Đồ án Tìm hiểu hệ thống WCDMA

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động 1.1 Tổng quan về các hệ thống thông tin di động Các hệ thống thông tin di động đầu tiên ra đời từ những năm 1920, khi đó điện thoại di động chỉ được sử dụng như là các phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ. 17/6/1946 AT&T và Southwestern Bell giới thiệu thông tin di động đầu tiên ở Mỹ, hệ thống đầu tiên này gồm 6 kênh ở băng tần 150MHz, là hệ thống bán song công, có độ rộng kênh là 60 KHz (gấp 2 lần kêng thông tin di động tương tự ngày nay, trong khi đó CDMA là 1.25MHz và WCDMA là 5MHz). Khi hệ thống này ra đời và được ứng dụng vào các thành phố lớn ở Mỹ, thì nhu cầu người sử dụng vượt quá dung lượng, nên độ rộng kênh được giảm xuống 30 KHz. Các hệ thống di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay. 1.1.1 Thế hệ thứ nhất - 1G: Những năm cuối thập niên 70, hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ nhất được phát triển, đó là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) cung cấp những dịch vụ chủ yếu là thoại. Có thể kể đến như NMT (Nordic Mobile Telephone) của công ty Ericsion (Thụy Điển); hai versions đang tồn tại là NMT450 hoạt động tại 450 MHz band và NMT900 hoạt động tại 900 MHz band. AMPS (Advanced Mobile Phone System) là hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT&T và công ty Motorola (Mỹ) đề xuất sử dụng năm 1982. Các hệ thống kể trên là các hệ thống 1G. Tuy nhiên các hệ thống 1G này có những hạn chế như sau: phân bố tần số rất hạn chế, dung lượng thấp; tiếng ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi di động chuyển dịch trong môi trường pha đinh đa tia; không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng; không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng; không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi; không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước khác. Bảng 1.1 liệt kê một số thông số chính của các hệ thống di động: Tham số AMPS NMT 900 NMT 450 Băng tần 800 MHz 900 MHz 450 – 470 MHz Khoảng cách kênh 30 KHz 25 / 12.5 KHz 25 / 29 KHz Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 10 MHz Các kênh 832 1000 ( 1999) 180 / 225 Loại điều chế FM FM FM Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 9, 12 7 Điều chế kênh điều khiển FSK FFSK FFSK Độ lệch kênh điều khiển 8 KHz 3.5 MHz 3.5 MHz Mã kênh điều khiển Manchester NRZ NRZ Dung lượng kênh điều khiển 77000 13000 13000 Tốc độ truyền dẫn 10 Kbps 1.2 Kbps 1.2 Kbps Bảng 1.1 Các thông số của một số hệ thống thông tin di động 1.1.2 Thế hệ thứ hai – 2G: Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải có biện pháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng như cung cấp thêm một số lượng dịch vụ bổ sung cho mạng. Để giải quyết vấn đề này người ta đã nghĩ đến việc số hóa hệ thống điện thoại di động cùng với các kỹ thuật đa truy nhập mới, và điều này dẫn tới sự ra đời của hệ thống điện thoại di động thế hệ 2G. Hệ thống 2G dựa trên công nghệ kỹ thuật số, dùng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple Access) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access). Hệ thống này hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống 2G còn cung cấp thêm một số dịch vụ truyền dữ liệu, tuy tốc độ còn thấp. Một số hệ thống di động 2G như GSM (Global System for Mobile Communication), IS-95 (Iterim Standard-95). Trong đó GSM được sử dụng rộng rãi nhất, hệ thống thông tin di động GSM đầu tiên được triển khai vào khoảng năm 1991.GSM kết hợp kỹ thuật truy nhập TDMA và FDMA và sử dụng hai dãi tần số xung quanh 900MHz. Như hình 1.1, băng tần đầu tiên dành cho đường lên hoạt động ở 890 đến 915 MHz và băng tần thứ hai dành cho đường xuống hoạt dộng tại 935 đến 960 MHz. Mỗi kênh vật lý có băng thông là 200 KHz và có 8 khe thời gian, mỗi khe thời gian được gán cho một người sử dụng. Để tăng thêm dung lượng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của các hệ thống được chuyển từ vùng 800 – 900 MHz vào vùng 1.8 – 1.9 GHz. Một số nước đã đưa vào sử dụng cả hai tần số ( Dual Band). Hình 1.1 Sự phân bố tần số trong hệ thống GSM Sơ đồ đa truy nhập TDMA Phân bố tần số đường lên: 890-915 MHz đường xuống: 935-960 MHz Băng thông kênh 200 KHz Tốc độ điều chế dữ liệu trên kênh vô tuyến 270.8333 Kb/s Điều chế 0.3 GMSK Mã hoá kênh kết hợp mã hoá khối và mã xoắn Bảng 1.2 Các thông số chính của hệ thống GSM Kể từ khi ra đời, các hệ thống GSM đã phát triển với một tốc độ hết sức nhanh chóng và có mặt ở nhiều quốc gia. Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993 và được khai thác rất hiệu quả. Còn IS-95 là thế hệ thông tin di động CDMA đầu tiên do Qualcom phát triển, có khả năng điều khiển công suất, xử lý cuộc gọi, chuyển giao. Nó không chỉ cung cấp dịch vụ thoại mà còn cung cấp dịch vụ truyền số liệu theo kiểu circuit-switched tại tốc độ 144 kbps. Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ. Để đáp ứng nhu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về các dịch vụ viễn thông mới, các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ ba ( thế hệ một: thông tin di động tương tự; thế hệ hai: thông tin di động số). Ở thế hệ ba này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbps. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ ba được gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. Để chuyển dần từ thế hệ sang thế hệ ba thì các công nghệ thông tin di động thế hệ 2.5G được đưa vào sử dụng. Một số tính năng của thế hệ 2.5G: - Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao ( HSCSD: High Speed Circuit Switched Data), dịch vụ vô tuyến gói chung ( GPRS: General Packet Radio Service) và số liệu 14.4 Kbps. - Các tính năng liên quan đến dịch vụ tiếng như: Codec tiếng toàn tốc tăng cường ( EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng. - Các dịch vụ bổ sung như chuyển hướng cuộc gọi, hiện tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và dịch vụ cấm gọi mới. - Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn ( SMS: Short Message Service) như: móc nối các SMS, mở rộng bản chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. - Các công việc liên quan đến tính cước như: các dịch vụ trả tiền thoại trước, tính cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình. - Tăng cường công nghệ SIM. - Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL. - Các cải thiện chung như: chuyển mạng GSM – AMPS, các dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. 1.1.3 Thế hệ thứ ba – 3G Đến những năm 2000, hệ thống thông tin di động thứ 3 (3G) ra đời với mục đích hình thành một hệ thống thông tin di động duy nhất trên toàn thế giới. Ở thế hệ thứ 3 này, có khả năng cung cấp những dịch vụ có tốc độ khác nhau như thoại, truyền dữ liệu theo định hướng packet-switched như internet tốc độ cao,truyền hình chất lượng cao, nhắn tin đa phương tiện (MMS) Các chuẩn của 3G: IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), UMTS (Universal Mobile Telephony System), CDMA 2000 được nâng cấp từ CDMAOne sử dụng kĩ thuật trải phổ nhưng rộng hơn CDMA, bao gồm những phiên bản như CDMA20001X, 1X-EV-DV,1X EV-DO và CDMA2000 3X. Hệ thông tin di động thế hệ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình... Một số yêu cầu chung đối với hệ thông tin di động thứ ba: - Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit của người sử dụng đến 2 Mbps. - Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng với: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên. - Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho tiếng, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. - Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với tiếng. - Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả phần tử thông tin vệ tinh. WARC-92 ( The World Administrative Radio Conference held in 1992) đã dành các băng tần 1885 – 2025 MHz và 2110 – 2200 MHz cho IMT- 2000. Con đường đi lên 3G từ các công nghệ khác nhau đều đã có: hiện nay châu Âu và các nhà khai thác GSM cùng với Nhật Bản sẽ phát triển đi lên W-CDMA ( Wide Band Code Division Multiple Access – Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) trên cơ sở UMTS, còn các nhà cung cấp sử dụng công nghệ CDMA sẽ tiến lên CDMA2000. Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp TDMA. Hệ thống di động 3G chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng các nghiên cứu về hệ thống 4G. Ở đó có sự hứa hẹn về tốc độ dữ liệu từ 2 Mbps đến 156 Mbps hoặc có thể cao hơn. Nó có thể hỗ trợ hoàn toàn IP. Điều đó được thực hiện dựa trên các bộ xử lý tín hiệu, các kỹ thuật điều chế, hệ thống anten thông minh và công nghệ chủ yếu là các kỹ thuật đa sóng mang với OFDM đã được tiến hành và MC-CDMA là một ứng viên sáng giá. Mạng thông tin di động Việt Nam: Các nhà cung cấp dịch vụ di động chính ở Việt Nam là Mobilphone, Vinaphone, Viet tel, S-phone. Mặc dù hiện nay đa số thuê bao di động ở nước ta chưa có nhu cầu gì khác hơn ngoài đàm thoại di động nhưng tiến tới 3G là con đường xu thế tất yếu của hệ thống thông tin di động. Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào sử dụng năm 1993 và hiện nay đang được công ty Viettel Mobile,VMS và GPC khai thác. Còn S-phone là nhà cung cấp đầu tiên và duy nhất sử dụng công nghệ CDMA. Chuẩn mà S-phone đang sử dụng là CDMA 2000 1X, chuẩn này chỉ cách chuẩn 3G CDMA 20001X Evdo một khoảng không xa nên S-phone sẽ có khả năng tiến nhanh hơn trên con đường tiến tới 3G. Trong quá trình đang nghiên cứu chuyển dần sang thông tin di động thế hệ ba, trước mắt các công nghệ thông tin di động thế hệ 2.5G được đưa vào sử dụng. Hai nhà khai thác mạng Vinaphone và Mobilphone đã đưa vào mạng họ công nghệ GPRS, còn SPT sử dụng ngay từ tiêu chuẩn IS-20001X. Các công nghệ này cho phép tăng dung lượng truy nhập lên đến 144 Kbps và truy nhập trực tiếp vào mạng Internet. Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động Cấu trúc chung của hệ thống di động được trình bày ở hình 1.2 với các thuật ngữ: ISDN: Intergated Service Digital Network – Mạng liên kết số đa dịch vụ. PSPDN: Packet Switched Public Data Network – Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói. CSPDN: Circuit Switched Public Data Network–Mạng số liệu công cộng chuyển mạch mạch. PSTN: Public Switched Telephone Network – Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. PLMN: Public Land Mobile Network – Mạng di động mặt đất công cộng. OMC: Operation and Maintenance Center – Trung tâm vận hành và bảo trì. Hình 1.2 Mô tả cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động 1.4 Hệ thống con chuyển mạch ( SS – Switching Subsystem ) Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau : Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng ( GMSC: Gateway Mobile Services Switching Center ). Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động ( MSC: Mobile Service Switching Center ). Bộ ghi dịch tạm trú ( VLR: Visitor Location Register ). Bộ ghi dịch thường trú ( HLR: Home Location Register ). Trung tâm nhận thực ( AUC: Authentication Center ). Bộ nhận dạng thiết bị ( EIR: Equipment Identity Register ). Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng thông tin di động cũng như các cơ sở cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa người sử dụng và mạng thông tin di động với nhau và với các mạng khác. 1.4.1 GMSC (Gate Mobile Service Switching Center – trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng) Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi từ mạng ngoài đến người sử dụng thông tin di động, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời ( MSC tạm trú ). Như vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng thông tin di động. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 ( CCS N0 7 ) để có thể tương tác với các phần tử khác của mạng thông tin di động. Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng đứng riêng mà thường kết nối với MSC. 1.4.2 MSC ( Mobile Service Switching Center – Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động ) MSC trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động có chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ của MSC là điều phối việc thiết lặp cuộc gọi đến những người sử dụng mạng thông tin di động. Một mặt MSC giao diện với BSC, mặt khác giao diện với mạng ngoài. MSC giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng ( Gate MSC ). Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng thông tin di động đòi hỏi cổng thích ứng IWF ( Interworking Function : chức năng tương tác ). Mạng thông tin di động cũng cần giao diện với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử trong mạng. Mạng thông tin di động còn có thể sử dụng báo hiệu kênh chung số 7 ( CCS No 7 ), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử trong một hay nhiều mạng thông tin di động. MSC thường là tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc ( BSC ). Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu dân ( với mật độ dân cư trung bình ). Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác. IWF ( Interworking Function ) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. Nó có thể ghép nối với các mạng PSPDN ( Packet Switched Public Data Network : mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ) hay CSPDN ( Circuit Switched Public Data Network : mạng số liệu công cộng chuyển mạch - mạch ), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hay giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. 1.4.3 HLR ( Home Location Register – Bộ thanh ghi định vị thường trú ) Ngoài MSC,mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một Server đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC ( Authentication Center ), mà nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép. 1.4.4 VLR ( Visitor Location Register – Bộ thanh ghi định vị tạm trú ) Là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin di động. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùg phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. 1.4.5 AuC (Authentication Center –Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực) Một thuê bao muốn truy cập mạng, VLR kiểm tra Simcard của nó có được chấp nhận hay không, nghĩa là nó thực hiện một sự nhận thực. VLR sử dụng những thông số nhận thực được gọi là những bộ ba, nó được tạo ra một cách liên tục và riêng biệt cho mỗi thuê bao di động được cung cấp bởi trung tâm nhận thực AuC, AuC được kết hợp với HLR. 1.4.6 EIR ( Equipment Identification Register – Quản lý thiết bị di động ) : EIR kiểm tra tính hợp lệ của thuê bao dựa trên yêu cầu đặc tính thiết bị di động quốc tế IMEI từ MS sau đó gởi tới bộ ghi nhận thiết bị EIR. Trong EIR, IMEI của toàn bộ thiết bị di động được sử dụng thì phải được phân chia thành ba danh sách. Danh sách màu trắng : chứa thiết bị được chấp nhận. Danh sách màu xám : chứa thiết bị di động được theo dõi. Danh sách màu đen : chứa thiết bị di động không được chấp nhận. EIR kiểm tra IMEI có thích hợp vào một trong ba danh sách hay không và chuyển kết quả đến MSC. CCS N0 7 Phụ thuộc vào qui định của từng nước, một hãng khai thác mạng thông tin di động có thể có mạng báo hiệu CCS N0 7 riêng hay chung. Nếu hãng khai thác có mạng báo hiệu này riêng thì các điểm chuyển báo hiệu ( STP : signalling Transfer Point ) có thể sẽ là một bộ phận của mạng thông tin di động và có thể thực hiện ở điểm nút riêng hay trong cùng một bộ phận của mạng thông tin di động và có thể thực hiện ở điểm nút riêng hay trong cùng một MSC tùy thuộc vào hoàn cảnh kinh tế. Tương tự một nhà khai thác mạng thông tin di động cũng có thể có quyền thực hiện một mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các tổng đài trung gian ( TE : Transit Exchange ) có thể sẽ là một bộ phận của mạng thông tin di động và có thể được thực hiện như là một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC. 1.5 Hệ thống trạm con gốc BSS: 1.5.1 BTS ( Base Transceiver Station – Trạm thu phát gốc ) Trạm BTS là một hệ thống thiết bị có nhiệm vụ truyền và nhận sóng vô tuyến, bao gồm các thiết bị phát thu, anten và và một số thiết bị khác để mã hoá và giải mã đồng thời giao tiếp với BSC. Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp và có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder and Rate Adapter Unit : khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho mạng thông tin di dộng được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặc nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC. 1.5.2 BSC ( Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc ) Có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao ( Handoff ). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của mạng thông tin di động. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC trung bình có thể quản lý vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của BTS này. Giao diện của BSC nối với BTS được gọi là giao diện Abis. 1.5.3 MS ( Mobile Station – Trạm di động ) Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp các giao diện của người sử dụng ( như : Micro, Loa, màn hình hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi ) hoặc giao diện với một số thiết bị khác ( như : giao diện với máy tính cá nhân, Fax). 1.6 Hệ thống con khai thác ( OSS – Operation System Sub ) OSS có ba chức năng chính sau : Khai thác bảo dưỡng mạng. Quản lý thuê bao tính cước. Quản lý thiết bị di động. 1.6.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng Khai thác là các hoạt động cho phép khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như : tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao ( handoff ) giữa hai ô như vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng. Việc thay đổi mạng có thể thực hiện “ mềm “ qua báo hiệu ( chẳng hạn thay đổi thông số chuyển giao nếu thay đổi biên giới tương đối giữa hai ô ), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường ( chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới ). Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chửa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với hệ thống khai thác mạng. Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người khai thác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố. 1.6.2 Quản lý thuê bao Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao ra khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp tùy theo nhiều dịch vụ và nhiều tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trong khác nữa là tính cước các cuộc gọi cho thuê bao. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di động chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OS riêng. Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao. 1.6.3 Quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR ( Equipment Identity Register ) thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự cho phép của thiết bị, một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. 1.7 Các công nghệ thông tin di động 1.7.1 Công nghệ FDMA Kỹ thuật đa truy xuất phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) là một phương pháp đa truy xuất được giới thiệu sớm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Trong hệ thống FDMA, băng thông làm việc của nguồn tài nguyên thông tin được chia ra làm nhiều băng tần nhỏ, mỗi băng tần nhỏ này được gọi là một kênh và sẽ cấp phát cho một user sử dụng để truy xuất vào mạng. Như vậy mỗi user sẽ truy xuất vào mạng bằng các tần số khác nhau nên được gọi là đa truy xuất phân chia theo tần số. Trong FDMA, để phân biệt các user khác nhau thì phân biệt bằng cách dựa vào tần số làm việc của nó. Tổng băng thông được cấp sẽ được chia thành một số các băng tần con hay kênh như được trình bày ở hình 1.3. Hình 1.3 Mô tả FDMA Phương pháp FDMA này cho phép tất cả các user truyền dẫn liên tục, nó có ưu điểm là không cần thiết định thời đồng bộ và các thiết bị sử dụng khá đơn giản. Tuy nhiên vì do băng thông của tài nguyên rất hạn chế nên phương pháp này có dung lượng không cao và không linh hoạt trong việc phân phối kênh. Ngoài ra trong FDMA còn có một nhược điểm là rất dễ bị nhiễu xuyên kênh khi tần số làm việc của các user không ổn định. 1.7.2 Công nghệ TDMA TDMA là một phương pháp đa truy xuất mà các user thay phiên nhau truy xuất vào nguồn tài nguyên thông tin theo các khoảng thời gian cho phép khác nhau. Theo nguyên tắc này, thời gian làm việc được chia thành nhiều khung nhỏ gọi là khung thời gian, mỗi khung thời gian lại được chia làm các khoảng nhỏ hơn gọi là khe thời gian. Mỗi khe thời gian này sẽ được cấp phát cho một user khi user cần truy xuất vào mạng. Chiều dài của khung thời gian và khe thời gian phải được tính toán hợp lý tùy thuộc vào từng hệ thống sao cho thời gian thực được đảm bảo tốt nhất có thể. Trong hệ thống này để phân biệt các kênh khác nhau người ta sẽ dựa vào khe thời gian. Trong TDMA, các user sẽ truyền nhận tín hiệu không liên tục nên phương pháp này còn gọi là phương pháp thu phát gián đoạn. Do đó, TDMA rất thích hợp cho các hệ thống số. Ưu điểm của TDMA là các user có thể sử dụng tần số giống nhau để truy xuất vào mạng, do đó hiệu quả sử dụng tần số được nâng lên và dung lượng hệ thống tăng cao. Ngoài ra vì có thể dễ dàng thay đổi được dung lượng truyền tải bằng việc thay đổi khoảng thời gian phát/thu, nên hệ thống này có ưu điểm là linh hoạt trong việc cấp phát kênh. Thực tế kỹ thuật đa truy xuất phân chia theo thời gian TDMA thường được sử dụng kết hợp với FDMA. Điều này làm tăng thêm hiệu quả sử dụng tần số cho hệ thống so với hệ thống FDMA thuần túy. Hình 1.4 Mô tả TDMA 1.7.3 Công nghệ CDMA Kỹ thuật đa truy xuất phân chia theo mã – CDMA (Code Division Multiple Access) không phân chia nhỏ phổ tần, cũng không chia thời gian thành các khe, mà tất cả những user khác nhau đều được phép sử dụng toàn bộ băng tần trong cùng một thời gian. CDMA dựa trên kỹ thuật trải phổ tín hiệu (SS – Spread Spectrum), nghĩa là làm cho độ rộng phổ tăng lên rất nhiều lần so với độ rộng ban đầu. Nguyên tắc chính của CDMA là sử dụng một chuỗi tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên (gọi là chuỗi giả nhiễu – PN – Pseudo Noise) để chuyển đổi tín hiệu băng tần gốc có băng thông hẹp thành một tín hiệu có băng thông rộng rồi phát đi. Mỗi user sẽ sử dụng một chuỗi tín hiệu PN khác nhau, gọi là tín hiệu mã hay đơn giản hơn là mã. Chính mã là cơ sở để đầu thu phân biệt user này với user khác. Ở đầu thu, máy thu sẽ sử dụng một chuỗi mã ngẫu nhiên giống như đầu phát để giải mã tín hiệu thu và khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Đối với những user không biết tín hiệu mã thì tín hiệu thu được giống như can nhiễu. Vì vậy, hệ thống CDMA có khả năng bảo mật rất cao. Hình 1.5 Mô tả CDMA