Mạng VMS – MOBIFONE

CHƯƠNGI : TỔNGQUANVỀTHÔNGTIN
DIĐỘNGTẾBÀO
1. Sự phát triển của các dịch vụ tế bào (Tổ ong- Cellular)
Năm 1946, hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên đãđược
đưa vào hoạt động ở thành phố Saint Louis- Hoa Kỳ, sử dụng băng tần 150
MHz với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ tới 3.
Tuy nhiên dịch vụ này vừa chỉ mới bắt đầu thì những nhược điểm cố hữu
của nóđã bộc lộ. Tất nhiên nhược điểm chính là do những nguyên nhân về
can nhiễu cùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách về mặt vật lý quá lớn.
Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảo
sát một khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) với
các máy di động công suất thấp. Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ
sử dụng một máy tính, cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lượng
thuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục
vụđược. Tuy nhiên, thực tế các nước khác đãđưa mạng tế bào hoạt động như
một dịch vụ thương mại trước cả Hoa Kỳ. Cụ thể, dịch vụ mạng tế bào
thương mại đầu tiên được bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 1979. Và rất nhanh
sau đó nóđược phát triển ở nhiềukháctrên thế giới.
Mặc dù các dịch vụ mạng tế bào phát triển rất mạnh, nhưng không hề
có khả năng tương hợp giữa các dịch vụ trên phạm vi toàn cầu. Hệ thống ở
Hoa Kỳ dựa trên thiết kế ban đầu của AT&T và Motorola, được gọi là
AMPS (Advanced Mobile Phone Service- dịch vụđiện thoại di động
tiên tiến). AMPS được sử dụng ở khoảng 70 nước khác trên thế giới và nó là
tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Ngoài ra phải kểđến một số
các tiêu chuẩn thông dụng khác là: NMT (Nordic Mobile Telephone- điện
thoại di động Bắc Âu), TACS (Total Access Communications Service- dịch
vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập) và hệ thống GSM (Global System for
Mobile- hệ thống di động toàn cầu). Hệ thống NMT ban đầu đãđược thiết kế
cho các mạng tương đối nhỏ gồm 20.000- 30.000 thuê bao và cung cấp 180
kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 hoặc 30 KHz trong dải tần 450 MHz.
Một thế hệ sau này của NMT cung cấp dung lượng lớn hơn ở dải tần 900

MHz, nó có khả năng cung cấp 1.000 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25
KHz hoặc 2.000 kênh, mỗi kênh có dải thông12,5 KHz. Và hiện tại có
khoảng 30 nước đã sử dụng hệ thống NMT. Hệ thống TACS được sử dụng ở
Châu Âu, Anh Quốc và khoảng vài chục nước khác. Một dạng chuyển hoá
của TACS được sử dụng ở Nhật Bản gọi là JTACS, cung cấp 1.320 kênh,
mỗi kênh chiếm dải thông 25 KHz. Còn sự ra đời của GSM có thể nói là do
các nước khác nhau ở Châu Âu sử dụng các tiêu chuẩn mạng tế bào khác
nhau, cho nên cần có một tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển
vùng (Các tiêu chuẩn khác nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau
mà còn hoạt động ở các tần số khác nhau, vì vậy không thể có tính tương
thích tòn cầu). Do vậy hệ thống GSM đãđược phát triển như một dịch vụ số
hoá hoàn toàn có thể dùng được ở Châu Âu và nhiều nước khác. GSM được
thiết kếđể làm việc ở băng tần 900 MHz và qui định tám khe thời gian cho
mỗi kênh rộng 200 KHz.
2. Cấu trúc cơ bản của mạng tế bào
Về cơ bản, hệ thống điện thoại di động tế bào gồm các máy điện thoại
di động trên xe ô tô hoặc xách tay (MS), trạm gốc (BS) và tổng đài di động
(MSC- trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).
Trong đó, máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten
và bộđiều khiển . BS cũng bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối giữa máy
di động với trung tâm chuyển mạch của hệ thống, anten, bộđiều khiển, đầu
cuối số liệu và nguồn cung cấp. Còn MSC 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 cước đối với các cuộc gọi đã hoàn thành.
Các thành phần chức năng của mạng được liên kết với nhau thông qua
các đường kết nối thoại và số liêụ. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh
thu/phát RF. Vì các kênh lưu lượng không cốđịnh 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 thểđược thiết lập ở
bất kỳ một kênh nào đãđược xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan

điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đãđược
xác định đều có thể bận do được kết nối một cách đồng thời với các máy di
động. MSC xử lý các cuộc gọi đi vàđến từ mỗi BS và cung cấp chức năng
điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả
vàđể truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Bộ phận điều
khiển của MSC có thể nói là trái tim của hệ thống tế bào vì nó sẽđiều khiển,
sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống. Tổng đài MSC kết nối các đường đàm
thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các
thuê bao cốđịnh với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu
đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS. Các thông tin thoại và báo hiệu
giữa máy di động và BS được truyền đi qua kênh RF, các đường kết nối
thoại và số liệu cốđịnh được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo
hiệu giữa BS và MSC.
Với hệ thống này, do các máy phát thường có công suất lớn hơn nhiều
(500 w) so với các máy di động (25 W). Vàđương nhiên anten của máy di
động thường ở mức thấp hơn nhiều so với anten phát. Để cự ly thông tin của
hệ thống được như nhau theo cả hai chiều, người ta thường 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 bộđiều khiển hệ thống để
xử lý.
Trong khi đó, đối với mạng tế bào người ta lại bố trí các máy thu/phát
trong vô số các tế bào nhỏ trong phạm vi của vùng bao phủ. Các máy
thu/phát được điều khiển bởi một bộ xử lý trung tâm hoặc một tổng đài, sao
cho thuê bao có thể di chuyển giữa các cell mà dịch vụ vẫn được duy trì.
Điều này cho phép tái sử dụng lại tần số và tạo điều kiện để mạng tế bào
Máy phát
Bộđiều 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
cótiềm năng dung lượng lớn hơn nhiều so với các hệ thống thông tin di động
trước đây.
Hình vẽ: Hệ thống tế bào điển hình
MSC# 1
MSC# 2
Tới PSTN hoặc
các mạng khác
Tới PSTN hoặc
các mạng khác
Cell A
Cell B
. . .
Tuyến kết nối
CHƯƠNGII :
PHƯƠNGPHÁPTRUYNHẬPKÊNHTRONGTHÔNGTINDIĐ
ỘNG
1. Kỹ thuật ghép kênh (Multiplexing)

Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào
đó, chẳng hạn như trong thông tin di động thì người ta phải sử dụng kỹ thuật
ghép kênh. Hiện nay có rất nhiều loại ghép kênh, nhưng ba hình thức thông
dụng nhất là:
• FDMA (Frequency Division Multiple Access- Đa truy nhập
phân chia theo tần số).
• TDMA (Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân
chiatheo thời gian).
• CDMA (Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân
chia theo mã).
Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi
mạch chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều
sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến
được nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng được
gán cho một tần số riêng.
2. FDMA
Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh
FDMA, đều chia toàn bộ băng tần được phân phối cho một nhà khai thác
mạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc. Vì mỗi kênh thường
cóđộ rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng. Mỗi
cuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416
cặp tần số khả dụng. Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào
bất kỳ lúc nào.
Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA ít phức tạp hơn so với các
thiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và nói chung giá thành cũng rẻ
hơn. Tuy nhiên, do mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêng
biệt. Cho nên FDMA đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc. Kỹ thuật
FDMA có khả năng sử dụng được với cả các hệ thống truyền dẫn số
(Digital) lẫn các hệ thống truyền dẫn tương tự (Analog).
Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào

analog ở Hoa Kỳ:
Như vậy, mỗi kênh chiếm dải thông vàđáp ứng cho một cuộc đàm
thoại. Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhưng nhiều máy vô tuyến có thể
truy nhập tới được.
3. TDMA
Với TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian.
Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số và sau đóđược gán cho
một trong những khe thời gian này. Số lượng khe trong một kênh có thể thay
đổi bởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống. Cóít nhất là hai khe thời
gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có
khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật
FDMA với cùng một đại lượng dải thông như vậy.
TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải
được số hoá hoặc mã hoá, sau đóđược lưu trữ vào một bộ nhớđệm để gán
cho một khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn
tín hiệu là không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã
hoá. Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên
thiết bị TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín
hiệu thu nhằm duy trì chất lượng của tín hiệu.
30 KHz kênh 1
Thoại
analog
30 KHz kênh 832
.
.
.
Thoại
analog
Hình vẽ dưới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 kHz
dùng cho mạng tế bào hỗ trợđược ba kênh digital. Các đường truyền âm

thanh analog của mỗi cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó
chiếm một khe thời gian trong kênh analog 30 kHz.
4. CDMA
Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ như tiếng nói) được
biến đổi thành tín hiệu digital, sau đóđược trộn với một mã giống như mã
ngẫu nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên,
khi đóđược phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ.
Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử
dụng đòi hỏi các kênh có dải thông tương đối rộng (Thường là 1,25 MHz).
Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao
lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng
như nhau .
30 kHz kênh 1
30 kHz kênh 832
.
.
.
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
(1)

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
(20)
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
(20)
1,25 MHz
kênh 1
1,25 MHz
kênh 20
.
.
.

(1)
(1)