Nghiên cứu Công nghệ Điện thoại di động Giải pháp Ứng dụng.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------




LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC


NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CDMA2000 1XEV-DO
VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG


NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
MÃ SỐ:

NGUYỄN THÁI TRƯỜNG




Người hướng dẫn khoa học: TS. HÀ QUỐC TRUNG

HÀ NỘI 2006
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của chính bản
thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết,
và hiểu biết thực tế của em, không sao chép.

Tác giả luận văn


Nguyễn Thái Trường


















MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 1

MỤC LỤC........................................................................................................ 2

CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... 5

DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................7

DANH MỤC BẢNG........................................................................................ 9

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1

PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
LÊN 3G............................................................................................................. 3

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...3

I.1 Giới thiệu chung .................................................................................... 3

I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA ............................................................3

I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống ...........................................................3

I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi......................................................7

I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá...........................................8

I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin ..................................................8

I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng............................................................... 8

I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin ..........................................................8

I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu ................................................. 9

I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng .................................................................9

I.3 Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay...............................................9

I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x ....................................11

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO...............................14

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO.............................. 14

II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO .............................................14

II.2 Các đặc điểm mới của 1xEVDO ........................................................ 17

II.2.1 Tăng tốc độ cụm dữ liệu ...........................................................17

II.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO........................................ 18

II.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến....................................... 19

II.2.4 Phân cực marco qua việc lựa chọn vô tuyến ............................ 19

II.2.5 Ghép kênh hiệu quả khi sử dụng phân cực đa người dùng....... 20

II.2.6 Các tính năng khác của EV-DO................................................ 22

II.2.7 Lý do lựa chọn 1x EVDO......................................................... 24

II.3 Giao diện vô tuyến của 1x EV-DO .................................................... 26

II.3.1 Đường xuống ............................................................................ 26

II.3.2 Đường lên .................................................................................35

II.4 Cơ chế hoạt động của 1x EV-DO....................................................... 37

II.4.1 Điều khiển công suất.................................................................37

II.4.2 Điều khiển tải trong 1x EVDO .................................................39

II.4.3 Cơ chế bảo mật của 1xEVDO...................................................41

II.4.4 Chuyển giao .............................................................................. 42

II.5 Cơ chế xử lý cuộc gọi......................................................................... 51

II.5.1 Các trạng thái của AT ...............................................................51

II.5.2 Các thủ tục xử lý.......................................................................53

II.5.3 Quá trình thực hiện cuộc gọi dữ liệu gói .................................. 58

II.5.4 Thủ tục báo hiệu cuộc gọi 1x EVDO........................................ 62

PHẦN III: GIẢI PHÁP CHO MẠNG 1X EV-DO VIỆT NAM ............... 65

CHƯƠNG III: THỰC TRẠNG MẠNG CDMA 2000 VIỆT NAM ......... 65

III.1 Thực trạng mạng CDMA 2000 ......................................................... 65

III.2 Các khó khăn và tồn tại..................................................................... 65

III.3 Phương hướng giải quyết chung ....................................................... 66

CHƯƠNG IV: MỘT SỐ GIẢI PHÁP CỤ THỂ ........................................67

IV.1 Thiết kế mạng CDMA 2000 1x EV-DO........................................... 67

IV.1.1 Giả thiết thông số đầu vào.......................................................67

IV.1.2 Tính toán thông lượng cho các loại hình thuê bao.................. 68

IV.1.3 Tính toán cấu hình card kênh cho BTS...................................70

IV.1.4 Tính toán đơn vị dịch vụ dữ liệu gói cho PCF........................71

IV.1.5 Tính toán dung lượng trung kế................................................71

IV.1.6 Tính toán dung lượng báo hiệu ...............................................71

IV.1.7 Tính toán độ dự trữ đường truyền và xác suất phủ sóng......... 74

IV.2 Vấn đề chuyển vùng cho mạng CDMA 2000 Việt Nam.................. 79

IV.2.1 Định nghĩa chuyển vùng .........................................................79

IV.2.2 Các lợi ích của việc roaming................................................... 79

IV.2.3 Nguyên tắc thực hiện roaming ................................................80

IV.2.4 Vấn đề roaming của mạng CDMA Việt Nam........................ 84

PHẦN IV: KẾT LUẬN.................................................................................90

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................92

CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAA Authentication, Authorization, and Accounting
AN Access Network
ANSI American National Standards Institute
AT Access Terminal
BHCA Busy Hour Call Attempts
BHSM number of Busy Hour Short Message
BSC Base Station Controller
BTS Base Trasciever Station
CCS7 Common Channel signaling System 7
CDMA Code Division Multiple Access
DRC Data Rate Control
EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution
EV-DO Evolution Data Optimized
EV-DV EVolution Data and Voice
FCH Fundamental Channel
FER Frame Error Ratio
GSM Globle System for Mobile Communication
HA Home Agent
HLR Home Location Register
IMSI International Mobile Station Identity
IS-2000 Interim Standard -2000
IS-856 Interim Standard -856
IS-95 Interim Standard 95
ISUP ISDN User Part
MAC Medium Access Control

MDN Mobile Directory Number
MO Mobile Originated
MSC Mobile Swiching Center
MSU Message Signalling Unit
MT Mobile Terminated
PCF Packet Control Function
PCM Pulse Code Modulation
PDSN Packet Data Serving Node
PN Pseudo Noise
PPP Point-to-Point Protocol
PSK Phase-Shift Keying
QAM Quadrature Amplitude Modulation
RA Reverse Activity
RAN Radio Access Network
RLP Radio Link Protocol
RPC Reverse Power Control
RRI Reverse Rate Indicator
RSSI Received Signal Strength Indication
R-UIM Removable User Identity Module
SCH Supplemental Channel
SMSC Short Message Service Center
TCH Traffic CHannel
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol
TDMA Time Division Multple Access
TIA/EIA Electrical Industries Association/Telecommunications Industry
Association
TLDN Temporary Locator Directory Number
UATI Unicast Access Termination Identifier
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
VLR Visited Location Register

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000.............................. 10

Hình 1.2

Lộ trình phát triển của các công nghệ............................................. 11

Hình 1.3

Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới ...................12

Hình 2.1

Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO. .............................................14

Hình 2.2

1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt.................................. 15

Hình 2.3

Minh hoạ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO...................................... 18

Hình 2.4

Thông lượng hệ thống khi sử dụng phân cực đa người dùng......... 21

Hình 2.5

So sánh khả năng cung cấp dịch vụ của các công nghệ .................25

Hình 2.6

Tối đa thông lượng nhờ sử dụng hiệu quả công suất phát BTS. .... 26

Hình 2.7

Chu kỳ của kênh điều khiển đường xuống..................................... 27

Hình 2.8

Cấu trúc khe thời gian đường xuống của 1xEVDO. ...................... 27

Hình 2.9

Cấu trúc kênh đường xuống của 1xEV-DO. .................................. 28

Hình 2.10

RPC và DRCLock được ghép kênh theo thời gian......................... 29

Hình 2.11

Các cấu trúc tốc độ đường xuống của 1xEVDO. ........................... 30

Hình 2.12

Cấu trúc gói tin lớp vật lý của kênh lưu lượng đường xuống. .......31

Hình 2.13

Kênh điều khiển được ghép kênh theo thời gian............................ 32

Hình 2.14

AT lựa chọn sector có tốc độ cao để gửi yêu cầu phục vụ............. 34

Hình 2.15

Cấu trúc khe thời gian đường lên của 1xEVDO............................. 35

Hình 2.16

Cấu trúc kênh đường lên của 1xEV-DO......................................... 35

Hình 2.17

Các cấu trúc tốc độ đường lên của 1xEVDO. ................................ 37

Hình 2.18

Điều khiển công suất vòng kín .......................................................38

Hình 2.19

Thêm một pilot vào active set......................................................... 45

Hình 2.20

Chuyển giao soft handoff ảo...........................................................47

Hình 2.21

Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái trống ..................... 52

Hình 2.22

Chuyển đổi trạng thái của AT trong trạng thái kết nối...................53

Hình 2.23

Thủ tục khởi tạo.............................................................................. 54

Hình 2.24

Thủ tục đăng ký. .............................................................................54

Hình 2.25

Thủ tục sắp xếp phiên..................................................................... 55


Hình 2.26

Thủ tục yêu cầu kết nối...................................................................56

Hình 2.27

Thủ tục sắp xếp kết nối...................................................................56

Hình 2.28

Thiết lập phiên PPP. ....................................................................... 57

Hình 2.29

Thủ tục chuyển giao soft/softer ......................................................58

Hình 2.30

Chu trình xử lý cuộc gọi dữ liệu gói............................................... 59

Hình 2.31

AT khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ............................................. 59

Hình 2.32

AT kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ............................ 60

Hình 2.33

AN kết thúc kết nối và chuyển về trạng thái chờ ........................... 61

Hình 2.34

AT tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ ........................................61

Hình 2.35

AN tái khởi tạo kết nối từ trạng thái chờ........................................ 62

Hình 2.36

Khởi tạo cuộc gọi bởi AT...............................................................62

Hình 2.37

Tái kích hoạt kết nối bởi AN ..........................................................63

Hình 2.38

Tái kích hoạt kết nối bởi AT.......................................................... 63

Hình 2.39

Giải phóng kết nối bởi AT.............................................................. 64

Hình 2.40

Giải phóng phiên bởi AT................................................................ 64

Hình 4.1

Mô hình kết nối roaming giữa hai mạng ........................................80

Hình 4.2

Quá trình xử lý roaming cho cuộc gọi thoại...................................81

Hình 4.3

Quá trình xử lý roaming cho nhắn tin............................................. 82

Hình 4.4

Quá trình nhận thực cho cuộc gọi dữ liệu gói roaming.................. 83













DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ. ................................ 4

Bảng 1.2

So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ....................................... 4

Bảng 2.1

So sánh thông lượng giữa các công nghệ. ......................................17

Bảng 2.2

So sánh tốc độ download giữa các công nghệ................................ 24

Bảng 2.3

So sánh giữa công nghệ CDMA 2000 1x và 1xEV-DO................. 25

Bảng 4.1

Thông số giả thiết cho thoại 1x. ..................................................... 68

Bảng 4.2

Thông số giả thiết cho dữ liệu gói 1x............................................. 69

Bảng 4.3

Thông số giả thiết cho dữ liệu kênh 1x. .........................................69

Bảng 4.4

Thông số giả thiết cho dữ liệu 1xEV-DO ......................................70

Bảng 4.5

Bán kính phủ sóng đường xuống của 1x EV-DO........................... 76

Bảng 4.6

Xác suất phủ sóng đường lên của 1x EV-DO.................................76

Bảng 4.7

Kết quả tính toán cho đường lên (Reverse Link). ..........................77

Bảng 4.8

Kết quả tính toán cho đường xuống (Forward Link)......................78












LUẬN VĂN CAO HỌC Lời nói đầu
Nguyễn Thái Trường

- 1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ CDMA trước đây chủ yếu được quân đội Mỹ sử dụng với
mục đích quân sự. Từ năm 1985, Chính phủ Mỹ cho phép Qualcomm phát
triển thành công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã dành được nhiều
kết quả nghiên cứu, ứng dụng về công nghệ này. Năm 1995, Qualcomm đã
đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A. Hệ thống thông tin di động
CDMA IS-95 dựa trên công nghệ điều chế trải phổ. Công nghệ và lý thuy
ết
trải phổ đã trở thành động lực phát triển và được ứng dụng cho nhiều ngành
công nghiệp vô tuyến như truyền thông cá nhân, truyền thông đa truy nhập
truyền thông thuê bao vô tuyến ở mạng nội hạt, truyền thông vệ tinh, định vị
toàn cầu, ra đa xung... Hiệu suất sử dụng độ rộng băng tần cao và khả năng
truy nhập là những yếu tố đã làm cho công nghệ CDMA trở thành công ngh
ệ
quản lý tắc nghẽn hàng đầu trong các mạng điện thoại vô tuyến di động với số
lượng thuê bao ngày càng lớn.
Đáp ứng các yêu cầu của thực tế, các phiên bản mới của CDMA như
CDMA 20001x, CDMA 2000 1xEV-DO đã được đưa vào ứng dụng trong
thông tin di động và đã được nhiều nhà khai thác lựa chọn với nhiều ưu điểm
như: dung lượng mạng lớn, tính năng cải thiện ch
ất lượng thoại, dễ dàng phát
triển mạng và khả năng truyền số liệu tốc độ cao, đáp ứng được các dịch vụ
tiên tiến sử dụng băng thông rộng như truyền số liệu tốc độ cao, các dịch vụ
giải trí multimedia.... Tuy nhiên việc sử sụng các công nghệ CDMA mới nói
chung và ở Việt nam nói riêng gặp một số khó khăn, ví dụ như khả năng
roaming bị h
ạn chế, không tương thích với các công nghệ hiện có ... Đây là
một vấn đề rất được quan tâm trong hoạt động tác nghiệp, nghiên cứu hàng
ngày của tôi.

Vì những lý do trên, tôi đã lựa chọn Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO
để thực hiện đề tài nghiên cứu tốt nghiệp cao học của mình.
LUẬN VĂN CAO HỌC Lời nói đầu
Nguyễn Thái Trường
- 2 -
Luận văn “Nghiên cứu công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO và đề xuất
một số giải pháp ứng dụng” sẽ được chia làm 3 phần với 4 chương trong đó
phần 1 sẽ tập trung nghiên cứu về công nghệ CDMA 2000 1x và CDMA 2000
1xEV-DO; phần 2 là một số đề xuất ứng dụng cho mạng CDMA với các giải
pháp về thiết kế mạng và roaming cho các mạng CDMA Việt Nam; phần 3 là
một số kết luận tóm tắt về luận v
ăn. Cụ thể:
Chương I: “Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển” sẽ trình bày
về các ưu điểm của công nghệ CDMA 2000 so với các công nghệ di động
khác và xu hướng phát triển lên 3G để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng và
dịch vụ của khách hàng.
Chương II: “Công nghệ CDMA 2000 1xEV-DO” sẽ tập trung nghiên
cứu về cấu trúc, cơ chế hoạt động và các điểm mới của CDMA 2000 1x EV-
DO.
Chương III: “Thực trạ
ng mạng CDMA 2000 tại Việt Nam” sẽ giới
thiệu sơ lược về hệ thống mạng CDMA Việt Nam hiện nay, các khó khăn, tồn
tại và những phương hướng giải quyết chung để thúc đẩy mạng CDMA phát
triển.
Chương IV: “ Một số giải pháp cụ thể” sẽ đề xuất một giải pháp ứng
dụng cụ thể gồm giải pháp về thiết kế một hệ
thống CDMA 2000 1xEV-DO
tiêu chuẩn và đề xuất roaming cho mạng CDMA Việt Nam.
Do khả năng và kiến thức còn hạn chế nên cuốn luận văn này chắc chắn
sẽ không khỏi có những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những góp ý của

các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và bạn đọc để hoàn thiện cuốn luận văn
này.

LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 3 -
PHẦN I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN LÊN 3G
CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

I.1 Giới thiệu chung
Thông tin di động đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. Sự ra đời
của thông tin di động số GSM đã tạo nên bước ngoặt lớn, đem tới cho con
người những lợi ích không thể phủ nhận được về thời gian, chi phí, tính tiện
dụng... Trên thế giới, GSM chiếm 70% số thuê bao di động, 30% còn lại chia
sẻ bởi các công nghệ
TDMA khác như IS-95 (CDMA), AMPS, IS96, PDC...
Tuy nhiên, khi nhu cầu về thông tin di động của con người ngày càng
tăng, ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ, chất lượng, loại hình, chi phí ... thì
GSM đã bộc lộ những nhược điểm không thể đáp ứng được các yêu cầu này.
Trước tình hình đó, xu thế tất yếu của thông tin di động là phải phát triển
công nghệ mới, khắc phục nhược điểm của thông tin di động thế h
ệ 2, đem lại
những dịch vụ di động cao cấp hơn, đưa thông tin di động phát triển lên một
tầm cao mới - đó là thông tin di động thế hệ 3 mà một trong những đại diện là
công nghệ CDMA2000.
Trong các phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về các đặc điểm
của công nghệ CDMA2000, lý do nó được lựa chọn làm công nghệ của thế hệ
thứ ba và phiên bản công nghệ thê hệ thứ
3 của CDMA2000.

I.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA
I.2.1 Tăng dung lượng hệ thống
Với dải tần là 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi
sóng mang là 5MHz), còn CDMA 2000 có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng
LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 4 -
mang là 1,25MHz). Như vậy với 62 kênh lưu lượng TCH/sóng mang thì W-
CDMA có tối đa 124TCH/sector còn CDMA 2000 1x có tới 266TCH/sector.


TDMA GSM

GSM WCDMA

CDMA 2000 1x

Erl 37
21 ÷ 35 29 ÷ 47 111 ÷ 176 230.9 ÷ 328.7
User/Sector 48
29 ÷ 44 38 ÷ 58 124 ÷ 190 245 ÷ 343
Re-use 7/21 4/12 3/9 1/1 1/1
Bảng 1.1 So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ.
Với các giả định như trên từ bảng so sánh trên ta thấy dung lượng thoại
của CDMA 2000 1x là lớn nhất trong các công nghệ TDMA, GSM, W-
CDMA và do đó số người sử dụng cùng một lúc là lớn nhất.


GPRS EDGE WCDMA

CDMA
2000 1x
CDMA 2000
1xEV-DO
Lưu lượng trung bình
(Kbps)
256 768 1800 2450 11060
Mẫu tái sử dụng tần số 3/9 3/9 1/1 1/1 1/1
Bảng 1.2 So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ.
Qua bảng trên ta thấy dung lượng số liệu của CDMA 2000 1x và
1xEV-DO lớn hơn rất nhiều so với các công nghệ trên nền GSM khác như
GPRS, EDGE và thậm chí cả W-CDMA. Nhờ khả năng truyền số liệu tốc độ
cao mà CDMA 2000 có thể đưa ra một mức giá dịch vụ truyền số liệu rất
cạnh tranh.

Tái sử dụng tần số

Công nghệ CDMA sử dụng một tần số duy nhất cho tất cả các trạm với
độ rộng băng thông lớn vì vậy dung lượng của mạng CDMA lớn hơn rất
LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 5 -
nhiều so với dung lượng của GSM và các công nghệ khác vì số người sử dụng
trong một sector của hệ thống CDMA tương đương với số người sử dụng trên
toàn bộ một kênh CDMA 1,25MHz.

Giảm tỷ số E
b
/N
0

Các hệ thống số chia ô đều sử dụng mã sửa lỗi. Các hệ thống điều chế
băng hẹp thường sử dụng các phương thức ít phức tạp hơn để tốn ít dải băng
tần hơn. Do đó, để giữ chất lượng âm thanh tốt thì nhà khai thác phải cần một
tỷ số E
b
/N
0
cao(năng lượng bít/công suất nhiễu), dẫn tới họ phải giới hạn số
lượng người sử dụng trên hệ thống nên làm hạn chế dung lượng.
Trong khi đó, CDMA sử dụng phương pháp mã hoá sửa lỗi tiên tiến
nên yêu cầu tỷ số E
b
/N
0
không cao. Việc sử dụng tỷ số E
b
/N
0
thấp hơn để đạt
được các tiêu chuẩn về chất lượng thoại khiến cho hệ thống CDMA có dung
lượng lớn hơn, cần ít công suất truyền tải hơn so với các hệ thống băng hẹp.

Mã hoá tốc độ biến đổi

Sự phát hiện ra tính linh động của thoại là một thay đổi khác giúp tăng
dung lượng hệ thống CDMA. IS-95 CDMA đã lợi dụng tính linh động của
thoại bằng cách sử dụng các bộ mã hoá có tốc độ biến đổi.
Trong một cuộc nói chuyện qua điện thoại, một người chỉ thực sự nói
trong khoảng 35% thời gian cuộc gọi, 65% còn lại là nghe người kia nói hoặc

là thời gian im lặng nếu như ng
ười kia không nói. Nguyên tắc của bộ mã hoá
có tốc độ biến đổi là nó chỉ hoạt động ở tốc độ cao và cung cấp chất lượng
thoại tốt nhất khi có sự hoạt động của tiếng nói. Khi không phát hiện thấy
tiếng nói thì bộ mã hoá sẽ hạ thấp tốc độ mã hoá vì không có lý do gì phải mã
hoá sự im lặng ở tốc độ cao. Khi đó, tốc độ mã hoá có thể giảm xuống đến 4
hoặ
c 2 hoặc 1Kbps. Bởi vậy, bộ mã hoá có tốc độ biến đổi chỉ sử dụng hết
LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 6 -
dung lượng kênh khi thực sự cần thiết. Vì mức nhiễu giao thoa do tất cả
những người sử dụng gây ra trực tiếp quyết định dung lượng của hệ thống và
sự phát hiện ra tính linh động của thoại đã làm giảm mức nhiễu trong hệ
thống nên dung lượng có thể đạt tới giá trị cực đại.

Điều khiển công suất

Một yếu tố then chốt quan trọng để nâng cao dung lượng của CDMA là
điều khiển công suất. Mục đích thiết kế chủ yếu của một hệ thống CDMA là
để tất cả những người sử dụng cùng nhận được một mức công suất như nhau
từ trạm gốc và để mức công suất này càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì
được cuộc gọi có chất lượng cao. B
ất kỳ một công suất nào lớn hơn nhu cầu
sẽ chỉ làm tăng thêm mức nhiều toàn bộ trên kênh CDMA một cách không
cần thiết và sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống. Bởi vậy, việc điều khiển
công suất càng chính xác thì dung lượng càng lớn.
Trong CDMA, trạm gốc liên lạc với trạm di động MS, chỉ dẫn cho trạm
di động điều chỉnh tăng giảm công suất.Trạm di
động chỉ truyền đủ công suất

để duy trì đường nối, do vậy công suất truyền dẫn trung bình của CDMA thấp
hơn nhiều so với công suất truyền dẫn của hệ thống tương tự. Ô liên tục đo
đạc tín hiệu nhận được từ máy di động và so sánh với mức công suất thiết kế
và sau đó quyết định sẽ tăng hay giảm công suất truyền dẫn của một trạ
m di
động xác định. Công việc này được tiến hành cứ mỗi 1,25ms một lần, tức
800lần/1 giây. CDMA điều chỉnh mức công suất lên xuống theo 84 mức của
1dB. Phương thức này bảo đảm rằng cho dù mobile có ở gần hay xa ô thì mỗi
mobile vẫn nhận được một mức công suất như nhau.

LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 7 -
I.2.2 Nâng cao chất lượng cuộc gọi
Các hệ thống điện thoại cellular sử dụng công nghệ CDMA cung cấp
âm thanh có chất lượng cao hơn và ít xảy ra rớt cuộc gọi hơn các hệ thống
hoạt động dựa trên những công nghệ khác. Có nhiều đặc tính tồn tại trong hệ
thống CDMA đã tạo ra khả năng đó như:
• Các phương pháp sửa lỗi tiên tiến làm tăng khả
năng chính xác cho các
khung nhận được.
• Các bộ mã hoá tinh vi cho phép mã hoá tốc độ cao và giảm tạp âm nền.
• CDMA sử dụng ưu điểm của nhiều loại phân tập khác nhau để nâng
cao chất lượng thoại như:
o Phân tập tần số (bảo vệ khỏi fađing chọn lọc tần số).
o Phân tập không gian (dùng 2 anten nhận).
o Phân tập đường truyền (sử dụng b
ộ thu Rake để khắc phục sự thu
nhận một tín hiệu qua nhiều đường gây ra “nhiễu giao thoa” và
thậm chí còn nâng cao chất lượng âm thanh).

o Phân tập thời gian (dùng cài xen và mã hoá).
• Thực hiện chuyển giao soft để góp phần làm tăng chất lượng thoại bằng
cách cung cấp một kết nối “make before break”. Quá trình chuyển giao
softer giữa các sector của cùng 1 cell cũng cung cấp những lợi ích
tương tự.
• Điều khiển công suất chính xác, bảo
đảm cho tất cả các mobile đều có
mức công suất gần bằng mức công suất tối ưu để có thể đạt được một
chất lượng thoại tốt nhất.

LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 8 -
I.2.3 Quá trình thiết kế được đơn giản hoá
Tất cả thuê bao sử dụng chung một sóng mang CDMA, cùng chia sẻ
một phổ tần số với nhau. Hệ số sử dụng lại tần số bằng 1 là một yếu tố quan
trọng đã làm cho dung lượng của CDMA lớn hơn nhiều so với các công nghệ
khác, đồng thời nó còn làm cho việc thiết kế hệ thống đơn giản hơn. Nhà khai
thác sẽ
không phải lập kế hoạch sử dụng tần số - một công việc hết sức phức
tạp trong hệ thống tương tự và TDMA. Quan trọng hơn, kể cả việc điều chỉnh
lại tần số để mở rộng cũng được loại bỏ. Nếu nhà khai thác muốn thêm một
cell hay một kênh mới thì không cần phải thiết lập lại toàn bộ tần số
của hệ
thống.
I.2.4 Nâng cao tính bảo mật thông tin
Thông tin trong CDMA được bảo mật rất cao, việc xâm nhập bất hợp
pháp vào tín hiệu CDMA là cực kỳ khó. Đó là vì các khung thông tin đã số
hoá được trải phổ trên một nền phổ rộng. Hơn thế nữa, trong tương lai CDMA
có các kế hoạch mã hoá số mới để tạo ra các mức bảo mật và an toàn hơn

nhiều.
I.2.5 Cải thiện vùng phủ sóng
Một cell CDMA có vùng phủ sóng lớn hơn nhiều so với cell tương tự
hay số khác vì CDMA sử dụng thiết bị thu có độ nhạy lớn hơn các kỹ thuật
khác. Do đó, để phủ sóng cùng một vùng địa lý như nhau thì số cell CDMA
phải dùng sẽ ít hơn. Tuỳ thuộc vào nhu cầu tải của hệ thông và nhiễu giao
thoa mà việc giảm số cell có thể tới 50% so với GSM.
I.2.6 Tăng thời gian sử dụng pin
Do vi
ệc điểu khiển công suất chính xác và các đặc tính khác của hệ
thống, các máy mobile CDMA thường chỉ truyền công suất bằng một phần
LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 9 -
nhỏ công suất so với các máy tương tự và TDMA. Điều này cho phép các
thuê bao tăng thời gian sử dụng pin của máy mobile.
I.2.7 Cung cấp dải thông theo yêu cầu
Một kênh CDMA băng rộng cung cấp tài nguyên chung mà tất cả các
mobile trong hệ thống cùng dùng chung, tuỳ theo ứng dụng là truyền thoại, dữ
liệu, fax hay ứng dụng khác. Tại một thời điểm bất kỳ, phần dải thông không
được sử dụng bởi mobile này thì có thể
được cung cấp cho một mobile khác.
Điều này làm cho CDMA thực sự linh hoạt và được khai thác để tạo ra các
khả năng mạnh hơn như dịch vụ dữ liệu tốc độ cao.
I.2.8 Vấn đề nâng cấp mạng
Không giống như việc nâng cấp mạng GSM (2G) lên thế hệ thứ 3 là
EDGE hay W-CDMA thì cần phải lắp thêm một hệ thống trạm BTS mới (với
EDGE) hay cả một mạng CDMA (với W-CDMA) ch
ạy song song với mạng
cũ, CDMA 2000 1x khi phát triển mạng lên 3G - CDMA 2000 1xEV là khá

đơn giản, chúng ta sẽ chỉ phải lắp thêm các card thu phát mới cho 1xEV và
nâng cấp phần mềm hệ thống. Như vậy so với việc phát triển GSM Æ W-
CDMA thì việc phát triển từ CDMA 2000 1x lên CDMA 2000 1xEV đòi hỏi
lắp thêm ít thiết bị hơn, đơn giản hơn mà vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng
mạng đã triển khai.

I.3
Thực trạng mạng CDMA 2000 hiện nay
Với những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ di động khác,
CDMA đã có những phát triển rất nhanh chóng trong những năm gần đây.
Hầu hết các nhà khai thác mới đều lựa chọn công nghệ CDMA cho hệ thống
của mình, không những thế các nhà khai thác GSM hiện hữu cũng triển khai
công nghệ CDMA 2000 để có thể cung cấp các dịch vụ 3G.
LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 10 -
Tính đến tháng 8 năm 2006 thì đã có gần 200 nhà khai thác trên 72
nước và vùng lãnh thổ sử dụng công nghệ CDMA 2000 với tổng số thuê bao
đạt khoảng 275 triệu thuê bao trong đó khu vực châu Mỹ La Tinh và châu Á
Thái Bình Dương là hai khu vực có số thuê bao lớn nhất, chiếm khoảng 80%
tổng số thuê bao. CDMA 2000 đang là công nghệ có tốc độ tăng trưởng thuê
bao lớn nhất hiện nay, mỗi tháng CDMA 2000 có khoảng 8.5 triệu thuê bao
mới. Dự kiến số lượng thuê bao CDMA 2000 sẽ đạt khoảng 350 tri
ệu thuê
bao vào cuối năm 2006 và đạt khoảng 450 thuê bao vào năm 2009.
Với 275 triệu thuê bao như hiện nay CDMA chiếm 13% thị phần thuê
bao di động trên toàn thế giới (trên tổng số 2 tỷ thuê bao di động hiện nay).
Với tốc độ phát triển thuê bao vượt trội như hiện nay, dự báo thị phần thuê
bao CDMA sẽ đạt 18% vào năm 2009.

Hình 1.1 Tốc độ tăng trưởng thuê bao của CDMA 2000.

LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 11 -
I.4 Hướng phát triên lên 3G của CDMA 2000 1x
Ngày nay nhu cầu sử dụng các ứng dụng di động không chỉ dừng lại ở
thoại, nhắn tin mà người sử dụng còn mong muốn có nhiều các dịch vụ truyền
thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy
cập Internet, thư điện tử, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem
video chất lượng cao... cùng nhiều các ứ
ng dụng tiên tiến khác. Điều này đặt
ra cho các nhà khai thác dịch vụ phải nâng cấp hệ thống mạng để có khả năng
các dịch vụ truy cập dữ liệu tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của
khách hàng.
Dù sử dụng công nghệ nào thì các nhà khai thác cũng tìm cách để nâng
cấp hệ thống mạng của mình và cụ thể là tiến tới hệ thống thông tin di động
thế hệ thứ 3 (3G), thứ 4 (4G)…
để nâng cao khả năng truyền dữ liệu nhằm đáp
ứng được các dịch vụ tiên tiến cho khách hàng.


Hình 1.2 Lộ trình phát triển của các công nghệ.

LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 12 -
Trong tiến trình phát triển lên công nghệ không dây thế hệ tiếp theo
(3G) nổi lên hai hướng phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T

công nhận đó là CDMA 2000 và W-CDMA:
• Phát triển lên 3G CDMA từ các công nghệ TDMA, GSM:
TDMA, GSM Æ GPRS Æ EDGE Æ W-CDMA.
• Phát triển lên 3G CDMA từ IS-95:
IS-95A Æ IS-95B Æ CDMA 2000 1x Æ CDMA 2000 1xEV
Xem xét 2 hướng phát triển trên chúng ta thấy để có thể tiến tới thế hệ
di động thứ 3 một cách hoàn chỉnh thì hướng xuất phát từ GSM Æ W-CDMA
có một sự
thay đổi lớn về mặt thiết bị cũng như là băng tần. Trong khi đó thì
hướng xuất phát từ CDMA Æ CDMA 2000 1xEV có sự phát triển dễ dàng
hơn với việc bổ sung phần cứng và nâng cấp phần mềm.

Hình 1.3 Tình hình triển khai CDMA 2000 1xEV trên thế giới

Hiện nay các nhà khai thác sử dụng công nghệ CDMA đều định hướng
phát triển mạng di động tới công nghệ CDMA 1xEV-DO nhằm nâng cao tốc
LUẬN VĂN CAO HỌC Chương I: Công nghệ CDMA 2000 và hướng phát triển
Nguyễn Thái Trường
- 13 -
độ, chất lượng, độ tin cậy và sự đa dạng của dịch vụ di động đối với khách
hàng và công nghệ CDMA cũng là công nghệ dẫn đầu trong xu hướng phát
triển lên 3G hiện nay. Với sự thành công của 1x EV-DO thì các nhà nghiên
cứu cũng đã tạm dừng triển khai một phiên bản khác của 3G CDMA là 1x
EV-DV để tập trung cho 1x EV-DO.
CDMA 2000 1x EV-DO là thế hệ phát triển tiếp theo của CDMA 2000
1x (hay 1xRTT), tiêu chí của công nghệ là dựa trên nền của IS-856, được xây
d
ựng để nhằm tối ưu hoá khả năng truyền số liệu vô tuyến, vì vậy 1xEV-DO
còn được biết đến với các tên như: CDMA IS-856, CDMA High - speed Data
Rate (HDR) hay CDMA Evolution of Data Optimazation.

Để trả lời cho câu hỏi tại sao các nhà khai thác đều có xu hướng phát
triển lên công nghệ 1x EV-DO và công nghệ 1x EV-DO có những ưu điểm gi
so với CDMA2000, trong chương tiếp theo chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu
các đặc điểm, tính năng và cơ chế hoạt động của hệ thố
ng 1x EV-DO.











LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO
Nguyễn Thái Trường
- 14 -
PHẦN II: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 1X EV-DO
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CDMA 2000 1x EV-DO

II.1 Cấu trúc mạng CDMA 2000 1x EVDO
Về cấu trúc mạng CDMA 1xEV-DO không khác nhiều so với CDMA
2000 1x, việc nâng cấp từ CDMA 2000 1x lên 1xEV-DO là khá dễ dàng.
Phần mạng lõi không cần phải nâng cấp hay thay thế phần cứng, chỉ cần nâng
cấp phần mềm để hỗ trợ 1xEV-DO. BTS, BSC, PDSN chỉ cần cắm thêm card,
nâng cấp phần mềm. Bên cạnh đó cần trang bị một số phần tử mới
để điều
khiển, quản lý 1xEV-DO như AN-AAA, RNC...

Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO như hình dưới đây:

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của mạng 1xEVDO.

LUẬN VĂN CAO HỌC Chương II:Công nghệ CDMA2000 1xEV-DO
Nguyễn Thái Trường
- 15 -
Chức năng của các thành phần mạng cũng tương tự như ở hệ thống
1x2000 tuy nhiên tên gọi của chúng có sự thay đổi để dễ dàng phân biệt giữa
các công nghệ.
CDMA2000 1X Term CDMA 1xEV-DO Term
BSC (Base Station Controller) AN (Access Network)
BTS (Base Transceiver Station) AP (Access Point)
MS (Mobile Station) AT (Access Terminal)

Vì thoại và dữ liệu có những yêu cầu rất khác nhau nên sẽ không hiệu
quả nếu kết hợp 2 dịch vụ này trên cùng một sóng mang. Vì vậy để tối ưu hoá
cho việc truyền dữ liệu hệ thống 1xEV sử dụng một CDMA carrier riêng rẽ,
tuy nhiên nó hoàn toàn tương thích với công nghệ CDMA2000 1x. Nghĩa là
cần 1 sóng mang cho thoại và 1 sóng mang cho dữ liệu.
1xEV-DO yêu cầu một sóng mang riêng biệt để tối ưu cho việc truyền
tải dữ
liệu, nâng tốc độ đường xuống tới 2,4Mbps và đường lên tới 153,6Kbps
đối với phiên bản 0. Đối với phiên bản A, tốc độ đường xuống đạt tới
3,1Mbps và đường lên tới 1,8Mbps. Sóng mang này tương tự như sóng mang
CDMA 2000 1x, độ rộng là 1,25MHz.

Hình 2.2 1x EV-DO yêu cầu 01 sóng mang riêng biệt

Đứng về khía cạnh của Nhà khai thác, đặc biệt khi nhằm mục đích cung

cấp các dịch vụ số liệu vô tuyến, có hai vấn đề cần phải quan tâm đó là: