Thong Tin Di Dong - Pham Huyen-dt12
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Thong Tin Di Dong - Pham Huyen-dt12 as PDF for free.
More details
- Words: 4,923
- Pages: 82
Chủ đề trình bày
THÔNG TIN DI ĐỘNG Sinh viên : Phạm Huyên Lớp : Điện tử 12 - K49
© DHBK 2007
Nội Dung Chủ Đề • • • •
Phần 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin di động Phần 2 : Hệ Thống GSM Phần 3 : Hệ Thống CDMA Phần 4 : Hướng phát triển trong tương lai
© DHBK 2007
Phần 1 :Tổng quan về hệ thống TTDĐ • • • • •
1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Cấu trúc hệ thống 1.3 Nguyên lý tế bào 1.4 Phương thức truy nhập 1.5 Băng tần của hệ thống
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển Giới thiệu : • Hệ thống thông tin di động tế bào số ( Digital communication systems ) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động ( Mobile systems) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm khác nhau trên một vùng địa lý ( hay còn gọi là các cell) • Người sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm
© DHBK 2007
1.1 Lịch sử phát triển • Ra đời vào những năm 1920 , hệ thống này sử dụng băng tần 35 Mhz và chỉ có 10 kênh. Mỗi kênh có độ rộng 40Khz. Hệ thống được điều khiển bằng tay và không có chuyển mạch . (Đây là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ ) • Năm 1946, hệ thống này được mở rộng ở băng tần 150Mhz. Dịch vụ thương mại đầu tiên được triển khai ở bang Missouri và được triển khai rộng rãi ở Mỹ cuối năm đó • Năm 1982 đánh dấu sự ra đời của hệ thống GSM (Group Special Mobile) sử dụng công nghệ TDMA , về sau đổi tên thành Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile communication)
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển • Việt Nam sử dụng GSM từ năm 1993 với nhà khai thác VNPT • Năm 1991 Qualcomn triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95 (Interim Standard-95A) • Việt Nam triển khai hệ thống di động theo công nghệ CDMA từ 7/2003 bởi S-fone . • Hiện nay , Việt Nam có tổng cộng 5 nhà cung cấp hệ thống di động với 6 mạng di động . Tổng số thuê bao di động ước chừng 20 triệu thuê bao và không ngừng gia tăng
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển • Các thế hệ : Thế hệ thứ nhất ( 1G ) Thế hệ thứ hai ( 2G ) Thế hệ thứ ba ( 3G )
© DHBK 2007
Thế hệ thứ nhất ( 1G ) • Hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM • Đặc điểm
Phương thức truy nhập : FDMA Dịch vụ chỉ là thoại Chất lượng rất thấp Bảo mật kém Hạn chế số người sử dụng …..
© DHBK 2007
Thế hệ thứ nhất ( 1G ) • Một số hệ thống điển hình Hệ thống AMPS : Advanced Mobile Phone System triển khai ở bắc Mỹ năm 1978 tại băng tần 800 Mhz Hệ thống NMT : Nordic Mobile Telephone triển khai ở các nước bắc Âu năm 1981 , sử dụng băng tần 450 Mhz Hệ thống TACS : Total Access Communication System được triển khai ở Vương quốc Anh vào năm 1985
© DHBK 2007
Thế hệ thứ nhất ( 1G ) • Thông số kỹ thuật của hệ thống AMPS ( Advanced Mobile Phone System ) Dải tần
Dải tần thu Dải tần phát Độ rộng phổ của kênh Số lượng kênh Phương thức truy nhập Phương thức ghép kênh Phương thức điều chế
869 – 894 824 – 849 30 Khz 833 FDMA FDD Điều tần FM
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Hệ thống thế hệ 2G có nhiều ưu điểm vượt trội so với 1G do sử dụng công nghệ số và các phương thức truy nhập, ghép kênh, điều chế mới…. • Hệ thống thông tin di động tế bào Dung lượng tăng Chất lượng thoại tốt hơn Hỗ trợ được các dịch vụ gia tăng ( truyền số liệu )
• Phương thức truy nhập : TDMA , CDMA băng hẹp ( Narrow Band )
• Phương thức chuyển mạch : Chuyển mạch kênh
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Một số hệ thống điển hình : GSM ( Global System for Mobile Communication ) -TDMA triển khai ở châu Âu D – AMPS (IS-136 – Digital Advanced Mobile Phone System) -TDMA được triển khai ở Mỹ IS – 95(CDMA one) -CDMA Triển khai ở Mỹ và Hàn Quốc PDC ( Personal Digital Cellular ) –TDMA Triển khai ở Nhật Bản
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Thông số kỹ thuật của GSM và DCS ( Digital communication System ) hay còn gọi là GSM1800 GSM GSM 1800 Dải tần :
Thu 935 – 960 Mhz 1805 – 1880 Mhz Phát 890 – 915 Mhz 1710 – 1785 Mhz Số lượng kênh 124 Số khe thời gian 8 Độ rộng phổ kênh 200 Khz Phương pháp truy nhập TDMA / FDM Phương pháp ghép kênh FDD Phương thức điều chế GMSK
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Thông số kỹ thuật của IS – 95 hay CDMA one Dải tần
Dải tần thu : Dải tần phát : Độ rộng phổ của kênh : Số lượng kênh : Phương thức truy nhập : Phương thức ghép kênh : Phương thức điều chế : Bộ lọc sử dụng : Mã hoá thoại : Tốc độ bit :
869 – 894 Mhz 824 – 849 Mhz 250 Khz 20 CDMA / FDMA FDD QPSK / OQPSK Cosin nâng < 9,6 kbps 48,6 kbps
© DHBK 2007
Thế hệ 2.5G • Bao gồm các dịch vụ số liệu cải tiến : Tốc độ bit cao hơn Hỗ trợ kết nối internet Triển khai được nhiều dịch vụ…..
• Phương thức chuyển mạch : Chuyển mạch gói ( Packet Switching )
• Ví dụ : • Hệ thống GPRS (General Packet Radio Services) Nâng cấp từ mạng GSM nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói • Hệ thống EDGE ( Enhance Data rate for GSM Evolution ) Hỗ trợ tốc độ bit lên đến 384 kbps , phát triển trên nền GSM
© DHBK 2007
Hướng phát triển từ 2G lên 3G 3G
2.75G Intermediate Multimedia
2.5G 2G
Multimedia
Packet Data
Digital Voice
1G Analog Voice
GPRS
GSM
EDGE
W-CDMA (UMTS)
384 Kbps
Up to 2 Mbps
115 Kbps
NMT
9.6 Kbps
GSM/ GPRS
TD-SCDMA
(Overlay) 115 Kbps
2 Mbps?
TDMA TACS
9.6 Kbps
iDEN 9.6 Kbps
iDEN PDC
(Overlay)
9.6 Kbps
AMPS
CDMA 1xRTT
CDMA
PHS
1984 - 1996+
14.4 Kbps / 64 Kbps
1992 - 2000+
PHS (IP-Based)
144 Kbps
64 Kbps
2001+
2003+
cdma2000 1X-EV-DV Over 2.4 Mbps
2003 - 2004+ Source: U.S. Bancorp Piper Jaffray
© DHBK 2007
Hướng phát triển từ 2G lên 3G • Tốc độ dữ liệu liên tục được cải thiện 2 Mbps
384 kbps 115 kbps
9.6 kbps GSM
1997
2000
GSM evolution
2003
2003+ 3G
© DHBK 2007
Thế hệ 3G • Có 2 (3 ?) hướng phát triển cho mạng thế hệ 3G W – CDMA : UTMS : ( Wideband – CDMA :Universal Mobile Telephone Service ) Ö Phát triển từ hệ thống GSM Æ GPRS ÖYêu cầu độ rộng cho mỗi kênh là 5 Mhz
CDMA 2000 1xEVDO : Ö Phát triển từ hệ thống CDMA IS – 95
TD – SCDMA : Được phát triển bởi Trung Quốc
© DHBK 2007
1.2 Cấu trúc hệ thống
© DHBK 2007
Cấu trúc hệ thống Trong đó : • HLR : Home Location Register : Bộ đăng ký định vị thường trú • VLR : Visited Location Register : Bộ đăng ký định vị tạm trú • AuC : Authentication Centre : Trung tâm nhận thực • MSC : Mobile Switching Centre : Trung tâm chuyển mạch di động
© DHBK 2007
1.3 Nguyên lý tế bào
© DHBK 2007
Nguyên lý tế bào • Cell ( Tế bào hay ô ) là đơn vị cơ sở của mạng . Ở đó trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS ( BS ) MS : Mobile Station BTS : Base Tranceiver Station ( Base Station )
© DHBK 2007
Phân loại Cell
Global Satellite Suburban
Macrocell
Urban
Microcell
Basic Terminal PDA Terminal Audio/Visual Terminal
In-Building
Picocell
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Macrocell : Macrocell có bán kính phủ sóng từ 3 – 35 Km . Thường được sử dụng để phủ sóng các vùng rộng lớn nhưng không có quá nhiều người sử dụng. Đặc điểm là số kênh sử dụng nhỏ và có công suất máy phát lớn
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Microcell / Picocell / Nanocell : Microcell được sử dụng trong những vùng có mật độ sử dụng cao , có bán kính phủ sóng từ 0,1 đến 1 Km. Việc chia nhỏ các cell làm cho số kênh và dung lượng của trạm gốc tăng , đồng thời làm cho công suất máy phát giảm . Picocell có bán kính phủ sóng từ 10 – 1 Km.Thường được sử dụng trong các văn phòng của toà nhà. Các Picocell còn có thể chia nhỏ thành các Nanocell có bán kính từ 1 – 10 m.
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Selective cell : Không phải lúc nào 1 trạm gốc trong 1 cell cũng cần phải phủ sóng toàn bộ 1 cell mà chỉ cần phủ sóng 1 vùng nào đó . Các cell sử dụng trong trường hợp đó gọi là Selective cell
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Umbrella cell : Trong trường hợp khi các MS di chuyển với tốc độ nhanh, vượt qua các cell nhỏ rất nhanh làm cho sự chuyển giao giữa các cell xảy ra nhanh. Khi đó , ta sử dụng Umbrella cell . Một Umbrella cell bao phủ vài Microcell , có công suốt lớn hơn Microcell . Khi tốc độ của MS quá nhanh thì MS được chuyển giao từ Microcell sang Umbrella cell làm giảm số lần chuyển giao
© DHBK 2007
1.4 Các phương thức đa truy nhập Có rất nhiều các phương pháp đa truy nhập như : • FDMA : Đa truy nhập phân chia theo tần số, phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau • TDMA : Đa truy nhập phân chia theo thời gian, phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau • CDMA : Đa truy nhập phân chia theo mã, phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau • PDMA : Đa truy nhập phân chia theo cực tính,phục vụ các cuộc gọi theo sự phân cực # của sóng vô tuyến • SDMA : Đa truy nhập phân chia theo không gian, phục vụ cuộc gọi theo các anten định hướng búp sóng hẹp
© DHBK 2007
Các phương thức đa truy nhập
30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz
One TDMA frame = 8 timeslots
200 KHz
Frequency
Frequency
One timeslot = 0.577 ms
200 KHz 200 KHz 200 KHz
Time
© DHBK 2007
1.5 Băng tần của hệ thống • Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát 1 hoặc nhiều băng tần xác định. • Trong mỗi băng tần thì các kênh vô tuyến của hệ thống sẽ được ấn định Bands (MHz)
Frequencies (MHz)
450 480 800 900 1500 1700 1800 1900
450-467 478-496 824-894 880-960
2100 2500
1750-1870 1710-1880 1850-1990 1885-2025 & 2100-2200 2500-2690
Regions Europe Europe America Europe/APAC Japan PDC Korea Europe/APAC America Europe/APAC ITU Proposal
GSM/ EDGE
WCDMA CDMA2000
x x x x
x x
x
x x
x x x x x x
x
x x
© DHBK 2007
Quy hoạch băng tần sử dụng ở VN
© DHBK 2007
Quy hoạch băng tần sử dụng ở VN
© DHBK 2007
Phần 2 : Hệ thống GSM • • • •
2.1 Lịch sử phát triển 2.2 Cấu trúc hệ thống 2.3 Các giao thức sử dụng trong GSM 2.4 Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
© DHBK 2007
2.1 Lịch sử phát triển hệ thống GSM • Năm 1982 , Hội nghị Viễn thông và bưu điện châu Âu (CEPT) đã thành lập 1 nhóm nghiên cứu và phát triển mạng chung cho toàn châu Âu . Kết quả là sự ra đời của chuẩn GSM với những ưu điểm :
Nâng cao hiệu qủa sử dụng phổ Chất lượng tốt , giá thành giảm Tương thích với mạng ISDN và các mạng khác Nhiều dịch vụ mới …..
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển hệ thống GSM • Các dịch vụ đầu tiên của GSM được giới thiệu vào năm 1991. • Năm 1993 ,có 36 mạng GSM hoạt động ở 22 quốc gia ( Trong đó có Việt Nam ) • Theo số liệu hiệp hội GSM công bố, hiện nay có khoảng 2,5 tỷ thuê bao GSM trên thế giới chiếm 64% CDMA 12%
PDC 7%
US TDMA 10% GSM 71%
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển hệ thống GSM • Một số đặc điểm chính của mạng GSM: Dải tần:
Dải tần thu: Dải tần phát: Độ rộng phổ của kênh: Số lượng kênh: Số khe thời gian: Phương pháp truy cập : Phương pháp ghép kênh: Phương thức điều chế: Bộ lọc sử dụng: Mã hóa thoại : LTP Tốc độ bit:
935-960MHz 890-915MHz 200kHz 124 8 TDMA/FDM FDD GMSK bộ lọc Gaussian hệ số 0,3 13kbit/s dùng bộ mã hóa RPE270.833kbit/s
© DHBK 2007
2.2 Cấu trúc hệ thống GSM • Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành các phân hệ chính sau : Phân hệ chuyển mạch NSS : Network Switching Subsystem Phân hệ vô tuyến RSS : Radio Subsystem (= BSS + MS ) Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS : Operation and Maintenance Subsystem
© DHBK 2007
Cấu trúc hệ thống GSM
© DHBK 2007
Trạm di động MS – Mobile Station • Trạm di động MS = ME + SIM MS : Mobile Station - Trạm di động ME : Mobile Equiment - Thiết bị di động
Ö ME = Hardware + Software ME IMEI = Assigned at the factory
SIM : Subscrible Identify Module – Mô đun nhận dạng thuê bao .Lưu giữ nhữn thông tin nhận thực thuê bao và mật mã hoá / giải mật mã hoá . Các thông tin lưu giữ trong SIM : Ö Các số nhận dạng IMSI , TMSI
Ö Khoá nhận thực Ki Ö Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI ( local Area Id ) Ö Khoá mật mã Kc ÖDanh sách các tần số lân cận
© DHBK 2007
Phân hệ trạm gốc BSS
© DHBK 2007
Phân hệ trạm gốc BSS • BSS : Base Station Subsystem • BSS = TRAU + BSC + BTS TRAU : Transcoding and Rate Adaption Unit - Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ BSC : Base Station Controller - Bộ điều khiển trạm gốc BTS : Base Tranceiver Station - Trạm thu phát gốc
© DHBK 2007
Bộ điều khiển trạm gốc BSC • BSC : Base Station Controller • Bộ điều khiển trạm gốc BSC có chức năng sau : Điều khiển một số trạm BTS ,xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển, vận hành & bảo dưỡng đi / đến BTS Khởi tạo kết nối , giải phóng kết nối Điều khiển chuyển giao BSC có nhiệm vụ điều khiển công suất của BTS & MS Kết nối đến MSC , BTS , OMC
© DHBK 2007
Trạm thu phát gốc BTS • BTS : Base Tranceiver Station ( Hoặc Base Station ) Thường được đặt ở trung tâm của cell • BTS có các chức năng sau :
Thu phát vô tuyến Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý Mã hoá / Giải mã hoá ( Coding / Decoding ) Mật mã hoá / Giải mật mã hoá (Ciphering / Deciphering) Điều chế / Giải điều chế (Modulating / Demodulating)
© DHBK 2007
Bộ TRAU • TRAU : Transcoding and Rate Adaption Unit Chuyển đổi tốc độ thoại 13 Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp thành tốc độ 64 Kbps.
© DHBK 2007
Phân hệ chuyển mạch NSS
© DHBK 2007
Trung tâm chuyển mạch di động MSC Chức năng: • Xử lý cuộc gọi ( Call procesing ) • Điều khiển chuyển giao ( Handover Control ) • Quản lý di động ( Mobility Management ) • Xử lý cước ( Billing ) • Tương tác mạng ( Interworking function )
© DHBK 2007
Bộ định vị thường trú HLR • HLR : Home Location Register Là CSDL tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao của mạng di động công cộng mặt đất PLMN • Có thể có 1 HLR được đặt ở trung tâm hoặc có nhiều HLR đặt rải rác trong mạng .
© DHBK 2007
Bộ định vị tạm trú VLR • VLR : Visitor Location Register Là CSDL trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC . VLR được tham chiếu từ CSDL của HLR Khi có 1 MS có nhu cầu được phục vụ, VLR sẽ yêu cầu thông tin của MS đó từ HLR và lưu giữ nó cho đến khi nó ra ngoài vùng phục vụ . Đồng thời MSC của vùng này báo tin cho HLR về vị trí của MS để định tuyến cuộc gọi 1 cách chính xác .
© DHBK 2007
Trung tâm nhận thực AuC • AuC : Authentication Centre Là CSDL lưu giữ mã khoá cá nhân Ki của các thuê bao và tạo ra bộ ba tham số nhận thực (RAND,Kc,SRES) khi HLR yêu cầu để tiến hành quá trình nhận thực thuê bao .
© DHBK 2007
Khối nhận dạng thiết bị EIR • EIR : Equipment Identification Register Là CSDL thông tin về tính hợp lệ của ME thông qua IMEI EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nó cho phép MSC kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị, qua đó có thể cấm một số MS có dạng không được chấp nhận…
© DHBK 2007
Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC
© DHBK 2007
• • • • • • •
2.3 Các giao thức sử dụng trong mạng GSM
Sơ đồ khối chức năng của hệ thống GSM Mã hoá tín hiệu Mã hoá kênh Điều chế GMSK Cấu trúc khung và khe thời gian Sử dụng lại tần số Điều khiển công suất
© DHBK 2007
Sơ đồ khối chức năng GSM
© DHBK 2007
Mã hoá tín hiệu thoại • Tiếng nói sau khi qua bộ mã hóa PCM 13bit được đưa vào bộ mã hóa dự báo RPE-LTP (Regular Pulse Excitation with Long-Term Predictor) • Các hệ số của bộ mã hóa thay đổi theo chu kì nhờ phân tích khung thoại đã phát đi trước đó. Các hệ số này cùng với tín hiệu thay đổi giữa tín hiệu vào và ra khỏi b ộ lọc LTP được truyền đi và chúng được dùng để tái tạo lại tín hiệu thoại ở máy thu
© DHBK 2007
Mã hoá tín hiệu thoại • Sơ đồ khối của bộ mã hóa dự báo RPE-LTP
© DHBK 2007
Mã hoá tín hiệu thoại • Bộ mã hoá RPE – LPT bao gồm 2 bộ dự báo tuyến tính là STP (Short Tearm Predictor ) và LTP Cứ 20ms ,bộ mã hoá đọc được 160 mẫu 13bit ,loại bỏ thành phần 1 chiều. Sau đó phân tích chúng để có được các hệ số của bộ lọc STP. Tín hiệu còn lại sau STP được đưa vào LTP .Tín hiệu ra của bộ lọc LTP được so sánh với tín hiệu ra của bộ lọc STP Tín hiệu sau so sánh được lọc thông thấp và đưa tới bộ Decimator Đầu ra của Decimator gồm 2 tín hiệu, một tín hiệu được lượng tử hoá và đưa tới bộ mã hoá kênh, còn 1 tín hiệu được dùng để thay đổi các hệ số của bộ lọc LTP Trong 20ms, số bit truyền đi là : 45*5+9*5+36 = 260 bit ÖTốc độ bit là 13 kbps
© DHBK 2007
Mã hoá kênh • Mã hoá kênh cho tín hiệu thoại với tốc độ đầy đủ
• Mã hoá kênh cho dữ liệu 9.6 kbps
© DHBK 2007
Điều chế GMSK • GMSK : Gaussian Minimum Shift Keying – Phương pháp điều chế khoá dịch pha cực tiểu Gass Là trường trường đặc biệt của CPFSK – Continuous Phase Frequency Shift Keping
© DHBK 2007
Cấu trúc khung và khe thời gian
© DHBK 2007
Phân cấp cấu trúc khung
© DHBK 2007
Sử dụng lại tần số • Số kênh tần số là hữu hạn (40 kênh cho mỗi mạng GSM ở VN hiện nay ) • Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại các vị trí địa lý # trong mạng mà không ảnh hưởng tới chất lượng kết nối . • Trong mạng GSM, mỗi BTS được cấp 1 nhóm tần số vô tuyến. • Các trạm BTS lân cận thì có nhóm tần số được cấp khác nhau
© DHBK 2007
Sử dụng lại tần số
© DHBK 2007
Khoảng cách tái sử dụng D • D / R = √3M trong đó : D : Khoảng cách tái sử dụng R : Bán kính 1 cell M = i² + i*j + j²
© DHBK 2007
Điều khiển công suất trong GSM • Rất quan trọng trong thông tin di động • Được thực hiện 1 cách độc lập giữa hướng lên và hướng xuống . • Công suất của MS do BSS điều khiển. Phạm vi điều chỉnh trong khoảng 30 dB với từng nấc biến đổi là 2dB • BSS sẽ tính ra công suất truyền dẫn cần thiết của MS và phát lệnh đến MS. Đồng thời BSS tính ra công suất truyền dẫn cần thiết của BTS cho mỗi cuộc nối . • Với mọi cuộc liên lạc, BSC quy định mức công suất phát bản tin đầu tiên của MS là như nhau với mọi MS Sau đó mới điều chỉnh công suất 2dB cho từng khoảng 60s một .
© DHBK 2007
2.4 Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Chuyển giao cuộc gọi hand over
© DHBK 2007
Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển
© DHBK 2007
Phần 3 : Hệ thống CDMA • 3.1 Tổng quan về CDMA • 3.2 Cấu trúc hệ thống • 3.3 Một số vấn đề trong CDMA
© DHBK 2007
3.1 Tổng quan về CDMA • CDMA được xây dựng lý thuyết từ khoảng 1950 và được áp dụng trong quân sự từ 1960 • Được thương mại hoá từ thập niên 80 • Phát triển bởi Qualcomm - với chuẩn IS-95 năm 1991 • Được triển khai ở Việt Nam từ 7 / 2003
© DHBK 2007
Tổng quan về CDMA • Hệ thống CDMA có những ưu điểm cơ bản sau : Dung lượng hệ thống gấp 8 – 10 lần so với AMPS (FDMA) và 4-5 lần so với GSM ( TDMA ) Chất lượng cuộc gọi được nâng cao Đặc tính phủ sóng được cải thiện,khá năng phủ sóng tốt Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối Dải thông được cung cấp tuỳ theo yêu cầu sử dụng Nâng cấp mạng dễ dàng
© DHBK 2007
Thông số kỹ thuật CDMA one • Thông số kỹ thuật của IS – 95 hay CDMA one Dải tần
Dải tần thu : Dải tần phát : Độ rộng phổ của kênh : Số lượng kênh : Phương thức truy nhập : Phương thức ghép kênh : Phương thức điều chế : Bộ lọc sử dụng : Mã hoá thoại : Tốc độ bit :
869 – 894 Mhz 824 – 849 Mhz 250 Khz 20 CDMA / FDMA FDD QPSK / OQPSK Cosin nâng < 9,6 kbps 48,6 kbps
© DHBK 2007
3.2 Cấu trúc hệ thống CDMA Hệ thống CDMA one
BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MS — Mobile Station
IS-95
MSC — Mobile Switching Center HLR — Home Location Registry SMS-SC — Short Message
BTS
MS
A Ref (A1, A2, A5)
BSC Proprietary Interface
Service — Serving Center
STM over T1/T3
HLR STM over T1/T3 or
BTS
AAL1 over SONET
IS-95 A Ref (A1, A2, A5) STM over T1/T3
BTS
MS
STM — Synchronous Transfer Mode
PST N
MSC
BSC Proprietary Interface
A1 — Signaling interface for call control and mobility Management between MSC and BSC
A2 — 64 kbps bearer interface for PCM voice A3 — Signaling interface for inter-BSC mobile handoff
SMSSC A5 — Full duplex bearer interface byte stream (SMS ?) A7 — Bearer interface for inter-BSC mobile handoff
© DHBK 2007
Cấu trúc hệ thống CDMA 2000 1x • Hệ thống CDMA 2000 1x HLR
STM over T1/T3 or
IS-2000
AAL1 over SONET A Ref (A1, A2, A5) STM over T1/T3
PST N
MSC
BTS
MS
BSC
Proprietary Interface
AQuarter Ref (A10, A11)
SMSSC
IP over Ethernet/AAL5
Internet BTS
IP Router RADIUS over UDP/IP
BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MS — Mobile Station MSC — Mobile Switching Center HLR — Home Location Registry SMS-SC — Short Message AAA Service — Serving Center STM — Synchronous Transfer Mode PDSN — Packet Data Serving Node AAA — Authentication, Authorization, and Accounting Home Agent — Mobile IP Home Agent
IP Firewall
Home Agent PDSN
A10 — Bearer interface between BSC (PCF) and PDSN for packet data A11 — Signaling interface between BSC (PCF) and PDSN for packet data
IP Router
Privata Data Network
© DHBK 2007
Phương thức đa truy nhập CDMA
© DHBK 2007
3.3 Một số vấn đề trong CDMA • Các phương thức trải phổ : Hệ thống trải phổ trực tiếp : Ö DSSS : Direct Sequence Spead Spectrum Ö Công nghệ CDMA hoạt động theo phương thức DSSS
Hệ thống trải phổ nhảy tần : Ö FHSS : Frequency Hopping Spread Spectrum
Hệ thống trải phổ nhảy thời gian : Ö THSS : Time Hopping Spread Spectrum
Hệ thống lai : Ö FH/DS Ö TH/FH ÖTH/DS
© DHBK 2007
Điều khiển công suất trong CDMA • Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều ( từ BS ->MS và ngược lại ) • Có 2 cấu hình điều khiển công suất thích ứng: Điều khiển công suất vòng hở : ÖTrạm gốc BTS phát tín hiệu pilot trong kênh Pilot thuộc kênh hướng xuống, MS sẽ đo cường độ Pilot thu được để đánh giá được suy hao đường truyền và do đó MS sẽ điều khiển công suất phát của mình ở mức cần thiết
Điều khiển công suất vòng kín : ÖTrạm gốc giám sát công suất tín hiệu vô tuyến nhận được từ MS , tính toán, phát bản tin điều khiển mức công suất của MS. Căn cứ vào cường độ Pilot thu được và sự điều khiển công suất của trạm gốc, MS sẽ điều khiển công suất thích ứng tạo ra mức công suất phát một cách chính xác .
© DHBK 2007
Phần 4: Hướng phát triển trong tương lai • Mạng di động thế hệ 4G • Hiện nay đang xây dựng chuẩn • Cải tiến về tốc độ dữ liệu Ước chừng 20 – 100 Mbps
• Phương thức điều chế : • OFDM , MC – CDMA • Sẽ kết hợp : Mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G) và truy nhập vô tuyến Wimax , Wifi…
© DHBK 2007
Mô hình phát triển lên 4G
THÔNG TIN DI ĐỘNG Sinh viên : Phạm Huyên Lớp : Điện tử 12 - K49
© DHBK 2007
Nội Dung Chủ Đề • • • •
Phần 1 : Tổng quan về hệ thống thông tin di động Phần 2 : Hệ Thống GSM Phần 3 : Hệ Thống CDMA Phần 4 : Hướng phát triển trong tương lai
© DHBK 2007
Phần 1 :Tổng quan về hệ thống TTDĐ • • • • •
1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Cấu trúc hệ thống 1.3 Nguyên lý tế bào 1.4 Phương thức truy nhập 1.5 Băng tần của hệ thống
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển Giới thiệu : • Hệ thống thông tin di động tế bào số ( Digital communication systems ) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động ( Mobile systems) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm khác nhau trên một vùng địa lý ( hay còn gọi là các cell) • Người sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm
© DHBK 2007
1.1 Lịch sử phát triển • Ra đời vào những năm 1920 , hệ thống này sử dụng băng tần 35 Mhz và chỉ có 10 kênh. Mỗi kênh có độ rộng 40Khz. Hệ thống được điều khiển bằng tay và không có chuyển mạch . (Đây là phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ ) • Năm 1946, hệ thống này được mở rộng ở băng tần 150Mhz. Dịch vụ thương mại đầu tiên được triển khai ở bang Missouri và được triển khai rộng rãi ở Mỹ cuối năm đó • Năm 1982 đánh dấu sự ra đời của hệ thống GSM (Group Special Mobile) sử dụng công nghệ TDMA , về sau đổi tên thành Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile communication)
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển • Việt Nam sử dụng GSM từ năm 1993 với nhà khai thác VNPT • Năm 1991 Qualcomn triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95 (Interim Standard-95A) • Việt Nam triển khai hệ thống di động theo công nghệ CDMA từ 7/2003 bởi S-fone . • Hiện nay , Việt Nam có tổng cộng 5 nhà cung cấp hệ thống di động với 6 mạng di động . Tổng số thuê bao di động ước chừng 20 triệu thuê bao và không ngừng gia tăng
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển • Các thế hệ : Thế hệ thứ nhất ( 1G ) Thế hệ thứ hai ( 2G ) Thế hệ thứ ba ( 3G )
© DHBK 2007
Thế hệ thứ nhất ( 1G ) • Hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM • Đặc điểm
Phương thức truy nhập : FDMA Dịch vụ chỉ là thoại Chất lượng rất thấp Bảo mật kém Hạn chế số người sử dụng …..
© DHBK 2007
Thế hệ thứ nhất ( 1G ) • Một số hệ thống điển hình Hệ thống AMPS : Advanced Mobile Phone System triển khai ở bắc Mỹ năm 1978 tại băng tần 800 Mhz Hệ thống NMT : Nordic Mobile Telephone triển khai ở các nước bắc Âu năm 1981 , sử dụng băng tần 450 Mhz Hệ thống TACS : Total Access Communication System được triển khai ở Vương quốc Anh vào năm 1985
© DHBK 2007
Thế hệ thứ nhất ( 1G ) • Thông số kỹ thuật của hệ thống AMPS ( Advanced Mobile Phone System ) Dải tần
Dải tần thu Dải tần phát Độ rộng phổ của kênh Số lượng kênh Phương thức truy nhập Phương thức ghép kênh Phương thức điều chế
869 – 894 824 – 849 30 Khz 833 FDMA FDD Điều tần FM
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Hệ thống thế hệ 2G có nhiều ưu điểm vượt trội so với 1G do sử dụng công nghệ số và các phương thức truy nhập, ghép kênh, điều chế mới…. • Hệ thống thông tin di động tế bào Dung lượng tăng Chất lượng thoại tốt hơn Hỗ trợ được các dịch vụ gia tăng ( truyền số liệu )
• Phương thức truy nhập : TDMA , CDMA băng hẹp ( Narrow Band )
• Phương thức chuyển mạch : Chuyển mạch kênh
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Một số hệ thống điển hình : GSM ( Global System for Mobile Communication ) -TDMA triển khai ở châu Âu D – AMPS (IS-136 – Digital Advanced Mobile Phone System) -TDMA được triển khai ở Mỹ IS – 95(CDMA one) -CDMA Triển khai ở Mỹ và Hàn Quốc PDC ( Personal Digital Cellular ) –TDMA Triển khai ở Nhật Bản
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Thông số kỹ thuật của GSM và DCS ( Digital communication System ) hay còn gọi là GSM1800 GSM GSM 1800 Dải tần :
Thu 935 – 960 Mhz 1805 – 1880 Mhz Phát 890 – 915 Mhz 1710 – 1785 Mhz Số lượng kênh 124 Số khe thời gian 8 Độ rộng phổ kênh 200 Khz Phương pháp truy nhập TDMA / FDM Phương pháp ghép kênh FDD Phương thức điều chế GMSK
© DHBK 2007
Thế hệ thứ hai ( 2G ) • Thông số kỹ thuật của IS – 95 hay CDMA one Dải tần
Dải tần thu : Dải tần phát : Độ rộng phổ của kênh : Số lượng kênh : Phương thức truy nhập : Phương thức ghép kênh : Phương thức điều chế : Bộ lọc sử dụng : Mã hoá thoại : Tốc độ bit :
869 – 894 Mhz 824 – 849 Mhz 250 Khz 20 CDMA / FDMA FDD QPSK / OQPSK Cosin nâng < 9,6 kbps 48,6 kbps
© DHBK 2007
Thế hệ 2.5G • Bao gồm các dịch vụ số liệu cải tiến : Tốc độ bit cao hơn Hỗ trợ kết nối internet Triển khai được nhiều dịch vụ…..
• Phương thức chuyển mạch : Chuyển mạch gói ( Packet Switching )
• Ví dụ : • Hệ thống GPRS (General Packet Radio Services) Nâng cấp từ mạng GSM nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói • Hệ thống EDGE ( Enhance Data rate for GSM Evolution ) Hỗ trợ tốc độ bit lên đến 384 kbps , phát triển trên nền GSM
© DHBK 2007
Hướng phát triển từ 2G lên 3G 3G
2.75G Intermediate Multimedia
2.5G 2G
Multimedia
Packet Data
Digital Voice
1G Analog Voice
GPRS
GSM
EDGE
W-CDMA (UMTS)
384 Kbps
Up to 2 Mbps
115 Kbps
NMT
9.6 Kbps
GSM/ GPRS
TD-SCDMA
(Overlay) 115 Kbps
2 Mbps?
TDMA TACS
9.6 Kbps
iDEN 9.6 Kbps
iDEN PDC
(Overlay)
9.6 Kbps
AMPS
CDMA 1xRTT
CDMA
PHS
1984 - 1996+
14.4 Kbps / 64 Kbps
1992 - 2000+
PHS (IP-Based)
144 Kbps
64 Kbps
2001+
2003+
cdma2000 1X-EV-DV Over 2.4 Mbps
2003 - 2004+ Source: U.S. Bancorp Piper Jaffray
© DHBK 2007
Hướng phát triển từ 2G lên 3G • Tốc độ dữ liệu liên tục được cải thiện 2 Mbps
384 kbps 115 kbps
9.6 kbps GSM
1997
2000
GSM evolution
2003
2003+ 3G
© DHBK 2007
Thế hệ 3G • Có 2 (3 ?) hướng phát triển cho mạng thế hệ 3G W – CDMA : UTMS : ( Wideband – CDMA :Universal Mobile Telephone Service ) Ö Phát triển từ hệ thống GSM Æ GPRS ÖYêu cầu độ rộng cho mỗi kênh là 5 Mhz
CDMA 2000 1xEVDO : Ö Phát triển từ hệ thống CDMA IS – 95
TD – SCDMA : Được phát triển bởi Trung Quốc
© DHBK 2007
1.2 Cấu trúc hệ thống
© DHBK 2007
Cấu trúc hệ thống Trong đó : • HLR : Home Location Register : Bộ đăng ký định vị thường trú • VLR : Visited Location Register : Bộ đăng ký định vị tạm trú • AuC : Authentication Centre : Trung tâm nhận thực • MSC : Mobile Switching Centre : Trung tâm chuyển mạch di động
© DHBK 2007
1.3 Nguyên lý tế bào
© DHBK 2007
Nguyên lý tế bào • Cell ( Tế bào hay ô ) là đơn vị cơ sở của mạng . Ở đó trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS ( BS ) MS : Mobile Station BTS : Base Tranceiver Station ( Base Station )
© DHBK 2007
Phân loại Cell
Global Satellite Suburban
Macrocell
Urban
Microcell
Basic Terminal PDA Terminal Audio/Visual Terminal
In-Building
Picocell
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Macrocell : Macrocell có bán kính phủ sóng từ 3 – 35 Km . Thường được sử dụng để phủ sóng các vùng rộng lớn nhưng không có quá nhiều người sử dụng. Đặc điểm là số kênh sử dụng nhỏ và có công suất máy phát lớn
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Microcell / Picocell / Nanocell : Microcell được sử dụng trong những vùng có mật độ sử dụng cao , có bán kính phủ sóng từ 0,1 đến 1 Km. Việc chia nhỏ các cell làm cho số kênh và dung lượng của trạm gốc tăng , đồng thời làm cho công suất máy phát giảm . Picocell có bán kính phủ sóng từ 10 – 1 Km.Thường được sử dụng trong các văn phòng của toà nhà. Các Picocell còn có thể chia nhỏ thành các Nanocell có bán kính từ 1 – 10 m.
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Selective cell : Không phải lúc nào 1 trạm gốc trong 1 cell cũng cần phải phủ sóng toàn bộ 1 cell mà chỉ cần phủ sóng 1 vùng nào đó . Các cell sử dụng trong trường hợp đó gọi là Selective cell
© DHBK 2007
Phân loại Cell • Umbrella cell : Trong trường hợp khi các MS di chuyển với tốc độ nhanh, vượt qua các cell nhỏ rất nhanh làm cho sự chuyển giao giữa các cell xảy ra nhanh. Khi đó , ta sử dụng Umbrella cell . Một Umbrella cell bao phủ vài Microcell , có công suốt lớn hơn Microcell . Khi tốc độ của MS quá nhanh thì MS được chuyển giao từ Microcell sang Umbrella cell làm giảm số lần chuyển giao
© DHBK 2007
1.4 Các phương thức đa truy nhập Có rất nhiều các phương pháp đa truy nhập như : • FDMA : Đa truy nhập phân chia theo tần số, phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau • TDMA : Đa truy nhập phân chia theo thời gian, phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau • CDMA : Đa truy nhập phân chia theo mã, phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau • PDMA : Đa truy nhập phân chia theo cực tính,phục vụ các cuộc gọi theo sự phân cực # của sóng vô tuyến • SDMA : Đa truy nhập phân chia theo không gian, phục vụ cuộc gọi theo các anten định hướng búp sóng hẹp
© DHBK 2007
Các phương thức đa truy nhập
30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz 30 KHz
One TDMA frame = 8 timeslots
200 KHz
Frequency
Frequency
One timeslot = 0.577 ms
200 KHz 200 KHz 200 KHz
Time
© DHBK 2007
1.5 Băng tần của hệ thống • Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát 1 hoặc nhiều băng tần xác định. • Trong mỗi băng tần thì các kênh vô tuyến của hệ thống sẽ được ấn định Bands (MHz)
Frequencies (MHz)
450 480 800 900 1500 1700 1800 1900
450-467 478-496 824-894 880-960
2100 2500
1750-1870 1710-1880 1850-1990 1885-2025 & 2100-2200 2500-2690
Regions Europe Europe America Europe/APAC Japan PDC Korea Europe/APAC America Europe/APAC ITU Proposal
GSM/ EDGE
WCDMA CDMA2000
x x x x
x x
x
x x
x x x x x x
x
x x
© DHBK 2007
Quy hoạch băng tần sử dụng ở VN
© DHBK 2007
Quy hoạch băng tần sử dụng ở VN
© DHBK 2007
Phần 2 : Hệ thống GSM • • • •
2.1 Lịch sử phát triển 2.2 Cấu trúc hệ thống 2.3 Các giao thức sử dụng trong GSM 2.4 Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
© DHBK 2007
2.1 Lịch sử phát triển hệ thống GSM • Năm 1982 , Hội nghị Viễn thông và bưu điện châu Âu (CEPT) đã thành lập 1 nhóm nghiên cứu và phát triển mạng chung cho toàn châu Âu . Kết quả là sự ra đời của chuẩn GSM với những ưu điểm :
Nâng cao hiệu qủa sử dụng phổ Chất lượng tốt , giá thành giảm Tương thích với mạng ISDN và các mạng khác Nhiều dịch vụ mới …..
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển hệ thống GSM • Các dịch vụ đầu tiên của GSM được giới thiệu vào năm 1991. • Năm 1993 ,có 36 mạng GSM hoạt động ở 22 quốc gia ( Trong đó có Việt Nam ) • Theo số liệu hiệp hội GSM công bố, hiện nay có khoảng 2,5 tỷ thuê bao GSM trên thế giới chiếm 64% CDMA 12%
PDC 7%
US TDMA 10% GSM 71%
© DHBK 2007
Lịch sử phát triển hệ thống GSM • Một số đặc điểm chính của mạng GSM: Dải tần:
Dải tần thu: Dải tần phát: Độ rộng phổ của kênh: Số lượng kênh: Số khe thời gian: Phương pháp truy cập : Phương pháp ghép kênh: Phương thức điều chế: Bộ lọc sử dụng: Mã hóa thoại : LTP Tốc độ bit:
935-960MHz 890-915MHz 200kHz 124 8 TDMA/FDM FDD GMSK bộ lọc Gaussian hệ số 0,3 13kbit/s dùng bộ mã hóa RPE270.833kbit/s
© DHBK 2007
2.2 Cấu trúc hệ thống GSM • Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành các phân hệ chính sau : Phân hệ chuyển mạch NSS : Network Switching Subsystem Phân hệ vô tuyến RSS : Radio Subsystem (= BSS + MS ) Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS : Operation and Maintenance Subsystem
© DHBK 2007
Cấu trúc hệ thống GSM
© DHBK 2007
Trạm di động MS – Mobile Station • Trạm di động MS = ME + SIM MS : Mobile Station - Trạm di động ME : Mobile Equiment - Thiết bị di động
Ö ME = Hardware + Software ME IMEI = Assigned at the factory
SIM : Subscrible Identify Module – Mô đun nhận dạng thuê bao .Lưu giữ nhữn thông tin nhận thực thuê bao và mật mã hoá / giải mật mã hoá . Các thông tin lưu giữ trong SIM : Ö Các số nhận dạng IMSI , TMSI
Ö Khoá nhận thực Ki Ö Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI ( local Area Id ) Ö Khoá mật mã Kc ÖDanh sách các tần số lân cận
© DHBK 2007
Phân hệ trạm gốc BSS
© DHBK 2007
Phân hệ trạm gốc BSS • BSS : Base Station Subsystem • BSS = TRAU + BSC + BTS TRAU : Transcoding and Rate Adaption Unit - Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ BSC : Base Station Controller - Bộ điều khiển trạm gốc BTS : Base Tranceiver Station - Trạm thu phát gốc
© DHBK 2007
Bộ điều khiển trạm gốc BSC • BSC : Base Station Controller • Bộ điều khiển trạm gốc BSC có chức năng sau : Điều khiển một số trạm BTS ,xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển, vận hành & bảo dưỡng đi / đến BTS Khởi tạo kết nối , giải phóng kết nối Điều khiển chuyển giao BSC có nhiệm vụ điều khiển công suất của BTS & MS Kết nối đến MSC , BTS , OMC
© DHBK 2007
Trạm thu phát gốc BTS • BTS : Base Tranceiver Station ( Hoặc Base Station ) Thường được đặt ở trung tâm của cell • BTS có các chức năng sau :
Thu phát vô tuyến Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý Mã hoá / Giải mã hoá ( Coding / Decoding ) Mật mã hoá / Giải mật mã hoá (Ciphering / Deciphering) Điều chế / Giải điều chế (Modulating / Demodulating)
© DHBK 2007
Bộ TRAU • TRAU : Transcoding and Rate Adaption Unit Chuyển đổi tốc độ thoại 13 Kbps hoặc dữ liệu tốc độ thấp thành tốc độ 64 Kbps.
© DHBK 2007
Phân hệ chuyển mạch NSS
© DHBK 2007
Trung tâm chuyển mạch di động MSC Chức năng: • Xử lý cuộc gọi ( Call procesing ) • Điều khiển chuyển giao ( Handover Control ) • Quản lý di động ( Mobility Management ) • Xử lý cước ( Billing ) • Tương tác mạng ( Interworking function )
© DHBK 2007
Bộ định vị thường trú HLR • HLR : Home Location Register Là CSDL tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao của mạng di động công cộng mặt đất PLMN • Có thể có 1 HLR được đặt ở trung tâm hoặc có nhiều HLR đặt rải rác trong mạng .
© DHBK 2007
Bộ định vị tạm trú VLR • VLR : Visitor Location Register Là CSDL trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC . VLR được tham chiếu từ CSDL của HLR Khi có 1 MS có nhu cầu được phục vụ, VLR sẽ yêu cầu thông tin của MS đó từ HLR và lưu giữ nó cho đến khi nó ra ngoài vùng phục vụ . Đồng thời MSC của vùng này báo tin cho HLR về vị trí của MS để định tuyến cuộc gọi 1 cách chính xác .
© DHBK 2007
Trung tâm nhận thực AuC • AuC : Authentication Centre Là CSDL lưu giữ mã khoá cá nhân Ki của các thuê bao và tạo ra bộ ba tham số nhận thực (RAND,Kc,SRES) khi HLR yêu cầu để tiến hành quá trình nhận thực thuê bao .
© DHBK 2007
Khối nhận dạng thiết bị EIR • EIR : Equipment Identification Register Là CSDL thông tin về tính hợp lệ của ME thông qua IMEI EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu, nó cho phép MSC kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị, qua đó có thể cấm một số MS có dạng không được chấp nhận…
© DHBK 2007
Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC
© DHBK 2007
• • • • • • •
2.3 Các giao thức sử dụng trong mạng GSM
Sơ đồ khối chức năng của hệ thống GSM Mã hoá tín hiệu Mã hoá kênh Điều chế GMSK Cấu trúc khung và khe thời gian Sử dụng lại tần số Điều khiển công suất
© DHBK 2007
Sơ đồ khối chức năng GSM
© DHBK 2007
Mã hoá tín hiệu thoại • Tiếng nói sau khi qua bộ mã hóa PCM 13bit được đưa vào bộ mã hóa dự báo RPE-LTP (Regular Pulse Excitation with Long-Term Predictor) • Các hệ số của bộ mã hóa thay đổi theo chu kì nhờ phân tích khung thoại đã phát đi trước đó. Các hệ số này cùng với tín hiệu thay đổi giữa tín hiệu vào và ra khỏi b ộ lọc LTP được truyền đi và chúng được dùng để tái tạo lại tín hiệu thoại ở máy thu
© DHBK 2007
Mã hoá tín hiệu thoại • Sơ đồ khối của bộ mã hóa dự báo RPE-LTP
© DHBK 2007
Mã hoá tín hiệu thoại • Bộ mã hoá RPE – LPT bao gồm 2 bộ dự báo tuyến tính là STP (Short Tearm Predictor ) và LTP Cứ 20ms ,bộ mã hoá đọc được 160 mẫu 13bit ,loại bỏ thành phần 1 chiều. Sau đó phân tích chúng để có được các hệ số của bộ lọc STP. Tín hiệu còn lại sau STP được đưa vào LTP .Tín hiệu ra của bộ lọc LTP được so sánh với tín hiệu ra của bộ lọc STP Tín hiệu sau so sánh được lọc thông thấp và đưa tới bộ Decimator Đầu ra của Decimator gồm 2 tín hiệu, một tín hiệu được lượng tử hoá và đưa tới bộ mã hoá kênh, còn 1 tín hiệu được dùng để thay đổi các hệ số của bộ lọc LTP Trong 20ms, số bit truyền đi là : 45*5+9*5+36 = 260 bit ÖTốc độ bit là 13 kbps
© DHBK 2007
Mã hoá kênh • Mã hoá kênh cho tín hiệu thoại với tốc độ đầy đủ
• Mã hoá kênh cho dữ liệu 9.6 kbps
© DHBK 2007
Điều chế GMSK • GMSK : Gaussian Minimum Shift Keying – Phương pháp điều chế khoá dịch pha cực tiểu Gass Là trường trường đặc biệt của CPFSK – Continuous Phase Frequency Shift Keping
© DHBK 2007
Cấu trúc khung và khe thời gian
© DHBK 2007
Phân cấp cấu trúc khung
© DHBK 2007
Sử dụng lại tần số • Số kênh tần số là hữu hạn (40 kênh cho mỗi mạng GSM ở VN hiện nay ) • Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại các vị trí địa lý # trong mạng mà không ảnh hưởng tới chất lượng kết nối . • Trong mạng GSM, mỗi BTS được cấp 1 nhóm tần số vô tuyến. • Các trạm BTS lân cận thì có nhóm tần số được cấp khác nhau
© DHBK 2007
Sử dụng lại tần số
© DHBK 2007
Khoảng cách tái sử dụng D • D / R = √3M trong đó : D : Khoảng cách tái sử dụng R : Bán kính 1 cell M = i² + i*j + j²
© DHBK 2007
Điều khiển công suất trong GSM • Rất quan trọng trong thông tin di động • Được thực hiện 1 cách độc lập giữa hướng lên và hướng xuống . • Công suất của MS do BSS điều khiển. Phạm vi điều chỉnh trong khoảng 30 dB với từng nấc biến đổi là 2dB • BSS sẽ tính ra công suất truyền dẫn cần thiết của MS và phát lệnh đến MS. Đồng thời BSS tính ra công suất truyền dẫn cần thiết của BTS cho mỗi cuộc nối . • Với mọi cuộc liên lạc, BSC quy định mức công suất phát bản tin đầu tiên của MS là như nhau với mọi MS Sau đó mới điều chỉnh công suất 2dB cho từng khoảng 60s một .
© DHBK 2007
2.4 Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Mobile Terminating Call
© DHBK 2007
Chuyển giao cuộc gọi hand over
© DHBK 2007
Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển
© DHBK 2007
Phần 3 : Hệ thống CDMA • 3.1 Tổng quan về CDMA • 3.2 Cấu trúc hệ thống • 3.3 Một số vấn đề trong CDMA
© DHBK 2007
3.1 Tổng quan về CDMA • CDMA được xây dựng lý thuyết từ khoảng 1950 và được áp dụng trong quân sự từ 1960 • Được thương mại hoá từ thập niên 80 • Phát triển bởi Qualcomm - với chuẩn IS-95 năm 1991 • Được triển khai ở Việt Nam từ 7 / 2003
© DHBK 2007
Tổng quan về CDMA • Hệ thống CDMA có những ưu điểm cơ bản sau : Dung lượng hệ thống gấp 8 – 10 lần so với AMPS (FDMA) và 4-5 lần so với GSM ( TDMA ) Chất lượng cuộc gọi được nâng cao Đặc tính phủ sóng được cải thiện,khá năng phủ sóng tốt Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối Dải thông được cung cấp tuỳ theo yêu cầu sử dụng Nâng cấp mạng dễ dàng
© DHBK 2007
Thông số kỹ thuật CDMA one • Thông số kỹ thuật của IS – 95 hay CDMA one Dải tần
Dải tần thu : Dải tần phát : Độ rộng phổ của kênh : Số lượng kênh : Phương thức truy nhập : Phương thức ghép kênh : Phương thức điều chế : Bộ lọc sử dụng : Mã hoá thoại : Tốc độ bit :
869 – 894 Mhz 824 – 849 Mhz 250 Khz 20 CDMA / FDMA FDD QPSK / OQPSK Cosin nâng < 9,6 kbps 48,6 kbps
© DHBK 2007
3.2 Cấu trúc hệ thống CDMA Hệ thống CDMA one
BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MS — Mobile Station
IS-95
MSC — Mobile Switching Center HLR — Home Location Registry SMS-SC — Short Message
BTS
MS
A Ref (A1, A2, A5)
BSC Proprietary Interface
Service — Serving Center
STM over T1/T3
HLR STM over T1/T3 or
BTS
AAL1 over SONET
IS-95 A Ref (A1, A2, A5) STM over T1/T3
BTS
MS
STM — Synchronous Transfer Mode
PST N
MSC
BSC Proprietary Interface
A1 — Signaling interface for call control and mobility Management between MSC and BSC
A2 — 64 kbps bearer interface for PCM voice A3 — Signaling interface for inter-BSC mobile handoff
SMSSC A5 — Full duplex bearer interface byte stream (SMS ?) A7 — Bearer interface for inter-BSC mobile handoff
© DHBK 2007
Cấu trúc hệ thống CDMA 2000 1x • Hệ thống CDMA 2000 1x HLR
STM over T1/T3 or
IS-2000
AAL1 over SONET A Ref (A1, A2, A5) STM over T1/T3
PST N
MSC
BTS
MS
BSC
Proprietary Interface
AQuarter Ref (A10, A11)
SMSSC
IP over Ethernet/AAL5
Internet BTS
IP Router RADIUS over UDP/IP
BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MS — Mobile Station MSC — Mobile Switching Center HLR — Home Location Registry SMS-SC — Short Message AAA Service — Serving Center STM — Synchronous Transfer Mode PDSN — Packet Data Serving Node AAA — Authentication, Authorization, and Accounting Home Agent — Mobile IP Home Agent
IP Firewall
Home Agent PDSN
A10 — Bearer interface between BSC (PCF) and PDSN for packet data A11 — Signaling interface between BSC (PCF) and PDSN for packet data
IP Router
Privata Data Network
© DHBK 2007
Phương thức đa truy nhập CDMA
© DHBK 2007
3.3 Một số vấn đề trong CDMA • Các phương thức trải phổ : Hệ thống trải phổ trực tiếp : Ö DSSS : Direct Sequence Spead Spectrum Ö Công nghệ CDMA hoạt động theo phương thức DSSS
Hệ thống trải phổ nhảy tần : Ö FHSS : Frequency Hopping Spread Spectrum
Hệ thống trải phổ nhảy thời gian : Ö THSS : Time Hopping Spread Spectrum
Hệ thống lai : Ö FH/DS Ö TH/FH ÖTH/DS
© DHBK 2007
Điều khiển công suất trong CDMA • Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều ( từ BS ->MS và ngược lại ) • Có 2 cấu hình điều khiển công suất thích ứng: Điều khiển công suất vòng hở : ÖTrạm gốc BTS phát tín hiệu pilot trong kênh Pilot thuộc kênh hướng xuống, MS sẽ đo cường độ Pilot thu được để đánh giá được suy hao đường truyền và do đó MS sẽ điều khiển công suất phát của mình ở mức cần thiết
Điều khiển công suất vòng kín : ÖTrạm gốc giám sát công suất tín hiệu vô tuyến nhận được từ MS , tính toán, phát bản tin điều khiển mức công suất của MS. Căn cứ vào cường độ Pilot thu được và sự điều khiển công suất của trạm gốc, MS sẽ điều khiển công suất thích ứng tạo ra mức công suất phát một cách chính xác .
© DHBK 2007
Phần 4: Hướng phát triển trong tương lai • Mạng di động thế hệ 4G • Hiện nay đang xây dựng chuẩn • Cải tiến về tốc độ dữ liệu Ước chừng 20 – 100 Mbps
• Phương thức điều chế : • OFDM , MC – CDMA • Sẽ kết hợp : Mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G) và truy nhập vô tuyến Wimax , Wifi…
© DHBK 2007
Mô hình phát triển lên 4G
Related Documents
Thong Tin Di Dong - Pham Huyen-dt12
November 2019 2
Ha Thong Thong Tin Di Dong 4g
June 2020 1
Thong Tin
December 2019 21
Dong-pham-4
August 2019 9
Thong Tin So
June 2020 14