Tài liệu Công nghệ wcdma và ứng dụng tại việt nam

MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................... DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................i DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................iv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................................v LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 Chương 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG............. 3 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động ...................................3 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất ............................................3 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ..............................................3 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba ...............................................4 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư ................................................5 1.2 Truyền sóng trong thông tin di động .........................................................6 1.2.1 Đặc tính truyền sóng trong thông tin di động .........................................6 1.2.2 Tổn hao đường truyền .............................................................................6 1.2.3 Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler ............................................................7 1.2.4 Hiện tượng fading ...................................................................................7 1.2.5 Hiện tượng trải trễ ...................................................................................9 1.3 Kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động ........................................9 1.3.1 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)..........................................10 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA).....................................10 1.3.3 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) ..............................................11 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG WCDMA ...................... 13 2.1 Cấu trúc hệ thống của WCDMA ..............................................................13 2.2 Các kiểu kênh của mạng WCDMA ..........................................................16 2.2.1 Các kiểu kênh vật lý..............................................................................16 2.2.2 Các kiểu kênh truyền tải .......................................................................18 2.2.3 Các kiểu kênh logic...............................................................................21 2.3 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN ...............................23 2.3.1 Cấu trúc UTRAN ..................................................................................23 2.3.2 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN 26 2.4 Các giao diện trong UTRAN ....................................................................29 2.4.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP ........................................29 2.4.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP ............................................31 2.4.3 Giao diện vô tuyến (Uu) .......................................................................33 2.5 Giao diện UTRAN-CN, Iu ........................................................................36 2.5.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS ................................................................36 2.5.2 Cấu trúc giao thức cho Iu PS ................................................................38 2.5.3 Giao thức RANAP ................................................................................39 2.5.4 Giao thức mặt người sử dụng Iu ...........................................................41 2.5.5 Thiết lập một cuộc gọi WCDMA/UMTS .............................................42 2.5.6 Các phiên số liệu gói ở WCDMA .........................................................46 Chương 3 3.1 QUY HOẠCH MẠNG VÔ TUYẾN TRONG WCDMA ............. 49 Tính toán vùng phủ WCDMA ..................................................................49 3.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến...................................................50 3.1.2 Tính toán vùng phủ của ô .....................................................................58 3.2 Tính toán dung lượng trong WCDMA ....................................................62 3.2.1 Tính toán dung lượng hướng lên ..........................................................62 3.2.2 Tính toán dung lượng hướng xuống .....................................................64 3.3 Tính toán quy hoạch mạng đối với trường hợp cụ thế ..........................67 Chương 4 4.1 MÔ PHỎNG QUY HOẠCH MẠNG WCDMA ........................... 74 Quy hoạch mạng WCDMA sử dụng phần mềm mô phỏng ...................74 4.1.1 Các thông số đầu vào mô phỏng ...........................................................75 4.1.2 Kết quả mô phỏng .................................................................................77 Kết luận ....................................................................................................................80 Danh mục tài liệu tham khảo .................................................................................81 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt 2G Tiếng Anh 2nd Generation 3G 3rd Generation 3GPP 3rd Generation Partnership Project 3rd Generation Partnership Project 2 Associated Control Channels Advanced Mobile Phone System Broadcast Control Channel Broadcast Channel Bit Error Ratio Binary Phase Shift Keying Base Station Controler Base Station Subsystem Base Tranceiver Station Carrier to Interference ratio 3GPP2 ACCH AMPS BCCH BCH BER BPSK BSC BSS BTS C/I CCCH CCPCH CDMA CPCC CPCH CPICH CR CS DCCH DPCCH DPCH Common Control Channel Common Control Physical Chanel Code Division Multiple Access Common Power Control Chanel Common Packet Chanel. Common Pilot Chanel Chip Rate Circuit Switch Dedicated Control Channel Dedicated Physical Control Chanel Dedicated Physical Chanel i Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Dự án hợp tác thế hệ thứ ba Dự án thứ hai hợp tác thế hệ thứ ba Kênh điều khiển liên kết Hệ thống điện thoại di động tiên tiến Kênh quảng bá điều khiển Kênh quảng bá Tỷ số bit lỗi Khóa dịch pha nhị phân Bộ điều khiển trạm gốc Phân hệ trạm gốc Trạm vô tuyến thu phát gốc Tỷ số sóng mang trên nhiễu Kênh điều khiển chung Kênh vật lý điều khiển chung Đa truy cập chia theo mã Kênh điều khiển công suất chung Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung Tốc độ chip Chuyển mạch kênh Kênh điều khiển dành riêng Kênh điều khiển vật lý riêng Kênh vật lý riêng DPDCH DSCH DTCH FACCH FACH FAUSCH FCCCH FCCH FDCCH FDD FDMA GPRS GSM HO IMSI IMT-2000 IP IS-95A ISDN ITU LLC ME MS MSC Dedicated Physical Data Chanel Downlink Shared Chanel Dedicated Traffic Chanel Fast Associated Control Channel Forward Access Chanel Fast Uplink Signalling Chanel Forward Common Control Chanel Frequency Correction Channel Forward Dedicated Control Chanel Frequency Division Duplex Frequence Division Multiple Access General Packet Radio Services Global System for Mobile Communication HandOver International Mobile Subscriber Identity International Mobile Telecommunication Internet Protocol Interim Standard 95A Integrated Servive Digital Network International Mobile Telecommunication Union Logical Link Control Mobile Equipment Mobile Station Mobile Service Switching Kênh số liệu vật lý riêng Kênh dùng chung đường xuống Kênh lưu lượng riêng Kênh điều khiển liên kết nhanh Kênh truy nhập đường xuống Kênh báo hiệu đường lên nhanh Kênh điều khiển chung đường xuống Kênh hiệu chỉnh tần số Kênh điều khiển riêng đường xuống Ghép kênh song công phân chia theo tần số Đa truy cập phân chia theo tần số Dịch vụ vô tuyến gói chung Thông tin di động toàn cầu Chuyển giao Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu Giao thức Internet Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm) Mạng số đa dịch vụ Liên minh viễn thông quốc tế Điều khiển liên kết logic Thiết bị di động Trạm di động Tổng đài di động ii Node B NSS PAGCH PCCH PCH PCPCH PCS PLMN PSTN RACH RRC SCH SDCCH TCH TDD TDMA UTRAN WCDMA Center WCDMA BS Network and Switching Subsystem Paging and Access Paging Contrlo Chanel Paging Channel Physical Common Packet Chanel Personal Communication Services Public Land Mobile Network Public Switched Telephone Network Random Access Channel Radio Resource Control Synchronization Channel Stand alone Dedicated Control Channel Traffic Channel Time Division Duplex Time Division Multiple Access Universal Terrestrial Radio Access Network Wideband Code Division Multiplex Access iii Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC Hệ thống chuyển mạch Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin Kênh điều khiển tìm gọi Kênh nhắn tin Kênh gói chung vật lý Dịch vụ thông tin cá nhân Mạng di động mặt đất công cộng Mạng chuyển mạch thoại công cộng Kênh truy cập ngẫu nhiên Điều khiển tài nguyên vô tuyến Kênh đồng bộ Kênh điều khiển dành riêng Kênh lưu lượng Ghép song công phân chia thời gian Đa truy cập phân chia theo thời gian Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý ........................................21 Bảng 3-1 Các lớp công suất của UE .........................................................................51 Bảng 3-2 Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh .....................53 Bảng 3-3 Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường ....................53 Bảng 3-4 Các tham số tính toán quỹ đường truyền ..................................................57 Bảng 3-5 Các hằng số A và B trong mô hình Okumura – Hata................................59 Bảng 3-6 Các giả thiết hướng lên..............................................................................68 Bảng 3-7 Các giả thiết hướng xuống ........................................................................68 Bảng 3-8 Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên .................................68 Bảng 3-9 Bán kính phủ sóng tương ứng với từng dịch vụ ........................................69 Bảng 3-10 Mật độ dịch vụ tương đương ...................................................................70 Bảng 3-11 Lưu lượng trung bình của dịch vụ ...........................................................71 Bảng 3-12 So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS ............................72 Bảng 4-1 Một số độ phân giải bản đồ thường dùng ..................................................76 iv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1-1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G ....................5 Hình 1-2 Mô hình truyền sóng trong thông tin di động ..............................................6 Hình 1-3 Fading nhanh và Fading chậm .....................................................................8 Hình 1-4 Đa truy nhập phân chia theo tần số ............................................................10 Hình 1-5 Đa truy nhập phân chia theo thời gian .......................................................11 Hình 1-6 Đa truy nhập phân chia theo mã ................................................................12 Hình 2-1 Các phần tử của mạng UMTS ...................................................................14 Hình 2-2 Các kênh của lớp vật lý..............................................................................17 Hình 2-3 Cách sắp xếp hai kênh truyền tải trên một kênh vật lý ..............................19 Hình 2-4 Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải ..................................23 Hình 2-5 Cấu trúc UTRAN .......................................................................................24 Hình 2-6 Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE ..............26 Hình 2-7 Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN .............27 Hình 2-8 Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur ........................................................30 Hình 2-9 Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub .......................................................31 Hình 2-10 Kênh logic của nút B cho FDD................................................................32 Hình 2-11 Cấu trúc phân lớp của giao diện vô tuyến ...............................................33 Hình 2-12 Cấu trúc giao thức Iu CS .........................................................................37 Hình 2-13 Cấu trúc giao thức Iu PS ..........................................................................38 Hình 2-14 Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở WCDMA ....................................................43 Hình 2-15 Các ngăn xếp giao thức mặt điều khiển WCDMA GPRS .......................46 Hình 2-16 Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng WCDMA GPRS ............47 Hình 3-1 Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA .............................................50 v Hình 3-2 Tăng ích xử lý đối với cách dịch vụ khác nhau .........................................52 Hình 3-3 Sự phụ thuộc của dự trữ nhiễu với tải của ô ..............................................54 Hình 3-4 Mô hình Walfisch/Ikegami ........................................................................61 Hình 3-5 Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự tăng tạp âm ............................64 Hình 3-6 Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép ........67 Hình 4-1 Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng .......................................75 vi Luận văn thạc sỹ LỜI MỞ ĐẦU Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển quan trọng. Từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất đến hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng thế hệ thứ ba, và hệ thống thông tin di động đa phương tiện thế hệ thứ tư đã được triển khai tại một số quốc gia. Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ ba và thứ tư phát triển dữ liệu, video và đa phương tiện. Hiện tại, ở Việt Nam đang có tất cả 6 nhà khai thác mạng thông tin di động mặt đất bao gồm cả công nghệ GSM và CDMA. Vào tháng 4/2009 bộ TT&TT đã cấp phép triển khai mạng 3G UMTS theo công nghệ WCDMA cho 4 nhà khai thác. Thị trường mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển rất nhanh, từng bước tiến tới khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng tốc độ cao. Trên cơ sở thực tiễn đó và sau thời gian học tập và nghiên cứu trong khuôn khổ chương trình đào tạo thạc sỹ Điện tử Viễn thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của các thầy, cô trong khoa Điện tử Viễn thông, Viện đào tạo sau đại học, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn là “Công nghệ WCDMA và ứng dụng tại Việt Nam”. Kết cấu của luận văn bao gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về quá trình phát triển của các thế hệ mạng di động mặt đất và các đặc tính cơ bản của các công nghệ hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Chương 2: Trình bày về các đặc tính cơ bản trong mạng di động sử dụng công nghệ WCDMA. Chương 3: Tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán dung lượng cũng như vùng phủ của hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA, lựa chọn các thông số tính toàn phù hợp với điều kiện triển khai thực tế từng khu vực. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 1 Luận văn thạc sỹ Chương 4: Trình bày một số kết quả mô phỏng thực tế dựa trên cơ sở lý thuyết đã được trình bày trong các chương trước, qua đó đánh giá tính đúng đắn của phương pháp nghiên cứu và mô phỏng quy hoạch mạng. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 2 Luận văn thạc sỹ Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động Kể từ khi được triển khai vào những năm đầu của thập niên 1980, thông tin di động đã và đang phát triển với tốc độ hết sức nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu. Điều này đã khiến các nhà khai thác cũng như các tổ chức viễn thông không ngừng nghiên cứu và đưa ra các giải pháp kỹ thuật để cải tiến và nâng cấp các hệ thống thông tin, cho đến nay hệ thống thông tin di động đã trải qua 4 thế hệ. 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triển vào những năm cuối thập niên 70. Hệ thống này sử dụng kỹ thuật tương tự và phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access). Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất chỉ được sử dụng cho dịch vụ thoại với chất lượng thấp do phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp dẫn tới tình trạng nghẽn mạng và nhiễu xẩy ra thường xuyên. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất tiêu biểu là hệ thống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và hệ thống NTT. 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Giải pháp để loại bỏ các hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới, dẫn tới sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G). Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là hệ thống thông tin di động số băng hẹp, sử dụng phương pháp chuyển mạch số và phương pháp đa truy nhập TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access). Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên ra đời trên thế giới là GSM. GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc ấn định tần số dịch vụ viễn thông Châu Âu ở băng tần 900MHz. Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 3 Luận văn thạc sỹ động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số PCS (Personal Communication System) cũng được nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecoms) của châu Âu và PHS của Nhật cũng đã được đưa vào khai thác. Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa vào sử dụng ở một số nước (CDMA-IS95). Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiều dịch vụ mới (ví dụ: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến. 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) đã được nghiên cứu sử dụng. Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ hai (số), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ yêu cầu tốc độ bit cao tới 2Mbit/s, hỗ trợ sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác. Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000. Trên thế giới hiện có hai xu hướng phát triển lên 3G chính là hướng phát triển đi từ CDMA IS-95 lên CDMA 2000 3G-1x rồi đến CDMA 2000 1xEV-DO, 1x EVDV, hướng phát triển còn lại xuất phát từ mạng GSM, có thể đi qua giai đoạn EDGE, sau đó phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 4 Luận văn thạc sỹ 3G 2.75G Intermediate Multimedia 2.5G Multimedia Packet Data 2G Digital Voice 1G Analog Voice GPRS GSM EDGE W-CDMA (UMTS) 384 Kbps Up to 2 Mbps 115 Kbps NMT 9.6 Kbps TDMA TACS 9.6 Kbps GSM/ GPRS TD-SCDMA (Overlay) 115 Kbps 2 Mbps? iDEN 9.6 Kbps iDEN PDC (Overlay) 9.6 Kbps AMPS CDMA 1xRTT CDMA 14.4 Kbps / 64 Kbps PHS 1984 - 1996+ 1992 - 2000+ cdma2000 1X-EV-DV PHS (IP-Based) 144 Kbps 64 Kbps 2001+ 2003+ Over 2.4 Mbps 2003 - 2004+ Hình 1-1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây. Công nghệ 4G được biết như là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giây khi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gửii đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số). Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 5 Luận văn thạc sỹ Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời. Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu. 1.2 Truyền sóng trong thông tin di động 1.2.1 Đặc tính truyền sóng trong thông tin di động Đặc tính truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu được ở máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã phát ở máy phát về tần số, biên độ, pha và thời gian giữ chậm. Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp và sự tác động của chúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền dữ liệu, nó phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê bao. Transmitted signal Strength of the received signal Time Hình 1-2 Mô hình truyền sóng trong thông tin di động Ta có thể cơ bản chia ảnh hưởng của chúng thành: Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha-đinh và hiện tượng trải trễ. 1.2.2 Tổn hao đường truyền Là lượng suy giảm của cường độ tín hiệu thu so với cường độ tín hiệu phát. Cường độ trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, do công suất của tín hiệu trên một diện tích của mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng cách giữa Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 6 Luận văn thạc sỹ anten phát và anten thu, hấp thụ của môi trường truyền sóng. Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào: Tần số bức xạ, địa hình, mật độ thuê bao, mức độ di động của chướng ngại vật, loại anten được sử dụng. Trong mạng tế bào thì tổn hao này tăng tỷ lệ với lũy thừa của khoảng cách, tuân theo luật mũ 4. Tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự ly thông tin, do đó ta có thể lợi dụng nó để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số một cách hiện hữu, làm tăng hiệu quả sử dụng tần số. 1.2.3 Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler Là sự thay đổi của tần số tín hiệu thu so với tần số tín hiệu phát gây bởi chuyển động tương đối giữa máy thu và phát trong quá trình truyền sóng. Giả sử tần số thu được tại máy thu là: f = fc + fm*cosαi → f = fc*(1+(v/c) * cosαi) (1.1) Trong đó: - f: là tần số tín hiệu thu được ở đầu vào máy thu - fc: là tần số sóng mang phát không bị điều chế - fm: là lượng dịch tần Dopler - αi: góc của tia sóng tới thứ i so với hướng chuyển động của máy thu - c: là vận tốc ánh sáng mà fm= v*fc/c Khi máy thu đứng yên so với máy phát (v = 0°) hoặc máy thu chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu phát (αi = 90°) thì tần số của tín hiệu thu mới không bị thay đổi. Ngược lại thì bị thay đổi và hiệu ứng xảy ra mạnh nhất khi máy thu chuyển động theo phương của tia sóng tới (αi = 0°; 180°). 1.2.4 Hiện tượng fading Ở một khoảng cách ngắn nào đó thì mức tín hiệu thu trung bình không đổi, khi mức biên độ tức thời của tín hiệu thu tại anten có thể thay đổi nhanh hoặc chậm, nhưng khi khoảng cách giữa MS và BTS tăng thì mức tín hiệu thu trung bình giảm. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 7 Luận văn thạc sỹ Rx power (dBm) Fading nhanh -20 Fading chậm -40 -60 10 20 30 Khoảng cách (m) Hình 1-3 Fading nhanh và Fading chậm 1.2.4.1 Fading chậm Fading chậm đề cập đến hiệu ứng che tối gây ra bởi chướng ngại vật. Trong fading chậm, cường độ tín hiệu thu bị suy yếu nhưng giá trị trung bình của cường độ trường thay đổi từ từ theo sự thay đổi của vị trí địa lý. Tốc độ giảm phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của các trạm di động (MS). 1.2.4.2 Fading nhanh Fading nhanh có nghĩa là biên độ và pha của tín hiệu thay đổi rất lớn theo sự chuyển động của MS. Các điểm fading sâu phân phối ở khoảng gần một nửa bước sóng. Fading nhanh cũng được gọi là fading Raileigh bởi vì cường độ trường tuân theo phân bố Raileigh. Biên độ và pha của fading là ngẫu nhiên. Fading nhanh được chia thành ba loại sau đây: - Fading lựa chọn thời gian (Time-selective fading): người sử dụng di chuyển nhanh tạo ra hiệu ứng Doppler trong miền tần số và do đó gây ra sự khuếch tán tần số, kết quả là fading lựa chọn thời gian xảy ra. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 8 Luận văn thạc sỹ - Fading lựa chọn không gian (Space-selective fading): fading có các tính chất khác nhau ở những nơi khác nhau và trên những đường truyền dẫn khác nhau. - Fading lựa chọn tần số (Frequency-selective fading): fading có các tính chất khác nhau đối với các tần số khác nhau, do đó gây ra sự khuếch tán trễ và fading chọn lọc tần số sâu hơn. Các phương pháp phổ biến để giảm tác động của fading nhanh trong truyền thông di động bao gồm phân tập không gian, phân tập tần số và phân tập thời gian. 1.2.5 Hiện tượng trải trễ Đối với thông tin di động số thì việc truyền dẫn tín hiệu theo nhiều tia sóng trong môi trường di động dẫn đến sự trải trễ và độ trải trễ có thể xem như độ dài của xung khi xung cực hẹp được phát đi. Hiện tượng trải trễ làm hạn chế tốc độ truyền tin và khi lưu lượng trải trễ càng lớn thì tốc độ truyền tin càng nhỏ. Đối với hệ thống thông tin di động trong nhà thì tốc độ tối đa có thể đạt được khoảng 2 Mb/s mà không cần bộ cân bằng kênh, còn đối với thông tin di động tế bào lớn muốn truyền tin với tốc độ cao thì nhất thiết phải có bộ cân bằng kênh hoặc là chia nhỏ kích thước của tế bào (thực chất của bộ cân bằng kênh là mạch lọc). Do đó kích thước của tế bào có ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động. 1.3 Kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động Trong hệ thống thông tin vô tuyến di động, các kỹ thuật đa truy nhập được sử dụng để điều khiển việc cấp phát tài nguyên mạng. Mục đích của các kỹ thuật đa truy nhập là: - Cung cấp cho người dùng phương cách truy nhập xác định tới nguồn tài nguyên cần chia sẻ. - Giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu tới các thuê bao - Sử dụng hiệu quả băng tần có sẵn Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 9 Luận văn thạc sỹ - Hỗ trợ việc cấp phát tài nguyên linh hoạt 1.3.1 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Công nghệ FDMA được sử dụng lần đầu tiên trong các hệ thống thông tin tương tự. Trong kỹ thuật này, băng tần tổng được phân chia thành nhiều băng tần nhỏ. Mỗi thuê bao MS được phép truyền liên tục theo thời gian trên một băng tần nhỏ đã được cấp phát cho MS đó, do đó sẽ không bị trùng. Mỗi băng tần bao gồm băng tần tối thiểu cho việc truyền dữ liệu và hai dải tần bảo vệ hai bên để chống nhiễu xuyên kênh. FDMA Power Hình 1-4 Đa truy nhập phân chia theo tần số Đặc điểm của FDMA là thuê bao MS sẽ được cấp phát một kênh đôi liên lạc suốt thời gian thông tuyến. Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể, trạm gốc BS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi thuê bao MS trong hệ thống di động. 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) Trong kỹ thuật TDMA sóng mang vô tuyến của một băng thông được chia thành các kênh phân chia theo thời gian (được gọi là khe thời gian - timeslot). Mỗi người sử dụng chiếm một khe thời gian và truyền nhận tín hiệu trong khe thời gian quy định này. Vì vậy, nó được gọi là đa truy nhập phân chia theo thời gian. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 10 Luận văn thạc sỹ TDMA Power Hình 1-5 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA là một kiến trúc phức tạp, và trường hợp đơn giản nhất là một kênh sóng mang đơn được chia thành nhiều khe thời gian khác nhau, mỗi khe thời gian truyền tải các cụm thông tin định hướng trên một đường riêng. Người sử dụng giao tiếp với một trạm gốc BS trong mode đồng bộ và đếm khe thời gian. Khi khe thời gian của mình đến, trạm di động MS bất đầu nhận và giải mã cụm thông tin định hướng gửi từ trạm gốc BS. TDMA có đặc điểm là tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số, liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, giảm nhiễu giao thoa, giảm số máy thu phát ở BTS. 1.3.3 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) CDMA là phương thức đa truy nhập được thực hiện bởi kỹ thuật trải phổ. Không giống như FDMA và TDMA tách biệt thông tin người sử dụng trong miền thời gian và tần số, CDMA có thể truyền tải các thông tin của nhiều người dùng trên một kênh tại cùng thời điểm, cho phép giao thoa giữa người sử dụng. Điều quan trọng là tất cả các thông tin trước khi truyền nên được điều chế thành các mã trải phổ khác nhau thành tín hiệu băng thông rộng, sau đó tất cả các tín hiệu được trộn lẫn và gửi đi. Tín hiệu hỗn hợp sẽ được giải điều chế bởi các mã trải phổ tại các máy thu khác nhau. Do các mã trải phổ là trực giao, nên chỉ các thông tin đã được được giải điều chế bởi cùng mã trải phổ mới có thể khôi phục từ tín hiệu hỗn hợp. Đào Văn Việt Cao học ĐTVT 2010-2012 Trang 11