Chương 2 - T.quát về thông tin d đ - Trung tâm đào tạo công nghệ cao bách khoa

Chương 2 - Tổng quát về thông tin di động

TRUNG TÂM DẠY NGHỀ CÔNG NGHỆ CAO BÁCH KHOA

Địa chỉ duy nhất: 78 Phố Vọng Hà Nội

http://hocnghetructuyen.vn

http://daynghebachkhoa.vn

http://vbk.vn

Hotline: 0936.327.789 - 04.6278.0670

__________________________________________________________________________

Chương 2 - Tổng quát về thông tin di động

(Lưu ý - Giáo trình này đã đăng ký bản quyền, vì vậy các hình thức sao chép, nhân bản hoặc in thành sách là vi phạm bản quyền tác giả)

hocnghetructuyen.vn

Bài 1 - Hệ thống mạng di động GSM

1 - Giới thiệu mạng di động GSM

• Định nghĩa GSM GSM là viết tắt của từ " The Global System for Mobile Cpommunication" - Mạng thông tin di động toàn cầu. - GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di động di chuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau mà vẫn giữ được liên lạc .
• Các mạng điện thoại GSM ở việt nam . Ở Việt Nam và các nước trên Thế giới , mạng điện thoại GSM vẫn chiếm đa số, Việt Nam có 3 mạng điện thoại GSM đó là : - Mạng Vinaphone : 091..., 094..., 0123... - Mạng Mobiphone : 090..., 093..., 0122..., 0124... - Mạng Vietel 097..., 098..., 0168..., 0169...
• Công nghệ của mạng GSM Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ TDMA - TDMA là viết tắt của từ " Time Division Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo thời gian . Giải thích : Đây là công nghệ cho phép 8 máy di động có thể sử dụng chung 1 kênh để đàm thoại , mỗi máy sẽ sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận thông tin.
• Cấu trúc cơ bản của mạng di động . Mỗi mạng điện thoại di động có nhiều tổng đài chuyển mạch MSC ở các khu vực khác nhau ( Ví dụ như tổng đài miền Bắc, miền Trung, miền Nam) và mỗi Tổng đài lại có nhiều trạm thu phát vô tuyến BSS

Mạng Điện thoại di động GSM

• Băng tần GSM 900 MHz . - Nếu bạn sử dụng thuê bao mạng Vinaphone, Mobiphone hoặc Vietel là bạn đang sử dụng công nghệ GSM. Công nghệ GSM được chia làm 3 băng tần - Băng tần GSM 900MHz - Băng tần GSM 1800MHz - Và băng tần GSM 1900MHz Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam hiện đang phát ở băng tần 900MHz , các nước trên Thế giới sử dụng băng tần 1800MHz, Mỹ sử dụng băng tần 1900MHz .

Băng tần GSM 900MHz

• Với băng GSM 900MHz , Điện thoại di động thu ở dải sóng 935MHz đến 960MHz và phát ở dải sóng 890MHz đến 915MHz
• Khi điện thoại dd thu từ đài phát trên một tần số nào đó ( trong giải 935MHz đến 960MHz ) nó sẽ trừ đi 45MHz để lấy ra tần số phát, khoảng cách giữa tần số thu và phát của băng GSM 900 luôn luôn là 45MHz .
• Tần số thu và phát của máy di động là do tổng đài điều khiển .

• Băng tần GSM 1800 MHz .

Băng tần GSM 1800 MHz

• Ở băng 1800M, Điện thoại dđ thu ở dải sóng 1805MHz đến 1880MHz và phát ở dải sóng 1710MHz đến 1785MHz
• Khi điện thoại dd thu từ đài phát trên một tần số nào đó ( trong giải 1805MHz đến 1880MHz ) nó sẽ trừ đi 95MHz để lấy ra tần số phát , khoảng cách giữa tần số thu và phát của băng GSM 1800 là 95MHz .

• So sánh 2 băng tần .

Băng tần GSM 900MHz và băng tần GSM 1800MHz

• Tái sử dụng tần số .

• Toàn bộ dải tần phát cho mạng GSM 900M chỉ có từ 890MHz đến 915MHz tức là có 25MHz, mỗi kênh chiếm một khe tần số 200KHz => như vậy có khoảng 125 kênh thoại có thể sử dụng một lúc, mỗi kênh thoại được chia thành 8 khe thời gian trong đó 1/8 thời gian giành cho tín hiệu điều khiển, 7/8 khe thời gian còn lại dành cho 7 thuê bao và như vậy tổng số thuê bao có thể liên lạc trong một thời điểm là 125 x 7 = 875 .

• 875 thuê bao có thể liên lạc đồng thời trong một thời điểm cho một mạng di động, đây là con số quá ít không đáp ứng được nhu cầu sử dụng, vì vậy tái sử dụng tần số là phương pháp làm tăng số thuê bao di động có thể liên lạc trong một thời điểm lên tới con số hàng triệu .

• Phương pháp tái sử dụng tần số . - Người ta chia một Thành phố ra thành nhiêu ô hình lục giác => gọi là Cell , mỗi ô có một trạm BTS để thu phát tín hiệu, các ô không liền nhau có thể phát chung một tần số ( như hình dưới thì các ô có cùng mầu xanh hay mầu vàng có thể phát chung tần số ) - Với phương pháp trên người ta có thể chia toàn bộ giải tần ra làm 3 để phát trên các ô không liền kề như 3 mầu dưới đây, và như vậy mỗi ô có thể phục vụ cho 875 / 3 = khoảng 290 thuê bao . - Trong một Thành phố có thể có hàng trăm trạm thu phát BTS vì vậy nó có thể phục vụ được hàng chục ngàn thuê bao có thể liên lạc trong cùng một thời điểm .

Thành phố được chia thành nhiều ô hình lục giác, mỗi ô được đặt một trạm thu phát BTS .

• Phát tín hiệu trong mỗi ô Tín hiệu trong mỗi ô được phát theo một trong hai phương pháp - Phát đẳng hướng - Phát có hướng theo góc 120o

2 - Các thành phần của mạng di động GSM

• Mạng Điện thoại di động GSM

Mạng điện thoại di động GSM

• Máy cầm tay MS ( Mobile Station ) Trong mỗi máy di động cầm tay khi liên lạc, nhà quản lý điều hành mạng sẽ quản lý theo hai mã số . - Số SIM đây là mã nhận dạng di động thuê bao Quốc tế, dựa vào mã số này mà nhà quản lý có thể quản lý được các cuộc gọi cũng như các dịch vụ gia tăng khác . - Số IMEI đây là số nhận dạng di động Quốc tế, số này được nạp vào bộ nhớ ROM khi điện thoại được xuất xưởng, mỗi máy điện thoại có một số IMEI duy nhất, ở các nước trên thế giới - số IMEI được các nhà cung cấp dịch vụ quản lý, vì vậy ở nước ngoài nếu một điện thoại di động bị đánh cắp thì kẻ cắp không thể sử dụng được chiếc điện thoại đó, nếu có yêu cầu từ người bị mất. - Với các công nghệ tiên tiến ngày nay, nếu bạn bật máy điện thoại lên, người ta có thể biết bạn đang đứng ở đâu chính xác trong phạm vi 100m2 đó là công nghệ định vị toàn cầu .

• Ý nghĩa số IMEI

• Ý nghĩa số SIM

Số thuê bao IMSI

• Hệ thống tổng đài

Các giao diện vô tuyến

• Kênh vật lý và kênh Logic Kênh vật lý là kênh tần số dùng để truyền tải thông tin. Ví dụ: Kênh tần số 890MHz là kênh vật lý. Kênh logic là kênh do kênh vật lý chia tách. Trong GSM, một kênh vật lý được chia ra làm 8 kênh logic.

Một kênh Logic chiếm 1/8 khe thời gian của kênh vật lý Kênh vật lý là kênh có tần số xác định, có dải thông 200KHz

• Kênh đàm thoại . Lưu lượng kênh đàm thoại sẽ được truyền đi trên các kênh Logic, mỗi kênh vật lý có thể hỗ trợ 7 kênh đàm thoại và một kênh điều khiển .

• Kênh điều khiển Mỗi kênh vật lý sử dụng 1/8 thời gian làm kênh điều khiển, kênh điều khiển sẽ gửi từ Đài phát đến máy thu các thông tin điều khiển của tổng đài .

3 - Các công nghệ vô tuyến

• Các kỹ thuật điều chế tín hiệu .

• Kỹ thuật điều biên : Kỹ thuật điều biên làm thay đổi biên độ tín hiệu theo tín hiệu số

• Kỹ thuật điều tần . Kỹ thuật điều tần làm thay đổi tần số tín hiệu theo tín hiệu số

• Kỹ thuật điều pha Kỹ thuật điều pha làm thay đổi pha tín hiệu theo tín hiệu số Công nghệ di động sử dụng kỹ thuật điều pha, đây là kỹ thuật thường được sử dụng cho mạch điều chế số .

• Điều khiển công suất phát của máy di động . Vì sao phải điều khiển công suất phát của máy di động ? => Để giảm công suất phát của máy di động khi không cần thiết để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho pin . => Giảm được nhiễu cho các kênh tần số lân cận => Giảm ảnh hưởng sức khoẻ cho người sử dụng .

• Khi ta bật nguồn Mobile, kênh thu sẽ thu tín hiệu quảng bá của đài phát, tín hiệu thu được đối chiếu với dữ liệu trong bộ nhớ SIM để Mobile có thể nhận ra mạng chủ của mình, sau đó Mobile sẽ phát tín hiệu điều khiển về đài phát (khoảng 3-4 giây), tín hiệu được thu qua các trạm BTS và được truyền về tổng đài MSC, tổng đài sẽ ghi lại vị trí của Mobile vào trong Data Base.

• Sau khi phát tín hiệu điều khiển về tổng đài, Mobile của bạn sẽ chuyển sang chế độ nghỉ ( không phát tín hiệu ) và sau khoảng 15-30 phút nó mới phát tín hiệu điều khiển về tổng đài 1 lần .

• Thu tín hiệu ngắt quãng Đài phát phát đi các tín hiệu quảng bá nhưng tín hiệu này cũng phát xen kẽ với các khoảng thời gian rỗi và thời gian phát tin nhắn .

• Khi không có cuộc gọi thì điện thoại sẽ thu được tín hiệu ngắt quãng đủ cho điện thoại giữ được sự liên lạc với tổng đài .

• Khi thuê bao di chuyển giữa các ô ( Cell ) Khi bạn đứng trong Cell thứ nhất, bạn bật máy và tổng đài thu được tín hiệu trả lời tự động từ điện thoại của bạn => tổng đài sẽ lưu vị trí của bạn trong Data Base Khi bạn di chuyển sang một Cell khác, nhờ tín hiệu thu từ kênh quảng bá mà điện thoại của bạn hiểu rằng tín hiệu thu từ trạm BTS thứ nhất đang yếu dần và có một tín hiệu thu từ một trạm BTS khác đang mạnh dần lên, đến một thời điểm nhất định, điện thoại của bạn sẽ tự động phát tín hiệu điều khiển về đài phát để tổng đài ghi lại vị trí mới của bạn . Khi có một ai đó cầm máy gọi cho bạn, ban đầu nó sẽ phát đi một yêu cầu kết nối đến tổng đài, tổng đài sẽ tìm dấu vết thuê bao của bạn trong cơ sở dữ liệu, nếu tìm thấy nó sẽ cho kết nối đến trạm BTS mà bạn đang đứng để phát tín hiệu tìm thuê bao của bạn . Khi tổng đài nhận được tín hiệu trả lời sẵn sàng kết nối ( do máy của bạn phát lại tự động ) tổng đài sẽ điều khiển các trạm BTS tìm kênh còn rỗi để thiết lập cuộc gọi => lúc này máy của bạn mới có rung và chuông .

hocnghetructuyen.vn

Bài 2 - Hệ thống mạng di động CDMA

1 - Mạng di động CDMA

CDMA (viết đầy đủ là Code Division Multiple Access) nghĩa là đa truy nhập (đa người dùng) phân chia theo mã. GSM phân phối tần số thành những kênh nhỏ, rồi chia sẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng. Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng.

Hiện nay ở Việt Nam có 2 nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động sử dụng công nghệ CDMA. Đó là S-Fone, EVN Telecom. Các mạng Mobifone, Vinaphone, GTel và Vietel sử dụng công nghệ GSM, Hà Nội Telecom(HT Mobile) chuyển từ công nghệ CDMA sang eGSM.

Mạng sử dụng chuẩn GSM đang chiếm gần 50% số người dùng điện thoại di động trên toàn cầu. TDMA ngoài chuẩn GSM còn có một chuẩn khác nữa, hiện được sử dụng chủ yếu ở Mỹ Latin, Canada, Đông Á, Đông Âu. Còn công nghệ CDMA đang được sử dụng nhiều ở Mỹ, Hàn Quốc... Công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA là công nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép một số người dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt bằng cách định vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh. Công nghệ này đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA. Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA là công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số được sử dụng đồng thời; mã hóa từng gói tín hiệu số bằng một mã khóa duy nhất và gửi đi. Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận và giải mã. Công nghệ này có tính bảo mật tín hiệu cao hơn TDMA.

2 - Tần số của mạng CDMA

• Các mạng sử dụng công nghệ CDMA ở Việt Nam được cung cấp giải tần từ 829 đến 890MHz, độ rộng giải thông của kênh đàm thoại là 1,25MHz
• Các mạng sử dụng công nghệ GSM được cung cấp giải tần từ 890MHz đến 960MHz .

3 - Công nghệ mạng W-CDMA

• WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình... WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz... và có độ rộng dải thông lên tới 5MHz.
• Hiện nay trên các dòng máy Nokia đời cao như N73, N95 ... đã tích hợp công nghệ WCDMA song song với công nghệ GSM, tuy nhiên các điện thoại này sử dụng tại Việt Nam thời điểm 2008 mới chỉ sử dụng được công nghệ GSM còn WCDMA vẫn chưa có nhà cung cấp nào hỗ trợ, trong tương lai nếu các nhà cung cấp dịch vụ GSM muốn tiến lên chuẩn 3G để cạnh tranh với mạng CDMA thì họ cần phải phát thêm công nghệ WCDMA để hỗ trợ các dòng điện thoại này.

4 - Ưu và nhược điểm của mạng GSM và CDMA

Với mạng GSM

• Ưu điểm - Điều chế tín hiệu đơn giản, đầu tư cho hạ tầng mạng đỡ tốn kém hơn. - Sóng truyền đi xa được do dải tần hẹp. - Phần mềm trên điện thoại dễ dàng nâng cấp, sửa chữa.
• Nhược điểm - Do mạng GSM chỉ sử dụng kênh Logic chiếm 1/8 khe thời gian của một kênh có độ rộng 0,2MHz, nên tốc độ truyền dữ liệu rất chậm, vì vậy mạng này chỉ sử dụng để nghe gọi và nhắn tin mà không triển khai được các dịch vụ khác. - Số lượng kênh Logic có hạn vì vậy mà số lượng thuê bao có thể đàm thoại trong cùng một thời điểm trên một trạm BTS cũng có hạn, nên hay sảy ra nghẽn mạch cục bộ.

Với mạng CDMA

• Ưu điểm - Do sử dụng kênh có độ rộng 1,25MHz nên tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn rất nhiều so với mạng GSM, vì vậy người ta có thể triển khai thêm các dịch vụ như cho phép thuê bao truy cập Internet tốc độ cao, xem truyền hình, truyền và nhận Video... - Do số lượng kênh không bị hạn chế nên không có hiện tượng nghẽn mạng cục bộ.
• Nhược điểm - Sóng phát cự ly ngắn, nên mật độ trạm BTS phải nhiều hơn và đầu tư hạ tầng mạng tốn kém hơn. - Phần mềm điện thoại khó nâng cấp sửa chữa, khách hàng thường phải mang đến các Trung tâm bảo hành mới có thể can thiệp được vào phần mềm.

5 - Trả lời một số câu hỏi thường gặp:

1. Câu hỏi 1 - Cho biết sự giống nhau và khác nhau giữa công nghệ CDMA và WCDMA Trả lời Sự giống nhau: - Cả hai đều sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo mã. - Hai công nghệ đều không hạn chế số lượng thuê bao trên mỗi trạm thu phát BTS - Cả hai công nghệ đều đạt chuẩn 3G còn GSM chỉ đạt chuẩn 2G và 2,5G - Hai công nghệ đều có tốc độ truyền dữ liệu nhanh và có thể tích hợp các dịch vụ như truy cập Internet tốc độ cao, truyền nhận Video, xem truyền hình... Sự khác nhau: - Tần số thu phát của hai công nghệ là khác nhau. - Độ rộng giải thông của CDMA là 1,25MHz còn độ rộng giải thông của WCDMA lên tới 5MHz, WCDMA có tốc độ truy cập cao gấp 4 lần CDMA - Các dòng điện thoại GSM thường tích hợp công nghệ WCDMA mà ít khi tích hợp công nghệ CDMA - Các mạng GSM khi tiến lên công nghệ 3G thì cần phát thêm công nghệ WCDMA song song, bản thân mạng CDMA đã đạt chuẩn 3G. - Các dòng điện thoại GSM có tích hợp WCDMA thường có được ưu điểm của cả hai mạng GSM và CDMA nên hiện nay chúng trở lên phổ biến vì vậy trong tương lai dòng điện thoại này sẽ thay thế cho dòng điện thoại chỉ có GSM hay CDMA.
2. Câu hỏi 2 - Một điện thoại dòng GSM có tích hợp công nghệ WCDMA thì có sử dụng được mạng CDMA như S-Phone hay EVN Telecome không? Trả lời: - Không sử dụng được vì: Tuy hai công nghệ này đều là công nghệ đa truy cập phân chia theo mã (CDMA- Code Division Multiple Access) nhưng công nghệ của CDMA có giải thông là 1,25MHz còn công nghệ WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) có giải thông là 5MHz vì vậy nó gọi là công nghệ đa truy cập phân chia theo mã băng rộng, ngoài ra tần số sóng mang của hai công nghệ này cũng khác nhau, với CDMA sử dụng tần số phát từ 829MHz đến 845MHz còn tần số thu từ 874 đến 890MHz còn WCDMA sử dụng tần số phát từ 1920 đến 1980MHz và tần số thu từ 2110 đến 2170MHz. - Để các điện thoại GSM có tích hợp công nghệ WCDMA có thể sử dụng được các chức năng mà WCDMA mang lại như xem Video trực tiếp từ xa, truy cập Internet tốc độ cao, xem truyền hình ...thì bạn còn phải chờ các nhà cung cấp dịch vụ phát tín hiệu WCDMA, điều này thường do các nhà cung cấp dịch vụ GSM hiện tại như VinaPhone, MobiPhone và Viettel nâng cấp mạng của mình lên chuẩn 3G.
3. Làm sao để biết được một chiếc điện thoại có hỗ trợ WCDMA hay không? Trả lời: - Bản hướng dẫn sử dụng kèm theo điện thoại sẽ cho biết tính năng của điện thoại có hỗ trợ công nghệ WCDMA hay không ? - Với một chiếc điện thoại cũ thì bạn nhận biết bằng cách - thông thường điện thoại có hỗ trợ WCDMA thì thường có 2 chiếc Camera, một chiếc quay ra phía trước, một chiếc quay ra phía sau máy. - Nếu bạn đã biết đọc sơ đồ máy thì sẽ thấy trên sơ đồ các máy có hỗ trợ WCDMA nó có hai con IC công suất P.A, một cho mạng GSM vầ một cho mạng WCDMA. - Ví dụ máy Nokia N73 là dòng máy có hỗ trợ WCDMA Điện thoại Nokia N73 có hỗ trợ công nghệ WCDMA
4. Dịch vụ GPRS là gì ? Trả lời - GPRS (General Packet Radio Service) là dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp được phát triển trên nền tảng công nghệ thông tin di động toàn cầu (GSM) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Công nghệ GPRS hay còn biết đến với mạng di động thế hệ 2.5G, áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách có hiệu quả giữa máy điện thoại di động tới các mạng truyền số liệu.