Xu hướng di động không dây

Chương 1: Xu hướng của di động không
dây
1.6 Phân bố phổ
Phổ là một tài nguyên tự nhiên hữu hạn. Thiết bị liên lạc không dây phụ thuộc
vào các băng tần thích hợp và sẵn có. Các đặc tính của tín hiệu truyền là khác nhau
với các băng tần khác nhau. Cũng như vậy, phạm vi dịch vụ của hệ thống mới trong
băng tần xác định băng thông của băng tần đó. Tỉ lệ dữ liệu càng
Hình 1.5. Cấu trúc của tổ chức tiêu chuẩn TTA ở Hàn Quốc
cao, càng cần thiết một băng tần rộng hơn. Các nhà sản xuất muốn phân bố một phổ
băng tần mong muốn và có một nguồn vốn đầu tư đòn bẩy theo quy mô nền kinh tế.
Việc cho phép phân bố và cấp đăng kí sử dụng phổ sẵn có tới các hệ thống
khác nhau (phân bố băng tần) và tới các nhà khai thác dịch vụ khác nhau (các giấy
phép đăng kí) thuộc về các cơ quan hành chính tần số khác nhau trên khắp thế giới.
Page 1
Hình 1.6. Cấu trúc tổ chức CCSA Trung Quốc
Đó là một quá trình chuyển đổi cơ cấu phân bố băng tần và cho phép các hệ thống và
dịch vụ mới chuyển về phía các dải tần số cao hơn. Nhiều vấn đề được xoay quanh
bởi những tranh cãi lớn giữa các mảng của ngành công nghiệp truyền thông và được
đưa lên Quốc hội để giải quyết. Trong quá khứ, thông tin vệ tinh cần một kế hoạch
toàn cầu về phân bố quang phổ. Việc phân bố quang phổ của các hệ thống thông tin
liên lạc trên mặt đất chỉ đến từ các cơ quan chức năng khu vực. Đến nay, các chuyển
vùng toàn cầu của các hệ thống thông tin liên lạc trên mặt đất cũng bắt buộc phân bố
quang phổ của hệ thống phải được lên kế hoạch trên toàn cầu, như hệ thống GSM là
một ví dụ. Đến nay, cần phải có ba kênh phổ GSM để chuyển vùng qua lại trong hầu
hết các khu vực trên thế giới: 900MHz và 1800 MHz ở châu Âu và châu Á, 1900
MHz ở Bắc và Nam Mỹ. Vì vậy, một chiếc điện thoại (máy thu phát cầm tay) ba băng
tần là một giải pháp hiện nay cho chuyển vùng quốc tế.
Page 2
1.6.1 Phân bố phổ tại Mỹ
Tại Mỹ, FCC là cơ quan phân bố phổ tần cho các dịch vụ khác nhau và cấp
giấy phép cho các nhà khai thác trong mỗi dịch vụ và từng thị trường. Vô tuyến di

động (với hệ thống gửi đi một chiều) lần đầu tiên được vận hành vào năm 1921 bởi
Sở cảnh sát Detroit. FCC cấp 11 kênh tần số trong năm 1934 mức 54 MHz và cấp 29
kênh mới trong năm 1936, tới năm 1937 là tại 58 đồn cảnh sát bang. Năm 1946, FCC
cấp cho AT&T giấy phép về dịch vụ điện thoại di động ở St Louis hoạt động ở 450
MHz (VHF) với một băng thông kênh 120 kHz. Năm 1947, dịch vụ đã được cung cấp
tại hơn 25 thành phố ở Mỹ. Năm 1950, băng thông kênh đã được giảm xuống 60 kHz.
Năm 1956, FCC cấp phép các kênh mới trong băng tần UHF, quanh mức 450 MHz
với băng thông kênh là 50 kHz. Vào năm 1960, thiết kế máy thu FM đã được cải
thiện đáng kể. Các kênh VHF được chia từ 60 kHz đến 30 kHz, được gọi là hệ thống
MJ và các kênh UHF được chia từ 50 kHz đến 25 kHz, được gọi là hệ thống MK. MJ
và MK là điện thoại di động với 12 kênh hoạt động tại Mỹ trước khi có AMPS.
Từ khi kết thúc Chiến tranh thế giới II đến năm 1970, bên cạnh 14 kênh truyền
hình VHF, FCC đã thiết lập 70 kênh mới cho đến các kênh truyền hình UHF. Đề nghị
của AT&T để có các kênh di động mới trong băng tần UHF đã bị từ chối bởi FCC
tương ứng vào các năm 1949 và 1964.
Trong thập niên 60, hệ thống vô tuyến trung kế như SMR (Special Mobile
Radio) hoạt động ở 800 MHz đã được giới thiệu và có thể tự động điều chỉnh tới vô
tuyến di động và thiết lập các cuộc gọi. Vì vậy, việc phân bố phổ hiện có cho vô
tuyến di động không đầy đủ trong phổ của băng tần 800 MHz.
Năm 1975, ngành kinh doanh truyền hình cáp được giới thiệu. Đã không cần
phải phân bố một phổ lớn cho các kênh truyền hình. FCC phân bố 115 MHz (806-947
MHz) thông tin di động mặt đất: 40 MHz cho mạng di động tế bào, 30 MHz cho dịch
vụ gửi thông tin thông thường và trung kế, 45 MHz được dự trữ. 115 MHz phổ này
trước đây được phân bố cho các kênh truyền hình giáo dục, bây giờ đã được dành cho
băng tần di động tế bào. Vào năm 1981, do tình trạng độc chiếm song mại (thị trường
bị hai công ty độc quyền lũng loạn), FCC quyết định thành lập hai hệ thống 20-MHz
mỗi thị trường, một hệ thống được vận hành bởi một công ty điện thoại địa phương
(công ty hữu tuyến) và một điều hành bởi một công ty không dây. Vào năm 1986,
mỗi hệ thống nhận thêm 5 MHz phổ, tổng cộng 25 MHz cho mỗi hệ thống. Đó là hệ
thống FDD (frequecy division duplex), theo đó 12,5 MHz một chiều, được gọi là

AMPS (advanced mobile phone service), một hệ thống tương tự, bây giờ được coi là
Page 3
thế hệ hệ thống điện thoại di động đầu tiên. Đã có 416 kênh FM với băng thông kênh
30 kHz.
Các băng tần vô tuyến di động mặt đất (Land Mobile Radio - LMR) là 150,
450, và 850 MHz với các kênh 25 kHz hoặc các kênh 12,5 Hz. Chúng chủ yếu được
sử dụng cho việc thi hành pháp luật, an toàn công cộng, các xe taxi, các đội xe tải,
cũng như cho các dịch vụ quân sự.
Hệ thống dữ liệu di động, chẳng hạn như ARDIS và Ram Mobile, hoạt động
trong phạm vi 800-900 MHz.
Sau khi Vương quốc Anh giới thiệu PCN vào năm 1989, hoạt động ở 1800
MHz, FCC phát hành PCS (Personal Communication Services) vào năm 1993, với
bảy khối tần số (A, B, C, D, E, F và một khối chưa cấp giấy phép trong hai phổ GHz
như sau:
• Phổ băng rộng PCS cho các hệ thống tương tự di động(120 MHz)
Từ 1850 MHz đến 1990 MHz
Các khối A, B, C có 30 MHz (một cặp 15 MHz cho FDD)
Các khối D, E, F có 10 MHz (một cặp 5 MHz cho FDD)
Khối chưa giấy phép có 20 MHz
UV (unlicensed voice) (một cặp 5 MHz)
UD (unlicensed data) (một khối đơn 10 MHz)
• Phổ hẹp PCS cho các hệ thống liên lạc hai chiều ở 901-940,90 MHz
Năm kênh (các cặp kênh 50 kHz)
Ba kênh (ba kênh 50 kHz kết hợp với ba kênh 12,5 kHz)
Ba kênh (các kênh lẻ 50 kHz)
• Băng tần chưa cấp phép
1. Thiết bị dữ liệu: các băng tần 1890-1930 MHz cho điện thoại không dây, mạng dữ
liệu không dây PBX, và các thiết bị không cấp phép thấp.
2. Các băng tần ISM (công nghiệp - industrial, khoa học - scientific và y tế -
medical) 900 MHz, 2,4 GHz, 5,7 GHz và dựa trên quy định FCC Part-15. Đôi khi

nó còn được gọi là các băng tần part 15. WLAN sử dụng băng tần ISM, cho phép
truyền tải năng lượng thấp và cung cấp tốc độ truyền cao đến 20 Mbps.
3. Băng tần MMDS: trong phạm vi 5 GHz.
4. Băng tần LMDS: trong phạm vi 16 – 30 GHz.
• Phổ 3G: 2 × 45 MHz được phân bố và sẽ phân chia thành 5 - 7 khối theo luật của
FCC.
1710-1755 MHz Truyền tải di động
Page 4
2110-2155 MHz Truyền tải cơ sở
1.6.2 ITU: Phổ cho 3G (IMT-2000)
Theo IMT-2000, tổng cộng 230 MHz đã được định rõ tại WARC'92 (World
Administrative Radio Conference). Đây là lần đầu tiên ITU bắt đầu để quản lý phổ
tần cho thông tin di động mặt đất như trong Bảng 1.2.
Phổ IMT-2000 FDD chồng chéo với băng tần PHS hiện có cũng được thể hiện
trong Bảng 1.2. Ngoài ra, băng tần PCS của Mỹ đang chồng chéo với băng tần uplink
IMT-2000 (thấp hơn). Phổ từ 2010-2025 MHz được gán cho TDD trong IMT-2000.
Các chức năng của ITU liên quan đến quản lý phổ và tiêu chuẩn hóa được mô
tả như sau:
• ITU là một tổ chức thuộc Liên Hiệp Quốc tại Geneva gồm hơn 170 quốc gia thành
viên và chịu trách nhiệm cho hai nhiệm vụ: (1) các tiêu chuẩn truyền thông và (2)
các thỏa thuận dựa trên các hiệp ước được kí kết.
• Trách nhiệm quản lý phổ của ITU là để giảm thiểu nhiễu sóng vô tuyến bằng cách
thiết lập các quy tắc quốc tế. Nó khác với Mỹ mà tại đó hai chức năng được giải
quyết bởi hai thực thể khác nhau: các tiêu chuẩn hệ thống thông tin liên lạc bởi
các cơ quan tiêu chuẩn công nghiệp, và phân bố phổ bởi FCC. ITU đã trải qua một
sự thay đổi cơ cấu chính vào ngày 01/ 03/ 1993. Có ba bộ phận, một hội đồng, và
WARC (World Administrative Radio Conference). Ba bộ phận là
1. Bộ phận thông tin vô tuyến (phân chia phổ), kết hợp với IFRB (Hội đồng đăng kí
tần số quốc tế - International Frequency Registration Board) và CCIR (Ủy ban tư
vấn phát thanh quốc tế - Consultative Committee on International Radio) đôi khi

được gọi là ITU-R.
Bảng 1.2. Biểu đồ phân bố phổ toàn cầu
Page 5
IFRB có hai trách nhiệm: đầu tiên, nó phân chia các tần số ứng dụng và dịch
vụ quốc tế. WARC cập nhật các quy định phát thanh và xem xét các hoạt động tần số
quốc tế. Tất cả các nước quan tâm tham gia và đóng góp quan điểm của họ.
CCIR (a) liên quan đến khía cạnh kỹ thuật của việc sử dụng phổ phát thanh và
(b) liên quan đến các tiêu chuẩn hiệu suất và đặc tính hệ thống cho mạng tương thích.
Study Group 8 là một nhóm quốc tế đặc biệt trong CCIR để xác định các yêu
cầu đối với tương thích toàn cầu FPLMTS (Hệ thống viễn thông di động mặt đất
công cộng tương lai - Future Public Land Mobile Telecommunications Systems), và
nó được đề nghị tại WARC '92 rằng 227 MHz trong băng tần 1-3 GHz sẽ được yêu
cầu cho FPLMTS.
2. Bộ phận tiêu chuẩn hóa viễn thông, được gọi là ITU-T, chịu trách nhiệm cho cả
tiêu chuẩn hóa radio và viễn thông có dây. Tiền thân là CCITT (Ủy ban tư vấn về
điện báo và điện thoại quốc tế) chỉ thực hiện các khuyến nghị cho các thiết bị
trong mạng viễn thông có dây.
3. Bộ phận phát triển viễn thông: thực hiện tất cả các trách nhiệm không tiêu chuẩn.
Page 6
1.6.3 Các khu vực khác trên thế giới
Châu Âu
• CEPT (Nghị viện các bưu điện châu Âu và Cục quản lý viễn thông - Conference
of European Posts and Telecommunications Administration): nhóm lại các bưu
điện và cục quản lý viễn thông tại hầu hết các nước châu Âu để phối hợp các
mạng viễn thông của họ trong phổ phát thanh. Trong những năm đầu thập niên
1990, Cộng đồng châu Âu (EC - European Community) đảm nhận trách nhiệm
CEPT cho tiêu chuẩn hóa.
• ETSI (Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu - European Telecommunications
Standards Institute): các ủy ban kỹ thuật (như GSM, PCN) làm các công việc của
mình.

Trung Quốc
• Viện kiểm soát phổ không dây, một cơ quan chính phủ nhà nước, quản lý phổ tần
trên toàn quốc. Ngoài ra, mỗi tỉnh có cục kiểm soát phổ tần không dây của mình
để quản lý phổ tần trong tỉnh. Về nguyên tắc, các cục cấp tỉnh phối hợp với viện
cấp nhà nước.
Bắc và Nam Mỹ
• Ủy ban Viễn thông liên Mỹ (CITEL - Inter-American Telecommunications
Commission) kiến nghị về các vấn đề phổ tần cho Bắc và Nam Mỹ.
Nhật Bản và Hàn Quốc
• Nhật Bản và Hàn Quốc có các viện quốc gia riêng của họ để quản lý sử dụng phổ
trong nước họ.
1.7 Xem xét hiệu quả phổ
Một vấn đề lớn phải đối mặt của các ngành công nghiệp thông tin vô tuyến là
sự giới hạn của phổ tần số vô tuyến sẵn có. Trong chính sách thiết lập sự phân bố,
FCC tìm kiếm các hệ thống băng thông tối thiểu nhưng cung cấp hiệu suất sử dụng
cao và đạt sự hài lòng của người tiêu dùng. Vấn đề thường đưa ra NPRM (Notice of
Proposed Rule Making) và yêu cầu thông tin phản hồi từ ngành công nghiệp.
Page 7
Hệ thống điện thoại di động lý tưởng sẽ hoạt động trong một dải tần được phân
chia giới hạn và sẽ phục vụ một số lượng gần như không giới hạn của người sử dụng
trong các phạm vi không giới hạn. Ba phương pháp chính để đạt được sự lý tưởng là
• Đề án điều chế
A. Áp dụng cho các hệ thống tương tự
1. Đơn biên (SSB - Single-sideband), chia băng tần được phân bố vào số kênh tối
đa.
2. Điều chế tần số (FM - Frequency modulation), sử dụng độ lệch tần số (một ứng
dụng ban đầu của trải phổ) để giảm nhiễu.
3. Di động tế bào, tái sử dụng các băng tần được phân bố tại các địa điểm địa lý
khác nhau.
B. Áp dụng cho các hệ thống số

1. Điều chế số theo tần số tín hiệu (FSK - Frequency shift keying), Gaussian FSK
(GFSK), tối thiểu FSK (MSK - minimum FSK): tần số thay đổi đột ngột ở quá
trình chuyển đổi.
2. Điều chế số theo pha tín hiệu (PSK - Phase Shift Keying), điều chế pha vuông
góc (QPSK - Quadrature PSK): pha thay đổi đột ngột ở quá trình chuyển đổi.
3. Điều chế biên độ vuông góc (QAM): sự kết hợp của biên độ (ASK) và điều chế
số theo pha tín hiệu.
4. Ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM): bao gồm một tổng các sóng
mang con được điều chế bằng cách sử dụng PSK hoặc QAM.
5. Trải phổ hoặc tần số nhảy, tạo ra nhiều mã trên một băng tần rộng.
Năm 1971, cách tiếp cận di động tế bào đã được chứng minh là một hệ thống phổ
hiệu quả dựa trên các dự án tái sử dụng tần số.
• Cấu hình anten: anten thông minh
A. Đa dạng anten tại trạm gốc
1. Đa dạng anten thu: không gây ra bất kỳ sự nhiễu giao thoa nào trong không
khí.
2. Đa dạng anten truyền: đạt được sự đa dạng mà không cần đa dạng anten tại các
trạm di động.
B. Anten mảng thích nghi
1. Tạo chùm
2. Lái tia
C. Hệ thống anten mã không gian thời gian.
D. Hệ thống ăng-ten MIMO (nhiều đầu vào và nhiều đầu ra)
• Quy hoạch hệ thống
A. Trạm gốc
1. Phân bổ nguồn lực cho các trạm di động thông minh.
Page 8
2. Kiểm soát và điều chỉnh năng lượng.
3. Bàn giao thông minh.
B. Mạng thông minh

1. Mạng Ad hoc
2. Mạng Mesh
3. Mạng cảm biến
Việc xem xét hiệu quả phổ tần luôn luôn là chủ đề quan trọng cho phát triển hệ
thống truyền thông không dây trong tương lai. Các đề án điều chế sẽ được mô tả
trong chương 4, anten thông minh trong Chương 8, trạm thông minh trong Chương
16, và mạng thông minh trong Chương 17.
Tài liệu tham khảo
1. Phòng thí nghiệm Bell, “High-Capacity Mobile Telephone System Technical
Report,” tháng 12 1971, gửi tới FCC.
2. F. H. Blecher, “Advanced Mobile Phone Service,” IEEE Transactions on
Vehicular Technology,Vol. VT-29, tháng 5 - 1980, trang 238–244.
3. V. H. MacDonald, “The Cellular Concept,” Bell System Technical Journal, Vol.
58, tháng 1 - 1979, trang 15–42.
4. W. C. Y. Lee, Mobile Communications Engineering, McGraw-Hill Book Co.,
1998, phần Introduction, Part I và Part II.
5. W. C. Y. Lee, Lee’s Essentials of Wireless Communications, McGraw-Hill Book
Co., 2000, các chương 1 và 2.
6. Bernard J. T. Mallinder, “An Overview of the GSM System,” Conference
Proceedings, Digital Cellular Radio Conference, Hagen FRG, tháng 10 - 1988.
7. M. Mouly, M. B. Pautet, “The GSM System Mobile Communications,” M. Mouly
et M. B. Pautet, 49, vue Louis Bruneau, F-91120 Palaisea, France, 1992.
8. 8. S. M. Redl, M. K. Weber, M. W. Oliphant, An Introduction GSM, Artech
House Publishers, 1995.
9. A. Mehrotra, GSM System Engineering, Artech House, 1996.
10.A. J. Viterbi, CDMA, Principles of Spread Spectrum Communication, Addison-
Wesley, 1995.
11.W. C. Y. Lee, Mobile Communications Design Fundamentals, John Wiley &
Sons, 1993, Chương 9.
12.H. Harte, K. McLaughin, CDMA IS-95 for Cellular and PCS, McGraw-Hill Book

Co., 1996.
Page 9
13.Nippon Ericsson K.K. Research & Development Center for Radio System (RCR),
“PDC-Digital Cellular Telecommunication System, RCR STF-27A Version,”
tháng 1 - 1992.
14.C. Smith, D. Collins, 3G Wireless Networks, McGraw-Hill Book Co., 2002.
15.S. C. Yang, 3G CDMA 2000, Artech House, 2004.
16.ITU “Radio Requirements of 4G Systems,” phát hành tháng 7 - 2003.
17.Cordless Telephone 2/Common Air Interface (CT2/CAI), “Management of
International Telecommunications, MIT 12-850-201, McGraw-Hill, Inc. DataPro
Information Service Group, Delran, N.J., tháng 2 - 1994.
18.Digital European Cordless Telecommunications, Part I, “Overview,” DE/RES
3001-1, Common Interface, Radio Equipment and Systems, ETS 300 175-1, ETSI,
B.P. 152, F-06561 Valbonne Cedex, France, tháng 8 – 1991.
19.Sybo Dijkstra, Frank Owen, “The Case for DECT,” Mobile Communications
International, trang 60–65, tháng 9 – tháng 11 - 1993.
20.20. PHS-Personal Handy Phone Standard, Research Development Center for
Radio System (RCR), “Personal Handy Phone Standard (PHS),” CRC STD-28, 20
tháng 12, 1993.
21.E. K. Wesel, “Wireless Multimedia Communications,” Addison-Wesley, 1998,
Chương 1.
22.“CDPD–Cellular Digital Packet Data, Cell Plan II Specification,” soạn thảo PCSI,
San Diego, CA 92121, tháng 1 - 1992.
23.L. Goldberg, “Wireless LANs: Mobile Computing’s Second Wave,” Electronic
Design, 25 tháng 6, 1995.
24.W. C. Y. Lee, Lee’s Essentials of Wireless Communications, McGraw-Hill, 2001,
Chương 8.
25.O. G. Williams, “Communications satellite systems” Ed by B. J. Halliwell
in Advanced Communications Systems, Buttworth & Co. 1974.
26.N. Hart, H. Haugli, P. Poskett, and K. Smith, “Immarsat’s Personal

Communications System,” Proc. Third International Mobile Satellite Conference,
Pasadena, trang 303–304, 16–18 tháng 6, 1993.
27.J. E. Hatlelid and L. Casey, “The Iridium System: Personal Communications
Anytime, Anyplace,” Proc. Third International Mobile Satellite Conference,
Pasadena, trang 285–290, 16–18 tháng 6, 1993.
28.R. A. Wiedeman, “The Globalstar Mobile Satellite System for Worldwide
Personal Communications,” Proc. Third International Mobile Satellite
Conference, Pasadena, trang 291–296, 16–18 tháng 6, 1993.
29.Y. B. Lin, I. Chlamtac, Wireless and Mobile Network Architectures, John Wiley
& Sons, 2001, Chương 22.
Page
10
30.W. C. Y. Lee, “Spectrum Efficiency Digital Cellular,” 38
th
IEEE Vehicular
Technology Conference Record, Philadelphia, PA, 15–17 tháng 1 - 1988, trang
643–646.
31.W. C. Y. Lee, Mobile Communication Engineering, Theory and
Applications, 2nd Ed., McGraw-Hill, 1998, trang 305.
Chương 2: Giới thiệu các hệ thống di động
tế bào
Để mô tả hệ thống di động tế bào nói chung, cần thiết phải bao gồm thảo luận về các
hệ thống di động tế bào cơ bản, các tiêu chí hoạt động của chúng, đặc thù của môi
trường vô tuyến di động, hoạt động của các hệ thống di động tế bào, giảm nhiễu đồng
kênh, chuyển giao, vv.
2.1 Các hệ thống di động tế bào cơ bản
Có hai hệ thống di động tế bào cơ bản: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.
2.1.1 Các hệ thống chuyển kênh
Trong một hệ thống chuyển mạch kênh, mỗi kênh được dành riêng cho một người sử
dụng cho đến khi kết nối của nó bị kết thúc. Xa hơn, chúng ta có thể phân biệt thành

hai hệ thống chuyển mạch kênh: một cho một hệ thống tương tự và một cho một hệ
thống kỹ thuật số.
A. Hệ thống tương tự
Một hệ thống di động tế bào tương tự cơ bản bao gồm 3 khối con: một đơn vị lưu
động (mobile unit), một vị trí tế bào (cell site), và một trạm đổi hay văn phòng
chuyển đổi điện thoại di động (MTSO - mobile telephone switching office), như
Hình 2.1 chỉ ra với các kết nối để liên kết ba hệ thống con.
1. Đơn vị lưu động.Một đơn vị điện thoại di động bao gồm một khối điều khiển,
một máy thu phát và một hệ thống anten.
2. Vị trí tế bào. Một vị trí tế bào cung cấp giao diện giữa MTSO và các đơn vị lưu
động. Nó gồm một khối điều khiển, các radio cabinet, các anten, một trạm
điện, và các thiết bị đầu cuối dữ liệu.
Page
11
3. MTSO. Trạm đổi, trung tâm điều phối cho tất cả các vị trí tế bào, bao gồm bộ
xử lý di động và bộ chuyển đổi tế bào. Nó kết nối với các văn phòng khu vực
của công ty điện thoại, điều khiển xử lý cuộc gọi, cung cấp vận hành bảo
dưỡng, và xử lý các hoạt động thanh toán.
4. Các kết nối. Sóng vô tuyến và liên kết dữ liệu tốc độ cao kết nối ba hệ thống
con. Mỗi đơn vị lưu động chỉ có thể sử dụng một kênh tại một thời điểm để kết
nối thông tin liên lạc của nó. Nhưng kênh không cố định, nó có thể là bất kỳ
tần số nào trong toàn bộ băng tần được cấp của khu vực phục vụ, với mỗi vị trí
có khả năng đa kênh có thể kết nối cùng một lúc tới nhiều đơn vị lưu động.
Hình 2.1 Hệ thống di động tế bào tương tự
MTSO là trung tâm của hệ thống di động di động tế bào tương tự. Bộ xử lý của
nó cung cấp sự phối hợp tổng đài và sự quản lý di động tế bào.
Page
12
Chuyển đổi di động tế bào, có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số, chuyển đổi
cuộc gọi để kết nối các thuê bao di động tới các thuê bao di động khác và tới

mạng điện thoại trên toàn quốc. Nó sử dụng các trung kế thoại (voice trunk)
tương tự như trung kế thoại trong cùng công ty điện thoại. Nó cũng chứa các
kết nối dữ liệu cung cấp các liên kết giám sát giữa bộ xử lý và chuyển đổi và
giữa các vị trí tế bào và bộ xử lý. Kết nối vô tuyến mang âm thanh thoại và
truyền tín hiệu giữa đơn vị lưu động và vị trí tế bào. Các kết nối dữ liệu tốc độ
cao không thể truyền được qua các trung kế điện thoại tiêu chuẩn và do đó phải
sử dụng hoặc các liên kết sóng vi ba hoặc các đường T-carrier (đường dây).
Các liên kết sóng vi ba hoặc T-carrier mang cả âm thanh thoại và dữ liệu giữa
các vị trí tế bào và MTSO.
B. Các hệ thống số
Một hệ thống số cơ bản bao gồm bốn thành phần: trạm di động (MS), trạm thu
phát gốc (BTS), bộ điều khiển trạm gốc (BSC), và các hệ thống chuyển đổi con,
như trong Hình 2.2
• MS: bao gồm 2 phần, thiết bị di động (ME) và thẻ SIM. Thẻ SIM chứa tất cả các
dữ liệu thuê bao cụ thể được lưu trữ ở bên phía MS.
• BTS: bên cạnh có cùng chức năng như các trạm BTS tương tự, nó có bộ chuyển
đổi mã và thích ứng tốc độ (TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit), thực hiện mã
hóa và giải mã cũng như thích ứng tốc độ trong trường hợp tốc độ dữ liệu khác
nhau.
• BSC: là một thành phần mới trong các hệ thống kỹ thuật số quản lý các tài nguyên
vô tuyến (RR) cho các tế bào di động dưới sự kiểm soát của nó. BSC cũng xử lý
các bàn giao (handover), quản lý năng lượng theo thời gian và đồng bộ hóa tần số,
và phân bổ lại tần số giữa các trạm BTS.
• Các hệ thống chuyển mạch con:
a. MSC: Chức năng chính của MSC là phối hợp thiết lập cuộc gọi giữa MS và
các người dùng PSTN.
b. VLR (Visitor Location Register – Bộ ghi địa chỉ truy cập): Cơ sở dữ liệu của
tất cả các chuyển vùng điện thoại di động trong khu vực kiểm soát của MSC.
c. HLR (Home Location Register – Bộ ghi địa chỉ truy cập): Cơ sở dữ liệu tập
trung của tất cả các thuê bao đăng ký tại một mạng di động mặt đất công cộng

(PLMN - Public Land Mobile Network).
Page
13
Hình 2.2 Hệ thống di động tế bào số
d. AUC (Authentication Center – Trung tâm nhận thực): Cung cấp HLR với các
thông số xác thực và các khóa mã được sử dụng cho các mục đích bảo mật.
e. EIR (Equipment Identity Register – Bộ ghi nhận dạng thiết bị): Cơ sở dữ liệu
để lưu trữ tất cả các số thiết bị di động đã đăng ký.
f. IWF: Cung cấp cho thuê bao các dịch vụ dữ liệu có thể truy cập dữ liệu tốc độ
và các thiết bị chuyển đổi giao thức và giao tiếp với các mạng dữ liệu công
cộng và cá nhân.
g. EC (Echo Canceller – Bộ loại bỏ tiếng vọng): Được sử dụng ở phía PSTN của
MSC cho tất cả các mạch bằng giọng nói.
h. XC (Transcoder – Bộ chuyển mã): Thông thường cài đặt trong mỗi trạm BTS.
Nhưng vì lý do chi phí, nó có thể được cài đặt trong BSC hoặc MSC.
i. OMC (Operational and Maintenance Center – Trung tâm vận hành và bảo trì):
Chức năng này nằm tại MSC tương tự nhưng đã thành một thực thể tách rời
trong các hệ thống số.
Page
14
Các thông số kỹ thuật của các hệ thống số khác nhau sẽ được giới thiệu trong
Chương 4 và 5.
2.1.2 Hệ thống chuyển mạch gói
Một hệ thống chuyển mạch gói tế bào được mô tả trong Hình 2.3. Có sáu thành phần:
MS, Node B, RNC, SGSN, GGSN và GF như trong Hình 2.3.
Hình 2.3 Hệ thống chuyển mạch gói tế bào
MS: cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu gói. Nó cũng được gọi là UE (User
Equipment – Thiết bị người dùng).
Node B: tên của trạm gốc trong GSM.
RNC (Radio Network Controller – Bộ điều khiển mạng vô tuyến): Điều khiển tài

nguyên vô tuyến của các Node B mà kết nối với nó. Chức năng của nó cũng tương tự
như BSC. Một thiết bị PCU (Packet Control Unit – Bộ điều khiển gói) chuyển đổi các
luồng dữ liệu thành định dạng gói tin.
SNSG (Service GPRS Support Node – Node hỗ trợ dịch vụ GPRS): Tương tự như
MSC/VLR trong hệ thống chuyển mạch kênh. Nghĩa là bao gồm quản lý di động, bảo
mật, và các chức năng kiểm soát truy cập. Nó giao tiếp với HLR.
GGSN (Gateway GPRS Support Node – Node hỗ trợ Gateway GPRS): Mục đích
giao tiếp với các mạng dữ liệu gói bên ngoài như Internet.
Page
15
CGF (Changing Gateway Function – Thay đổi chức năng Gateway): Chủ yếu là để
thanh khoản.
RNS (Radio Network Subsystem – Hệ thống mạng vô tuyến con): bao gồm RNC và
Node B. UTRAN bao gồm hai hoặc nhiều hơn RNS.
Thông số kỹ thuật của các hệ thống chuyển mạch gói khác nhau sẽ được mô tả trong
Chương 6 và 7.
2.2 Tiêu chuẩn hiệu năng
Có ba cách phân loại để xác định các tiêu chuẩn hiệu năng.
2.2.1 Chất lượng thoại
Chất lượng thoại rất khó để đánh giá mà không qua khảo sát lấy ý kiến chủ quan của
người sử dụng. Trong lĩnh vực kỹ thuật này, các kỹ sư không thể quyết định cách xây
dựng hệ thống mà không biết chất lượng thoại có làm hài lòng người dùng. Trong
thông tin liên lạc quân sự, tình hình lại khác: quân nhân lực lượng vũ trang phải sử
dụng các thiết bị được giao.
CM: Đối với bất kỳ hệ thống thông tin liên lạc thương mại, chất lượng thoại sẽ
được dựa trên tiêu chí: một giá trị thiết lập x mà tại đó y phần trăm khách hàng
đánh giá hệ thống chất lượng âm thanh (từ máy phát đến máy thu) là tốt hoặc
rất tốt; đó cũng là top hai trong năm mức đánh giá Circuit Merit (CM) được liệt
kê dưới đây.
CM Điểm Đánh giá chất lượng

CM5 5
Rất tốt (đoạn thoại hoàn toàn dễ hiểu)
CM4 4
Tốt (đoạn thoại dễ hiểu, một vài tiếng ồn)
CM3 3
Trung bình (đoạn thoại dễ hiểu với một chút cố gắng, cần thiết
nhắc lại thường xuyên)
CM2 2
Kém (đoạn thoại chỉ dễ hiểu với nỗ lực đáng kể, cần thiết lặp
đi lặp lại thường xuyên)
CM1 1
Không đạt yêu cầu (nói không hiểu)
Page
16
MOS: Khi phần trăm khách hàng lựa chọn CM4 và CM5 tăng, chi phí xây
dựng hệ thống cũng tăng lên.
Mức trung bình của các điểm CM thu được từ tất cả người nghe được gọi là
điểm trung bình ý kiến (MOS – mean opinion score). Thông thường, chất lượng các
giọng nói thoại khoảng MOS ≥ 4.
DRT (Diagnostic Rhyme Test): Một phương pháp tiêu chuẩn ANSI được sử
dụng để đánh giá tính khả tri. Nó là một phương pháp thử nghiệm chủ quan. Các
người nghe được yêu cầu chọn từ một cặp từ họ hiểu được. Các từ chỉ khác nhau ở
phụ âm đầu của chúng. Các cặp từ được lựa chọn như là sáu thuộc tính nhị phân của
đoạn thoại khả tri được đo bằng trạng thái hiện hữu và vắng mặt của chúng. Hồ sơ
thuộc tính này cung cấp khả năng chẩn đoán để kiểm tra. Để biết chi tiết về các thuộc
tính đánh giá của DRT xem tại />2.2.2 Chất lượng dữ liệu
Có vài cách để đánh giá chất lượng dữ liệu như là tỉ lệ lỗi bit, tỉ lệ lỗi chip, tỉ lệ lỗi kí
hiệu và tỉ lệ lỗi frame. Tỉ lệ lỗi chip và tỉ lệ lỗi kí hiệu đo chất lượng dữ liệu theo
đường truyền. Tỉ lệ lỗi frame và tỉ lệ lỗi bit đo chất lượng dữ liệu theo số lượng dữ
liệu đưa vào trong một khoảng thời gian.

2.2.3 Chất lượng hình ảnh
Đó là độ sắc của màu, cảm giác chiều sâu, cảm giác về độ nhấp nháy, cảm giác về
chuyển động, cảm giác về tiếng ồn, và thị lực. Phần trăm tỉ lệ mất mát điểm ảnh (yếu
tố hình ảnh) có thể được đặc trưng bởi mất mát độ phân giải theo chiều dọc và mất
mát độ phân giải theo chiều ngang của một điểm ảnh.
2.2.4 Chất lượng dịch vụ
Có ba hạng mục được yêu cầu cho chất lượng dịch vụ
1. Độ bao phủ. Hệ thống phục vụ ở một phạm vi rộng nhất có thể. Tuy nhiên, độ bao
phủ sóng vô tuyến, bởi cấu trúc địa hình không đồng đều, thực tế nó thường
không thể bao phủ hết 100% khu vực bởi hai lý do:
a. Năng lượng truyền sẽ phải rất cao để tới những điểm yếu với sự tiếp nhận đầy
đủ, một yếu tố tăng thêm chi phí đáng kể.
b. Năng lượng truyền càng cao càng khó để kiểm soát sự giao thoa.
Page
17
Do đó, các hệ thống thường cố bao phủ 90% địa hình bằng phẳng và 75% của địa
hình đồi núi. Tiêu chuẩn kết hợp giữa chất lượng thoại và độ bao phủ trong các hệ
thống di động tế bào AMPS nêu rõ rằng 75% người dùng đánh giá chất lượng
thoại giữa tốt và rất tốt tại 90% vùng phục vụ khi địa hình thường là bằng phẳng.
Tiêu chuẩn chất lượng thoại và độ bao phủ có thể được điều chỉnh quyết định bởi
các điều kiện địa hình khác nhau. Trong địa hình đồi núi, 90% người dùng đánh
giá chất lượng thoại tốt hoặc rất tốt tại 75% vùng phục vụ. Người điều hành hệ
thống có thể làm giảm giá trị phần trăm đã nêu ở trên cho một hệ thống hiệu suất
thấp và chi phí thấp.
2. Cấp độ dịch vụ (GoS) yêu cầu. Đối với một hệ thống khởi động bình thường, cấp
độ dịch vụ được định rõ một xác suất chặn 0,02 các cuộc gọi khởi tạo vào giờ bận.
Đây là một giá trị trung bình. Tuy nhiên, xác suất chặn ở mỗi vị trí tế bào sẽ khác
nhau. Vào giờ bận, gần các đường cao tốc, giao thông ô tô thường lớn, vì vậy xác
suất chặn tại các địa vị trí tế bào nhất định có thể cao hơn 2%, đặc biệt là khi có tai
nạn xe hơi xảy ra. Để giảm xác suất chặn đòi hỏi một kế hoạch hệ thống tốt và đủ

số lượng các kênh vô tuyến.
3. Số cuộc gọi bị rớt. Trong Q cuộc gọi trong một giờ, nếu một cuộc gọi bị rớt và Q -
1 cuộc gọi được hoàn thành, sau đó tỷ lệ cuộc gọi rớt là 1 / Q. Tỷ lệ rớt này phải
được giữ ở mức thấp. Một tỷ lệ rớt cao có thể bị gây ra bởi hoặc các vấn đề độ phủ
hoặc các vấn đề chuyển giao liên quan đến tính sẵn có kênh tương ứng hay sự tiếp
nhận yếu. Cách để ước tính số lượng các cuộc gọi rớt sẽ được mô tả trong Chương
11.
2.2.5. Các tính năng đặc biệt
Một hệ thống muốn cung cấp nhiều nhất các tính năng đặc biệt có thể, chẳng hạn
chuyển tiếp cuộc gọi, cuộc gọi chờ, hộp lưu trữ giọng nói (VSR), chuyển vùng tự
động, dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vụ đa phương tiện (MMS), push-to-talk
(PTT), hoặc các dịch vụ định hướng. Tuy nhiên, đôi khi khách hàng phải trả thêm chi
phí cho các dịch vụ đặc biệt này.
Page
18
2.3 Tính độc nhất của môi trường vô tuyến di động
2.3.1 Mô tả môi trường truyền sóng vô tuyến di động
2.3.1.1 Các suy hao lan truyền
Nói chung, suy hao đường truyền tăng không chỉ theo tần số mà còn cả khoảng cách.
Nếu chiều cao anten tại vị trí tế bào là 30 đến 100 m và tại đơn vị lưu động khoảng 3
m so với mặt đất, và khoảng cách giữa vị trí tế bào và đơn vị lưu động thường là 2
km trở lên, thì góc tới của cả hai sóng trực tiếp và sóng phản xạ rất nhỏ, như Hình 2.4
chỉ ra. Góc tới của sóng trực tiếp là θ
1
, và góc tới của sóng phản xạ là θ
2
. θ
1
cũng
được gọi là góc nâng (elevation angle). Suy hao đường truyền sẽ là 40 dB/dec, trong

đó "dec" là viết tắt của decade, tức là một quãng 10. Điều này có nghĩa là một sự mất
mát 40 dB tại một máy thu tín hiệu sẽ được quan sát bởi các đơn vị lưu động khi nó
di chuyển từ 1 đến 10 km. Do đó C tỷ lệ nghịch với R.
trong đó = công suất sóng mang nhận được
= khoảng cách đo được từ máy phát đến máy thu
= hằng số
Sự khác biệt trong năng lượng thu được ở hai khoảng cách khác nhau R
1
và R
2
cho
kết quả
(2.3-2a)
Page
19
Hình 2.4 Mô hình truyền sóng vô tuyến di động
và biểu thức decibel của phương trình (2.3-2a) là
(2.3-2b)
Khi , ; khi , .
40 dB/dec này là quy tắc chung cho môi trường vô tuyến di động và dễ nhớ. Nó cũng
dễ so sánh với quy tắc lan truyền trong không gian tự do là 20 dB/dec. Các biểu thức
tuyến tính và theo decibel là
(không gian tự do) (2.3-3a)
và
(không gian tự do) (2.3-3b)
Trong môi trường vô tuyến di động thực tế, suy hao đường truyền biến đổi theo
(2.3-4)
thường nằm giữa 2 và 5 phụ thuộc và các điều kiện thực tế. Tất nhiên, không thể
thấp hơn 2, khi đó là điều kiện của không gian tự do. Biểu thức theo decibel của (2.3-
4) là

Page
20
(2.3-5)
2.3.1.2 Fading lớn
Bởi vì chiều cao anten của đơn vị lưu động thất hơn các vùng phụ cận điển hình của
nó, và bước sóng tần số sóng mang thấp hơn nhiều kích cỡ của các cấu trúc xung
quanh, sóng đa hướng đã được tạo ra. Tại đơn vị lưu động, tổng các sóng đa hướng
gây ra hiện tượng fading tín hiệu. Tín hiệu dao động trong một phạm vi khoảng 40dB
(10 dB phía trên và 30 dB phía dưới mức trung bình). Chúng ta có thể hình dung các
null của sự biến động ở tần số phát sóng khoảng mỗi nửa bước sóng trong không
gian, nhưng tất cả các null không xảy ra ở mức độ như nhau, như Hình 2.5 chỉ ra.
Nếu đơn vị lưu động di chuyển nhanh, tỷ lệ biến động nhanh. Ví dụ, ở 850 MHz,
bước sóng là khoảng 0,35 m (1 ft). Nếu tốc độ của đơn vị lưu động là 24 km/h (15
dặm/h), hoặc 6,7 m/s, tỷ lệ biến động của việc tiếp nhận tín hiệu ở mức 10 dB dưới
mức năng lượng trung bình của một tín hiệu fading là 15 null mỗi giây (xem Mục
2.3.3).
Hình 2.5 Một tín hiệu fading nhận được điển hình khi đơn vị lưu động di chuyển
2.3.2 Mô hình của môi trường truyền
Một tín hiệu vô tuyến , được minh họa trong Hình 2.6, có thể được đặc trưng bởi hai
thành phần nhân tạo m(t) và r
0
(t) dựa trên hiện tượng vật lý tự nhiên.
Page
21
(2.3-6)
Thành phần m(t) được gọi là local mean, fading dài hạn, hoặc fading lognormal và
biến thể của nó do đường viền địa hình giữa các trạm gốc và các đơn vị lưu động.
Nhân tố r
0
được gọi là fading đa hướng, fading ngắn hạn, hoặc fading Rayleigh và

biến thể của nó do sóng phản xạ từ các tòa nhà xung quanh và các cấu trúc khác.
Fading dài hạn m(t) có thể thu được từ phương trình (2.3-7a)
(2.3-7a)
trong đó là khoảng thời gian lấy trung bình . có thể được xác định dựa trên tỉ lệ
fading của , thông thường từ 40 đến 80 fades. Do đó, là hình bao của như trong Hình
2.6a. Phương trình (2.3-7a) cũng có thể được biểu diễn trong phạm vi không gian
như sau
(2.3-7b)
Chiều dài của được xác định trong khoảng 20 đến 40 bước sóng. Sử dụng 36 hoặc
lên tới 50 mẫu khoảng thời gian 40 bước sóng là một quá trình trung bình thích hợp
cho việc thu thập các local mean.
Page
22
Hình 2.6 Miêu tả fading tín hiệu vô tuyến di động.
(a) Một fading tín hiệu di động.
(b) Một fading tín hiệu ngắn hạn.
Các nhân tố hay cũng được nhận thấy là một phân phối log-normal dựa trên đặc
điểm của nó gây ra bởi các đường viền địa hình. Fading ngắn hạn thu được bởi
(2.3-8)
như trong Hình 2.6b. Nhân tố tuân theo phân phối Rayleigh, giả định rằng chỉ sóng
phản xạ từ môi trường cục bộ xung quanh là nhận được (một tình huống thông
thường đối với môi trường vô tuyến di động). Do đó, thuật ngữ fading Rayleigh
thường được sử dụng.
Page
23
2.3.3 Các đặc điểm fading di động
Fading Rayleigh cũng được gọi là fading đa hướng trong môi trường vô tuyến di
động. Khi các sóng đa hướng này nảy qua lại do các tòa nhà và nhà ở, chúng tạo
thành nhiều cặp sóng dừng trong không gian, như Hình 2.7. Những cặp sóng dừng đó
kết hợp lại với nhau và trở thành một cấu trúc sóng fading bất thường. Khi một đơn

vị lưu động đang đứng yên, máy thu của nó chỉ nhận được một cường độ tín hiệu ở
đó tại chỗ, do đó, một tín hiệu liên tục được quan sát thấy. Khi các đơn vị lưu động di
chuyển, cấu trúc fading của sóng trong không gian được ghi nhận. Đó là một fading
đa hướng. Fading ghi lại được trở nên nhanh khi phương tiện di chuyển nhanh hơn.
Hình 2.7. Môi trường vô tuyến di động với 2 phần (a) suy hao lan truyền
(b) fading đa hướng
Page
24
2.3.3.1 Bán kính vùng tán xạ truy nhập
Fading đa hướng vô tuyến di động trong Hình 2.7 lí giải cơ chế fading. Bán kính
vùng tán xạ truy nhập ở 80 MHz có thể thu được một cách gián tiếp như trong Tài
liệu tham khảo 7. Bán kính xấp xỉ khoảng 100 bước sóng. Vùng tán xạ truy nhập luôn
luôn di chuyển với đơn vị lưu động như là trung tâm của nó. Có nghĩa là một số ngôi
nhà bị là các tán xạ không truy nhập và trở thành truy nhập khi đơn vị lưu động tiến
gần chúng; một số ngôi nhà là các tán xạ truy nhập và trở thành không truy nhập khi
đơn vị lưu động ra xa chúng.
2.3.3.2 Biểu thức sóng dừng tuyến tính và theo Logarit
Đầu tiên chúng ta giới thiệu sóng sin theo logarit.
(2.3-9)
Một đồ thị theo logarit của sóng sin theo phương trình. (2.3-9) được mô tả trong Hình
2.8a. Biểu thức tuyến tính của phương trình. (2.3-9) được mô tả trong Hình 2.8b.
Dạng sóng đối xứng trong đồ thị theo logarit trở thành dạng sóng không đối xứng khi
vẽ theo tuyến tính. Nó chỉ ra rằng dạng sóng của sóng sin theo logarit trở thành một
dạng sóng hoàn toàn khác biệt khi biểu diễn theo tuyến tính và ngược lại. Hai sóng
sin, sóng tới dọc theo trục x (hướng sang bên trái) và sóng phản xạ đi theo hướng
ngược lại, có thể được biểu diễn như sau
(2.3-10)
và (2.3-11)
trong đó tần số góc
số lượng sóng trong một khoảng cách nhất định

là pha thời gian của theo tại
Hai sóng hình thành một mô hình sóng dừng.
(2.3-12)
Page
25