Đồ án Ứng dụng công nghệ CDMA trong thông tin di động

Mục lục Lời nói đầu 1 Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động 1 1.1. Lịch sử phát triển, đặc điểm truyền sóng và phân loại 1 1.1.1. Lịch sử và phát triển 1 1.1.2. Đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động 10 1.1.3. Phân loại các loại hệ thống thông tin di động 14 1.2. Các đặc tính có bản của thông tin di động 17 1.3. Cấu trúc chung hệ thống thông tin di động GSM 19 1.3.1. Sơ đồ khối của hệ thống thông tin di động GSM 19 1.3.2. Chức năng của các thành phần trong mạng GSM 20 1.3.2.1. Hệ thống chuyển mạch SS 20 1.3.2.2. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC 20 1.3.2.3. Bộ ghi dịch tạm trú VLR 21 1.3.2.4. Bộ ghi định vị thường trú HLR 21 1.3.2.5. Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực AUC 21 1.3.2.6. Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR 22 1.3.2.7. Tổng đài cổng GMSC 22 1.3.3. Hệ thống trạm gốc BSS 23 1.3.3.1. Bộ điều khiển trạm gốc BSC 23 1.3.3.2. Trạm thu phát gốc BTS 23 1.3.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS 23 1.3.4.1. Khai thác và bảo dưỡng 23 1.3.4.2. Quản lý thuê bao 24 1.3.4.3. Quản lý thiết bị di động MS 25 1.3.5. Máy di động MS 25 1.3.6. Cấu trúc địa lý vùng mạng GSM 26 1.3.6.1. Vùng mạng 26 1.3.6.2. Vùng phục vụ MSC 26 1.3.6.3. Vùng định vị và quy hoạch 27 1.3.6.4. Ô (Cell) 28 Chương 2: Tổng quan về mạng thông tin di động thế hệ 3 29 2.1. Tổng quan 29 2.2. Cấu trúc mạng CDMA 30 2.2.1. Máy thuê bao di động MS 32 2.2.1.1. Bộ giải điều chế 32 2.2.1.2. Bộ điều chế 33 2.2.2. Trạm gốc BS 33 2.2.2.1. Hệ thống con BTS 34 2.2.2.2. Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC 35 2.2.2.3. Điều hành trạm gốc BSM 36 2.2.3. Trung tâm chuyển mạch di động (Tổng đài di động MSC) 37 2.2.3.1. Hệ thống chuyển mạch truy nhập ASS 38 2.2.3.2. Hệ thống mạng liên kết INS 38 2.2.3.3.Hệ thống điều khiển trung tâm CCS 38 2.2.4. Bộ đăng ký định vị thường trú HLR 39 2.2.5. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR 39 2.2.6. Trung tâm nhận thực AC 40 2.2.7. Hệ thống điều khiển OS 40 2.3. Kỹ thuật trải phổ 40 2.3.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS) 41 2.3.1.1. Các hệ thống DS/SS-BPSK 41 2.3.1.2. Các hệ thống DS/SS-QPSK 49 2.3.2. Hệ thống nhảy tần (FH/SS) 53 2.3.2.1. Các hệ thống FH/SS nhanh 54 2.3.2.2. Các hệ thống FH/SS chem. 58 2.3.3. Hệ thống nhảy thời gian (TH/SS) 58 Chương 3: Ứng dụng công nghệ CDMA trong thông tin di động thế hệ 3 60 3.1. Điều khiển công suất 60 3.1.1. Sự cần thiết của điều khiển công suất 60 3.1.2. Điều khiển công suất đường lên 61 3.1.2.1. Điều khiển công suất vòng hở 61 3.1.2.2. Điều khiển công suất vòng kín 65 3.1.3. Điều khiển công suất đường xuống 68 3.2. Tính toán dung lượng trong hệ thống thông tin di động CDMA 71 3.2.1. Dung lượng cực đường truyền hướng lên 73 3.2.1.1. Tốc độ mã hoá thoại 77 3.2.1.2. Tích cực thoại 78 3.2.1.3. Can nhiễu 78 3.2.1.4. Tăng ích dải quạt 79 3.2.1.5. Điều khiển công suất chính xác 80 3.2.1.6. Phân tích tắc nghẽn (phương pháp truyền thống) 80 3.2.1.7. Phân tích tắc nghẽn mềm trong CDMA 81 3.2.2. Dung lượng đường truyền xuống 86 3.2.2.1. Tính gần đúng bậc nhất dung lượng đường truyền hướng xuống 86 3.2.2.2. Tính dung lượng: số người dùng 87 Kết luận 89 Tài liệu tham khảo 91 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của nghành công nghệ điện tử, tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt yêu cầu của khách hàng. Thế kỷ 21 sẽ chứng kiến sự bùng nổ của thông tin vô tuyến trong đó tin tức di động đóng vai trò rất quan trọng. Nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ, điều này đã thúc đẩy thế giới phải tìm kiếm một phương thức thông tin mới. Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên thế giới. Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM, tuy nhiên trong tương lai mạng thông tin này sẽ không đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động, do đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài : “Ứng dụng công nghệ CDMA trong thông tin di động”. Nội dung của đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động. Chương 2: Tổng quan về mạng thông tin di động thế hệ 3. Chương 3: Ứng dụng công nghệ CDMA trong thông tin di động thế hệ 3. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng do trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của các Thầy cô, bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của Thầy Hồ Quang Huy cùng các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Lịch sử phát triển, đặc điểm truyền sóng và phân loại 1.1.1. Lịch sử và phát triển a. Lịch sử Vào cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của các nhà bác học người ý Marconi Guglielmo (1874-1937, giải Nobel vật lý 1909) đã cho they là thông tin vô tuyến cỏ thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau và di động. Thông tin vô tuyến lúc đó chủ yếu sử dụng mã Morse, mãi cho tới năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thanh mới được thiết lập, thoạt tiên cho cảnh sát. Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone, New Jersey mới thiết lập được một hệ thống thoại vô tuyến di động tương đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới. Hồi đó các thiết bị điện thoại di động rất cồng kềnh, nặng hàng choc kg, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do dùng các đền điện tử tiêu thụ nguồn lớn. Công tác trong dải thấp của băng VHF, các thiết bị này liên lạc được với khoảng cách vài chục dặm. Sau đó quân đội cũng đã dùng thông tin di động để triển khai và chỉ huy chiến đấu có hiệu quả. Các dịch vụ di động trong đời sống như cảnh sát, cứu thương, cứu hoả, hàng hải, hàng không…cũng đã sử dụng thông tin di động để các hoạt động của mình được thuận lợi. Chất lượng thông tin di động hồi đó rất kém. Đó là do các đặc tính truyền dẫn sóng vô tuyến, dẫn đến tín hiệu thu được là một tổ hợp nhiều thành phần của tín hiệu đã được phát đi, khác nhau cả về biên độ, pha và độ trễ. Tổng véc-tơ của các tín hiệu này làm cho đường báo hiệu thu được bị thăng giáng mạnh và nhanh. Khi trạm di động hành tiến, mức tín hiệu thu thường bị thay đổi lớn và nhanh làm cho chất lượng đàm thoại suy giảm trông thấy. Tất nhiên, tất cả các đặc tính truyền dẫn ấy ngày nay vẫn tồn tại song hồi đó chúng chỉ được chống lại bằng một kỹ nghệ còn trong thời kỳ sơ khai. Trong khi ngày nay công nghệ mạch tích hợp cỡ lớn VLSI (Very Large Scale Intergrated circuit) có thể sử dụng từ hàng trăm ngàn đến khoảng một triệu đèn bán dẫn cho việc loại bỏ các ảnh hưởng xấu của đặc tính truyền dẫn thì hồi đó các máy thu phát thường chỉ có không đến 10 đèn điện tử. Băng tần có thể sử dụng được bởi công nghệ đương thời cho thông tin vô tuyến luôn khan hiếm. Các băng sóng trung và dài đã được sử dụng cho phát thanh trong khi các băng tần số thấp và cao (LF và HF) thì bị chiếm bởi các dịch vụ thông tin toàn cầu. Công nghệ hồi đó thì chưa thích hợp để đạt được chất lượng liên lạc cao trên các băng sóng VHF và UHF. Khái niệm về tái sử dụng tần số đã được nhận thức song không được áp dụng để đạt được mật độ người sử dụng cao. Do đó, suốt nhiều năm chất lượng của thông tin di động kém hơn nhiều so với thông tin hữu tuyến do công nghệ không thích hợp và các nhà tổ chức thông tin đã không sử dụng nổi độ rộng dải tần trên các băng tần số cao. Trong khi các mạng điện thoại tương tự cố định thương mại đang được số hoá nhờ sự phát minh ra các dụng cụ điện tử kích thước nhỏ bé và tiêu thụ ít nguồn thì tình trạng của vô tuyến di động vẫn còn biến đổi rất chem. Chạp. Các hệ thống vô tuyến di động nội bộ mặt đất đã bắt đầu sử dụng song mới chỉ ở mức độ phục vụ các nhóm chuyên biệt chứ chưa phải cho các cá nhân trong cộng đồng. Mặc dầu Bell Laboratories đã thai nghén ý đồ về một mạng tế bào ngay từ khởi đầu việc phát triển một hệ thống liên lạc vô tuyến tế bào. Thời kỳ ấp ủ lâu dài đó là do phải chờ đời các phát triển cần thiết trong công nghệ. Chỉ tới khi có các mạch tích hợp thiết kế được một cách tuỳ chọn, các bộ vi xử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn… mạng vô tuyến tế bào mới được biến thành hiện thực. Những năm thập kỷ 1980 đã chứng kiến sự ra đời của một số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự thường được gọi là các mạng vô tuyến di động mặt đát công cộng (PLMR-Public Land Mobile Radio). Làm việc ở giải UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vượt bậc về độ phức tạp của các hệ thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép người sử dụng có được các cuộc đàm thoại trong khi di động với bất kỳ đối tượng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telphone Network) hoặc các mạng đa dịch số ISDN (Intergratd Services Digital Network). Trong những năm 1990 đã có những bước tiến hơn nữa trong thông tin di động với việc áp dụng các mạng tế bào số (digital cellular system) và các hệ thống không dây số (digital cordless telecommunication system). Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ vô tuyến di động số thế hệ thứ hai sẽ cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác như tiếng nói, truyền số liệu, truyền fax, truyền các tin ngắn… Thông tin di động đã và đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới, càng ngày càng tiến tới chia sẻ thị trường và thay thế từng mảng các dịch vụ thông tin cố định. Từ năm 1997, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecom-munication Union) đã xây dựng tiêu chuẩn chung cho thông tin di động thế hệ thứ ba (3G: Generation) trong dự án IMT – 2000 (International Mobile Telecom-munications-2000). Mục đích của IMT-2000 là xây dựng tiêu chuẩn chung nhất cho các hệ thống thông tin di động toàn cầu, phục vụ nhiều loại hình dịch vụ với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s. b. Lộ trình phát triển từ các thế hệ hai đến thế hệ ba ö Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ hai đến CDMA2000 thế hệ ba: Nhu cầu về truyền số liệu trong tương lai sẽ cho phép các nhà khai thác mạng viễn thông cung cấp rất nhiều tính năng mới của mạng và các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng hiện có và triển khai các thế hệ công nghệ tương lai. Cùng với Internet, Internet đang trở thành một trong những hoạt động kinh doanh ngày càng quan trọng, một trong các hoạt động này là xây dựng các văn phòng vô tuyến để kết nối các cán bộ di động trong công sở và xí nghiệp của họ. Ngoài ra tiềm năng to lớn đối với các công nghệ mới cung cấp tin tức và các thông tin khác trực tiếp cho các thiết bị vô tuyến sẽ tạo ra các luồng lợi nhuận mới cho các nhà khai thác. Mặc dù các mạng cdmaOne (IS-95) không phải là các mạng đầu tiên cung cấp truy nhập số liệu, nhưng đây là các mạng được thiết kế duy nhất để cho phép truyền số liệu. Trước hết truyền dẫn tốc độ thay đổi có sẵn ở trong cdmaOne cho phép quyết định lượng thông tin cần phát, vì thế cho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu. Vì truyền dẫn thoại của các hệ thống cdmaOne theo gói, nên các khả năng truyền số liệu gói đã cóbên trong thiết bị. Công nghệ truyền dẫn số liệu gói của cdmaOne sử dụng ngăn xếp giao thức số liệu gói số tổ ong (CDP: Cellular Digital Packet Data) phù hợp với TCP/IP. Bổ sung truyền số liệu vào mạng cdma2000 sẽ cho phép nhà khai thác mạng tiếp tục sử dụng các phương tiện truyền dẫn, các phương tiện vô tuyến, cơ sở hạ tầng và các máy cầm tay sẵn có bằng cách đơn giản nâng cấp phần mềm cho chức năng tương tác. Nâng cấp lên IS-95B cho phép tăng tốc kênh để cung cấp tốc độ số liệu 64-115 kbit/s và đồng thời cải thiện chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số. Các nhà sản xuất đã công bố các khả năng số liệu gói, số liệu kênh và fax số trên các thiết bị cdmaOne. Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT-2000 là tạo ra các tiêu chuẩn để hỗ trợ một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức đọ cao việc nhiều người thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao. ITM-2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ túi kích cỡ nhỏ, mở rộng nhiều môi trường khai thác và trỉên khai cấu trúc mở cho phép đưa ra các công nghệ mới. Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ thoại vô tuyến có các mức chất lượng hữu tuyến đồng thời với tốc độ và dung lượng cần thiết để hỗ trợ đa phương tiện và các ứng dụng tốc độ cao. Các dịch vụ trên cơ sở định vị, đạo hàng, hỗ trợ cấp báo, và các dịch vụ tiên tiến khác cũng sẽ được hỗ trợ. Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tương thích với hệ thống cũ cdmaOne về: các dịch vụ thoại, các bộ mã hoá thoại, các cấu trúc báo hiệu và các khả năng bảo mật. Giai đoạn 1 của cdma2000 (hay 1xRTT) (RTT: Radio Transmission Technology) sử dụng độ rộng băng tần 1,25 MHz và truyền số liệu đỉnh 144 kbit/s cho các ứng dụng cố định hay di động. Giai đoạn 2 của cdma2000 (3xRTT) sẽ sử dụng độ rộng băng tần 5 MHz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144kbit/s cho các ứng dụng di động và xe cộ, và 2 Mbit/s cho các ứng dụng cố định. Các nhà công nghiệp tiên đoán rằng giai đoạn 3xRTT sẽ dần tiến tới 1 Mbit/s cho từng kênh lưu lượng hay kênh Walsh. Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh, người sử dụng có thể đạt được tốc độ đỉnh 2 Mbit/s là tốc độ đỉnh của IMT-2000. Sự khác nhau cơ bản giữa giai đoạn một và giai đoạn hai của cdma2000 là độ rộng băng tần và thông lượng tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh. Giai đoạn hai sẽ đưa ra các khả năng đa phương tiện tiên tiến và đặt nền móng cho dịch vụ thoại 3G phổ biến, các bộ mã hoá thoại như VoIP (thoại trên nền IP). Vì các tiêu chuẩn 1xRTT và 3xRTT phần lớn sử dụng chung các phần tử vô tuyến băng gốc, nên các nhà khai thác có thể thực hiện một bước tiến căn bản đến các khả năng đầy đủ của 3g bằng cách thực hiện 1xRTT. Cdma2000 giai đoạn hai sẽ bao gồm các mô tả chi tiết về các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5 MHz đến 10 và 15 MHz trong tương lai. Cùng với sự ra đời của cdma 2000 giai đoạn một, các dịch vụ số liệu cũng sẽ được cải thiện. Giai đoạn một cũng sẽ hình thành cơ cấu MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường) và định nghĩa giao thức kết nối vô tuyến (RLP: Radio Link Protocol) cho số liệu gói để hỗ trợ các tốc độ số liệu gói ít nhất là 144 kbit/s. Triển khai giai đoạn hai cdma2000 sẽ mang lại rất nhiều các khả năng mới và các tăng cường dịch vụ. Giai đoạn hai sẽ hỗ trợ tất cả các kích cỡ kênh (6x, 9x và12x) cơ cấu cho các dịch vụ thoại, bộ mã hoá thoại cho cdma2000, bao gồm tiếng trên IP. Trong giai đoạn hai, các dịch vụ đa phương tiện thực sự sẽ được cung cấp và sẽ mang lại các cơ hội lợi nhuận bổ sung cho các nhà khai thác. Các dịch vụ đa phương tiện sẽ có thể thực hiện được thông qua MAC số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ cho dịch vụ số liệu gói đến 2 Mbit/s, RLP hỗ trợ tất cả các tốc độ số liệu đến 2 Mbit/s và mô hình gói đa phương tiện tiên tiến . Trong lĩnh vực dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai cdma2000 sẽ đem đến cấu trúc báo hiệu 3G cdma2000 tự sinh đối với điều khiển truy nhập kết nối (LAC: Link Access Control) và cấu trúc báo hiệu lớp cao. Cấu trúc này sẽ đảm bảo hỗ trợ để cải thiện tính riêng tư, nhận thực và chức năng mật mã. Cấu trúc và thiết bị mạng hiện có của nhà khai thác sẽ ảnh hưởng lên quá trình chuyển đổi này. Một mạng được xây dựng trên cấu trúc mở tiên tiến với lộ trình chuyển đổi rõ ràng có thể nhận được các khă năng của 1xRTT bằng cách chuyển đổi môđun đơn giản. Các mạng có cấu trúc ít linh hoạt hơn có thể đòi hỏi các bước chuyển đổi tốn kém để thay thế toàn bộ hệ thống thu phát gốc (BTS). Để đạt được tốc độ đỉnh 144 kbit/s, nhà khai thác có thể nâng cấp phần mềm cho mạng và các trạm gốc để hỗ trợ giao thức số liệu của 1xRTT. Thoả thuận mới đây giữa Qualcomm và Ericsson đề xuất ba chế độ CDMA lựa chọn và phát triển dần dần của một tiêu chuẩn toàn cầu, tiêu chuẩn này sẽ tương thích với cả ANSI-41 và GSM MAP. Cách làm này cho thấy việc sử dụng các máy cầm tay đa chế độ và các giải pháp nảy sinh do thị trường như là lộ trình chắc chắn nhất để thống nhất tiêu chuẩn CDMA 3G ở thế hệ thông tin vô tuyến tiếp theo. Vì thuê bao đòi hỏi sự tiện lợi và công suất vô tuyến lớn hơn, việc chuyển sang công nghệ 3G cho phép các nhà khai thác hỗ trợ các khả năng cao hơn, giảm giá thành mạng và tăng tổng lợi nhuận. IS-95A IS-95B Cdma2000 giai đoạn 2 Cdma2000 giai đoạn 1 2 Mbit/s 144 Mbit/s 64 kbit/s 14,4 kbit/s 2G cdmaOne 3G 2002 Hình 1.1. Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000 ö Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động GSM đến thế hệ hai sang W-CDMA thế hệ ba Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động hai sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế hệ ba. Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi như sau: GSM GPRS HSCSD WCDMA pha 1 WCDMA Hình 1.2. Lộ trình phát triển từ GSM đến W-CDMA Ký hiệu: HSCSD: High Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao. GPRS: General Packet Radio Service: Dịch vụ gói vô tuyến chung. Con đường đến 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng, ở Châu Âu WCDMA được gọi là hệ thống viễn thông di động toàn cầu (USMT). Trong cấu trúc dịch vụ 3G , cần có băng thông rất lớn và như thế cần nhiều phổ tần hơn. ở Hoa Kỳ, FCC chưa thể nhanh chóng phân bổ bất cứ phổ nào cho các dịch vụ 3G. Hoa Kỳ có khoảng 190 MHz phổ tần phân bổ cho các dịch vụ vô tuyến di động trong khi phần còn lại của thế giới chỉ được phân bổ 400 Mhz. Vì thế có thể tin rằng sự phát triển 3G ở Hoa Kỳ sẽ rất khác với phần còn lại của thế giới. Để đến 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2,5G. Nói chung 2,5G bao gồm tất cả các công nghệ sau: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dichụ vụ vô tuyến nói chung (GPRS), tốc độ dự liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE). å HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ. Thay vì một khe thời gian (Ts), một trạm di động có thể sử dụng một số khe để kết nối dữ liệu. Trong các ứng dụng thương mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4Ts, 1Ts có thể sử dụng hoặc tốc độ 9,6 kbps. Đây là cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng dữ liệu chỉ bằng cách nâng cao phần mềm của mạng. Nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến. Bởi vậy đây là hình thức chuyển mạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các Ts một cách liên tục, them chí ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền. å Giải pháp tiếp theo là GPRS và dường như là giải pháp được nhiều nhà cung cấp dịch vụ lực chọn. Tốc độ dữ liệu có thể lên tới 115,2 Kbps bằng việc ding 8Ts. Nó được quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không sử dụng tài nguyên vô tuến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có thông tin cần gửi đi. GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng dụng phi thời gian thực như email và lướt Web. Triển khai hệ thống này thì tốn kém hơn hệ thống HSCSD. Mạng này cần các thành phần mới cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có nhưng nó được xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ. Một mạng GMS mà không có khả năng GPRS thì sẽ không tồn tại lâu trong tương lai. ở Việt Nam, quý IV năm 2005 Vinaphone và Mobiphone cũng đã triển khai GPRS. å Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE), tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384 Kbps với 8Ts thay vì 14,4 Kbps cho mỗi Ts, EDGE đạt tới 48 Kbps cho mỗi Ts. ý tưởng của EDGE là sử dụng phương pháp điều chế mới được gọi là 8 PSK. EDGE là một phương thức nâng cấp hấp dẫn đối với mạng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc. Nó không thay thế hay nói đúng hơn cùng tồn tại với phương pháp điều chế khoá dịch tối thiểu Gausian (GMSK), được sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thể sử dụng máy di động cũ của mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn. Xét trên khía cạnh kỹ thuật, cũng cần giữ GMSK. Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này được gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS) còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD được gọi là CSD. WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuến băng thông rộng sử dụng băngg tần 5Mhz để đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2 Mbps. Rb £ 384 Kbps. Hiện ytại cả Châu Âu và Nhật Bản đều đang thử nghiệm hoặc triển khai WCDMA và công nghệ này đang tiến triển nhanh trên cong đường thương mại hoá. 1.1.2. Đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động Đặc tính truyền sóng trong thông tin di động là tín hiệu thu được ở máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã được phát đi cả về tần số, biên độ, pha và độ trễ. Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp, mang nặng tính ngẫu nhiên. Sự tác động của chúng tới chất lượng liên lạc phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khác nhau như địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, tốc độ truyền tin, tốc độ di chuyển của trạm di động, mật độ thuê bao trên một đơn vị tần số trong một đơn vị diện tích, ăngten, công suất phát, sơ đồ điều chế… Tuy nhiên, về cơ bản chúng ta có thể phân chia một cách vắn tắt các ảnh hưởng truyền sóng này thành: ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler, tổn hao đường truyền, pha đinh đa đường và trải trễ. ö Hiệu ứng Doppler: là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu đựơc so với tín hiệu đã đựơc phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu trong qúa trình truyền sóng. Giả sử một sóng mang không bị điều chế có tần số fc, được phát tới một máy thu đang di động với vận tốc v. Tại máy thu, tần số của tín hiệu nhận được theo tia sóng thứ i sẽ là f = fc + fmcosai , trong đó ai là góc tói của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy thu, fm là lượng dịch tần Doppler, fm = v.fc/c, với c là vận tốc ánh sáng. Tổng hợp tác động của mọi tia sóng tới máy thu theo mọi góc khác nhau trong trường hợp tín hiệu phát là một sóng mang đơn không điều chế dẫn tới tín hiệu nhận được tại máy thu là một tín hiệu trải rộng về tần số với độ rộng băng tần WD lên tới 2fm (tín hiệu thu được trong trường hợp này có tần số từ fc - Ws/2 tới fc + Ws/2) thì tín hiệu nhận đựơc sẽ trải ra trên một dải tần số có độ rộng tới cỡ Ws+WD với tần số trung tâm có thể khác với fc. Như vậy, hiệu ứng Doppler có thể gây nên suy giảm chất lượng liên lạc một cách trầm trọng. Chỉ trong trường hợp máy thu đứng yên so với máy phát (v=0) hoặc máy thu đang chuyển động vuông góc với góc của tín hiệu (cosai=0) thì tần số tín hiệu thu mới không bị thay đổi so với tần số tín hiệu phát. Tuy nhiên, đối với thông tin di động, việc máy thu đứng yên so với máy phát không có nghĩa là không xảy ra hiện ứng Doppler. Các tia sóng từ các vật phản xạ di động như xe cộ, người đi lại… vẫn có thể gây nên tác động Doppler tới tín hiệu thu đựơc tại máy thu. Hiệu ứng Doppler xảy ra mạnh nhất khi máy thu di động theo phương của tia sóng tới (cosai=±1). Điều này thường xảy ra trong thông tin di động khi máy thu đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn các ăngten trạm phát thì được bố trí dọc theo xa lộ ( đựơc gắn trên các cầu vượt ngang qua xa lộ chẳng hạn). ö Tổn hao đường truyền: Tổn hao đường truyền là lượng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát. Trong không gian truyền sóng tự do, mức điện trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo bình phương khoảng cách từ máy phát tới máy thu do công suất tín hiệu trên một đơn vị diện tích của mặt cầu sóng giảm dần theo bình phương khoảng cách giữa các ăngten thu và phát. Trong thông tin di động trong môi trường khí quyển gần mặt đất, do hấp thụ của môi trường truyền, do che khuất…tổn hao đường truyền có thể lớn hơn rất nhiều tổn hao trong đìêu kiện truyền sóng trong không gian tự do. Tổn hao đường truyền phụ thuộc tần số bức xạ, địa hình, tính chất môi trường, mức độ di động của các chướng ngại, độ cao ăngten, loại ăngten… Trong thông tin vô tuyến tế bào, trong nhiều trường hợp tổn hao đường truyền tuân theo luật mũ 4, tức là tăng tỷ lệ với luỹ thừa 4 của khoảng cách. Về nguyên tắc, tổn hao đường truyền hạn chế kích thước tế bào và cự ly liên lạc, song trong nhiều trường hợp ta có thể lợi dụng tính chất của tổn hao đường truyền để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái dụng tần số một cách hữu hiệu làm tăng hiệu quả sử dụng tần số. ö Pha đinh: Trong những quãng cách tương đối ngắn mức tín hiệu thu tring bình có thể xem là hằng số, tuy nhiên mức điện tức thời của tín hiệu thu lại ăngten thu lại có thể thăng giáng nhanh với mức thay đổi tiêu biểu lên tới 40dB. Những thay đổi nhanh mức điện thu tức thời này được gọi là pha-đinh nhanh. Giả sử một trạm cố định phát một sóng mang không bị điều chế, trạm thu di động sẽ thu được không chỉ một thành phần sóng mang đã được phát đó mà là cả một tổ hợp các tia sóng do tín hiệu bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ bởi các cao ốc và các chướng ngại linh tinh khác trong vùng truyền sóng trước khi tới máy thu. Thực tế, trong hầu hết các môi trường, mỗi tia sóng thu được tại máy thu di động đều phải chịu những thay đổi (phụ thuộc vào đường đi của nó) về pha, độ trễ, biên độ cũng như lượng dịch tần Doppler. Kết quả là tín hiệu mà trạm di động thu được có thể khác một cách căn bản với sóng mang đã phát. Trong trường hợp nghiêm trọng, tổng véctơ của các tín hiệu tới theo nhiều tia có thể giảm tới một giá trị rất thấp. Hiện tượng này gọi là pha-đinh đa đường (