Chương 1

Khái quát về thông tin di động

1.1. giới thiệu chung

1.1.1. Lịch sử phát triển

Từ cuối thể kỷ 19, Marconi chỉ ra rằng thông tin vô tuyến

có thể liên lạc trên cự ly xa, máy phát và máy thu có thể di

động so với nhau trong quá trình liên lạc.

Các hệ thống điện thoại cố định phát triển nhanh và hình

thành mạng điện thoại công cộng chuyển mạch PSTN (Public

Switching Telephone Network), điện thoại di động chưa được

chú ý phát triển vì những hạn chế về công nghệ.

Kỷ nguyên phát triển của điện thoại di động được đánh

dấu vào năm 1947 với sự ra đời ý tưởng về mạng điện thoại đi

động tế bào của Bell Labs. Cấu hình cơ bản của mạng tế bào

như sau:

Cấu hình mạng tế bào của Bell rất tối ưu nhưng không thể

triển khai được vào thời điểm đó do khó khăn về mặt công

nghệ.

Các hệ thống bộ đàm dùng sóng cực ngắn ra đời song

không đáp ứng được các yêu cầu của mạng di động như:

- Liên lạc di động trên phạm vi rộng.

- Không phục vụ được đông người.

Tế bào (Cell)

Máy di động MS

MSCTổng đài

điện thoại di

độngTrạm gốcMS

Vùng phủ sóng

Hình 1.1: Cấu hình cơ bản của mạng tế bào

1

Vào năm 1979, mạng điện thoại di động tế bào đầu tiên

được đưa vào sử dụng ở Mỹ và phát triển rất nhanh do tính

thuận tiện sử dụng và doanh thu lớn. Mạng điện thoại di động tế

bào được ra đời nhờ:

- Các hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển

mạch lớn, dung lượng cao.

- Kỹ thuật vi mạch: VLSI (Very Large Scale Intergrated

Circuit) ra đời cho phép tích hợp hàng trăm ngàn đến

106 Transistor trong một máy di động, giải quyết cơ bản

các khó khăn do truyền sóng di động gây ra.

Ngày nay, trên thế giới số thuê bao di động đã tăng tới hơn

500 triệu và doanh thu của nó đã vượt qua dịch vụ điện thoại cố

định. Xu hướng chung của mạng điện thoại di động là khả năng

roaming (lưu động) toàn cầu với sự ra đời của hàng loạt các thế

hệ điện thoại di động mới.

1.1.2. Phân loại các hệ thống thông tin di động

a, Phân loại theo đặc tính tín hiệu

- Analog: Thế hệ 1, là tín hiệu thoại điều tần analog, truy

nhập theo tần số FDMA và các kênh điều khiển đã số hoá .

- Digital: Thế hệ 2 và cao hơn: Cả tín hiệu thoại và kênh

điều khiển đều đã số hoá. Hệ thống vô tuyến di động số còn cho

phép khai thác một loạt các dịch vụ khác như truyền các tin

ngắn, truyền fax, truyền số liệu.

b, Phân loại theo cấu trúc hệ thống

- Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp dịch vụ trên diện

rộng với khả năng lưu động (roaming) toàn cầu (liên mạng).

- Viễn thông không dây (CT: Cordless Telecom): Cung cấp

dịch vụ trên mạng hẹp, các giải pháp kỹ thuật đơn giản, không

có khả năng roaming.

- Vành vô tuyến nội hạt (WLL: Wireless Local Loop): Cung

cấp điện thoại vô tuyến với chất lượng cao như ở điện thoại cố

định cho một vành đai quanh một trạm gốc, không có khả năng

roaming. Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho các

2

vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố định chưa

phát triển.

c, Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến

- Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequence

Division Multiple Access): Mỗi thuê bao truy nhập mạng bằng

một tần số. Băng tần chung W được chia thành N kênh vô

tuyến. Mỗi một thuê bao truy nhập và liên lạc trên kênh con

trong suốt thời gian liên lạc.

Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, yêu cầu về đồng bộ không quá

cao.

Nhược điểm: Thiết bị trạm gốc cồng kềnh do có bao nhiêu

kênh (tần số sóng mang kênh con) thì tại trạm gốc phải có bấy

nhiêu máy thu- phát.

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time

Division Multiple Access): Các thuê bao dùng chung một tần số

song luân phiên về thời gian.

Ưu: Trạm gốc đơn giản do ứng với 1 tần số chỉ cần một

máy thu- phát phục vụ được nhiều người truy nhập (phân biệt

nhau về thời gian).

Nhược: Đòi hỏi quá trình đồng bộ ngặt nghèo.

- Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division

Multiple Access): Các thuê bao dùng chung một tần số trong

suốt thời gian liên lạc. Phân biệt nhờ sử dụng mã trải phổ khác

nhau nên hầu như không gây nhiễu lẫn nhau.

Ưu: Hiệu quả sử dụng phổ cao. Có khả năng chuyển vùng

miền và đơn giản trong kế hoạch phân bổ tần số. Khả năng

chống nhiễu và bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (chỉ với

một máy thu- phát).

Nhược: Yêu cầu về đồng bộ và điều khiển công suất rất

ngặt nghèo. Nếu chênh lệch công suất thu tại trạm gốc thì các

máy di động trong một tế bào phải . Trái lại thì số kênh

phục vụ sẽ phải giảm.

d, Phân loại theo phương thức song công

3

- FDD (Frequence Division Duplex) song công phân chia

theo tần số. Băng công tác gồm 2 dải tần dành cho đường lên

(up- link) từ MS đến BS và đường xuống (down- link) từ BS đến

MS. Trong đó, đường lên luôn là dải tần thấp vì MS có công suất

nhỏ hơn, thường di động và có khả năng bị che khuất. Khi đó,

với dải tần thấp hơn (λ lớn hơn) thì khả năng bị che khuất giảm.

- TDD (Time Division Duplex), song công phân chia theo

thời gian. Khung thời gian công tác được chia đôi, một nửa cho

đường lên, một nửa cho đường xuống.

1.1.3. Một số hệ thống thông tin di động hiện tại

a, Hệ thống thông tin di động tế bào mặt đất.

Các hệ thống tiêu biểu:

- Thế hệ 1:

AMPS (Analog Mobile Phone Service) của Mỹ (ra đời 1981):

FDMA, , FM, FDD.

NMT- 450 (1981), NMT- 900 (1986) (Nordic Mobile

Telephone): FDMA, , FM, FDD.

- Thế hệ 2:

IS - 95 (Interim Standard- 95) (Mỹ 1993): CDMA,

BPSK/QPSK , FDD.

GSM- 900/18005 (Global System Mobile Communication)

(châu Âu 1990): TDMA, GMSK , FDD.

- Thế hệ 3: IMT- 2000 (International Mobile

Telecommunication- 2000):

b, Thông tin di động mặt đất – CT (Cordless Telecom)

c, Các hệ thống nhắn tin.

Dịch vụ này rất đa dạng ba gồm: Nhắn tin số, nhắn tin

bằng ký tự và chuyển tin nhắn thoại.

d, Các hệ thống WLL

e, Các hệ thống thông tin di động qua vệ tinh.

f, Các hệ thống thông tin di động hàng không

4

Chương 2

Kênh vô tuyến di động

2.1. Các đặc điểm cơ bản của truyền sóng trong môi

trường di động.

Kênh vô tuyến di động gây ra những hạn chế cơ bản đối

với chất lượng liên lạc. Kênh vô tuyến di động có thể thay đổi từ

dạng LOS đến dạng bị che chắn bởi các chướng ngại cố định

hay di động. Các tham số của đường truyền nói chung là ngẫu

nhiên nên mô hình hoá chúng là vấn đề khó khăn nhất trong

thiết kế hệ thống, vấn đề này thường được giải quyết bằng

phương pháp thống kê.

5

Các yếu tố cơ bản nhất tác động tới truyền sóng vô tuyến

di động bao gồm:

- Tổn hao đường truyền.

- Hiệu ứng Đốp le.

- Trải trễ đường truyền.

2.1.1. Tổn hao đường truyền

Là yếu tố quyết định phạm vi phủ sóng của một trạm gốc.

a, Mô hình truyền sóng trong không gian tự do

(2.1)

trong đó:

Pt, Pt: Công suất phát và thu.

Gt, Gt: Tăng ích anten phát, thu.

: Bước sóng (m).

: Khoảng cách (m).

L: Tổn hao phần cứng hệ thống.

Khi L = 1 thì (1) trở thành:

(2.2)

Đây là trường hợp suy giảm có tốc độ 20 dB/s.

Ta chọn d0 là vị trí gần trạm (closed- in distance) mà tại đó

công suất thu được lấy làm chuẩn. Khi đó (1) trở thành:

(2.3)

trong đó:

df : cự ly trường xa:

D: kích thước vật lý lớn nhất của khẩu độ anten phát.

Chú ý: Mô hình này đơn giản song chỉ áp dụng được cho

các vùng đất phẳng và có điều kiện LOS trên toàn vùng phủ

sóng.

b, Mô hình tổn hao đường truyền trên cự ly xa (luật mũ n)

Mô hình có dạng như sau:

6

(2.4)

Bảng 2.1: Các số mũ của tổn hao trong các môi trường khác nhau.

Môi trường truyền sóng n

Không gian tự do 2

Vô tuyến tế bào vùng đô thị 2,7 – 3,5

Vô tuyến tế bào vùng đô thị có che

khuất

3 – 5

LOS bên trong toà nhà 1,6 – 1,8

Có chướng ngại, bên trong toà nhà 4 – 6

Có chướng ngại, bên trong các nhà

máy

2 - 3

Thông thường, trong các vùng đô thị nói chung, n = 4 nên

mô hình có dạng luật mũ 4.

c, Sự che khuất (bóng râm) chuẩn log (pha đinh chậm)

Mô hình (4) không hoàn toàn chính xác cho mọi điểm cách

đều BS, mà chỉ có ý nghĩa là đại lượng tổn hao trung bình. Việc

dự báo tổn hao còn phụ thuộc vào tại điểm đo có bị che khuất

hay không…Các quá trình đo lường cho thấy, với mọi ỏ, PL(d) tại

một điểm là giá trị ngẫu nhiên, phân bố log chuẩn (chuẩn theo

dB) quanh giá trị trung bình. Nghĩa là:

(2.5)

trong đó:

là một biến ngẫu nhiên, phân bố Gauss, kỳ vọng = 0, có

độ lệch quân phương là (cả , đều tính theo dB).

Hiện tượng này được gọi là che khuất chuẩn - log. Điều này

hàm ý rằng, bất luận mô hình thế nào, giá trị thực của PL(d)

phải kiểm nghiệm và làm khớp bằng đo lường.

d, Mô hình Hata

Tổn hao đường truyền hiển nhiên phụ thuộc vào địa hình

và độ cao anten phát và thu. Mô hình Hata cho khu vực đô thị

là:

7

(2.6)

trong đó:

fC: tần số (MHz).

LP: tổn hao trung bình (dB).

hb: độ cao anten trạm gốc (m).

a(hm): hệ số hiệu chỉnh cho độ cao anten di động phụ

thuộc vào địa hình (dB).

R: khoảng cách từ trạm gốc đến máy di động(km).

Dải thông sử dụng cho mô hình Hata:

a(hm) tính như sau:

- Đối với thành phố nhỏ và trung bình:

(2.7)

Đối với thành phố lớn:

với (2.8)

hay:

với

- Vùng ngoại ô:

- Vùng nông thôn thông thoáng:

2.1.2. Pha đinh

Khi khoảng cách MS- BS tăng, cường độ tín hiệu thu giảm

và tại các giá trị tức thời chúng đột biến nhanh, hiện tượng này

là do pha đinh nhanh.

Nguyên nhân: do sự truyền lan theo nhiều đường của sóng

vô tuyến trong môi trường di động (do phản xạ, nhiễu xạ và tán

xạ từ các chướng ngại). Vì vậy, pha đinh này còn gọi là pha đinh

đa tia.

8

Khi các MS hoạt động ở môi trường có nhiều vật chắn (đồi

núi, nhà…) sẽ xảy ra hiện thượng che tối làm giảm cường độ

điện trường thu. Khi MS chuyển động, cường độ trường lúc tăng

lúc giảm do lúc có lúc không có vật chắn. ảnh hưởng của pha

đinh này làm cho cường độ tín hiệu lúc tăng, lúc giảm. Vùng

giảm tín hiệu gọi là chỗ trũng pha đinh, thời gian giữa hai chỗ

trũng pha đing thường vài (s) nếu MS được đặt trên xe và di

động.

Pha đinh đa tia hay pha đinh Rayleigh gây ảnh hưởng

nghiêm trọng đến chất lượng truyền dẫn. Anten máy thu di

động thu được tín hiệu là tổng vector của cùng một tín hiệu

nhưng khác pha. Nếu các tín hiệu là đồng pha thì cường độ tín

hiệu tổng là rất lớn, còn nếu ngược pha thì tín hiệu tổng rất nhỏ

và có thể bị triệt tiêu gây ra trũng pha đinh sâu. Thời gian giữa

hai trũng pha đinh sâu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của

MS và tần số phát.

Sự phụ thuộc của tín hiệu thu vào khoảng cách do suy hao

đường truyền và ảnh hưởng của hai loại pha đinh nói trên được

cho ở hình 3.3.

Cường độ tín hiệu tại Anten

thu

Giảm dần do suy

hao

Thay đổi do che tối

Khoảng cách

Thay đổi do pha dinh Rayleigh

Hình 2.1: Phụ thuộc của cường độ tín hiệu thu vào khoảng cách

9

ở một khoảng cách nhất định (R m) của trạm di động so

với anten phát, để thu được tín hiệu một cách liên tục, ở các vị

trí điểm trũng pha đinh cần đảm bảo công suất ở điểm thu lớn

hơn độ nhạy của máy thu. Hiệu số (tính theo dB) giữa công suất

thu trung bình và ngưỡng công suất thu (độ nhạy máy thu) được

gọi là độ dự trữ pha đinh. Chất lượng thu sẽ phụ thuộc vào quy

định độ trũng pha đinh thấp nhất mà máy thu còn làm việc

được.

Ngoài việc làmg thăng giáng cường độ tín hiệu thu, pha

đinh đa tia còn gây ra sự phân tán thời gian dẫn đến nhiễu giao

thoa giữa các ký hiệu (ISI: Inter Symbol Tnterference). ISI có

nghĩa là các kí hiệu cạnh nhau sẽ giao thoa với nhau dẫn đến

méo dạng ký hiệu và máy thu có thể quyến định sai về ký hiệu

này. Thí dụ về ISI cho ở hình vẽ 3.5.

Chuỗi “1” và “0” được phát ra từ BTS, nếu tín hiệu phản xạ

đến chậm hơn đúng một bit so với tín hiệu đi thẳng thì máy thu

ký hiệu “1” ở tín hiệu phản xạ sẽ giao thoa với ký hiệu “0” của

tín hiệu đi thảng và máy thu sẽ quyết định nhầm là ký hiệu “1”.

Xét trường hợp đơn giản nhất khi “MS” dừng và không có

các chướng ngại di động. Do sóng tới MS theo rất nhiều đường

khác nhau và nếu thừa nhận rằng các tia này dộc lập với nhau

thì đường bao tín hiệu thu được có hàm mật độ xác suất

(Probability Density Function) Rayleigh có dạng:

“0”

“0”

“1”

“1”

Hình 2.2: Phân tán thời gian

10

(2.9)

Pha đinh được gọi là phẳng nếu nó xảy ra như nhau đối với

mọi tần số trong băng tần của kênh.

2.1.3. Hiệu ứng Đốp le

Khi MS di động so với BS hoặc khi các chướng ngại di động

thì các tia sóng tới máy thu MS còn chịu tác động của hiệu ứng

Đốp le.

Xét trường hợp đơn giản nhất khi BS phát 1 sóng mang fC

không điều chế. Sóng mang vô tuyến này truyền tới BS theo

nhiều tia. Xét tia thứ i ta có:

Khi đó, tín hiệu thu được theo tia sóng thứ i có tần số bị

dịch chuyển đi một lượng dịch tần Đốp le: fĐ = fm cos với fm =

fC.v/c. Tần số tín hiệu thu được là:

Lượng dịch tần Đốp le fĐ cực đại khi i = 0 hay 1800 và

càng lớn khi V càng lớn. Hiện tượng này xấu nhất khi MS chạy

f(r)

r

ú 2ú 3ú

0,6065/

ú

Hình 2.3: Hàm mật độ xác suất Rayleigh

i

MS

Tia sóng thứ i MS: Chuyển động

với tốc độ VC: Tốc độ ánh sáng

11

trên xe trên xa lộ, trong đó các anten trạm gốc được bố trí trên

cầu vượt xa lộ và phát dọc theo xa lộ.

Khi phân bố đều, tần số Đốp le sẽ có phân bố cosin ngẫu

nhiên. Mật độ phổ công suất S(f) (Đốp le) có thể tính như sau:

Công suất tín hiệu tới theo góc dỏ là công suất Đốp le

S(f)df, trong đó df là vi phân theo ỏ của lượng dịch tần Đốp le

fmcosỏ. Việc truyền một sóng mang không điều chế sẽ được thu

như một tín hiệu nhiều tia, có phổ không còn là 1 tần số fC đơn

nữa mà là một phổ bao gồm các tần số thuộc (fC ± fm).

Tổng quát, nếu tín hiệu là một sóng mang điều chế thì

phổ thu được của một MS có 1 tốc độ cụ thể như sau:

(2.10)

2.1.4. Trải trễ

Đối với thông tin di động số, việc truyền dẫn tín hiệu theo

nhiều tia sóng trong môi trường di động dẫn đến sự trải trễ. Sự

trải trễ được minh hoạ như sau:

trong đó:

ÄD: Lượng trải trễ.

S(f)

-fm fC fm f

Hình 2.4: Phổ Đốp le của một sóng mang fC không điều chế

TBS

D ÄD

MS

t

t

12

Độ trải trễ có thể xem như là độ dài của xung thu khi xung

cực hẹp được phát đi. Hiện tượng trải trễ làm hạn chế tốc độ

truyền tin: Tốc độ truyền tin (tốc độ bit) ở thí dụ trên là 1/T. Để

không xảy ra xuyên nhiễu giữa các dấu ISI (Inter Symbol

Inference) thì yêu cầu tức là . Vì vậy, nếu ÄD

càng lớn thì tốc độ truyền tin càng nhỏ.

- Với thông tin di động trong nhà, ÄD thường nên tốc

độ tối đa có thể đạt được là 2Mbit/s mà có thể không cần san

bằng kênh.

- Với thông tin di động tế bào lớn ÄD có thể lên tới nên

để truyền tin với tốc độ cao nhất thiết phải có san bằng kênh.

2.2. Mô tả toán học các kênh vô tuyến di động. Các hàm

hệ thống Bello

Các kênh vô tuyyến di động nói chung là các kênh biến đổi

theo thời gian. Bello đã đề nghị một tập 8 hàm hệ thống để mô

tả các kênh di động như một hệ thống tuyến tính biến đổi theo

thời gian. Mỗi hàm là một mô tả đầy đủ kênh nếu biết hoàn toàn

một hàm, có thể tính toán các hàm còn lại. Mỗi một hàm hệ

thống Bello sử dụng 2 trong số 4 biến sau:

Tên biến Ký hiệu Đơn vị

Thời gian t t

Tần số f Hz

Độ trễ ụ s

Dịch tần Đốp le ừ Hz

Các biến t và f là các biến đối ngẫu quen thuộc, trong khi

đó các biến ụ và ừ là các toán tử đối ngẫu mô tả chuyển dịch

tần sốvà thời gian.

Có tất cả 12 cách ghép đôi các biến trên nhưng Bello chi

xác định 8 hàm số do 4 khả năng trong chúng là các biến từ

cùng một cặp biến đổi Furier (t, ừ; ừ,t; ụ,f; f,ụ). Việc lựa chọn

13

các cặp biến của Bello nhằm mô tả đầy đủ mức độ phân tán cả

về tần số và thời gian của kênh di động.

1. Hàm trải trễ lối vào h(t, ụ)

2. Hàm trải Đốp le- trễ S (ụ, ừ)

3. Hàm biến đổi theo thời gian T(f, t)

4. Hàm trải Đốp le lối ra H (f, ừ)

5. Hàm trải Đốp le lối vào G (f, ừ)

6. Hàm trải trễ lối ra g(t, ụ)

7. Hàm trải trễ- Đốp le V(ừ, ụ)

8. Hàm điều chế phụ thuộc vào tần số M(t, f)

2.2.1. Mô tả các kênh phụ thuộc vào thời gian ngẫu

nhiên

Kênh tuyến tính tổng quát thay đổi theo thời gian có thể

xem như là xếp chồng của của một kênh xác định và một kênh

có trung bình toàn thể bằng không, hoàn toàn ngẫu nhiên (hình

vẽ)

- Kênh xác định: Xác định hoàn toàn bằng cách sử dụng

các hàm hệ thống từ 1- 8. Các hàm này trở nên quá trình ngẫu

nhiên một khi được sử dụng để mô tả thành phần biến đổi ngẫu

nhiên của kênh.

Rất khó xác định đầy đủ các đặc trưng thống kê của các

hàm hệ thống khi mô tả các thành phần biến đổi ngẫu nhiên. Ta

áp dụng giải pháp xác định các hàm tương quan cho một hàm

hệ thống Bello bất kỳ

a, Hàm tự tương quan của một quá trình ngẫu nhiên dải

thông.

Kênh xác định

Kênh ngẫu nhiên

x(t) y(t)

14

Định nghĩa: Hàm tự tương quan Ry(t1,t2) của một quá trình

ngẫu nhiên được định nghĩa như sau:

(2.11)

trong đó,

y(t) là giá trị kỳ vọng của tích y(t1). y(t2)

là hàm mật độ xác suất bậc 2 của quá trình

y(t):

(2.12)

với F là hàm mật độ tích luỹ (phân bố xác suất ) được xác

định theo:

Biểu thức (2.11) có thể ký hiệu theo:

(2.13)

trong đó < …> là trung bình toàn thể hay kỳ vọng.

b, Các kênh ngẫu nhiên biến đổi theo thời gian tổng quát

(tham khảo)

c, ứng dụng

Các quan hệ giữa hàm tự tương quan của tín hiệu lối ra

kênh và các hàm tương quan Bello trên đây có thể có áp dụng

được cho bất kỳ kênh tuyến tính biến đổi theo thời gian nào.

Điều đó cho phép mô hình hoá kênh truyền trong thông tin vô

tuyến di động.

2.3. Mô tả các kênh vô tuyến di động

2.3.1. Mô tả bằng các hàm Bello

a, Sự biến đổi về không gian

Giả sử BS phát đơn tần không đổi, các vật gây phân tán

kênh đều dừng. Khi đó, sự thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian

của biên và pha tín hiệu thu tại MS chỉ phụ thuộc vào sự di động

của MS. Do vậy, đặc trưng của kênh có thể xem như chỉ phụ

thuộc vào tình trạng không gian (vị trí) của MS hơn là phụ thuộc

vào biến thời gian.

b, Mô tả bằng các hàm Bello

15

Mô hình kênh QWSSVS được áp dụng, tức là kênh được

phân chia theo tần số và thời gian sao cho các đặc trưng thống

kê không biến đổi theo dịch chuyển tần số và thời gian (trong

một khoảng B và T khá nhỏ), nghĩa là kênh là WSS cả tần số lẫn

thời gian. Việc mô tả 1 kênh QWSSVS như thế bằng các hàm

Bello liên quan tới các đặc trưng thống kê của kênh và được xét

theo các vùng nhỏ hẹp và vùng rông lớn.

* Đặc trưng vùng nhỏ hẹp

Các vùng nhỏ hẹp là các khu vực có đường kính xấp xỉ vài

chục bước sóng. Đối với các vùng này, kênh biểu hiện pha đinh

nhanh do chỉ thay đổi vị trí MS một chút cũng có thể dẫn đến sự

thay đổi rất lớn về biên độ và pha tín hiệu thu, dẫn đến giao

thoa giữa các tia sóng có pha khác nhau (do fC rất lớn) có thể

làm tín hiệu tăng hoặc giảm.

Đối với các vùng nhỏ hẹp, để đặc trưng được kênh ta phải

tính được kỳ vọng và hàm tự tương quan của các hàm Bello.

Do kênh di động thuần tuý ngẫu nhiên nên trung bình toàn

thể (kỳ vọng) của nó bằng 0. Giải pháp đặc trưng kênh đó rút

thành xác định hàm tương quan của bất kỳ 1 trong 8 hàm Bello.

Xét hàm trải trễ lối vào h(t,ụ), theo như đã trình bày ở trên,

biến t có thể thay thế bằng biến vị trí p (place) của MS. Do đó,

hàm trải trễ trở thành h(p,ụ) với một vùng nhỏ hẹp là Ph(Äs,ụ),

Äs là khoảng cách giữa các điểm tính. Nếu Äs = 0 , Ph(Äs,ụ) =

Ph(ụ), đây là profile trễ công suất của kênh và là mật độ phổ

công suất của kênh như là một hàm của trễ ụ.

Mỗi một phép đo Php(ụ) đều là một giá trị mẫu của tích

h*(p,ụ). h(p,ụ) tại một vị trí của MS (tại một giá trị p) và hàm

tương quan của kênh là <h*(p,ụ).h(p,ụ)> lấy trên khu vực:

với K là số mẫu profile trễ công suất được đo trên toàn

vùng nhỏ hẹp đó.

* Đặc trưng vùng rộng lớn

16

Phân tích các kết quả nhận được trong các vùng nhỏ hẹp

trên suốt cả những vùng rộng lớn sẽ thu được mô tả về đặc

trưng thống kê vùng rộng lớn thể hiện pha đinh chậm. Pha đinh

chậm gây ra bởi các hiện tượng che khuất…Một MS di động trên

vùng rộng lớn sẽ gặp và chịu ảnh hưởng của cả pha đinh nhanh

và pha đinh chậm xếp chồng lên nhau.

Đặc trưng thống kê vùng rộng có thể trình bày qua hai

dạng:

- Đặc trưng bằng cách phân tích thống kê sự biến thiên các

chỉ số diễn tả kênh từ các kết quả đối với vùng hẹp. Chẳng hạn

đối với các kênh băng rộng, các vùng rộng lớn có thể mô tả

được thông qua phân bố của trải trễ và trễ trung bình của

Profile trễ công suất trung bình hoặc thông qua độ rộng băng

tương quan.

- Phân tích sự biến thiên đối với các hàm Bello trên vùng

rộng ví dụ như với các kênh băng hẹp, điều này quy lại là đánh

giá sự biến thiên về cường độ công suất trung bình.

2.3.2. Mô tả thực tế kênh vô tuyến di động

Mục đích: Mô tả môi trường truyền sóng càng đơn giản

càng tốt bằng cách dẫn ra mọi tập các thông số phù hợp với

việc tính toán quỹ công suất. Đây là cách mô tả kênh phù hợp

với các kỹ sư thực hành.

Việc mô tả thực tế kênh di động được quy về:

a, Tổn hao đường truyền (như trên)

b, Đặc trưng pha đinh chậm.

Các phân bố chuẩn Logarit theo dB do các ảnh hưởng che

khuất ngẫu nhiên có phân bố chuẩn. Kết luận này rút ra từ phân

tích thống kê các số liệu đo lường.

c, Đặc trưng thống kê pha đinh nhanh.

Bất luận các tia truyền lan có phân bố thế nào đối với hai

thành phần vuông pha trong tín hiệu thu (ai, aq) thì phân bố của

chúng cũng là chuẩn do giới hạn trung tâm. Khi đó các đặc tính

pha và biên độ của tín hiệu tương đương thông thấp sẽ là:

17

(2.14)

Mục đích của ta là xác định phân bố biên độ của a(k) khi

đã biết ai(k) và aq(k) là có phân bố chuẩn Gauss.

Tổng quát với n quá trình ngẫu nhiên thành phần có phân

bố chuẩn với kỳ vọng và có chung phương sai ú thì quá trình

tổng sẽ có phân bố xác suất theo quy luật hàm phân bố

xác suất như sau:

(2.15)

là thông số trung tâm. Nếu với mọi i thì và

phân bố xác suất là trung tâm, nếu giá trị khác đi thì phân bố

xác suất là không trung tâm, Ik(x) là hàm Bessel bậc k loại 1 cải

biên:

Hàm được cho theo:

Các tính chất:

nếu p nguyên dương.

Trong trường hợp của ta, n = 2, , đường bao tín

hiệu . Do đó,

áp dụng vào (2.15) ta có hàm mật độ xác suất Rice:

Đặt là hệ số Rice, ta có:

(2.16)

18

ý nghĩa của K: Biểu thị công suất thu được theo tia nhìn

thẳng với công suất tổng cộng thu được theo chiều tia phân tán

không trực tiếp.

Khi (không có tia nào trội hơn cả) thì và , ta

có hàm phân bố xác suất Rayleigh:

(2.17)

2.4. Phân loại các kênh vô tuyến di động

2.4.1. Phân loại theo độ rộng băng tần tín hiệu

a, Các kênh băng hẹp.

Các kênh băng hẹp là các kênh có tốc độ đủ thấp, trong đó

tác động làm giãn symbol thu của sự truyền lan nhiều tia không

gây lên hiện tượng ISI (nhiễu giữa các ký hiệu).

b, Các kênh băng rộng.

Trong các kênh băng rộng, tốc độ symbol là đủ lớn đến

mức mỗi một symbol bị giãn lấn sang vài symbol lân cận gây

lên ISI.

2.4.2. Phân loại kênh theo môi trường truyền sóng

a, Kênh vô tuyến di động trong nhà (in-door)

Do kích thước tế bào nhỏ, trải trễ khá nhỏ (độ rộng các

thùng – “bin” thường không vượt quá 500 ns), tốc độ truyền có

thể đạt lớn (tới 2 Mb/s) mà không cần san bằng kênh.

b, Kênh vô tuyến di động ngoài trời (out- door)

Kích thước tế bào lớn, số vật gây phân tán kênh lớn nên

trải trễ có thể đạt được lớn. Do vậy hạn chế tốc độ truyền và đòi

hỏi san bằng kênh.

2.4.3. Phân loại kênh theo đặc tính pha đinh nhanh

a, Kênh pha đinh Ri-ce (Kênh Rice)

Là kênh mà trong trường hợp trong số các tia tới máy thu

có một tia trội, thường là tia LOS. Khi đó, pha đinh nhanh có

phân bố Rice.

Tham số Rice có dạng sau:

19

(2.18)

trong đó:

PTr: Là công suất tia trội.

: Là tổng công suất các tia tán xạ.

b, Kênh Gao-xơ (Kênh tốt nhất- như kênh lý tưởng)

Khi , (trường hợp của kênh có một tia LOS) thì phân bố

Rice trở thành phân bố Gao- xơ. Khi này, tác động chủ yếu tới

tín hiệu thu là tạp âm nhiệt có phân bố Gao-xơ. Trong các vi tế

bào hoàn toàn có thể gặp các kênh này.

c, Kênh Rayleigh (Kênh kém nhất)

Khi (trường hợp không có một tia nào trội) thì phân bố

Rice trở thành phân bố Rayleigh. Thường gặp trong tế bào lớn,

địa hình phức tạp.

20

Chương 3:

Các kỹ thuật cơ bản

Trong thông tin vô tuyến di động

3.1. Các kỹ thuật cơ bản

3.1.1. Giới thiệu chung và phân loại

a, Giới thiệu chung

Các hệ thống trải phổ là các hệ thống sử dụng tín hiệu có

băng rất rộng, gấp hàng trăm lần tốc độ bit của hệ thống nhờ sử

dụng việc trải phổ tín hiệu bằng các tín hiệu giả tạp PN (Psendo-

Noise). Cơ sở của kỹ thuật trải phổ là định lý Shanon.

(3.1)

trong đó:

C - là dung lượng hệ thống.

W - Độ rộng băng truyền dẫn.

S, N: Công suất tín hiệu và tạp nhiễu.

Nhờ băng tần W, tỷ số S/N có thể giảm xuống rất thấp,

thậm chí nhỏ hơn giá trị 1.

Đặc điểm căn bản:

- Khả năng chống nhiễu tập trung, cố ý rất cao.

- Khả năng bảo mật thông tin cao.

Các hệ thống thông tin trải phổ là các hệ thống có độ rộng

băng tần rộng, tuy nhiên không phải hệ thống có độ rộng băng

21

tần rộng nào cũng là hệ thống thông tin trải phổ. Một hệ thống

được định nghĩa là thông tin trải phổ nếu:

- Tín hiệu truyền đi chiếm một độ rộng băng tần truyền

dẫn W lớn hơn rất nhiều lần bề rộng băng tần tối thiểu B i để

truyền tin.

- Việc trải phổ tín hiệu được thực hiện nhờ tín hiệu trải, đây

là mã trải phổ, độc lập với dữ liệu cần truyền. Tín hiệu trải được

lựa chọn sao cho tạo ra một phổ tổng cộng gần với phổ của tạp

âm.

- Quá trình nén phổ được thực hiện nhờ tính tương quan

giữa tín hiệu thu được và tín hiệu giải trải là bản sao đồng bộ

của tín hiệu trải dã sử dụng ở phần phát.

Như vậy, dù các hệ thống điều chế băng rộng như điều chế

tần số, điều chế xung mã dù có phổ rất rộng song không phải là

các hệ thống trải phổ.

Hiệu quả chống nhiễu của các hệ thống trải phổ được đánh

giá qua tăng ích xử lý PG (Processing Gain):

(3.2)

Tín hiệu trải và giải trải được thực hiện bằng chuỗi PN, gọi

là chuỗi chíp có tốc độ cao hơn rất nhiều lần so với tốc độ số

liệu.

b, Phân loại

Các hệ thống trải phổ được chia làm hai loại chính:

- Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping),

trong đó tín hiệu trải (chuỗi chíp giả ngẫu nhiên) được sử dụng

để điều khiển tần số sóng mang.

- Hệ thống trải phổ trực tiếp (DS: Direct Sequence): Hệ

thống này còn gọi là hệ thống giả nhiễu, trong đó chuỗi chip giả

ngẫu nhiên được sử dụng để nhân trực tiếp với chuỗi số liệu.

c, ứng dụng trong thông tin di động:

Trải phổ nhảy tần

Được sử dụng trong hệ thống GSM- 900 như một chọn lựa

(option) nhằm chống nhiễu cho các hệ thống khác gây lên

(chống các nhiễu tập trung).

22

Trải phổ trực tiếp

Nguyên lý trải phổ trực tiếp cho phép ứng dụng trong

phương thức đa truy nhập CDMA, trong đó một thuê bao truy

nhập mạng bằng một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ của

các thuê bao khác nhau thì trực giao với nhau.

3.1.2. Hệ thống trải phổ nhảy tần

a, Sơ đồ khối đơn giản

LO: Oal scillator

ựLO: Tần số tự do của bộ dao động nội khi chưa có điều

khiển nhảy tần .

ự(t): Lượng gia số tần số điều khiển bởi chuỗi chip PN.

Nếu chu kỳ của chuỗi PN là n thì số giá trị có thể có của

ự(t) là 2n-1 (do chuỗi toàn 0 bị loại), phổ tín hiệu lối ra x(t) có độ

rộng không phụ thuộc vào tốc độ chip .

- Khi : Nhảy tần chậm.

- Khi : Nhảy tần nhanh

: Độ rộng xung số liệu s(t)

Thông thường S ự được chọn sao cho các tần số nhảy tần

cách biệt nhau:

(3.3)

b, Biểu đồ thời gian của tần số tín hiệu sau trải phổ nhảy

tần (chậm):

23

MOD Trộn

Tạo PN LO

s(t) x(t)

Máy phát

Trộn tần BDF

LO Tạo PN

W Bi

Máy thu

DEMBDF

ự

3.1.3. Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp.

a, Sơ đồ khối đơn giản

b, Nguyên tắc hoạt động trên hệ thống tương đương thông

thấp

Chuỗi số liệu d(t) có phổ D(f), chuỗi chip PN c(t) có phổ C(f)

tín hiệu truyền đi c(t).d(t) có phổ C(f) * D(f) rộng cỡ phổ của

C(f) do C(t) có tốc độ lớn hơn tốc độ d(t) nhiều lần. ở phần thu,

tín hiệu nhận được:

(3.4)

Do nên ta có:

(3.5)

Do vậy, phổ nhiễu tập trung I(f) được trải rộng ra. Tỷ số

S/N tăng lớn .

3.2. Sơ đồ khối của các hệ thống TDMA và CDMA

3.2.1. Sơ đồ khối của các hệ thống TDMA

a, Sơ đồ khối

24

t

MOD Nhân

LO (ω) Tạo PN

d(t) x(t)

Máy phát

Trộn tần BPF

LO Tạo PN

W Bi

Máy thu

DEMBPF

c(t) = ± 1

x(t)+I(t

)+n(t)

d(t)

Mã hoá tiếng nói

Mã hoá kênh

Ghép xen

Đóng gói

Đệm MOD

Kênh

Máy thu đầu cuối

Khôi phục

đông hồ

DEMUX

Hàm mờ

Lọc phối hợp

San bằngvà đệm

Giải ghép xen

Giải mã kênh

Giải mã tiếng nói

Tiếng nói khôi phục

Tạo chuỗi dò

kênh

Tiếng nói

Tín hiệu đồng bộ

P

Data

SYN

Chức năng các khối:

1. Mã hoá tiếng nói: Mã hoá tiếng nói tốc độ bit thấp nhằm

tiết kiệm phổ.

2. Mã hoá kênh: Mã hoá chống tác động của nhiễu trên

kênh.

3. Ghép xen: Trợ giúp quá trình mã hoá có tác dụng giải

tương quan lỗi.

4. Đóng gói: Ghép các tín hiệu khác nhau thành gói tin: Tín

hiệu đồng bộ, tín hiệu số liệu, tín hiệu dò kênh.

5. MOD: Điều chế số với phương pháp điều chế phổ hẹp.

6. Kênh: Kênh vô tuyến.

7. DEMUX: Phân kênh các tín hiệu của một gói.

8. Hàm mờ: Căn cứ chuỗi dò đường thu được để tính ra

trạng thái kênh để điều khiển bộ san bằng.

9. Lọc phối hợp: Chống tác động của nhiễu.

10. Giải pháp xen: Ngược với ghép xen.

11. Giải mã tiếng nói: Tổng hợp tiếng nói.

3.2.3. Sơ đồ khối hệ thống CDMA

a. Sơ đồ khối hệ thống CDMA của Qualcomm (tuyến phát

đường xuống)

25

Kết hợp tính

trọng số và

điều chế cầu

phương

W0

W32

Wj

Wi

Tín hiệu phát

CDMA

PNI

PNQ

Tín hiệu Pilot (toàn 0)

Ghép xenMã chập

và lặp

Kênhđồng

bộ

Ghép xenMã chập

và lặp

Kênhpaging

Ghép xenMã chập

và lặp

Kênhlưu

lượng Xáo trộn và ghép

HL

Mặt nạ kênh

paging

Các bit ĐKCông suất

Bộ tạo PN dài

Bộ tạo PN dài

Mặt nạ kênh

lưu lượng

b, Một số khái niệm bổ sung

Mã Walsh- Cách tạo

Sử dụng ma trận Hadamard

Tính chất: Các tổ hợp mã Walsh đều trực giao nhau:

(3.6)

Sử dụng: Để phân kênh đường xuống.

Các kênh trong hệ thống CDMA:

- Kênh Pilot: Sử dụng cho đồng chỉnh tần số. ( )

- Kênh đồng bộ: Sử dụng cho đồng bộ clock. ( )

- Các kênh paging và trafic (lưu lượng).

Sử dụng 62 mã Walsh còn lại.

Kênh paging được sử dụng để:

+ Thông báo thông tin về hệ thống.

+ Đáp tín hiệu xin truy nhập của MS.

3.2.3. Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cơ bản của hệ

thống thông tin di động.

26

- Hiệu quả sử dụng phổ (số người sử dụng/đơn vị tần

số/cell).

- Chất lượng âm thanh.

- Mức độ phức tạp của thiết bị, giá thành của BS và MS.

- Tính tiện lợi mang xách (kích thước, trọng lượng).

- Mức độ tiêu thụ nguồn.

- Độ tin cậy của thiết bị và độ tin cậy phủ sóng.

- Mức độ bảo mật thông tin.

- Khả năng đáp ứng nhiều dịch vụ.

3.3. Mã hoá tiếng nói trong thông tin di động

3.3.1. Giới thiệu chung và phân loại

a, Giới thiệu chung

Chất lượng của 1 hệ thống thông tin di động phần lớn được

đánh giá qua:

- Chất lượng tiếng nói khôi phục (độ chính xác).

- Dung lượng hệ thống, đánh giá qua số người sử dụng có

thể đồng thời sử dụng dịch vụ (“tính nhanh chóng”, hiểu

theo nghĩa rộng).

Độ rộng băng tần là một tài nguyên quý giá trong thông tin

di động, do đó nhà cung cấp dịch vụ luôn phải đối mặt với các

đòi hỏi về cung cấp dịch vụ cho nhiều nguời sử dụng trong 1

băng tần hạn chế với một chất lượng tiếng nói tốt nhất có thể

được. Với một chất lượng tiếng nói xác định, tốc độ bit của tiếng

nói đã mã càng thấp thì càng có nhiều người sử dụng được dịnh

vụ trong một độ rộng băng tần đã cho. Có nhiều cố gắng được

tiến hành trong việc xây dựng các bộ mã hoá tiếng nói với một

chất lượng chấp nhận được như:

Tốc độ thấp.

Tính đơn giản của thiết bị.

Giữ chậm xử lý thấp.

Mức độ tiêu thụ nguồn thấp.

27

Các yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau nên tuỳ theo

mục đích sử dụng mà ta phải dung hoà cho phù hợp.

b, Các đặc tính của tiếng nói

Cấu trúc và thuật toán của các bộ biến đổi tín hiệu tương

tự thành tín hiệu số có thể độc lập hay phụ thuộc vào đặc trưng

của nguồn tín hiệu tương tự, và do đó có thể rất khác nhau. Khi

tín hiệu là tiếng nói, việc biết được các đặc tính của tiếng nói

(đặc trưng của nguồn) có thể cho phép tối ưu hoá các bộ mã

hoá tiếng nói theo một số tiêu chí.

Các đặc tính của tiếng nói:

Tiếng nói có một số tính chất có thể khai thác được trong

thiết kế các bộ mã hoá hiệu quả cao (có độ nén tín hiệu lớn):

- Tính chất có phổ hạn chế: Tiếng nói có thể hạn phổ mà

không mang lại sai số thụ cảm đáng kể, suy ra ta có thể

áp dụng định lý lấy mẫu với tốc độ mẫu hữu hạn và

tiếng nói có thể khôi phục lại “hoàn toàn” từ chuỗi tín

hiệu mẫu. Đây là cơ sở của thuật toán lấy mẫu- rời rạc

hoá.

- Tính chất có hàm mật độ xác suất của trị biên độ là

không đều: Pdf của biên độ tiếng nói là môt hàm không

đều: Tín hiệu có biên độ rất lớn có một xác suất xảy ra

nào đó, còn tín hiệu có biên độ xấp xỉ 0 thì có một xác

suất xảy ra rất lớn. Pdf giảm đơn điệu từ các giá trị biên

độ xấp xỉ 0 tới các giá trị biên độ rất lớn (pdf chính xác

thì phụ thuộc vào độ rộng băng của tín hiệu và vào các

điều kiện ghi âm).

+ Pdf dài hạn (long- time pdf):

(3.7)

pdf này có đỉnh tại giá trị x = 0 là do trong tiếng nói rất

thường có các đoạn nghỉ và các đoạn có mức biên độ thấp.

+ Pdf ngắn hạn (Short- time pdf): Thường được xấp xỉ bằng

phân bố chuẩn Gauss. Pdf ngắn hạn thườngđược ứng dụng

trong lượng tử hoá không đều.

28

- Tính chất hàm tự tương quan (ACF: Auto Correlation

Function)

Tương quan rất lớn giữa các mẫu liên tiếp của tiếng nói

phần lớn có thể dễ dàng dự đoán được từ các giá trị của

các mẫu trước đó. Là cơ sở của các thuật toán dự đoán.

ACF:

(3.8)

x(k): mẫu tiếng nói thứ k, ACF thường được chuẩn hoá theo

phương sai của tín hiệu tiếng nói, do đó giá trị của ACF hạn chế

trong khoảng [-1; 1] với C(0) = 1. Các tín hiệu tiếng nói tiêu

biểu có trị hàm tương quan mẫu kế bên (C(1)) thường là 0,85-

0,9.

- Hàm mật đổ phổ công suất (PSD: Power Spectrum

Density)

PSD của tín hiệu tiếng nói có tính chất là một hàm không

đều nên có thể có được sự nén tín hiệu đáng kể nhờ việc

mã hoá tiếng nói trên miền tần số.

Độ đo định lượng của tăng ích mà cực đại lý thuyết có thể

đạt được nhờ khai thác đặc tính PSD không đều là SFM (độ đo

mức độ bằng phẳng của phổ: Spectrum Flatness Measure). SFM

là tỷ số trung bình số học và trung bình hình học của các mẫu

PSD được lấy trên các khoảng tần số cách đều:

(3.9)

Trong đó, Sk là mẫu tần số thứ k của PSD của tiếng nói.

Tiêu biểu: Các tín hiệu tiếng nói có giá trị SDM dài hạn

bằng 8 và SDM ngắn hạn biến đổi trong một dải rộng từ 2 ữ

500.

c, Phân loại mã hoá tiếng nói

Sơ đồ cấu trúc phân loại:

29

Các bộ mã hoá tiếng nói

Các bộ mã hoá dạng sóng Các bộ mã hoá nguồn

Miền thời gian Miền tần số LPC Hybrid Vocoder

Không vi sai

Vi sai

ADPCM Delta SBC ATC

Chú giải:

LPC: Linear Predictive Coding: Mã hoá dự đoán tuyến tính.

SBC: Sub- Band Coding: Mã hoá băng con.

ATC: Adative Transform Coding: Mã biến đổi thích nghi.

ADPCM: Adative Differential PCM: PCM vi sai thích nghi.

* Các đặc điểm cơ bản:

- Các bộ mã hoá dạng sóng: Về nguyên tắc được thiết kế

để có được tính chất độc lập với nguồn tín hiệu, do đó có thể mã

hoá như nhau đối với một loạt các loại tín hiệu (tiếng nói, tín

hiệu truyền thanh, truyền hình…). Ưu điểm: Đơn giản, thích hợp

với nhiều tính chất khác nhau của tín hiệu và có cường độ mạnh

trên môi trường có nhiều tạp nhiễu. Tuy nhiên, các bộ mã hoá

dạng sóng chỉ đạt được mức độ tiết kiệm về tốc độ bit nhỏ.

- Các bộ mã hoá nguồn: Rất tiết kiệm bit song nói chung

độ phức tạp cao. Chúng được xây dựng trên các hiểu biết tiên

nghiệm về tín hiệu được mã hoá.

3.3.2. Mã hoá băng con

a, Mã hoá miền tần số tín hiệu tiếng nói

Phương pháp này được đề xuất năm 1979, tín hiệu này

được chia thành một tập các thành phần tần số rồi được lượng

tử hoá và mã hoá riêng biệt. Bằng cách này, các băng tần số

khác nhau có thể được mã hoá một cách có ưu tiên theo một

30

tần số tiêu chuẩn thụ cảm cho từng băng, nhờ đó tạp âm lượng

tử có thể được nén bên trong các băng và tránh được việc tạo ra

các méo hài bên ngoài băng. Ưu điểm: Số bit dùng để mã có

thể thay đổi được và có thể chia sẻ giữa các băng khác nhau.

b, Mã hoá băngcon

- Phép lượng tử hoá là một thuật toán phi tuyến, gây ra các

sản phẩm méo có phổ rộng. Tai người thì không nhận biết các

méo này như nhau ở mọi tần số, do đó có thể nhận được một sự

cải thiện đáng kể về chất lượng bằng cách mã tín hiệu theo các

băng hẹp SBC, do đó có thể xem được như một phương pháp

kiểm soát và phân phối tạp âm lượng tử một cách thích hợp trên

toàn băng tín hiệu.

- Trong SBC, tiếng nói được chia thành 4 hay 8 băng con

nhờ một loạt các mạch lọc. Sau đó, từng băng con được lấy

mẫu và mã hoá với độ chính xác khác nhau tuỳ theo tiêu chuẩn

thụ cảm.

Việc chia các băng con có thể tiến hành theo 2 cách:

Chia đều, song tuỳ theo tiêu chuẩn về méo thụ cảm

được mà mã từng băng với một tốc độ bit riêng khác

nhau.

Chia không đều băng tiếng nói thành các băng con có

đóng góp như nhau về lượng méo thụ cảm được.

Thí dụ:

1 200- 700 Hz

2 700- 1310 Hz

3 1310- 2020 Hz

4 2020-3200 Hz

Do tai người có độ nhạy cảm theo hàm mũ đối với tần số,

một dạng đặc biệt của cách chia băng con thứ nhất là chia theo

thang mũ octave chứ không chia đều thành các băng con.

31

- Phương pháp xử lý:

Các băng con được đưa về gốc tần số nhờ các sóng mang

con bằng điều chế đơn biên.

Sơ đồ khối:

+ Bộ mã hoá.

+ Bộ giải mã tiếng nói SBC.

Chú giải:

LP Translator: Bộ biến đổi băng gốc (thông thấp).

Decimator: Bộ tách/chiết (nén).

Interpolator: Bộ nội suy.

BP tranlator: Bộ biến đổi về giải thông băng con.

4.3.3. Vocoders

a, Giới thiệu chung

Vocoders là một lớp các hệ thống mã hoá tiếng nói thực

hiện phân tích tín hiệu thoại tại máy phát, truyền đi các thông

số về mô hình tiếng nói có được từ quá trình phân tích. ở phần

thu thực hiện tổng hợp lại tiếng nói bằng các thông số nhận

được.

Về cơ bản, mọi hệ thống vocoder đều có mô hình hoá quá

trình tạo tiếng nói như một hệ thống động và cố định lượng các

ràng buộc vật lý nhất định của hệ thống. Vì vậy, vocoder phức

32

LP Translator Decimator Encoder

Multipl-exer

LP Translator Decimator Encoder

s(t)

LP Translator Decimator Encoder

Demux

LP Translator Decimator Encoder

ểs(t)

tạp hơn các bộ mã hoá dạng sóng và có mức độ tiết kiệm bit rất

cao (có thể mã hoá tiếng nói với tốc độ bit thấp quãng 2 kb/s).

Mô hình tạo tiếng nói:

Các thông số tiếng nói quan trọng:

- Spitch frequency < 300 Hz.

- Pole frequency

Với người lớn: là các tần số cộng hưởng của ống

âm thanh trong bộ máy phát âm của con người

- Các thông số biên độ của kích thích trong đó kích thích

phân 2 trường hợp: Âm hữu thanh (kích thích là một

xung hay một dãy xung) và âm vô thanh (kích thích là

một nguồn tạp).

Các vocoder cho ra tín hiệu tiếng nói đã mã rất kém chịu

tạp âm và chất lượng tiếng nói khôi phục thường phụ thuộc

nhiều vào người nói. Dạng phổ cập nhất của các vocoder là LPC

vocoder.

b, LPC vocoder

Thuộc lớp vocoder miền thời gian, LPC vocoder tách lấy

các đặc điểm quan trọng trong tiếng nói từ dạng sóng thời gian

của tín hiệu tiếng nói.

33

Noise sourse

Pulse sourse

Nguồn tạp

Nguồn xung

Nguồn thứ cấp

AnalizerTiếng nói lối vào

VocalTractfilter

Thông số kích thích

Bộ lọc ống phát thanh

Tiếng nói tổng hợp

được

Thông số lọc

Âm vô thanh

Âm hữu

thanh

Có khả năng truyền tín hiệu tiếng nói có chất lượng tốt ở

tốc độ 4,8 Kb/s và chất lượng thấp hơn ở các tốc độ thấp hơn

(tới 2 Kb/s).

c, LPC kích thích đa xung

Atal chỉ ra rằng bất luận điểm kích thích xung nằmg ở đâu,

nếu chỉ kích thích 1 xung/pitch period thì gây ra các méo rất lớn. ở

đây sử dụng 8 xung/pitch period với biên độ và vị trí xung được

điều chỉnh thích hợp theo sai số trung bình bình phương đã

được tính trọng số về phổ (nhằm cực tiểu).

Đặc điểm: LPC kích thích đa xung cho chất lượng tiếng nói

tốt hơn nhiều do không chỉ độ dư dự đoán đã được xấp xỉ tốt

hơn bằng nhiều xung/pitch period mà còn do thuật toán đa xung

không đòi hỏi phải nhận biết và tách pitch.

d, LPC kích thích mã (Code exited LPC: CELP coder)

e, LPC kích thích dư (Residual exited LPC: CELP)

3.3.4. Chọn lựa phương pháp mã hoá trong thông tin

di động

a, Nguyên tắc

- Việc chọn lựa phương pháp mã hoá trong thông tin di

động căn cứ vào các yêu cầu về chất lượng tiếng nói,

mức độ phức tạp thiết bị, băng tần được sử dụng, mức

độ tiêu thụ nguồn, độ trễ xử lý…

- Việc chọn lựa cũng căn cứ vào kích thước tế bào.

3.4. Mã hoá kênh và ghép xen

3.4.1. Mã hoá kênh

a, Giới thiệu chung

* Cơ sở lý thuyết mã hoá kiểm soát lỗi:

Định lý Shannon:

(3.10)

trong đó:

P: Công suất tín hiệu thu.

34

do đó,

(3.11)

C/B: Hiệu quả băng tần.

- Mã hoá chống nhiễu là việc đưa vào lượng dư thừa (các

bit dư) vào dữ liệu được truyền nhằm cải thiện chất lượng

truyền dẫn khi tín hiệu chịu nhiễu, mép, pha đinh, hiệu ứng Đôp

le…

- Các bit dư được tính từ các bit thông tin và được sử dụng

trong quá trình phát hiện và sửa lỗi ở phần thu.

* Các đặc điểm:

- Việc tăng thêm bit dư có thể cải thiện BER rất tốt tại các

giá trị SNR thấp, tuy vậy lại làm giảm hiệu quả băng tần do B

tăng rất lớn. Vì vậy, cần phải mã hoá thích hợp (các loại mã hoá

khác nhau, tín hiệu dữ liệu và tín hiệu điều khiển phải được mã

khác nhau, các bit có tầm quan trọng khác nhau phải được mã

khác nhau).

- Cần áp dụng ghép xen nhằm giảm “tải” cho quá trình mã

hoá.

* Phân loại mã:

- Mã khối: Mã khối là các mã FEC cho phép phát hiện và

sửa lỗi một số giới hạn các lỗi mà không cần phát lại, nhờ vậy

có thể cải thiện đáng kể chất lượng truyền dẫn một khi các biện

pháp khác (tăng công suất phát hay áp dụng các bộ giải điều

chế phức tạp…) trở nên không thực tế.

Trong mã khối, các bit kiểm tra được thêm vào các bit

thông tin tạo nên các từ mã hay các khối mã.

Số bit của một từ mã là: n

Số bit thông tin: k

Số bit dư: n – k

Tốc độ mã: k/n = RC

Ký hiệu mã (n, k)

35

Thông số quyết định khả năng sửa lỗi: Khoảng cách tối

thiểu giữa các từ mã Ci và Cj dmin được xác định như sau (xét với

mã nhị phân):

Khoảng cách giữa các từ mã Ci và Cj

(3.11)

trong đó:

Ci,l , Cj,l là các bit thứ l của các từ mã Ci, Cj

Khoảng cách tối thiểu giữa các từ mã Ci và Cj dmin:

(3.12)

Các khả năng phát hiện và sửa lỗi:

Gọi t là bội lỗi có thể phát hiện hoặc sửa:

Định lý:

- Phát hiện:

- Sửa :

- Mã chập: Chuỗi thông tin không được nhóm thành các

khối để mã. Việc mã hoá được thực hiện nhờ chuỗi thông tin

qua một bộ ghi dịch trạng thái hữu hạn. Tổng quát, bộ ghi dịch

gồm N (k bit) tầng và m bộ tạo hàm đại số tuyến tính dựa trên

đa thức sinh.

N: độ dài ràng buộc.

Tốc độ mã:

ý nghĩa của N: Số các bit dữ liệu lối vào mà bit lối ra phụ

thuộc.

Đặc điểm: Giải mã phức tạp song có khả năng to lớn chống

lỗi.

Trong thông tin di động áp dụng cả mã khối lẫn mã chập.

1 …………. k

1

1 …………. k

2

1 …………. k

3

K bitdữ liệu

N tầng

36

b, Một số tính chất liên quan

* Cải thiện chất lượng nhờ kết nối tầng các bộ mã:

- Một lượng dư được thêm vào nhờ áp dụng một mã nào

đó, sau đó nhờ sử dụng một mã khác nhằm tăng lượng dư thừa.

Khi đó, hiệu quả sửa sẽ tăng cao.

* Rút ngắn mã:

- Một mã (n, k) có thể rút ngắn được thành mã (n-b, k-b)

trong đó b là số bit mã thông tin được rút ngắn. Khi đó khả năng

sửa của mã tăng.

3.4.2. Ghép xen

a, Giới thiệu chung

Ghép xen là quá trình sắp xếp lại trật tự của một từ mã

trước khi truyền đi. ở phần thu, quá trình khôi phục (sắp lại) trật

tự được gọi là giải pháp xen. Mục đích của ghép xen là phân tập

về thời gian, giải tương quan lỗi (cụm lại trên kênh do pha đinh,

nhiễu…)

Trả giá: Độ trễ xử lý tăng cao và tiêu tốn bộ nhớ để trữ các

từ mã trước khi truyền.

b, Các loại ghép xen

* Ghép xen khối

Đặc điểm:

- Đọc vào thành các cột.

- Đọc ra như những từ mã n bit (theo hàng).

1 m+1

………………….

2 m+2

.

.

.

.m

m 2m nm

m hàng (D)

Đọc ra các bit đưa tới MOD (1 hàng/lần)

Đọc ra các

bit từ bộ mã hoá

n cột W

37

- Trễ xử lý: 2 DW ; Bộ nhớ: WD

* Ghép xen cuốn:

3.5. điều chế và san bằng trong thông tin di động

3.5.1. Điều chế trong thông tin di động

a, Giới thiệu chung

- Nhiệm vụ: Điều chế thực hiện biến bản tin cần truyền (tín

hiệu thoại analog trong các hệ thống 1G, các tín hiệu dữ liệu

trong các thế hệ 1G, 2G…) thành tín hiệu cao tần dạng sóng

liên tục để truyền đi. Việc điều chế cần đạt được hiệu quả băng

tần cao và thích hợp với đặc tính kênh.

- Đặc tính kênh truyền:

+ Có pha đinh, tạp nhiễu mạnh.

+ Băng tần rất hạn chế.

Mép phi tuyến lớn do công suất trạm gốc thường lớn.

- Các loại điều chế thông thường trong các hệ thống thông

tin di động:

+ Thế hệ 1 (1G): Tín hiệu thoại analog có phổ khá hẹp,

việc điều chế có thể thực hiện được bằng phương pháp điều tần,

cho phép đơn giản thiết bị, ít nhạy cảm với méo phi tuyến mà

độ rộng vẫn khá hẹp (25 KHz/kênh).

+ Thế hệ 2 (2G): Tín hiệu thoại được số hoá, có phổ rộng.

+ Thế hệ tương lai: Do nhu cầu về dịch vụ và loại hình dịch

vụ phát triển (từ thoại và số liệu tốc độ thấp đến đa phương

tiện) nên tốc độ bit/kênh tăng cao. để tăng hiệu quả phổ ta phải

sử dụng các phương pháp điều chế tiết kiệm phổ cao.

b, Một vài sơ đồ điều chế trong các hệ thống thông tin di

động tiêu biểu thế hệ 2

* Hệ thống CDMA IS- 95 của Mỹ.

Loại điều chế BPSK trên mỗi một trục, tổng hợp lại như tín

hiệu QPSK.

Sơ đồ khối:

38

* Hệ thống GSM ở châu Âu:

Loại điều chế: GMSK.

Nguyên tắc: Là điều chế tần số pha cực tiểu MSK với việc

lọc tín hiệu số trước khi đưa tới VCO bằng bộ lọc Gauss tạo ra

phổ tín hiệu hẹp.

Sơ đồ khối:

Các biểu thức:

(3.13)

Bộ tổng hợp

tuyến tính số

ể

PNI Cos (2fct)

Filter

PNQ Sin (2fct)

Tới RF

Filter

Synch.ch

Paging.ch

Traffic.ch

Filter

H(p)Chuỗi bit

VCO

Tín hiệu GMSK

h(t)

tChuỗi bit

tLối ra lọc

39

(3.13)

trong đó:

B: Độ rộng băng lọc 3 dB.

T: Độ rộng 1 bit.

Với GSM: BT = 0,3 suy ra phổ rộng = 100 KHz/kênh vô

tuyến.

3.5.2. San bằng trong thông tin di động

a, Chức năng của san bằng trong thông tin di động

- Do điều chế phổ hẹp, sự tạo dạng xung không kết thúc

trong một khoảng TS dẫn đến hiện tượng ISI. (do đặc tính kênh

thông tin di động là giới hạn bằng một cách quá mức nhằm đạt

hiệu quả phổ cao).

- Do kênh vô tuyến phân tán theo thời gian (do truyền dẫn

đa tia của tín hiệu) nên dẫn đến hiện tượng ISI.

Nhiệm vụ của san bằng kênh là loại bỏ ISI tại đầu thu

nhằm khôi phục lại tín hiệu chính xác. Do kênh vô tuyến di động

biến đổi ngẫu nhiên theo thời gian nên san bằng phải có tính

thích nghi.

Một bộ san bằng thích nghi thường công tác trong hai

chế độ:

- Huấn luyện (training mode).

- Bám (tracking mode)

Bộ san bằng kênh, xét về bản chất là một bộ có nhiệm vụ

bù các biến thiên của đặc tính biên độ và đặc tính trễ pha của

kênh cũng như việc điều chỉnh thích nghi nó nhằm bù một dải

trung bình nào đó các đặc tính nói trên của kênh.

Việc huấn luyện có thể thực hiện dựa trên 1 chuỗi bit giả

ngẫu nhiên hay một chuỗi bit cố định có mẫu biết trước ở phần

thu. Sau thời gian huấn luyện, đặc tính kênh được bù nhờ phần

thu căn cứ vào chuỗi huấn luyện để điều chỉnh thích ứng tới

trạng thái gần tối ưu bộ san bằng, sau đó hệ thống được chuyển

sang chế độ bám.

40

Các bộ san bằng thích nghi hoạt động trên thuật toán

truy toán (lặp) nhằm tối thiểu hoá ISI hay sai số trung bình bình

phương giữa đặc tính kênh mong muốn và đặc tính kênh thực.

Các bộ san bằng có thể thực hiện tại trung tần hay tại

băng tần gốc.

b, Sơ đồ khối tổng quát một bộ san bằng thích nghi

3.6. Kiểm soát công suất và đồng bộ trong thông tin di

động

3.6.1. Kiểm soát công suất trong thông tin di động

a. Mục đích của kiểm soát công suất trong thông tin di

động

- Kiểm soát công suất trong thông tin di động được thực

hiện nhờ thu, đo tín hiệu nhằm điều khiển thay đổi thích hợp

công suất phát.

- Kiểm soát công suất trong thông tin di động nhằm 2 mục

đích:

+ Tiết kiệm nguồn cho máy di động nhằm kéo dài thời gian

giữa 2 lần nạp ắc quy.

+ Giảm thiểu can nhiễu giữa các người sử dụng, mục đích

này khác biệt giữa các hệ thống khác nhau (CDMA và TDMA).

- Đối với các hệ thống TDMA/ FDMA như GSM, các máy di

động công tác trên các khe thời gian khác nhau hoặc trên các

tần số khác nhau, do vậy khả năng gây nhiễu lẫn nhau rất nhỏ

nếu việc đồng bộ và gióng thời gian (time alignement) được

thực hiện tốt. Kiểm soát và điều khiển công suất đối với các hệ

thống này đòi hỏi không quá ngặt nghèo và chủ yếu nhằm tiết

kiệm nguồn ắc quy cho máy di động.

- Đối với các hệ thống CDMA, có vấn đề về hiệu ứng xa-

gần (near- far effect), dẫn dến đòi hỏi về kiểm soát và điều

khiển công suất rất ngặt nghèo. Điều khiển công suất không tốt

sẽ dẫn đến số người sử dụng đồng thời trong một tế bào giảm

mạnh. Hiệu ứng xa- gần có thể giải thích sơ lược như sau:

41

Giả sử không có điều khiển công suất và mọi máy di động

đều phát cùng một công suất P. Ta hãy xét trường hợp chỉ có 2

người sử dụng đồng thời.

Khi 2 người sử dụng ở cùng một khoảng cách d với trạm

gốc: Công suất thu được Pr1 = Pr2 hay Pr1/Pr2 = 1 , đối với MS2 thì

Pr1 là nhiễu.

Giả sử MS1 tiến lại gần trạm gốc ở cự ly d/2, khi đó công

suất Pr1 = 16 Pr2 (do tổn hao đường truyền theo quy luật mũ 4

so với quãng đường truyền dẫn). Tức là Pr1/Pr2 = 16, mức nhiễu

tăng. Pr1 có thể thay bằng 16 nguồn nhiễu là 16 MS ở cự ly d.

Giả sử P2/Pr1 = 1/16 là mức ngưỡng tỷ số tín/nhiễu còn cho phép

thu được tốt. Khi đó, lẽ ra 17 người sử dụng ở cùng khoảng cách

d cũng có thể công tác thì chỉ còn 2 người có thể công tác đồng

thời được với một người (MS) ở cự ly d và 1 MS ở cự ly d/2. Tức

là hiệu ứng gần- xa làm giảm số người có thể đồng thời công

tác. Để tăng số người có thể đồng thời công tác phải thực hiện

điều khiển công suất sao cho Pri = Prj với mọi i, j.

b, Điều khiển công suất trong các hệ thống TDMA

Do điều khiển công suất trong các hệ thống TDMA đòi hỏi

không quá ngặt nghèo nên điều khiển công suất có thể thực

hiện được một cách đơn giản như sau:

- Trong quá trình công tác, máy di động luôn thu, đo tín

hiệu thu được từ trạm gốc và phát báo cáo về BS mức điện thu

được.

- Căn cứ vào thông số đo, BS tính ra cự ly BS- MS và ra

lệnh điều khiển công suất máy phát MS về giá trị thích hợp.

c, Điều khiển công suất trong các hệ thống CDMA

* Trong các hệ thống CDMA, giải pháp điều khiển công

suất nhằm:

- Duy trì chất lượng thoại cho hầu hết các MS đang công

tác trong cùng tế bào.

- Tăng dung lượng hệ thống tổng cộng trong khi vẫn duy

trì chất lượng thoại.

42

- Giảm công suất phát trung bình của MS nhằm tiết kiệm

pin.

* Các giải pháp điều khiển công suất bao gồm:

- Điều khiển công suất hướng đi: Là một quá trình điều

khiển vòng kín chậm, căn cứ vào các báo cáo về tỷ lệ lỗi khung

(FER: Frame Error Rate) mà các MS báo về, trên cơ sở đó sẽ ấn

định công suất hướng đi cho các kênh logic khác nhau một cách

thích hợp nhờ điều khiển tăng ích theo từng kênh logic (kênh

pilot, kênh biên độ, kênh paging, các kênh traffic…). Nhờ vậy,

các MS ở xa cũng như ở gần đều có cùng chung lượng tín hiệu

thu.

- Điều khiển công suất hướng về: Bao gồm:

+ Điều khiển vòng hở: MS đo công suất tín hiệu pilot và tự

tính phải điều khiển thô công suất phát của mình thế nào.

+ Điều khiển vòng kín: Gồm 2 vòng điều khiển: Vòng trong

và ngoài.

Chất lượng thoại trong CDMA không chỉ duy trì được nhờ

duy trì Eb/N0 > mức ngưỡng mà còn phải nhờ duy trì FER < mức

ngưỡng. FER có quan hệ khá chặt chẽ với Eb/N0. Do đó, điều

khiển công suất liên quan tới FER và Eb/N0.

* Vòng trong:

- BS đo công suất thu được từ MS trên kênh hướng về.

- So sánh với một ngưỡng (ấn định bởi FER xác định bởi

nhà điều hành).

- Ra lệnh điều khiển công suất phát MS, MS theo đó điều

khiển công suất của mình.

* Vòng ngoài:

- BS đo Eb/N0 trung bình theo từng PCG (Power Control

Group) dài 1,25ms.

- Eb/N0 đo được được so với Eb/N0 mục tiêu.

43

- Nếu Eb/N0 > Eb/N0 mục tiêu thì ra lệnh “up” (tăng công

suất) cho máy di động.

- Nếu Eb/N0 < Eb/N0 mục tiêu thì ra lệnh “down” (giảm công

suất) cho máy di động.

- Sau mỗi khung điều khiển thì bộ đếm FER được đổi mới

nội dung và được sử dụng để điều chỉnh Eb/N0 mục tiêu.

Lưu đồ điều khiển công suất vòng kín hướng về (điều chế

tinh).

3.6.2. Đồng bộ trong thông tin di động

a, Vai trò đồng bộ trong thông tin di động số

* Đồng bộ trong thông tin di động số có các nhiệm vụ:

- Đồng bộ đồng hồ, đảm bảo lấy mẫu các tín hiệu trong dải

điều chế một cách đúng đắn nhằm đạt được Eb/N0 cao nhất.

Đặt FER mục tiêu(do nhà điều hành)

Đặt Eb/N0 mục tiêu (T)

Đặt Eb/N0 theo PCG (M)

So sánh Eb/N0 (M& T)

Ra lệnh ĐKCS của MS

Khung 20 ms thu được ?

Tính FER và địa chỉ Eb/N0 (T)(M& T)

Vòng ngoài

Vòng trong

N

Y

44

- Đồng bộ mã trải phổ PN trong CDMA nhằm đảm bảo tách

tín hiệu CDMA khỏi nền nhiễu, giảm tự nhiễu.

b, Đồng bộ đồng hồ (nhịp)

Đồng bộ đồng hồ trong thông tin di động cũng được thực

hiện bằng các DPLL.

c, Đồng bộ mã PN trong CDMA

Sự đồng bộ của chuỗi PN tại máy thu với chuỗi giả PN tại

máy phát là yếu tố cơ bản để nhận đúng tín hiệu. Việc mất đồng

bộ giữa các chuỗi này gây nên tự nhiễu.

Đồng bộ mã PN trong CDMA gồm 2 quá trình:

- Đồng bộ thô.

- Đồng bộ tinh.

1. Đồng bộ thô

Sơ đồ khối:

, chuỗi PN ở máy thu giả sử lệch so

với C(t) phần phát một lượng ọ (sai pha đầu), do đó ở lối ra

mạch nhân ta có:

(3.14)

Tín hiệu này được cho qua BPF sau đó tách sóng đường

bao. Giải thông BPF đủ rộng so với phổ m(t) (tín hiệu hữu ích

băng gốc) song đủ hẹp so với phổ của C(t).

Nếu sóng mang được điều chế với đường bao không đổi

thì:

(3.15)

S1(t)

S2(t)BPF Tách

sóng đường

bao

SS Dịch mãBộ tạo mã PN

S1(t)

Ngưỡng

S3(t)

c(t+ọ)

S3(t)

45

RC(ọ) là giá trị hàm tự tương quan của của C(t), RC(ọ) cực

đại tại ọ = 0, biên độ đầu ra bộ tách sóng đường bao do đó phụ

thuộc vào ọ.

Nếu biên độ S4(t) < ngưỡng thì điều chế là giảm ọ.

Quá trình thực hiện cho tới khi biên độ S4(t) vượt quá

ngưỡng thì chuyển sang chế độ dò tìm (đồng bộ tinh).

2. Đồng bộ tinh

Nhánh sớm:

Nhánh trễ:

(3.16)

Sau lọc mạch vòng nhằm loại bỏ ảnh hưởng của tạp âm,

tín hiệu e(ọ) sẽ điều khiển bộ tạo mã (điều khiển xung nhịp bộ

tạo mã để có e(ọ) = 0).

BPF Tách sóng

đường bao

BPF Tách sóng

đường bao

Tạo PN

Lọc mạch vòng

Tín hiệu tới

Sớm

Trễ

e(ọ)

+

-

ọ

|RC(ọ+TC/2)|

TC

ọ

|RC(ọ-TC/2)|

TC

46

Chương 4

Các mạng vô tuyến di động tiêu biểu

4.1. Mạng GSM- 930

4.1.1. Giới thiệu chung

a, Các tham số cơ bản

Cho tới năm 1992 tại châu Âu đã có 6 mạng tế bào tại 16

nước phục vụ tới 1,2 triệu thuê bao. Tuy nhiên các mạng này

không tương thích với nhau nên không đảm bảo khả năng lưu

động (roaming). Số thuê bao thấp dẫn đến giá thiết bị và dịch

vụ cao. Từ năm 1982, tổ chức CEPT đã thành lập nhóm chuyên

trách về thông tin di động GSM (Group Special Mobile) nhằm

xác định một hệ thống thông tin di động cho toàn châu Âu. Tới

năm 1986, nhóm GSM đã lựa chọn được tiêu chuẩn cho các hệ

thống vô tuyến di động tế bào số cho châu Âu với tên gọi GSM

(Global System for Mobile) hoạt động trên băng tần 900 MHz.

Từ năm 1991, các mạng GSM đã được đưa vào hoạt động tại

nhiều nước châu Âu, riêng tại Anh, hệ thống hoạt động trên

băng tần 1,8 GHz.

* Các tham số cơ bản của GSM

Các chỉ tiêu kỹ thuật và các thông số của GSM được mô tả

chi tiết trong 13 tập khuyến nghị của ESTI (European

Telecommunication Stanđar Insitute: Viện tiêu chuẩn viễn thông

châu Âu) được thông qua vào tháng 4- 1982. Các tham số cơ

bản của GSM như sau:

- Băng sóng:

890- 915 MHz (đường lên)

47

935- 960 MHz (đường xuống)

Các băng sóng này phân bổ cho 2 dải phòng vệ, mỗi dải

rộng 200 KHz, 124 cặp kênh vô tuyến (lên- xuống) mỗi kênh

rộng 200 KHz.

- Song công: FDD. Tần số sóng mang vô tuyến trên hai

băng sóng được xác định như sau:

(đường lên)

(n=1, 2, 3,…124) (đường xuống)

- Loại truy nhập: TDMA, 8 khe thời gian (TS0 ữTS7) trên một

sóng mang vô tuyến.

- Mã hoá tiếng nói: RPE- LPC, tốc độ 13 Kb/s (toàn tốc) và

6,5 Kb/s (bán tốc) dùng cho phase 2+.

- Mã kênh: Mã chập tốc độ 1/2 (1 bit vào, 2 bit ra), độ dài

ràng buộc 5. (Mã CC (2, 1, 5)), kết hợp với mã khối.

50 bit quan trọng nhất trong một khung 20 ms được mã

hoá khối với 3 bit dư. 53 bit đã mã khối này được ghép với 132

bit mã tiếng nói quan trọng, cùng 4 bit đuôi tạo nên khối 189 bit

và được mã chập tốc độ 1/2, tạo nên khối 378 bit. 78 bit mã

tiếng nói không quan trọng không được mã.

- Tốc độ truyền: Sau mã hoá tiếng nói, tốc độ bit sẽ là:

(toàn tốc)

Sau khi hoàn tất mã hoá kênh, tốc độ bit sẽ là:

Rất quan trọng

Quan trọng Không quan trọng

50 132 78

53 132 4

Các bit lối ra bộ mã hoá tiếng nói 78

Mã khốiCác bit đuôi ghép thêm

378 bit đã được mã 78 bit 0 mãSau mã hoá

kênh20 ms

48

Tốc độ bit của cả 1 kênh vô tuyến, gồm 8 kênh (8 khe thời

gian) và các tín hiệu tín hiệu huấn luyện (dò kênh), các bit cờ,

khoảng phòng vệ, các bit đồng bộ…, tổng công là 271 Kb/s.

- Ghép xen: áp dụng hai lần, nhờ đó việc mất cả một cụm

xung TDMA (mất toàn bộ bit trong một khe thời gian) chỉ dẫn

đến ảnh hưởng tới 12,5% số bit của một khung tín hiệu tiếng

nói.

- Điều chế số: GMSK với BT = 0,3 (B: Bandwidth: độ rộng

băng tín hiệu, T: Bit time interral: độ rộng 1 bit), do đó độ rộng

băng tín hiệu đã điều chế chỉ vào khoảng 1/3 độ rộng băng tín

hiệu băng gốc (50 KHz so với 150 KHz). Độ rộng băng tín hiệu

vô tuyến vào qoãng 100 KHz (chỉ cỡ 1/3 so với độ rộng băng của

tín hiệu PSK nhị phân). Nhờ vậy, suy giảm xuyên nhiễu giữa 2

sóng mang lân cận = 18 dB và > 50 dB giữa các sóng mang xa

nhau hơn.

- San bằng: áp dụng san bằng theo thuật toán Viterbi, giải

quyết được trải trễ tới 16 ỡs.

- Nhảy tần (option): Nhảy tần chậm, tốc độ 217 bước

nhảy/s. Tuỳ theo điều kiện địa hình và mức độ nhiễu tổng mà

nhà điều hành có thể chọn hay không chọn lựa cho nhảy tần. ở

Viện Nam không áp dụng.

- Công suất:

Công suất đỉnh: 2 W (cho máy cầm tay) và 20W cho máy

đặt trên ô tô.

Công suất trung bình: 0,25W ữ 2,5 W cho các loại nói

trên.

- Kiểm soát công suất: Có áp dụng điều khiển công suất

máy di động theo quy định của trạm gốc (BS).

- Chuyển điều khiển:

Có áp dụng, bảo đảm khả năng roaming.

Trễ điều khiển đối với chuyển điều khiển khi máy di động

chuyển từ Cell này đến cell khác không quá 480 ms.

b, Sơ đồ khối cơ bản hệ thống GSM- 900

49

Hoạt động của hệ thống:

- MS: Bao gồm đầu cuối di động máy thu, thực hiện các

chức năng từ mã hoá tiếng nói tới đầu ra máy phát (tuyến phát)

và từ đầu vào máy thu tới lối ra bộ giải mã tiếng nói (tuyến thu).

- Thiết bị đầu cuối TE: Gồm micro, bàn phím, màn hình…

Khi nối với một bộ phối hợp đầu cuối TA, máy di động có thể nối

tới máy truyền số liệu (modem).

- Sim: Modun xác nhận thuê bao, là một máy tính siêu nhỏ,

có bộ nhớ dữ liệu không bị mất khi cắt nguồn. Thiếu card Sim

này, MS chỉ có thể gọi các số khẩn cấp mà không thể thực hiện

được liên lạc thông thường. Sim được cung cấp bởi nhà điều

hành mạng (công ty điện thoại di động, như VMS hay Vinaphone

chẳng hạn) khi khách hàng đăng ký thuê bao.

- BS gồm:

Trạm thu phát gốc BTS thực hiện giao tiếp vô tuyến với MS

và giao tiếp với đài điều khiển trạm gốc BSC. BTS thực hiện mọi

chức năng thu, phát tương đương với mã hoá, giải mã tiếng nói

và chuyển đổi từ tiếng nói/ tín hiệu PCM (A/D và D/A) về phía

BSC.

BSC: Trạm điều khiển BS thực hiện một số chức năng

chuyển điều khiển, giao tiếp với MSC thông qua giao diện A

BTS

BTS

BTS

BSC

BS

NMC ADC

OMC OMC

MSC MSC

HLR VLR

AVC EIR

TE MT

MS

UM

BS

MS

50

(giao diện tiêu chuẩn viễn thông quốc tế). Tuyến liên lạc giữa

BSC và MSC là tuyến PCM tiêu chuẩn.

- MSC: Tổng đài di động.

+ Thực hiện chuyển nối các cuộc gọi.

+ Quản lý máy di động bằng địa chỉ tạm thời (số thuê bao

di động lưu động MSRN).

+ Quản lý dịch vụ MS bằng dữ liệu về MS (thuộc vùng của

mình), được ghi trong VLR của mình.

+ Thực hiện nhận thực trạm di động (MS) bằng cách kết

hợp với HLR và trung tâm nhận thực của mạng (AVC).

Một số MSC có kết nối ra ngoài (tới tổng đài điện thoại của

PSTN chẳng hạn) gọi là các MSC cổng (GMSC). Một mạng GSM-

900 có thể gồm có một số MSC/VLR, trong đó một hay tất cả

các MSC đều là MSC cổng.

- HLR: Cơ sở dữ liệu của mạng, duy trì mọi thông tin về

thuê bao và ghi trữ tình trạng của mọi MS thuộc mạng: Rỗi-

bận/ hiện đang hiện diện tại MSC nào/ có nhập mạng hay đã dời

mạng.

- VLR: Cơ sở dữ liệu của MSC, ghi trữ thông tin của mọi MS

đang hiện diện trong vùng mà MSC quản lý: Rỗi- bận/ hiện đang

hiện diện trong vùng định vị (LA) nào.

- AVC: Trung tâm nhận thực của mạng, thực hiện kiểm tra

quyền truy nhập mạng của MS, thực hiện các thủ tục an ninh

mạng.

- EIR: Trung tâm kiểm soát phần cứng máy di động. Trên

mọi main board máy di động đều có một chip ghi số seri sản

xuất của máy đó, gọi là số của phần cứng. Mạng có thể thông

qua EIR đọc được số máy phần cứng đó của MS nhằm kiểm soát

đến cả phần cứng máy di động, chống việc lấy cắp máy di động.

- OMC, NMC, ADC: Là các khối có chức năng giám sát, điều

khiển, quản trị và bảo trì hệ thống, tính cước cuộc gọi.

- Quản lý di động: Mạng chỉ quản lý vị trí của MS tới vùng

định vị LA.

51

Hoạt động của hệ thống GSM với một cuộc gọi từ

một máy điện thoại cố định thuộc PSTN (Public

Switching Telephone Network: Mạng điện thoại

chuyển mạch công cộng) tới một máy di động

- Khi MS bật nguồn, MS sẽ quét 124 sóng mang đường

xuống của GSM để tìm sóng mang điều khiển phát thanh của tế

bào mà nó hiện diện. Sóng mang này có công suất lớn nhất

trong các sóng mang được sử dụng tại tế bào đó. Sau khi tìm

thấy sóng mang điều khiển phát thanh, MS sẽ đăng ký nhập

mạng để báo với mạng: MS đã nhập mạng, LA mà MS đang hiện

diện (số của vùng LA, gọi là LAI: Location Area Idensity, được

phát quảng bá thường xuyên trên sóng mang điều khiển phát

thanh). Khi đó, tại MSC/VLR mà MS đang hiện diện, bộ ghi

VLRsẽ dựng cờ rỗi của MS và ghi LAI của MS. Tại HLR, cờ nhập

mạng của MS sẽ dựng và số hiệu của MSC/VLR mà MS đạng

hiện diện được ghi lại. Sau khi đăng ký nhập mạng, nếu không

gọi đi thì MS chuyển về chế độ rỗi, chờ thu tín hiệu gọi mình và

liên tục duy trì đồng bộ, đồng chỉnh với trạm gốc BS của tế bào

mà nó đạng hiện diện.

- Khi một máy điện thoại cố định quay số một máy di động,

số máy chẳng hạn ABCDXXXXXX thì tổng đài cố định sẽ căn cứ

vào các số ABCD để định tuyến tới GMSC. GMSC sẽ gửi các số

còn lại tới HLR để thực hiện một cuộc gọi định tuyến. Số máy đó

được HLR của mạng dịch ra và tra để xác định MS được gọi

đang thuộc MSC nào và thông báo cho GMSC. GMSC sẽ kết nối

tới GMSC đó và báo cho MSC đó rằng MS có số hiệu như vậy có

cuộc gọi đến. MSC/VLR đó sẽ tra bộ ghi VLR của mình để biết

xem MS có rỗi không và hiện đang ở LA nào. Nếu MS đó đang

rỗi thì MSC sẽ ra lệnh báo gọi cho mọi tế bào thuộc LA đó và tất

cả BS thuộc LA đó sẽ nhất loạt báo gọi MS trên kênh nhắn gọi

(paging chanel) của mình.

- Khi MS nghe thấy hiệu gọi của mình trên kênh paging, nó

sẽ truy nhập mạng và BS sẽ đặt trên một kênh điều khiển hai

chiều (lên-xuống) cho nó. Trên kênh đó, MS sẽ nhận thực quyền

52

nhập mạng của mình với mạng rồi nhận lệnh chuyển về một

kênh thoại (kênh lưu lượng- traffic chanel) để tiến hành đàm

thoại.

4.1.2. Giao tiếp vô tuyến

a, Các kênh trong hệ thống GSM

- Kênh vô tuyến: Mỗi sóng mang GSM hình thành một kênh

vô tuyến, như vậy toàn mạng GSM có thể có 124 cặp kênh vô

tuyến.

- Kênh vật lý: Mỗi sóng mang GSM được phân chia về thời

gian thành 8 khe thời gian (TS: Time Slot), đánh số từ TS0 ữ TS7.

Mỗi TS hình thành 1 kênh vật lý. Do đó toàn mạng GSM có tổng

cộng 124 ữ 8 = 992 kênh vật lý.

- Kênh logic: Các bit thực hiện cùng chức năng hình thành

các kênh logic. Trong GSM có 11 kênh logic.

*Kênh lưu lượng:

Kênh lưu lượng (kênh dùng để đàm thoại), TCH (Traffic

chanel) gọi tắt là kênh T. Gồm hai loại kênh toàn tốc và

kênh bán tốc. Kênh toàn tốc có tốc độ mã hoá tiếng nói

là 13 kb/s, kênh bán tốc có tốc độ mã hoá tiếng nói là

6,5 kb/s. Hệ thống nào đã sử dụng kênh toàn tốc thì

không sử dụng kênh bán tốc và ngược lại, khi dùng bán

tốc (tốc độ giảm hai lần, do đó dung lượng giảm gấp

đôi) thì không dùng kênh toàn tốc (khi đó chất lượng

tiếng nói kém hơn).

Các kênh điều khiển: Gồm 9 loại, chia thành 3 nhóm

+ Nhóm kênh điều khiển phát thanh: Là các kênh đường

xuống phát quảng bá thường xuyên 24/24, bất luận trong tế

bào có MS nào hay không. Gồm 3 loại:

Kênh sửa tần FCCH (viết tắt là kênh F): Dùng để MC bám

và đồng chỉnh tần số với BS.

Kênh đồng bộ FCCH (viết tắt là kênh S): Dùng cho MC đồng

bộ đồng hồ với BS. Ngoài ra, trên kênh S còn truyền đi BC/C là

hiệu gọi trạm gốc. MS khi cần truy nhập mạng sẽ dùng BSIC để

gọi trạm gốc trên kênh truy nhập. Trên kênh S còn thông báo số

53

khung TDMA để MS sử dụng như một thông số cho quá trình mã

mật.

Kênh điều khiển phát thanh BCCH (viết tắt là kênh B) dùng

để thông báo cho MS biết mọi thông số và cấu trúc của mạng

bao gồm: Tế bào và mạng GSM nào, các tế bào xung quanh có

tần số sóng mang điều khiển phát thanh là các tần số nào, tế

bào có bị cấm không, số hiệu vùng định vị LAI của tế bào này là

gì.

+ Nhóm kênh điều khiển chung, gồm 3 loại:

Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (viết tắt là kênh R) dùng

để MS truy nhập mạng bằng cách phát BSIC (nghe được trên

kênh S) gọi trạm gốc. Đây là kênh đường lên.

Kênh trao quyền truy nhập AGCH (viết tắt là kênh G): Là

kênh đường xuống, dùng để MS ra lệnh đặt kênh điều khiển 2

chiều cho MS trong giai đoạn đầu MS truy nhập mạng.

Kênh nhắn gọi PCH (viết tắt là kênh P): Là kênh đường

xuống, dùng để BS phát hiệu gọi MS khi có cuộc gọi đến MS.

Chú ý: Do hoạt động trên kênh P và kênh G không bao giờ

đồng thời xảy ra nên chúng được sử dụng chung trên 1 kênh (ký

hiệu tắt là kênh C).

+ Nhóm kênh điều khiển riêng, gồm 3 loại:

Kênh điều khiển dành riêng, đứng riêng, DCCH (tắt là D):

Là kênh điều khiển hai chiều trên đó MS nhận thực với mạng.

Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (tắt là kênh SA), là

kênh đường lên –xuống, đi kèm với kênh D và kênh T. Cứ mỗi

một kênh D có 1 kênh SA đi kèm và mỗi một kênh T cũng có

một kênh SA đi kèm. Trên đường lên, kênh này truyền báo cáo

đo lường công suất do MS thực hiện trong các khe thời gian mà

MS không liên lạc. Trên cơ sở số liệu báo cáo công suất này,

BSC sẽ tính toán và ra lệnh trên đường xuống cho MS thực hiện:

* Điều chỉnh công suất cho thích hợp.

* Gióng thời gian: Do các MS có thể ở các cự ly khác nhau

tới trạm gốc lên mặc dù các MS đã đồng bộ đồng hồ với BS song

trễ truyền tín hiệu về đến BS của chúng có thể khác nhau và do

54

vậy trở lên không đồng bộ với đồng hồ của BS. Để đảm bảo

đồng bộ, căn cứ vào vị trí gần đúng của BS tính được nhờ số liệu

công suất đo lường được MS báo cáo liên tục trên kênh SA

(đường lên), BSC sẽ ra lệnh cho từng MS chỉnh lại đồng hồ

(gióng thời gian) cho thích hợp.

Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (tắt là kênh FA) là

kênh đường lên-xuống, đi kèm với kênh T. Kênh này được sử

dụng để báo hiệu điều khiển chuyển vùng (HO: Hand Over) khi

MS đang liên lạc và chuyển từ cell này sang cell khác. Để thời

gian gián đoạn liên lạc khi chuyển vùng không quá lớn, tốc độ

điều khiển phải lớn và kênh SA không đáp ứng được nên kênh

FA được tổ chức bằng cách “lấy cắp” các bit của kênh T để

truyền tín hiệu điều khiển.

b, Sắp các kênh logic trên các kênh vật lý:

Các kênh điều khiển được sắp trên các kênh TS0, TS1 của

sóng mang điều khiển phát thanh của tế bào, sóng mang này

được gọi là c0 và được phát quảng bá 24/24, bất luận có MS nào

hay không trong tế bào. Mọi TS khác, TS2 ữ TS1 của c0 và TS0 ữ

TS7 của các sóng mang khác trong tế bào được sử dụng cho

kênh T.

c, Cấu trúc các cụm, cấu trúc khung thực hiện trong GSM.

Khuôn thông tin trong một khe thời gian được gọi là một

cụm (burst). GSM có 5 loại cụm:

Cụm thường: Sử dụng trong truyền thông tin trên các

kênh lưu lượng (kênh T), các kênh điều khiển (trừ các

kênh R, S và F).

- Các bit mã: Là các bit mang thông tin (thoại hay số

liệu).

TB Các bit mã F Dò đường F Các bit mã TB GA

3 57 1 26 1 57 3 8,25

156,25 bit = 0,577 ms (271 kb/s)

55

- F: Bit cờ, chỉ thị các cụm 57 bit tin có bị lấy cắp làm

kênh FA hay không.

- Các bit dò đường: Là các bit huấn luyện dành cho san

bằng kênh.

- TB: Các bit đuôi cụm.

- GP: Khoảng phòng vệ, không phát thông tin dùng để

tránh việc chèn lên nhau giữa các tần số của các người

sử dụng khác nhau ở các cự ly khác nhau so với BS.

Cụm sửa tần: Dùng để truyền tin trên kênh F, dành cho

MS đồng chỉnh tần số với BS.

Trong thời gian các bit cố định, tần số c0 không được điều

chế và xuất hiện như một sóng mang cố định, do đó MS có

thể theo đó để đồng chỉnh tần số (các bit cố định là các bit

toàn không).

Cụm đồng bộ: Dùng để MS thu và đồng bộ đồng hồ với

MS.

Các bit mã: Chứa BSIC và số khung TDMA được MS dùng

để gọi BS (sử dụng BSIC) và làm tham số mã mật (số

khung TDMA).

Cụm truy nhập:

Dùng truyền tin khi MS truy nhập trên kênh R.

Do là cụm dùng để truyền tin đầu tiên khi MS truy nhập

mạng lên mức trội thời gian do khoảng cách các MS - BS là

TB Các bit cố định TB GP

3 142 3 8,25

156,25 bit = 0,577 ms (271 kb/s)

TB Các bit mã Dãy đồng bộ Các bit mã TB GP

3 39 64 39 3 8,25

156,25 bit = 0,577 ms (271 kb/s)

56

ngẫu nhiên có thể rất lớn, vì vậy khoảng phòng vệ phải để

dài hơn. Các cụm loại khác không cần để khoảng GP lớn vì

đã được dòng thời gian thông qua trao đổi thông tin trên

kênh SA.

- Các bit mã: Chứa BSIC làm hiệu gọi trạm gốc (BS).

- Dãy đồng bộ: Chứa thông tin đồng bộ đồng hồ, bảo đảm

để BS có thể đồng bộ được với MS trước khi gióng thời

gian.

Cụm giả: Được truyền đi từ BS tới MS trong các trường

hợp sau:

- Trên kênh P (G) khi không báo gọi và cũng không trao

quyền truy nhập.

- Trong quá trình liên lạc khi có phần ngưng nói.

Khuôn cụm giả giống khuôn cụm thường nhưng các đoạn

57 bit được thay bởi dãy bit có cấu trúc xác định.

4.1.3. Thủ tục nhận thực

a, Chức năng và các trường hợp

- Chức năng: Thủ tục nhận thực được sử dụng để kiểm tra

quyền truy nhập mạng của MS nhằm đảm bảo an ninh mạng,

chống lại các cố gắng truy nhập trái phép mạng và chống theo

dõi, nghe trộm cuộc liên lạc trên đường vô tuyến.

- Các trường hợp nhận thực:

+ Trong lần truy nhập đầu tiên khi nhập mạng.

+ Khi khởi phát một cuộc gọi hoặc đáp lại một cuộc gọi.

+ Khi đăng ký báo cáo mới (cập nhật) vị trí do nghe thấy

LAI mới trên kênh điều khiển phát thanh.

b, Thủ tục nhận thực

Do AVC đảm nhiệm, kết hợp với HLR và VLR. Thủ tục nhận

thực được tiến hành trên kênh D gồm hai khâu:

TB Dãy đồng bộ Các bit mã TB GP

3 41 36 3 68,25

156,25 bit = 0,577 ms (271 kb/s)

57

- Mạng cung cấp đồng bộ 3 chìa khoá nhận thực và bảo

mật gồm: Số ngẫu nhiên G, mật khẩu S và khoá mã mật

KC cho từng MS của mạng.

- Khi cần nhận thực, mạng gửi R cho MS, MS tính toán

mật khẩu S và gửi trả mạng. Mạng so sánh S nhận được

từ MS và S của mình, nếu giống nhau sẽ trao quyền truy

nhập cho MS.

Các thuật toán:

- Thuật toán tính S:

- Thuật toán tính KC:

A3 và A8 là các thuật toán công khai có trong khuyến nghị

của GSM.

Ki là số khoá cá nhân của từng thuê bao, chỉ lưu trữ tại HLR

và trong Sim card của thuê bao và không bao giờ phát trên

đường truyền vô tuyến.

c, Thí dụ

Giả sử một MS đang lưu động từ một LA này sang một LA

khác, khi thấy LAI mới trên một kênh điều khiển phát thanh của

tế bào (mới) thuộc LA mới, MS buộc phải đăng ký mới vị trí (cập

nhật vị trí) để khi cần mạng có thể tìm gọi MS.

Trong quá trình nhận thực này, MS cần phải thông báo với

mạng yêu cầu đăng ký cập nhật vị trí, mạng sẽ yêu cầu nhận

thực đồng thời sẽ ra lệnh MS đổi khoá mã mật và đổi hiệu gọi

tạm thời (TMSI) nhằm chống theo dõi MS thông qua nghe hiệu

gọi.

4.2. Mạng IS -95

4.2.1. Các tham số cơ bản

a, Giới thiệu chung

IS - 95 (Interim Standard) là chuẩn tạm thời của Mỹ được

thông qua năm 1993 cho mạng thông tin di động tế bào số thế

hệ 2. IS- 95 được xây dựng trên cơ sở các giải pháp kỹ thuật về

hệ thống CDMA của Qualcomn Ltd. Hiện nay, IS -95 đang được

58

sử dụng tại nhiều nước như: Mỹ, Hàn Quốc, Hồng Kông, Trung

Quốc…

Về cơ bản CDMA là hệ thống CDMA băng hẹp (phục vụ các

dịch vụ băng hẹp bao gồm thoại và số liệu tốc độ thấp) loại tế

bào. IS- 95 kết hợp cả CDMA và FDMA/FDD.

b, Các tham số kỹ thuật cơ bản

- Băng sóng: 828 – 849 MHz (đường lên).

869 – 894 MHz (đường xuống).

Băng sóng chia thành 20 kênh vô tuyến, mỗi kênh chiếm

một độ rộng bằng 1,25 MHz.

- Sơ đồ đa truy nhập: CDMA trải phổ DS, sử dụng bộ tạo

chuỗi PN (dài) gồm 42 khâu ghi dịch.

- Điều chế số: QPSK.

- Tốc độ truyền dữ liệu danh định: 9600 Kb/s

- Tốc độ chip: 1.2288 Mc/s

- Mã hoá và ghép xen: Mã hoá xoắn chập và kết hợp với

ghép xen khối.

- Phân kênh:

+ Hướng đi: Các kênh hướng đi được phân lập với nhau

nhờ sử dụng các mã Walsh trực giao, chia thành 64 kênh logic

gồm kênh pilot (W0), kênh đồng bộ (W22), kênh nhắn tìm (W1 ữ

W7), kênh lưu lượng (W8ữ W31, W33ữ W63).

+ Hướng về: Được phân lập theo PN code.

- Chuyển vùng: Mềm.

- Phân bố tần số: Mọi trạm thuộc một mạng có thể sử dụng

chung 1 tần số, do vậy phương án tần số rất đơn giản.

- Điều khiển công suất: Ngặt nghèo, thực hiện trên cả

hướng đi lẫn hướng về.

4.2.2. Các kênh của IS- 95

a, Kênh pilot

Được trạm gốc phát trong toàn bộ thời gian trên tần số của

cell hay sector. Là một tín hiệu trải phổ không điều biến để các

máy di động bám theo BS (đồng bộ tần số, đo công suất…)

Sơ đồ khối của kênh pilot:

59

Kênh pilot được trải phổ cầu phương bởi mã PN ngắn có

chu kỳ 32768-1 chip (bộ ghi dịch 15 khâu .

PNi và PNi khác nhau về đa thức sinh.

Công suất của kênh pilot cao hơn công suất các kênh khác

và quy định bán kính vùng phủ sóng của tế bào hay sector .

b, Kênh đồng bộ

Dùng để đồng bộ định thời mọi MS thuộc tế bào, phát

quảng bá liên tục. Tốc độ dữ liệu 1200 b/s. Ngoài thông tin định

thời, kênh biên độ còn tải các thông tin sau:

- Số nhận dạng hệ thống.

- Số nhận dạng mạng.

- Độ dịch thời gian mã ngắn của cell hay sector.

- Chuỗi thời gian (clock) của hệ thống.

- Trạng thái mã dài và tốc độ kênh nhắn tin.

Sơ đồ khối của kênh đồng bộ

Chuỗi bit 0

W0

PNi (t-ụa)

PNQ (t-ụa)

Tới bộ kết hợp

Mã hoávà lặp

Ghép xen khối

PNi

fNa

Tới bộ kết hợp và điều

chế cầu phương

W32

48 Kb/s

4,8 Kb/s

1200 b/s

60

Cấu trúc khung tín hiệu kênh đồng bộ

SOM: Bit khởi đầu bản tin (Start of Message).

Thân khung kênh đồng bộ: Chiều dài bản tin, thân bản tin,

CRC: Tạo thành bản tin kênh đồng bộ.

c, Kênh paging

Dùng để truyền thông tin điều khiển và các bản tin báo gọi

từ BS tới MS, công tác tại các tốc độ 9,6 ; 48 và 2,4 Kb/s.

Có tối đa 7 kênh nhắn tin trên một tế bào hay sector, khi

kênh nhắn tin không sử dụng thì có thể dùng làm kênh lưu

lượng.

Việc chọn tốc độ công tác kênh paging phụ thuộc vào nhà

điều hành mạng.

Một kênh nhắn tin toàn tốc (9,6 kb/s) có thể cung cấp 150-

180 cuộc nhắn gọi/s.

Sơ đồ khối kênh paging:

d, Kênh lưu lượng hướng đi

SOM Thân khung kênh đồng bộ

Đa khung 80 ms = 96 bit

26,66 ms = 82 bit

Mã hoávà lặp

Ghép xen khối

PNi

PNQ

Tới bộ kết hợp và điều

chế cầu phương

Wi

1,288 Mc/s

Tạo mã PN dài

Chia 1:64

61

Có thể có tối đa tới 63 kênh lưu lượng hướng đi (khi đó các

kênh nhắn tin và đồng bộ không sử dụng).

Tốc độ đầu ra bộ mã hoá tiếng nói biến đổi được với các

tốc độ 9,6 Kb/s ; 4,8 Kb/s ; 2,4 Kb/s ; 1,2 Kb/s. Khi tiếng nói hoạt

động thì tốc độ lối ra bộ mã hoá là 9,6 Kb/s. Khi tiếng nói ít hoạt

động thì tốc độ lối ra bộ mã hoá là trung bình( 2,4 Kb/s), khi

nghe thì tốc độ lối ra bộ mã hoá là 1,2 Kb/s.

- Kênh phụ điều khiển công suất:

Bit lệnh điều khiển công suất được chèn vào dãy dữ liệu

sau scrambl và không được mã hoá (bảo đảm điều khiển công

suất cho kịp thời). Bit điều khiển công suất “0”: Tăng công suất

MS ; “1”: Giảm công suất MS.

Lệnh điều khiển công suất được cập nhật từng 1,25 ms (16

lần trong một khung 20 ms tiếng nói).

Cách chèn:

e, Kênh hướng về

Mã chậpvà lặp

Ghép xen khối

Wj

PNQ

Bit ĐKCS

1,288 Mc/s

Tạo mã

PN dài

Chia 1:24

Data 9,6

Kb/s4,8

Kb/s2,4

Kb/s1,2

Kb/s

19,2 Kbps

MUX

PNi

Trải phổChia 1:64Mặt nạ

cho người sử

dụng thứ n

20 21… 23 0 1 2 3……………11 12 22 23

11 = 1 1 0 1

1,25 ms = 24 modulation symbol

t

Vị trí bit ĐKCS (=2 modulation symbol)

62

Kênh hướng về không được phân lập bởi mã Walsh do việc

các MS có cự ly tới trạm gốc không như nhau, do vậy tín hiệu

hướng về của chúng tại BS không đồng bộ với nhau nên tính

trực giao của mã Walsh không còn nữa.

Kênh hướng về được phân lập với nhau bởi các offset (dịch

vòng) các mã dài PN. Các mã dài PN sử dụng trong IS-95 có độ

dài 242 – 1, do đó với độ dịch vòng 64 chip, có thể có 236 bằng

khoảng 69 kiểu offset của mã PN tạo nên 69 kiểu chuỗi PN

tương đối trực giao nhau (tương ứng với 69 kiểu sử dụng PN

code).

Trong số 69 kiểu chuỗi PN, một số sử dụng để ứng dụng để

ấn định kênh truy nhập (32 kênh truy nhập/1 kênh paging

hướng đi), còn lại được sử dụng để phân lập kênh lưu lượng

hướng về. Mỗi người sử dụng được cấp một User PN code (một

offset của mã PN dài) dùng cho kênh lưu lượng.

Kênh truy nhập

Các PN code được ấn định cố định cho từng trạm/sector và

được thông báo trên kênh nhắn tin (paging). Việc sử dụng kênh

truy nhập có thể có xung đột giữa các người sử dụng.

Tốc độ kênh truy nhập: 48 Kb/s (cố định).

Sơ đồ khối:

Điều chế Walsh codes:

Số của hàm Walsh được chọn: .

Tốc độ sau điều chế: 28,8 Kb/s 64 Wchip/6coded bit =

307,2 KWc/s.

KWc/s: Kilowalsh chips/s.

Mã chậpvà lặp

Ghép xen khối

PNi

PNQ

MOD

Walsh codes

288 kb/s

288 kb/s

Mã PN dài

307,2kb/s

48 kb/s

RC = 1/3, k = q

14,4kb/s

1,2288 Mc/s

Được thông báo trên kênh paging

63

Kênh truy nhập được sử dụng để MS truy nhập nhằm khởi

tạo cuộc gọi hoặc trao đổi thông tin thực hiện chuyển vùng

(mềm).

Kênh lưu lượng hướng về

Sơ đồ khối:

DBR: Data Burst Randomizer (Bộ ngẫu nhiên hoá cụm dữ

liệu).

Nhiệm vụ của DBR: Tạo ra các mặt nạ phục vụ cho:

- Kênh phụ truyền PCG (Power Control Group).

- Thay đổi việc phát/không phát công suất tuỳ theo tốc độ

dữ liệu từ bộ mã hoá tiếng nói tới.

(Mặt nạ sẽ che không phát các symbol được lặp) nhờ vậy

giảm được nhiễu đối với các MS khác cùng tế bào.

Nhận xét: Walsh code được sử dụng với các mục đích khác

nhau trên hướng đi và hướng về:

- Hướng đi: Walsh code được sử dụng để phân kênh.

- Hướng về: Walsh code được sử dụng để điều chế trực

giao.

Mã chậpvà lặp

Ghép xen khối

PNi

PNQ

64-ary W Mod

Coded symbol288

kb/s

307,2kb/s

RC = 1/3, k = q

DBR

Tạo PN dài

Mặt nạ PN code cho user

n

64

4.2.3. Các thủ tục thiết lập cuộc gọi (tham khảo)

a, Gọi từ máy di động

b, Goi từ trạm gốc

4.3. Mạng dect

4.3.1. Giới thiệu chung

DECT được đưa ra vào năm 1922 làm tiêu chuẩn cho viễn

thông không dây số châu Âu.

Đặc điểm:

- Cự ly liên lạc ngắn, mật độ liên lạc lớn.

- Có khả năng tương thích với GSM và ISDM do có cùng

một tiêu chuẩn xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn về

OSI.

- Là một hệ thống điện thoại không dây vi tế bào hay siêu

vi tế bào, phù hợp tạo mạng liên lạc vô tuyến di động

trong một toà nhà.

- Phương pháp truyền vô tuyến: FDMA/ TDMA/ TDD; Số

tần số sóng mang: 10 ; Độ phân cách sóng mang: 1,728

MHz. Số tần số: 24/khung, chia làm 2 phần: 12 tần số

cho đường xuống và 12 tần số cho đường lên.

- Độ dài một khung DECT: 10ms.

- Cấu trúc 1 khung:

65

Tốc độ:

- Mã hoá tiếng nói: ADPCM 32 Kb/s.

- Hỗ trợ chuyển vùng chậm (cho người đi bộ).

- Dải tần số: 1880 MHz ữ 1900 MHz.

(1881,792 MHz ữ 1897,344 MHz = 10 chanels, mỗi chanel

= 1728 MHz).

- Mã chống nhiễu: Không dùng cho thoại.

- Điều chế: GMSK.

4.3.2. Sơ đồ khối

PH (Phone Handset): Máy điện thoại cầm tay.

RFP (Radio Fixed Pisrt): Trạm gốc.

CC (Cordless Controller): Đài điều khiển vô tuyến.

0 1 11 12 22 23

1 DECT frame = 24 tần số = 10 ms

32 388 Bit data 60

Synch.bits GP (Preamble)

Call Roating

PSTN

CC RFP

RFP

RFP

CC RFP

RFP

Các dịch vụ bổ sung

RH

RH

66

Call roating: Định tuyến.

Các dịch vụ bổ sung:

- Nhận thực máy di động.

- Tính cước.

- Quản lý di động.

67

Kho Ebook miễn phíKho Ebook miễn phíebookfree247.blogspot.comebookfree247.blogspot.com

Cơ sở Dữ liệu Hội thảo/Tham luậnCơ sở Dữ liệu Hội thảo/Tham luậnthuvienthamluan.blogspot.comthuvienthamluan.blogspot.com

Cơ sở Dữ liệu Giáo trình-Bài giảng Cơ sở Dữ liệu Giáo trình-Bài giảnggiaotrinh247.blogspot.comgiaotrinh247.blogspot.com

CHIA SẺ TRI THỨCCHIA SẺ TRI THỨC

68