chuyển đổi này. Một mạng được xây dựng trên cấu trúc mở tiên tiến với lộ trình chuyển đổi rõ ràng có thể nhận được các khả năng của 1×RTT bằng cách chuyển đổi module đơn giản. Các mạng có cấu trúc ít linh hoạt hơn có thể đòi hỏi các bước chuyển đổi tốn kém để thay thế toàn bộ hệ thống thu phát gốc (BTS). Đ ể đạt được tốc độ đỉnh 144 kbit/s, nhà khai thác cóthể nâng cấp phần mềm cho mạng và các trạm gốc để hỗ trợ giao thức số liệu của1×RTT. Sẽ phải có các nút dịch vụ số liệu gói (PDSN: Packet Data Service Node) để hỗ trợ kết nối số liệu cho Internet và Intranet. Nhiều nhà cung cấp thiết bị đã đưa ra các giải pháp để kết hợp các phần tử PDSN, vì thế mở ra lộ trình liên tục tiến tới các công nghệ 3G. Thỏa thuận mới đây giữa Qualcomm và Ericsson đề xuất ba chế độ CDMA lựa chọn và phát triển dần dần của một tiêu chuẩn to àn cầu, tiêu chuẩn này sẽ tương thích với cả ANSI-41 và GSM MAP. Cách làm này cho phép hình dung thấy việc sử dụng các máy cầm tay đa chế độ và các giải pháp nảy sinh do thị trường như là lộ trình chắc chắn nhất để thống nhất tiêu chuẩn CDMA 3G. ở thế hệ thông tin vô tuyến tiếp theo. Vì thuê bao đòi hỏi sự tiện lợi và công suất vô tuyến lớn hơn, việc chuyển sang công nghệ 3G cho phép các nhà khai thác hỗ trợ các khả năng cao hơn, giảm giá thành mạng và tăng tổng lợi nhuận. Hình vẽ sau đây cho thấy lộ trình phát triển của cdmaOne. 3G 2G cdmaOne Cdma2000 2 Mbit/s giai đoạn 2 19 Cdma2000 144 kbps giai đoạn 1 kbit/s
H ình 1.4 Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000. Các nhà khai thác cdmaOne có khả năng nâng cấp lên hệ thống 3G, không cần thêm phổ(nhân tố quan trọng để giảm thiểu thời gian tối triển khai), không cần đầu tư thêm nhiều. Thiết kế hệ thống cdma2000 cho phép triển khai cải tiến của 3G trong khi vẫn duy trì hỗ trợ 2G cho cdmaOne hiện có ở dải phổ mà nhà khai thác đang sử dụng hiện nay. 20