Tổng quan về thông tin di động .doc

Đồ án tốt nghiệp Lê Thanh Huấn KTTT 37
Chơng I
Tổng quan về TTDĐ số
Cellular
1.1 Tổng quát chung
Thuật ngữ "thông tin di động" đã có từ lâu và đợc hiểu nh là có thể cung cấp một
cách lu động trong quá trình thông tin. Thông tin di động có thể thực hiện đợc nhiều dịch
vụ di động nh: truyền thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin... Trớc đây mạng lới thông tin di
động chủ yếu đợc sử dụng trong lĩnh vực quân sự và ngày nay đã đợc thơng mại hoá và đ-
ợc đa vào sử dụng rộng rãi .
Mạng vô tuyến tế bào (cellular) là một trong những ứng dụng lĩnh vực viễn thông
có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất. Ngày nay nó chiếm thị phần lớn và không
ngừng tăng trong toàn bộ các thuê bao thế giới. Trong tơng lai lâu dài, các hệ thống thông
tin di động tế bào sử dụng kỹ thuật số đầy triển vọng sẽ trở thành phơng thức thông tin
vạn năng.
Thông tin di động từ những lúc sơ khai với phơng pháp thông tin điểm-điểm rồi
đến điện thoại không dây... với các loại hình thông tin này đều có các đặc tính chung là
phục vụ cho nhu cầu kéo dài mạng cố định qua hệ thống vô tuyến.
Bớc phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động là tạo ra từ một mạng nhỏ
có số thuê bao hạn chế và ngày càng đợc mở rộng phạm vi hoạt động .
Trờng Đại học Giao Thông Vận tải Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Lê Thanh Huấn KTTT 37
Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động tổ ong.
Từ những năm 80 các hệ thống thông tin di động tế bào đợc nghiên cứu và ứng
dụng khai thác, với hệ thống này vùng phục vụ thông tin đợc chia thành các ô (cell) nhỏ,
mỗi cell có một trạm thu phát (TRX) đảm nhiệm. Toàn bộ hệ thống có một hay nhiều bộ
chuyển mạch điều hành và chúng đợc kết nối với nhau thành một mạng thống nhất và cho
phép các cuộc gọi đợc chuyển vùng từ cell này đến vùng của cell khác, từ nớc này đến n-
ớc khác.
1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động
Thông tin di động đợc ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 20 ở băng

tần 2MHz. Sau thế chiến thứ 2 mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng
(1939-1945) với kỹ thuật FM ở băng sóng 150MHz. Năm 1948, một hệ thống thông tin di
động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond - Indian. Từ những năm 60, kênh
thông tin di động có dải tần số 30Khz với kỹ thuật FM ở băng tần 450MHz đa hiệu suất
sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần so với cuối thế chiến thứ 2.
Quan niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế cho mô hình
quảng bá với máy phát công suất lớn và Anten đặt cao, là những cell có diện tích bé có
máy phát BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại cùng
tần số. Tháng 12/1971 đa ra hệ thống cellular kỹ thuật tơng tự, sử dụng phơng pháp điều
tần FM, dải tần 850MHz. Tơng ứng là sản phẩm thơng nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do
AT & T và MOTOROLAR của Mỹ đề xuất sử dụng đợc ra đời vào năm 1983. Đầu những
năm 90 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt các hệ thống ở
các nớc khác nhau nh: TACS, NMTS, NAMTS, C, ... Tuy nhiên các hệ thống này không
thoả mãn đợc nhu cầu ngày càng tăng của nhu cầu sử dụng và trớc hết là về dung lợng.
Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tơng thích nhau làm cho sự chuyển giao không
đủ rộng nh mong muốn (việc liên lạc ngoài biên giới là không thể). Những vấn đề trên đặt
ra cho thế hệ 2 thông tin di động tế bào phải lựu chọn giải pháp kỹ thuật: kỹ thuật tơng tự
hay kỹ thuật số. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kỹ thuật số.
Trớc hết kỹ thuật số bảo đảm chất lợng cao hơn trong môi trờng nhiễu mạnh và
khả năng tiềm tàng về một dung lợng lớn hơn.
Sử dụng kỹ thuật số có u điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.
Trờng Đại học Giao Thông Vận tải Trang 2
Đồ án tốt nghiệp Lê Thanh Huấn KTTT 37
Mã hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày càng thấp cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn
và dòng bít tốc độ chuẩn.
Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu dành tỉ lệ tin tức lớn hơn cho ngời sử dụng.
áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số.
Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interference) và chống nhiễu
kênh kề ACI (Adjacent-Channel Interference) hiệu quả hơn. Điều này cuối cùng làm

tăng dung lợng của hệ thống.
Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn.
Có nhều dịch vụ mới nhận thực, số liệu, mật mã hoá và kết nối với ISDN.
Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lợng tăng, báo hiệu liên tục
đều dễ dàng xử lý bằng phơng pháp số.
Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai có ba tiêu chuẩn chính: GMS, IS -
54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS), JDC.
Tuy nhiên các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai cũng tồn tại một số nhợc
điểm nh sau: Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống là bị hạn chế nên việc ứng dụng
các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng đợc các yêu cầu phát triển cho các dịch
vụ thông tin di động đa phơng tiện cho tơng lai, đồng thời tiêu chuẩn cho các hệ thống thế
hệ thứ hai là không thống nhất do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử
dụng TDMA băng rộng nhng cả 2 hệ thống này đều có thể đợc coi nh là sự tổ hợp của
FDMA và TDMA vì ngời sử dụng thực tế dùng các kênh đợc ấn định cả về tần số và các
khe thời gian trong băng tần. Do đó việc thực hiện chuyển mạng toàn cầu gặp phải nhiều
khó khăn.
Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
ba ra đời bằng kỹ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến. Lý thuyết về CDMA đã
đợc xây dựng từ những năm 1950 và đợc áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm
1960. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những
năm 1980, CDMA đã đợc thơng mại hoá từ phơng pháp thu GPRS và Ommi-TRACKS,
phơng pháp này cũng đã đợc đề xuất trong hệ thống tổ ong của QUALCOM - Mỹ vào
năm 1990.
Trong thông tin CDMA thì nhiều ngời sử dụng chung thời gian và tần số, mã PN
(tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tơng quan chéo thấp đợc ấn định cho mỗi ngời sử dụng.
Ngời sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã ấn định.
Trờng Đại học Giao Thông Vận tải Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Lê Thanh Huấn KTTT 37
Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên nh ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ
việc trải phổ ngợc các tín hiệu đồng bộ thu đợc.

So với hai hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ hai thì hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ ba là hệ thống đa dịch vụ và đa phơng tiện đợc phủ khắp toàn cầu. Một
trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động mọi lúc, mọi nơi là đều
thực hiện đợc. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều đợc gán một mã số về nhận
dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào trên thế giới đều có thể
định vị đợc vị trí chính xác của thuê bao. Ngoài ra hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
ba là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu cao
và thông tin đa phơng tiện băng rộng nh: hộp th thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, chuyển
vùng quốc tế, Wap (giao thức ứng dụng không dây)... để truy cập vào mạng Internet, đọc
báo chí, tra cứu thông tin, hình ảnh... Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thống thông tin
di động thế hệ thứ ba còn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh , cung
cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình...
1.3 Cấu hình của hệ thống thông tin di động
Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm có ba phần chính là máy di động MS
(Mobile Station), trạm gốc BS (Base Station), và Tổng đài di động (MSC).
Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động trên ô tô
(hay xách tay), BS và MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).
Máy điện thoại di động (MS) bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển,
BS bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ điều khiển,
đầu cuối số liệu và nguồn.
MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển
trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài
của mạng điện thoại công cộng. Chúng bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc
gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu thập số liệu cớc đối với các cuội gọi
đã hoàn thành.
Các máy di động, BS và MSC đợc liên kết với nhau thông qua các đờng kết nối
thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF. Vì các kênh lu lợng
không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc
vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể đợc
thiết lập qua bất cứ một kênh nào đã đợc xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan

Trờng Đại học Giao Thông Vận tải Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Lê Thanh Huấn KTTT 37
điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã đợc xác định đều có
thể bận do đã đợc kết nối một cách đồng thời với các máy di động.
Bộ phận điều khiển của MSC, là trái tim của hệ thống tổ ong, sẽ điều khiển, sắp đặt
và quản lý toàn bộ hệ thống.
Tổng đài tổ ong kết nối các đờng đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê
bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các
thông tin báo hiệu đa dạng qua đờng số liệu giữa MSC và BS.
Hình 1.2: Sơ đồ kết nối trong hệ thống TTDĐ
Với hệ thống này, do các máy phát thờng có công suất lớn hơn nhiều (500W) so
với các máy di động (25W). Và đơng nhiên anten của máy di động thờng ở mức thấp hơn
nhiều so với anten phát. Để cự ly thông tin của hệ thống đợc nh nhau theo cả hai chiều,
ngời ta thờng dùng các trạm đầu xa chứa các máy thu. Các trạm đầu xa này sẽ thu nhận
tín hiệu phát của máy di động và gửi chuyển tiếp tín hiệu đó trở lại bộ điều khiển hệ thống
để xử lý.
Trờng Đại học Giao Thông Vận tải Trang 5
Máy phát
Bộ điều khiển
hệ thống
Tổng đài
đầu cuối
(Đến các
máy thu)
(Đến các máy thu)
Đường dây
dành riêng
Đường dây
dành riêng
Đường dây

dành riêng
Quay số gọi đến
trực tiếp (DID)
Tới
PSTN