TÓM tắt nội DUNG môn học TIỂU LUẬN môn TRUYỀN THÔNG DI ĐỘNG

TỔNG QUAN

Quá trình phát triển

Hình 1 : Quá trình phát triển

- Một thế hệ mạng mới xuất hiện sau khoảng 10 năm

- Mục tiêu của các thế hệ mạng di động thay đổi theo thời gian

 Tăng chất lượng dịch vụ

 Mở rộng phạm vi ứng dụng

Thế hệ thứ nhất

 Kỹ thuật tương tự  Chất lượng kém

 Phương pháp truy cập: FDMA  Bảo mật thấp

 Dịch vụ chủ yếu là thoại  Chỉ cho phép gọi nội mạng

 Giải quyết được vấn đề phủ sóng  Tạo nền tảng cho mạng thông tin di động

Thế hệ 2G

- Yêu cầu chuẩn hóa hệ thống và Sử dụng kỹ thuật số

 Chất lượng thoại tốt  Giá dịch vụ và thiết bị đầu cuối thấp

 Thiết bị đầu cuối gọn nhẹ  Hỗ trợ nhiều dịch vụ và tính năng

 Tận dụng hiệu suất phổ tần  Sử dụng kỹ thuật điều chế số

 Tương thích với hệ thống ISDN

- Hệ thống GSM (Global System for Mobile communication): ra đời năm 1989 được tiêu chuẩn hóa bởi Viện Tiêu Chuẩn Viễn Thông Châu Âu ETSI

- Hệ thống CDMA (Code Division Multiple Access): ra đời năm 1995 được tiêu chuẩn hóa bởi QUALCOMM dưới tên thương mại CDMA-one (IS-95).

Hình 1 : Hệ thống thế hệ 2G

- Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

 Nhiều thuê bao chia sẻ thời gian kênh truyền theo chu kỳ

 Có thể kết hợp với FDMA

 Các kênh cùng cell có khoảng cách phổ tần vẫn phải đủ lớn

- Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

 Nhiều thuê bao truy cập cùng lúc (sử dụng các mã khác nhau)

 Tín hiệu từ thuê bao khác đóng vai trò như nhiễu

 Số thuê bao sử dụng cùng 1 kênh bị giới hạn bởi khả năng tạo mã

Hình 1 : Dung lượng mạng CDMA

- CDMA có dung lượng mạng lớn

 Hiện tượng gần – xa  giải pháp: điều khiển công suất

 Nhiễu ở vùng biên giữa các cell  chuyển giao mềm

 Fading đa đường  giải pháp: máy thu cải tiến (RAKE)

 Yêu cầu về tốc độ truyền dẫn

Thế hệ 3G

- Mạng 3G phải đáp ứng bộ tiêu chuẩn IMT2000 của ITU

- Đặc tính chính / tiêu chuẩn của IMT2000:

 Thiết kế có nhiều tính năng chung để phổ biến trên toàn thế giới

 Thiết bị đầu cuối nhỏ

 Tương thích với các dịch vụ của

IMT2000 và của mạng cố định

 Có khả năng chuyển vùng (roaming) toàn cầu

 Chất lượng dịch vụ cao  Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện, kết nối qua internet

- Hỗ trợ dịch vụ gói số liệu tốc độ cao

 Di chuyển nhanh (Vehicles) - 144kbps

 Đi bộ, di chuyển chậm (Pedestrians) - 384kbps

 Dịch vụ băng rộng (R > 2Mbps, BW > 5MHz) được cung cấp

Thế hệ 4G

- ITU-R đưa ra tiêu chuẩn 4G: IMT-Advanced

- Mạng 4G hướng tới là di động bằng rộng mọi nơi

- Thuật ngữ đại diện cho mạng 4G là MAGIC

1.4.1 Thế hệ 4G – đặc tính chính IMT – ADV

 Thiết kế có nhiều tính năng chung để phổ biến trên toàn cầu

 Tương thích với các dịch vụ của IMT và của mạng cố định

 Hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện

 Chất lượng dịch vụ cao  Khả năng liên kết với các mạng truy cập vô tuyến khác

 Tốc độ bit đỉnh cao hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng tiên tiến

1.4.2 Thế hệ 4G – Công nghệ kỹ thuật

 Cần phải có thiết bị tương thích để kết nối với mạng 4G

 Thiết bị di động tiêu hao năng lượng hơn

 Thành phần hệ thống phức tạp

 Chi phí dịch vụ và giá thành thiết bị tương đối cao

Thế hệ 5G

- Hạ tầng mạng đa kết nối, đa nền tảng

- Nền tảng cho cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

1.5.1 Thế hệ 5G – Băng tần (BW)

5G bao gồm hai dải tần với tần số hoạt động khác nhau: dải tần dưới 6 GHz, được gọi là Sub-6 GHz (Sub-6), và dải tần mmWave (sóng milimet).

Hình 1 : Các dải tần hoạt động của 5G

- Băng thông đi động tăng cường eMBB:

 Tốc độ người dùng cảm nhận 100Mbps

- Truyền thông độ tin cậy cực cao và độ trễ thấp uRLLC

 Tỷ lệ lỗi 10^-9, độ tin cậy rất cao

- Truyền thông số lượng máy lớn mMTC

 1 triệu thiết bị kết nối/km^2

 Hiệu suất sử dụng năng lượng cao

1.5.3 Kiến trúc, kỹ thuật truyền dẫn và mạng lõi

 Mạng truy cập vô tuyến đám mây (C_RAN)

 Truyền thông giữa thiết bị và thiết bị (D2D)

 Đa sóng mang lọc băng tần (FBMC)  Đatruy cập phi trực giao

 Công nghệ sóng milimet  Massive MIMO

 Đa truy cập phân chia theo búp sóng (BDMA)  Mô hình trạm HAPS

CẤU TRÚC GSM

Cấu trúc tổng thể

- Tập hợp các giải pháp

- GSM được chuẩn hóa bởi ETSI

Hình 2 : Cấu trúc tổng thể GSM

- Phân hệ trạm gốc BSS – mạng truy cập vô tuyến RAN (Radio Access Network)

Hình 2 : Phân hệ trạm gốc BSS

 Cơ sở hạ tầng của hệ thống mạng/ lớp vật lý

 Truyền dẫn vô truyến và xử lý tín hiệu

- Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ - TRAU

Hình 2 : Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ

- Bộ điều khiển trạm gốc BSC:

 Điều khiển, giám sát các BTS

 Quản lý các kênh vô tuyến, quản lý chuyển giao (tổng đài di động cục bộ)

Hình 2 : Bộ điều khiển trạm gốc BSC

 Kết nối giữa BTS và BSC: cáp đồng, viba và cáp quang

The Mobile Station (MS)= Mobile Equipment (ME) + SIM (Subcriber Identity Module)

Hình 2 : Trạm di động MS

 Bộ phận của quản lý thuê bao

 Tạo khóa mật mã Kc

 Phân hệ vô tuyến: RNS (Radio Network Subsystem) = BSS + MS

Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS

Hình 2 : Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS

Cấu trúc địa lý

- Vùng mạng – GMSC và vùng phục vụ - MSC/VLR

Hình 2 : Vùng mạng và vùng phục vụ

 Vùng phục vụ - MSC/VLR: thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao, thông tin về vị trí của thuê bao

TRUYỀN THÔNG TẾ BÀO - QUY HOẠCH MẠNG

Truyền thông tế bào – Cellular Communication

3.1.1 Kỹ thuật sử dụng tần số - Frequency Reuse

- Nâng cao hiệu suất sử dụng kênh

- Việc thiết kế và quy hoạch không tốt, can nhiễu xảy ra nghiêm trọng (CCI&ACI)

Hình 3 : Kỹ thuật sử dụng tần số

3.1.2 Nhiễu đồng kênh CCI ( Co-Channel Interference )

 , L: số can nhiễu đồng kênh

- Theo khuyến nghị, giá trị C/I nhỏ nhất mà MS vẫn có thể làm việc tốt: 9dB  12 Db

Hình 3 : Nhiễu đồng kênh CCI

3.1.3 Nhiễu kênh kế cận ACI (Adjacent Channel Interface)

- Theo khuyến nghị, giá trị C/A nhỏ nhất nên lớn hơn – 9Db

- Cả hai tỉ số C/I và C/A có thể tăng lên bằng việc sử dụng quy hoạch cấu trúc tần số

Hình 3 : Nhiễu kênh kế cận ACI

3.1.4 Nhóm tái sử dụng tần số/mảng mẫu (Clusters)

- Clusters là một nhóm các cell sử dụng lại tần số, các kênh không được tái sử dụng tần số trong một clusters, K là kích thước clusters

3.1.5 Hệ số tái sử dụng tần số (Clusters)

- Để xác định vị trí của các cell đồng kênh ta sử dụng công thức:

Di chuyển từ ô đầu tiên một khoảng i ô theo một hướng nhất định, sau đó quay 60 độ và tiếp tục di chuyển j ô theo hướng mới Hai ô đầu và cuối trong quá trình di chuyển này là hai ô đồng kênh.

- Dung lượng: số lượng kênh lớn nhất của hệ thống

 Hệ thống Cellular bao gồm S kênh vô tuyến (RFC)

 S kênh được chia sẻ cho nhóm K cells (cluster)

 Một cluster lặp lại M lần tại các vị trí địa lý khác nhau

 Dung lượng hệ thống: C MKN MS 

Anten vô hướng – Omni – Anten 360 0 : Bức xạ năng lượng đều theo mỗi hướng

 Site: vị trí đặt trạm BTS

 Anten vô hướng: 1 Site = 1 cell 360 o

- Phát sóng định hướng – Sectorization

 Anten định hướng : Bức xạ năng lượng tập trung có hướng trong một rẻ quạt (sector): cải thiện chất lượng, tăng dung lượng thuê bao

 Anten định hướng 120 o : 1 Site = 3 cell 120

 Site đặt tại góc của 3 cell kề nhau

Hình 3 : Phát sóng định hướng

3.1.8 Diện tích vùng phủ/Cấu hình site

 S site [ km 2 ]:diện tích vùng phủ của trạm

 k:hằng số tùy thuộc vào cấu hình site

Quy hoạch mạng vô tuyến

 Xác định các vị trí site và cấu hình tương ứng của các site

Cấu hình site bao gồm các yếu tố quan trọng như chiều cao anten, số lượng sector cell, tần số sử dụng (các nhóm kênh chính), kiểu anten, góc phương vị, độ nghiên, kiểu thiết bị và công suất vô tuyến Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng mạng, giúp tối ưu hóa khả năng phủ sóng và kết nối cho người dùng.

 Bản quy hoạch cuối cùng được kiểm tra theo yêu cầu chất lượng KPI (Key

Performance Indicator) của vùng phủ sóng và dung lượng mạng.

Quá trình xác định phạm vi phủ sóng và dung lượng mạng cần phải phù hợp với các yêu cầu đầu vào cũng như đáp ứng các đầu ra dự kiến trong giai đoạn định cỡ mạng ban đầu.

Hình 3 : Các bước quy hoạch

 Hiện tượng Doppler  Fading chọn lọc thời gian

Quy hoạch chi tiết

Vận hành và tối ưu Qui hoạch chi tiết hóa

Cấu hình mạng và định cỡ

Yêu cầu, chiến lược đối với vùng phủ, chất lượng và dung lượng cho mỗi loại

Quy hoạch vùng phủ và lựa chọn vị trí đặt trạm

Quy hoạch dung lượng, phân bố lưu lượng, phân bố dịch vụ, lựa chọn ví trí đặt trạm Đặt trạm và phát thử

Báo cáo số liệu đo

Phân tích hiệu năng thống kê

Hình 3 : Quy hoạch chi tiết

Quy hoạch vùng phủ

- Phương trình quỹ đường truyền vô tuyến RLB:

P [ Rx dBm ] [  P Tx  G Tx  L Tx ]  G Rx  L Rx  P M  L P

 Xác định tổn hao truyền sóng cực đại cho phép

 Áp dụng mô hình truyền sóng thích hợp

- Vật chắn trong tầm nhìn thẳng:

 Công thức tính sự suy hao do vật chắn:

- Mô hình Young (NewYork City)

 Trị trung bình suy hao đường truyền:

 Mô hình áp dụng cho môi trường các thành phố lớn với nhiều cấu trúc cao tầng

- Mô hình Okumura (Tokyo city)

 Trị trung bình suy hao đường truyền:

 Mô hình áp dụng cho đô thị có nhiều cấu trúc thành thị (cột cao, nhà phố,…), nhưng ít cấu trúc mảng khối cao tầng

 Suy hao đường truyền trong vùng đô thị:

L (urban)(dB) i.55+26.16lg(f)-13.82lg(h )-a(h )+(44.9-6.55lg(h ))lg(d) P t r t

 Vùng ngoại ô: L(suburban)(dB) =L(urban)-2[lg(f/28)] 2  5.4

 Vùng nông thôn: L(rural)(dB) =L(urban)-4.78(lg(f)) 2  18.33lg( ) 40.98 f 

- Mô hình COST 231 (Walfisch Ikegami)

 Suy hao đường truyền trong vùng đô thị:

L (urban)(dB) F.3+33.9lg(f)-13.82lg(h )-a(h )+(44.9-6.55lg(h ))lg(d)+C p t r t M

 Thành phố cỡ trung bình và ngoại ô : C M 0dB

 Trung tâm đô thị: C M 3dB

Quy hoạch lưu lượng

- Tính toán số site cần thiết dựa trên các yêu cầu về lưu lượng

Hình 3 : Tính toán số site

Lưu lượng là tổng số bản tin, bao gồm thoại và dữ liệu, được truyền tải từ điểm phát đến điểm thu qua một kênh thông tin Công thức tính lưu lượng cho một người dùng là 3600.

 Erlang(Erl) o Tổng lưu lượng cần thiết cho U users là:

 Số lượng kênh trong 1 cell phải có dung lượng lớn hơn hoặc bằng Au

Kênh thông tin là môi trường truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị người dùng, bao gồm các thành phần như đường dây thuê bao (mạng truy cập), tổng đài (nội hạt, gateway), server, switch, hub và router (mạng chuyển mạch), cùng với các thiết bị truyền dẫn và mạng truyền dẫn.

- Chuyển đổi lưu lượng data lượng sang Erlang

Kbit/s = Erlang * tốc độ dịch vụ * Activity Factor / số user

Erlang = (Kbit/s * số user) / (Tốc độ dịch vụ * Activity Factor)

Quy hoạch cell

- Chia tách cell – Cells Spliting:

 Cell có kích thước càng nhỏ thì dung lượng thông tin càng tăng

 Việc quy hoạch cell phải bảo đảm lưu lượng hệ thống với chi phí thấp nhất

 Tận dụng cơ sở hạ tầng của trạm BTS cũ

 Phương pháp giảm kích thước cell gọi là chia tách cell

 Chia tách cell = thay cell quá tải bằng các cell nhỏ hơn.

 Dung lượng tăng do tăng việc tái sử dụng tần số

CẤU TRÚC KÊNH - THỦ TỤC NHẬN THỰC VÀ BÁO HIỆU

Kênh vật lý

- Là kênh truyền dẫn dùng để truyền thông tin trên vô tuyến

- Là tổ chức theo quan điểm truyền dẫn

- Kênh vật lý - FDMA_GSM900

 Các tần số up link: Ful n( ) 890 MHz(0, 2MHz)n

 Các tần số downlink: Fdl n ( )  Ful n ( ) 45  MHz n ARFCN với 1N124

Hình 4 : Kênh vật lý - FDMA_GSM900

 Kênh tần số = 8 kênh vật lý

Hình 4 : Kênh vật lý – TDMA

- Cấu trúc khung phân cấp

Hình 4 : Cấu trúc khung phân cấp

- Cụm bình thường – NB và Cụm hiệu chỉnh tần số - FCB

Hình 4 : Cụm bình thường và Cụm hiệu chỉnh tần số

- Cụm đồng bộ - SB và Cụm truy cập – AB

Hình 4 : Cụm đồng bộ - SB và Cụm truy cập

Kênh logic

- Tổ chức theo nội dung của thông tin, phải được đặt vào kênh vật lý để truyền dẫn

- Sơ đồ cấu trúc kênh logic

Hình 4 : Sơ đồ cấu trúc kênh logic

Sắp xếp kênh logic trên kênh vật lý

Hình 4 : Sắp xếp kênh logic trên kênh vật lý

KỸ THUẬT ĐA TRUY CẬP TRẢI PHỔ VÀ CDMA

Định nghĩa và phân loại

CDMA là một phương thức đa truy cập sử dụng kỹ thuật điều chế trải phổ, trong đó mỗi kênh được phân bổ một cặp tần số và một mã độc nhất.

- Một hệ thống thông tin số được coi là trải phổ :

 Tín hiệu phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn nhiều lần độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để mang thông tin.

 Trải phổ được thực hiện bằng một chuỗi mã độc lập với số liệu.

- Các phương pháp trải phổ cơ bản:

 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum)

 Trải phổ nhảy tần (FHSS: Frequency- Hopping Spreading Spectrum)

 Trải phổ nhảy thời gian (THSS: Time- Hopping Spreading Spectrum)

 Có thể kết hợp các phương pháp trên để tạo hệ thống lai ghép

Chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN (Pseudo – Noise)

- Định nghĩa: Chuỗi PN là chuỗi nhị phân tuần hoàn có phân bố ngẫu nhiên

Bộ ghi dịch + mạch logic hồi tiếp = Chuỗi mã PN

- Đa thức tạo mã tuyến tính bậc m > 0:

; 0,1, : g i i  m trạng thái kết nối mạch hồi tiếp

- Bộ ghi dịch hồi tiếp tạo mã:

Hình 5 : Bộ ghi dịch hồi tiếp tạo mã

Gọi Si(k) là trạng thái của tầng FF thứ k sau xung đồng hồ thứ i, trạng thái của bộ ghi dịch:

Mỗi đa thức tọa mã và điều kiện đệ quy sẽ xác định giá trị đệ quy Ci, từ đó xây dựng bộ thanh ghi với số tầng FF tương ứng bằng bậc m của đa thức.

 Trạng thái của thanh ghi thay đổi theo điều kiện đệ quy  ngõ ra bộ thanh ghi là chuỗi PN

MLSR Maximum Length Shift gister

 Thông số đặc trưng: Chiều dài, trạng thái ban đầu, mạch logic hồi tiếp

 Tính chất các khoảng chạy (Runs)

Số khoảng chạy có chiều dài n bằng 1/ 2 ^n tổng số các khoảng chạy (0