Tài liệu đo kiểm chất lượng mạng thông tin di động mặt đất của việt nam qua một số tiêu chuẩn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẬU ANH TUẤN ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CỦA VIỆT NAM QUA MỘT SỐ TIÊU CHUẨN LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẬU ANH TUẤN ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CỦA VIỆT NAM QUA MỘT SỐ TIÊU CHUẨN Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Viết Kính Hà Nội - 2011 CHƯƠNG 1. VÀI NÉT VỀ CÔNG NGHỆ 3G VÀ KHẢO SÁT TÌNH HÌNH CUNG CẤP CÁC DỊCH VỤ 3G TẠI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan về công nghệ 3G 3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (Third Generation). Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh... 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập vô tuyến hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ 2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công nghệ 3G các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phương tiện như: âm nhạc chất lượng cao, hình ảnh video chất lượng và truyền hình số, Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS), E-mail, video theo luồng (video streaming), trò chơi nhiều người tham gia (High-ends games)… Thông thường có một sự nhầm lẫn giữa hai khái niệm 3G và UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems), trên thực tế khái niệm mạng 3G là khái niệm chung, còn mạng 3G của châu Âu được gọi là UMTS. Quốc gia đầu tiên đưa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản. Vào năm 2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thương mại của mạng WCDMA Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu. Tại châu Phi, mạng 3G được giới thiệu đầu tiên ở Marốc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana[6]. Song song với châu Âu, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU – International Telecommunications Union) cũng đã thành lập một nhóm nghiên cứu để nghiên cứu về các hệ thống thông tin di động thế hệ 3, nhóm nghiên cứu TG8/1. Nhóm nghiên cứu đặt tên cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 của mình là Hệ thống Thông tin Di động Mặt đất Tương lai (FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunications System). Sau này, nhóm nghiên cứu đổi tên hệ thống thông tin di động của mình thành Hệ thống Thông tin Di động Toàn cầu cho năm 2000 (IMT-2000 – International Mobile Telecommunications for the year 2000)[7]. 1 Đương nhiên là các nhà phát triển UMTS (châu Âu) mong muốn ITU chấp nhận hệ thống chấp nhận toàn bộ những đề xuất của mình và sử dụng hệ thống UMTS làm cơ sở cho hệ thống IMT-2000. Tuy nhiên vấn đề không phải đơn giản như vậy, đã có tới 16 đề xuất cho hệ thống thông tin di động IMT-2000 (bao gồm 10 đề xuất cho các hệ thống mặt đất và 6 đề xuất cho các hệ thống vệ tinh). Dựa trên đặc điểm của các đề xuất, năm 1999, ITU đã phân các đề xuất thành 5 nhóm chính và xây dựng thành chuẩn IMT-2000. Năm 2007, WiMAX được bổ sung vào IMT-2000[8]. 2 Bảng 1- 1: Tổng quan 3G/IMT-2000 ITU IMT-2000 TDMA Single-Carrie r (IMT-SC) Tên thông dụng EDGE (UWT-136) CDMA Multi-Carrier (IMT-MC) CDMA2000 CDMA Direct Spread (IMT-DS) Băng thông dữ liệu Mô tả Vùng sử dụng chính EDGE Evolution Còn gọi là TDMA một sóng mang. Là tiêu chuẩn được phát triển từ các hệ thống GSM/GPRS hiện có lên GSM 2+. Hầu hết trên thế giới, trừ Nhật Bản và Hàn Quốc EV-DO Còn gọi là CDMA đa sóng mang. Đây là phiên bản 3G của hệ thống IS-95 (hiện nay gọi là cdmaOne). Một vài quốc gia ở Châu Mỹ và Châu Á. HSPA Đây thực chất là 2 tiêu chuẩn "họ hàng". Chuẩn IMT-DS còn gọi là CDMA trải phổ dãy trực tiếp, hay UTRA FDD hoặc WCDMA. Chuẩn IMT-TC còn gọi là CDMA TDD, hay UTRA TDD, nghĩa là hệ thống UTRA sử dụng phương pháp song công phân chia theo thời gian (Time-division duplex). UTRA là từ viết tắt của UMTS Terrestrial Radio Access. W-CDMA TD-CDMA CDMA TDD (IMT-TC) FDMA/TDMA (IMT-FT) IP-OFDMA UM TS TD-SCDM A Toàn cầu Châu Âu Trung Quốc DECT Đây là tiêu chuẩn cho các hệ thống thiết bị điện thoại số tầm ngắn ở châu Âu. Châu Âu, Hoa Kỳ WiMAX (IEEE 802.16) Đây là tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây ở khoảng cách lớn. Toàn cầu 3 1.2 Khảo sát tình hình cung cấp các dịch vụ 3G tại Việt Nam Hiện tại Bộ Thông tin và Truyền thông đã cấp 4 giấy phép thiết lập mạng và cung cấp dịch vụ 3G trên phổ tần số 2,1GHz cho các doanh nghiệp là Mobifone, Viettel, VNPT (vinaphone) và liên danh EVN Telecom - Hanoi Telecom. S-Fone không được cấp giấy phép 3G trên băng tần 2,1GHz nhưng S-Fone (là mạng sử dụng công nghệ CDMA) vẫn có thể triển khai một số dịch vụ 3G trên băng tần đã được cấp phép là 900 MHz. Tính đến thời điểm hiện tại, trong số 5 doanh nghiệp và liên danh được cấp giấy phép 3G đã có 4 doanh nghiệp chính thức cung cấp dịch vụ cho khách hàng là: - Vinaphone là nhà mạng đầu tiên triển khai cung cấp 3G ngày 12/10/2009. Mobifone là nhà mạng thứ hai ra mắt dịch vụ 3G tại Việt Nam, MobiFone chính thức cung cấp dịch vụ từ ngày 15 tháng 12 năm 2009. Viettel chính thức khai trương dịch vụ kể từ ngày 25/3/2010. Liên danh EVN Telecom và Hanoi Telecom thì mới chỉ có EVN Telecom triển khai cung cấp dịch vụ từ 08/6/2010. Hiện tại cơ bản các doanh nghiệp đã phủ sóng 3G đến phần lớn dân số của nước ta, tốc độ truy nhập dịch vụ của các mạng 3G tại Việt Nam đang áp dụng là chuẩn WCDMA (HSPA) với tốc độ đường xuống lên đến 7,2 Mb/s. Các dịch vụ 3G mà các doanh nghiệp hiện đang cung cấp cho khách hàng bao gồm: Video Call Đây được xem là một ứng dụng truyền thống về 3G, và được nhiều người dùng liên tưởng nhất khi nhắc tới chuẩn kết nối này. Video Call là dịch vụ đàm thoại video. Thay vì gọi điện giọng nói thông thường, trên màn hình di động sẽ hiển thị hình ảnh video của người gọi, tuy nhiên, để sử dụng, cả điện thoại của người gọi và người nhận cần có camera thứ hai ở phía trước. Cả Mobifone, Vinaphone đều đưa ra gói dịch vụ này. Internet Mobile Đây là dịch vụ được cả Vinaphone và Mobifone ứng dụng. Khách hàng có thể truy cập vào 3G, đọc báo, xem video từ Internet, tải ảnh, video cũng như gửi nhận mail. Dịch vụ được đông đảo người chọn lựa nhất tại Việt Nam hiện nay, 4 nhất là những khách hàng làm việc di động, luôn muốn cập nhật thông tin qua mạng nhanh. Mobile TV Những chiếc di động có xuất xứ từ Trung Quốc, hỗ trợ ăng ten bắt sóng TV tương tự, đang rất phổ biến. Ngoài ra, Nokia cũng từng ra mắt các model tại Việt Nam hỗ trợ truyền hình kỹ thuật số như N77, N92 và N96. Tuy nhiên, dịch vụ Mobile TV của cả ba nhà mạng tại Việt Nam lại khác biệt. Dựa vào kết nối dữ liệu, người dùng có thể truy cập vào trang web, xem các kênh truyền hình ở chế độ trực tiếp. Bên cạnh đó, Mobile TV còn cung cấp các nội dung theo yêu cầu như xem video, phim, nhạc... Mobile Broadband Cả Vinaphone và Viettel đều đặt tên dịch vụ dùng SIM 3G làm đường mạng cho laptop thông qua USB HSPA/HSDPA là Mobile Broadband, trong khi tên của dịch vụ này Mobifone đặt là Fast Connect. Mobile Broadband thích hợp cho những người dùng di động, sử dụng Internet trên laptop tại các khu vực không có Internet. Cổng thông tin 3G Tên của dịch vụ này Vinaphone đặt là 3G Portal, Mobifone là Wap Portal 3G, trong khi Viettel gọi bằng Websurf. Đây được xem là một kênh tin tức do nhà mạng cung cấp, cập nhật các báo điện tử và đưa lên di động, phù hợp với kích thước từng loại máy, hệ điều hành. Chi tiết các dịch vụ của 3 doanh nghiệp Mobifone, Viettel và vinaphone: Vinaphone - Video Call: Đàm thoại video - Mobile TV: Xem truyền hình - Mobile Broadband: Dùng USB model vào 3G - Internet Mobile: Lướt web - 3G Portal: Cổng thông tin - Mobile camera: Xem video các ngã tư ở Hà Nội Mobifone: - Video Call: Đàm thoại video - Mobile TV: Truyền hình di động - Mobile Broadband (Fast Connect): Dùng USB model vào 3G - Internet Mobile: Lướt web - Wap Portal 3G: Cổng thông tin Viettel: 5 - Video Call: Đàm thoại video. - Mobile TV: Truyền hình di động - Mobile Broadband: Dùng USB model vào 3G - Websurf: Cổng thông tin. - Mclip: là dịch vụ cho phép xem trực tuyến hoặc tải clip về máy điện thoại di động. - Vmail: là dịch vụ gửi và nhận email trên điện thoại di động dưới hình thức "Đẩy email về ứng dụng trên điện thoại di động" (hay còn gọi là Pushmail). - Mstore: là một kho ứng dụng dành cho điện thoại di động được cung cấp bởi Viettel. - Imuzik 3G: là dịch vụ âm nhạc xây dựng trên nền tảng 3G giúp khách hàng có thể nghe nhạc, xem video clip, tải nguyên bài hát về điện thoại. - Gameonline: Là dịch vụ cung cấp game dành cho điện thoại di động, cho phép khách hàng Viettel có thể tương tác trực tiếp với máy chủ nội dung (Server) hoặc nhiều người chơi khác thông qua kết nối 3G (đạt chất lượng tối ưu) hoặc EDGE/GPRS. Còn đối với S-Fone, tuy không có giấy phép 3G nhưng với lợi thế sử dụng công nghệ CDMA thì doanh nghiệp này cũng phủ sóng dịch vụ 3G đến 37 tỉnh, thành trên cả nước, công nghệ sử dụng là CDMA2000-1x EV-DO và đến cuối năm 2010 sẽ nâng cấp công nghệ này từ Rev0 lên RevA/B để đảm bảo phát triển tốt các dịch vụ 3G và định hướng phát triển hội tụ 4G trong tương lai. Chất lượng dịch vụ mạng di động nói riêng và chất lượng mạng viễn thông nói chung có thể nhìn từ nhiều phía khác nhau (phía nhà cung cấp dịch vụ, phía người sử dụng) và theo các quan điểm khác nhau (kinh tế, hoặc kỹ thuật hoặc cả kinh tế và kỹ thuật) Để đảm bảo chất lượng các dịch vụ này, cũng có thể dùng các thông số xét về mặt lý thuyết (thông qua tính toán, mô phỏng) và cũng có thể dựa vào các thông số theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế (đo đạc). Trong phạm vu của luận văn này, chỉ xét theo quan điểm kỹ thuật và từ phía nhà cung cấp dịch vụ. 6 CHƯƠNG 2. MỘT VÀI THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO LÝ THUYẾT Về mặt lý thuyết cũng có nhiều thông số khác nhau để đánh giá chất lượng mạng viễn thông như: xác suất lỗi bít tính trung bình, hiệu suất phổ, thời gian trễ, thông lượng hệ thống , dung năng hệ thống (tốc độ truyền cực đại cho phép)…Ở đây, ta chỉ xét một số đại lượng là: xác suất lỗi bít trung bình và dung năng riêng hệ thống . Đó là những thông số chính và có liên quan chặt chẽ với một số thông số theo các chuẩn sẽ đo sau này. Trong hệ thống thông tin di động, trong đó môi trường chịu fading khác nhau. Để xét xác suất lỗi bít trung bình, để việc trình bày ngắn gọn, thống nhất ta dùng hàm sinh moment (MGF). Ta sẽ xét chi tiết ngay dưới đây. 2.1. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu trung bình (SNR) [16] Có thể cho rằng đại lượng đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền thông số thông dụng và dễ hiểu nhất là tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR. Trong hầu hết các trường hợp, tỷ số này được đo ở đầu ra của máy thu và do đó nó liên quan trực tiếp đến chính quá trình tách sóng dữ liệu. Trong rất nhiều các phương pháp đo để đánh giá chất lượng hiện có, đây là chỉ số dễ đánh giá nhất và thường đóng vai trò như là một chỉ số khá tin cậy để xem sét chất lượng toàn thể của hệ thống. Mặc dù theo truyền thống, thuật ngữ “nhiễu” trong “tỷ số tín hiệu trên nhiễu” đề cập đến tiếng ồn nhiệt luôn tồn tại ở đầu vào của máy thu, trong bối cảnh của một hệ thống thông tin liên lạc bị tác động của fading thì SNR phải là trung bình, trong đó từ “trung bình” dùng để chỉ trung bình thống kê của sự phân bố xác suất của fading. Theo các thuật ngữ toán học đơn giản, nếu coi SNR tức thời là một biến ngẫu nhiên (RV) tại đầu ra của đầu thu, trong đó bao gồm cả ảnh hưởng của fading thì: chính là SNR trung bình, trong đó, biểu diễn hàm mật độ xác suất (PDF) của tín hiệu. Nói chung để tính được tức SNR trung bình ta phải biết hàm mật độ xác suất . Nếu trường hợp có phản xạ từ nhiều vật sẽ có nhiều khác nhau, đó là việc rất phức tạp. Liên quan đến được định nghĩa theo [18]. Biểu thức (2.1) được viết dưới dạng hàm sinh moment (MGF) kết hợp với tín hiệu như sau: 7 Lấy đạo hàm bậc 1 của (2.2) đối với s và lấy kết quả tại s= 0, ngay lập tức từ (2.1), chúng ta có: Điều này có nghĩa là việc đánh giá MGF của SNR tức thời (có thể dưới dạng đóng) cho phép đánh giá ngay lập tức SNR trung bình thông qua một phép toán đơn giản: phép vi phân. Để thấy được ý nghĩa của điều nói trên, ta thấy trong nhiều hệ thống, đặc biệt là trong những hệ thống xử lý thu phân tập (đa kênh) được gọi là tổ hợp tỷ lệ tối đa (MRC), đầu ra SNR, tín hiệu được biểu diễn như là tổng (tổ hợp) của các nhánh (kênh) SNRs riêng lẻ. Ngoài ra, giả thiết các kênh độc lập với nhau cũng thường phù hợp với thực tế. (Ví dụ, các RVs thường độc lập với nhau). Trong điều kiện đó, MGF có thể được biểu diễn dưới dạng tích của các MGFs tổ hợp với mỗi kênh. Và như thế, các mô hình thống kê cho một lượng lớn các kênh fading có thể được tính theo công thức đóng. Ngược lại, ngay cả với giả định các kênh độc lập, việc tính toán hàm mật độ xác suất (PDF) khác nhau là đặc trưng cho từng kênh, vẫn có thể là một việc khó khăn. Ngay cả trong trường hợp các kênh PDFs riêng rẽ có cùng dạng hàm số nhưng được đặc trưng bởi các SNR trung bình khác nhau, ,việc tính toán vẫn không hề đơn giản. Và như vậy ta thấy cái lợi của phương pháp tiếp cận dựa trên MGF, cụ thể là nếu chỉ cần bạn quan tâm đến đánh giá chất lượng, bạn sẽ không phải tìm các PDF bậc nhất của SNR đầu ra mà có thể biểu diễn chúng theo các MGF. Điều này cũng rõ khi có các tổ hợp phức tạp [18]. Tuy nhiên, vấn đề không hề đơn giản và các điểm nêu ở trên khi được áp dụng trong cách tiếp cận dựa trên MGF, chúng ta sẽ thấy mang lại hiệu quả đáng kể. 2.2 Xác suất lỗi bit trung bình (BER) [17] Tiêu chí đánh giá chất lượng thứ hai này và chắc chắn là tiêu chí xác định khó khăn nhất là xác suất lỗi bit trung bình (BER). Mặt khác, nó là chỉ tiêu thể hiện rõ nhất về bản chất của tính chất hệ thống và là tiêu chí được nhắc đến thường xuyên nhất trong các tài liệu về đánh giá hiệu năng hệ thống. Do đó, cần phải có sự chú ý đặc biệt để có một phương pháp đánh giá càng đơn giản càng tốt. 8 Lý do chính của sự phức tạp trong việc đánh giá BER trung bình là ở chỗ BER có điều kiện(trên fading) nói chung là hàm phi tuyến của SNR tức thời, bản chất của sự phi tuyến là do các sơ đồ điều chế /tách sóng sử dụng bởi hệ thống. Ví dụ, trong trường hợp đa kênh, mức trung bình thống kê của BER có điều kiện theo thống kê fading không phải là trung bình đơn giản của các giá trị đo chất lượng trung bình trên mỗi kênh như là với trường hợp của SNR trung bình. Tuy nhiên, chúng ta sẽ thấy ngay sau đây rằng cách tiếp cận dựa trên MGF vẫn khá hữu ích trong việc đơn giản hóa việc phân tích và trong rất nhiều trường hợp cho phép thống nhất theo một khuôn khổ chung. Đầu tiên giả thiết rằng là BER có điều kiện có dạng: chẳng hạn như là trường hợp tách sóng kết hợp vi sai của sự điều biến dịch pha (khóa dịch pha) (PSK) hoặc tách sóng không kết hợp của khóa dịch tần trực giao (FSK). Khi đó, BER trung bình có thể được viết là: trong đó một lần nữa là MGF của SNR do fading tức thời và chỉ phụ thuộc vào mô hình kênh fading đã giả định. Giả định tiếp theo là mối liên hệ về hàm phi tuyến giữa và có thể được biểu diễn như là một tích phân trong biểu thức dưới dấu tích phân có dạng hàm lũy thừa phụ thuộc vào tín hiệu như trong biểu thức (2.4), tức là: a) Ta xét các hàm sinh biểu diễn theo loại Gauss-Q Trong đó, để phù hợp với mục đích ta xét và là các hàm tùy ý của biến số tích phân, và thường là cả và là hữu hạn (mặc dù điều này không phải là một yêu cầu tuyệt đối như ta thấy sau đây). Mặc dù không phải là điều hiển nhiên nhưng chúng ta có thể nói rằng mối liên hệ trong biểu thức (2.6) có thể thu được bằng cách sử dụng các dạng khác nhau của các hàm phi tuyến cổ điển như hàm Gauss, hàm Q, những hàm này là đặc trưng của mối quan hệ giữa và tín hiệu tương ứng với tách sóng kết hợp vi sai của khóa dịch pha (PSK) hoặc tách sóng không kết hợp của khóa dịch tần trực giao (FSK). Hơn nữa mối liên hệ theo hàm số phi tuyến giữa và tín hiệu có thể được kế thừa từ biểu thức (2.6) là phù hợp, có nghĩa là không cần phải dùng dạng khác nào. Một ví dụ của điều 9 này là xác suất lỗi ký hiệu có điều kiện (SER) liên quan đến tách sóng kết hợp và tách sóng kết hợp vi sai của M-PSK cũng tương tự. Như vậy, bất kể trường hợp cụ thể nào, một lần nữa khi lấy trung bình (2.6) theo fading sau khi thay đổi thứ tự của hàm lấy tích phân ta có: Như chúng ta sẽ thấy ngay sau đây, các biểu thức dưới dấu tích phân trong (2.7) trong nhiều trường hợp cụ thể, có thể thu được dưới dạng biểu thức đóng. Trong trường hợp xấu nhất (hiếm gặp), biểu thức thu được sẽ là một tích phân đơn có giới hạn hữu hạn và biểu thức dưới dấu tích phân là các hàm sơ cấp. Vì (2.5) và (2.7) bao gồm một phạm vi rộng nhiều loại điều chế/tách sóng và các mô hình kênh fading khác nhau, chúng ta gọi cách tiếp cận này để đánh giá xác suất lỗi trung bình là “phương pháp thống nhất dựa trên MGF” và các dạng liên hệ mới xác suất lỗi có điều kiện như là “các dạng mong muốn”. Chúng ta cũng cần lưu ý rằng không phải tất cả các vấn đề truyền thông trên kênh fading phù hợp với mô tả ở trên, nói cách khác đi là vẫn còn những kỹ thuật đơn giản và chính xác là để đánh giá xác suất lỗi hệ thống trong trường hợp như vậy. b) Xét trường hợp nhị phân đối xứng Một trường hợp khác của cách tiếp cận dựa trên MGF có thể liên quan đến hệ thông tin với các bộ điều biến nhị phân đối xứng trong đó cơ chế quyết định tạo nên một sự so sánh của biến quyết định với một ngưỡng không. Ngoài các ứng dụng cho hệ chưa mã hóa, lớp này cũng bao gồm việc đánh giá xác suất lỗi cặp PEP trong hệ thống dùng mã hóa sửa lỗi. Về mặt toán học, gọi biểu thị biến quyết định, BER có điều kiện tương ứng có dạng. Giả định rằng một bit dữ liệu dương đã được phát: trong đó, quyết định tương ứng là PDF và CDF của biến này. Thực tế biến nói chung, có thể nhận cả giá trị âm và dương trong khi giá trị 10 SNR fading tức thời, có thể nhận các giá trị dương. Như vậy, tương tự như với (2.6), các BER có điều kiện (2.8) có thể được biểu diễn như sau: Trong đó bây giờ là MGF của biến quyết định Laplace hai bên của Để xem (là biến đổi với đối số ngược lại). có thể phụ thuộc rõ ràng vào tín hiệu như thế nào, ta xét một lớp con của bài toán mà biến quyết định có điều kiện tương ứng với một dạng bình phương của các RV Gauss phức độc lập (ví dụ, một tổng độ lớn bình phương của L phức độc lập, hoặc tương đương một biến số ngẫu nhiên với 2L bậc tự do). Dạng toàn phương như vậy xảy ra trong bài toán thu (L)- kênh của các điều chế nhị phân với bộ tách sóng kết hợp hoặc không kết hợp). Trong trường hợp này, MGF Và nếu ta đặt xảy ra được lũy thừa theo và có dạng tổng quát như sau: rồi thay (2.10) vào (2.9) và tính trung bình trên các kết quả fading bằng BER) trung bình, ta có: Trong đó: là MGF không có điều kiện của biến quyết định, cũng có dạng tích là: Cuối cùng, nhờ thực tế là các MGF của biến quyết định có thể được biểu diễn dưới dạng MGF của biến fading (SNR) như trong (2.13). Sau đó tương tự như trong (2.7), ta một lần nữa có thể đánh giá BER trung bình chỉ dựa vào sự hiểu biết của MGF là đủ. Các thí dụ khác có thể xem trong tài liệu [19] 11 Qua những điểm ở trên, để tính SNR và BER là những thông số cho biết chất lượng của hệ thống vô tuyến khi xét ảnh hưởng fading, là có thể thống nhất và đơn giản cách giải bằng hàm sinh moment, và có thể áp dụng cho các trường hợp kênh, điều chế, mã hóa cụ thể. 2.3 Dung năng riêng của hệ thống thông tin di động [20] Một thông số để đánh giá chất lượng hệ thống thông tin di động là dung năng riêng. Theo định nghĩa dung năng riêng là một đại lượng đặc trưng cho hiệu suất phổ của hệ, là tốc độ truyền cực đại với một xác suất lỗi bít nhỏ tùy ý có thể truyền qua kênh. Dung năng riêng đo bằng Bit/s/Hz. a) Trường hợp kênh truyền có nhiễu Gauss Thì xuất phát từ lượng thông tin tương hỗ: Trong đó: : xác suất xuất hiện cặp tín hiệu : xác suất xuất hiện tin ở nơi phát vào kênh : xác suất xuất hiện tin ở nơi thu của kênh Thì dung năng của kênh là: Cho trường hợp kênh Gauss thì dung năng riêng của kênh sẽ là: Đại lượng của C là: bit/s/Hz Trong đó: h: là đáp ứng xung của kênh là Với P là công suất phát trung bình; W là độ rộng băng thông của kênh; là mật độ công suất nhiễu một phía. Như vậy, dung năng riêng phụ thuộc vào SNR, tỷ lệ công suất phát và nhiễu ứng với một đơn vị độ rộng băng thông kênh, và đặc biệt tỷ lệ với bình phương đáp ứng xung của kênh. Đó là trường hợp kênh có một đầu vào và một đầu ra SISO (Single Input Single Output). b) Để tăng dung năng, người ta dùng hệ thống gồm nhiều anten phát và anten 12 thu qua kênh MIMO (Multiple Input Multiple Output) [15] Ta có sơ đồ hệ thống như hình: x y Kênh + Nhiễu Phát Thu Hình 2- 1: Sơ đồ kênh MIMO Như vậy, liên hệ giứa tín hiệu thu và phát là: Trong đó: y: vecto tín hiệu thu x: vecto tín hiệu phát H: ma trận kênh : vecto nhiễu Trong đó: : là đáp ứng xung tín hiệu phát từ anten m đến anten thu n m: (1….M) và n (1…..N); M,N: số anten phát và thu Như vậy, rõ ràng với một kênh cho trước nếu biết thông tin về trạng thái kênh, tức là biết H thì ta có thể biết dung năng của kênh, nhưng việc tăng dung năng nhiều hay ít còn tùy thuộc biết nó ở phía phát hay phía thu hay cả hai. Vì khi biết biết như vậy ta có thể xử lý để thông tin thu được nhiều hơn, tránh gây ảnh hưởng xấu giữa các kênh.  Trong trường hợp biết thông tin về trạng thái kênh cả ở phía phát và phía thu. Khi đó dung năng của kênh tính theo công thức nhờ sử dụng kỹ thuật phân tập thu phát kinh điển: Như vậy, dung năng hệ thống trong hệ thống SISO được tăng lên cỡ M.N lần.  Nếu biết thông tin trạng thái kênh ở phía phát và thu. Ta dùng thuật toán “Rót nước” , có thể phân thành những kênh song song và sẽ phân bố công suất nhiều, ít cho những kênh tùy theo trạng thái kênh tốt hay xấu . Khi đó dung năng của kênh sẽ là: 13 Với các trị riêng ứng với kênh song song thứ i Khi các đáp ứng xung kênh là trực giao, ta có: Ta thấy, khi tổng công suất phát không đổi cho các anten thì dung năng của hệ thống như (2.20) thì có nghĩa là tăng tuyến tính theo số anten phát, hoặc thu nếu số vào nhỏ hơn. Các bài toán cụ thể hơn và các phương pháp khác có thể xem trong tài liệu [16]. Hai thông số BER trung bình và dung năng riêng giới thiệu trong phần này về mặt lý thuyết và những thông số khác sẽ ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống, đã được những người soạn thảo tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam xét tới khi đưa ra các thông số đánh giá chất lượng mà ta sẽ xét trong các phần sau. 14 CHƯƠNG 3. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THEO CÁC CHUẨN QUỐC TẾ Trong lĩnh vực mạng lưới và dịch vụ 3G, ETSI đã ban hành rất nhiều bộ tiêu chuẩn khác nhau bao gồm các tiêu chuẩn về mạng lưới, thiết bị đầu cuối, vấn đề kết nối, chất lượng dịch vụ, … Về lĩnh vực chất lượng dịch vụ 3G, ETSI đã ban hành bộ tiêu chuẩn ETSI TS 102 250-x (với x từ 1 đến 7), nội dung chính của bộ tiêu chuẩn này như sau: - ETSI TS 102 250-1: Xác định các khía cạnh về chất lượng dịch vụ (Identification of Quality of Service aspects). Tiêu chuẩn này xác định các vấn đề về chất lượng dịch vụ đối với các mạng GSM và 3G. Mỗi dịch vụ cụ thể sẽ có một bộ các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ tương ứng. Các bộ chỉ tiêu này được xem xét cho phù hợp với đặc tính định lượng của các vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ mà người sử dụng đầu cuối có thể đánh giá được. - ETSI TS 102 250-2: Định nghĩa các tham số chất lượng dịch vụ phổ biến của mạng GSM, mạng 3G và cách tính toán các tham số đó (Defines QoS parameters and their computation for popular services in GSM and 3G networks). Các chỉ tiêu kỹ thuật được nêu trong Phần 1 (ETSI TS 102 250-1) là cơ sở để lựa chọn bộ các tham số. Khái niệm, định nghĩa về các tham số này được chia thành 2 phần: khái niệm trừu tượng và mô tả chung về phương pháp phép đo tại các điểm lật tương ứng (respective trigger points). Các phương pháp đo được mô tả trong tiêu chuẩn không phụ thuộc vào bất kỳ một hạ tầng nào. Các khái niệm đã được hài hoà hoá trong tiêu chuẩn được coi như là điều kiện tiên quyết để so sánh phép đo chất lượng dịch vụ và các kết quả đo. - ETSI TS 102 250-3: Các thủ tục cơ bản khi sử dụng thiết bị đo chất lượng dịch vụ (Typical procedures for Quality of Service measurement equipment). Tiêu chuẩn này mô tả các thủ tục cơ bản khi thực hiện phép đo chất lượng dịch vụ trên mạng GSM theo các thiết lập và các tham số của các phép đo đó. - ETSI TS 102 250-4: Các yêu cầu đối với thiết bị đo chất lượng dịch vụ (Requirements for Quality of Service measurement equipment). Tiêu chuẩn này định nghĩa các yêu cầu tối thiểu đối với thiết bị đo chất lượng dịch vụ của các mạng GSM và mạng 3G theo cách mà các giá trị và điểm lật cần thiết để tính toán tham số chất lượng dịch vụ như được định nghĩa trong Phần 2 (ETSI TS 102 2502) để có thể đo theo các thủ tục nêu trong Phần 3 (ETSI TS 102 250-3). Thiết bị đo đáp ứng các yêu cầu tối thiểu sẽ cho phép thực hiện các phép đo một cách tin cậy và liên tục. 15 - ETSI TS 102 250-5: Xác định các bài đo cơ bản (Definition of typical measurement profiles). Tiêu chuẩn này đưa ra các bài đo cụ thể cần thiết để cho phép việc đo theo chuẩn mực (benchmarking) các mạng GSM và 3G khác nhau cả bên trong và ngoài nước. Các bài đo này là cần thiết để khi một tập các phép đo được thực hiện thì khách hàng có thể so sánh chất lượng các dịch vụ giống nhau ("like for like" performance). - ETSI TS 102 250-6: Phương pháp thống kê và xử lý số liệu sau khi đo (Post processing and statistical methods). Tiêu chuẩn này mô tả các bước tính toán thống kê số liệu đo kiểm chất lượng dịch vụ của mạng GSM và 3G mà có sử dụng các hệ thống đo khảo sát (probing systems). - ETSI TS 102 250-7: Phương pháp lấy mẫu (Sampling methodology). Tiêu chuẩn này mô tả các bước đo của các phép đo chất lượng dịch vụ của mạng GSM trong đó các kết quả thu được bằng cách áp dụng cách thống kê nội suy (inferential statistics). Như vậy, chúng ta đo kiểm chất lượng mạng Viễn thông qua 2 chỉ tiêu cơ bản sau: - Chỉ tiêu về mạng truy cập Chỉ tiêu về chất lượng dịch vụ 3.1 Chỉ tiêu về mạng truy cập Chỉ tiêu về mạng truy cập có nhiều điểm nhưng luận văn này tôi đề cập đến một số chỉ tiêu thường đo kiểm sau: - Giao thức chuyển gia (Handover –HO) Sóng vô tuyến: RX level ; RX Qual; C/I ; FER (Frame Error rate); BER; vùng phủ sóng… Kênh vô tuyến: DCH, TCH… 3.1.1 Giao thức chuyển giao (Handover – HO) 3.1.1.1 Phân loại HO Hệ thống phân loại các quá trình chuyển giao cuộc gọi thành những loại sau:  Chuyển giao trong nội bộ tế bào (Intra-cell Hand Over).  Chuyển giao liên tế bào (Inter-cell Hand Over).  Chuyển giao trong nội bộ MSC (Intra-MSC Hand Over). 16  Chuyển giao liên MSC (Inter-MSC Hand Over).  Intra-cell Hand Over: Thủ tục chuyển giao thực hiện giữa hai kênh vật lý của cell đang phục vụ. Intra-cell Hand Over không được sử dụng khi thuê bao di chuyển sang cell khác, ngoại trừ trường hợp nếu mức nhiễu trên kênh riêng là cao thì một sự chuyển giao sang một kênh vật lý khác phải được thực hiện. Hình 3- 1: Intra-cell Handover  Inter-cell Hand Over: MS được chuyển mạch sang một kênh vô tuyến mới của một cell khác nhưng được điều khiển của cùng một bộ điều khiển trạm gốc BSC. Hình 3- 2: Inter-cell Handover 17  Intra-MSC Hand Over: Chuyển mạch kênh vô tuyến giữa hai BSC của cùng một tổng đài di động MSC. Hình 3- 3: Intra-MSC Handover  Inter-MSC Hand Over: Chuyển mạch kênh vô tuyến giữa hai tổng đài di động MSC. Hình 3- 4: Inter-MSC Handover Trong trường hợp này, MSC ban đầu giữ toàn quyền điều khiển cuộc gọi và sắp đặt truy nhập mạng cho đến khi kết thúc cuộc gọi. Cuộc gọi được định tuyến vật lý lại từ MSC ban đầu trực tiếp đến MSC đích. 18