Giáo trình Mạng máy tính - Chương 8: Mạng không dây

MẠNG MÁY TÍNH (COMPUTER NETWORK)

Chương 8 – Mạng không dây

8.1. Tổng quan mạng tế bào

Nguyên tắc của mạng tế bào

Là công nghệ nền tảng cho điện thoại di động, các hệ thống

liên lạc cá nhân, mạng không dây, ...

Được phát triển cho điện thoại di động

Thay thế cho các hệ thống thu phát công suất lớn

Hỗ trợ 25 kênh trên 80 km

Dùng công suất nhỏ, khoảng cách ngắn hơn, nhiều bộ thu

phát hơn

Tổ chức mạng tế bào

Các bộ phát công suất thấp

100w hoặc thấp hơn

Khu vực được chia thành các tế bào

Mỗi tế bào có 1 ăng ten riêng

Mỗi tế bào có 1 tần số riêng

Được phục vụ bởi một trạm gốc (BS – Base Station)

Có bộ phát, thu, điều khiển

Các tế bào cạnh nhau dùng các tần số khác nhau để tránh nhiễu

Hình dạng tế bào

Hình vuông

Có 8 tế bào xung quanh

Tốt hơn nếu các ăng ten xung quanh cách đều

Đơn giản trong việc chọn và chuyển đến ăng ten mới

Hình lục giác

Các ăng ten cách đều nhau

Bán kính là bán kính của đường tròn ngoại tiếp

Khoảng cách từ tâm tới đỉnh bằng độ dài các cạnh

Tuy nhiên không phải lúc nào cũng đúng là hình lục

giác đều do

Các giới hạn về địa lý

Các điều kiện phát sóng cục bộ

Vị trí của ăng ten

Sử dụng lại tần số

Công suất của trạm phát đáp cơ sở có điều khiển

Cho phép truyền thông trong tế bào với một tần số cho

trước

Hạn chế công suất phát sang các tế bào liền kề

Cho phép các tế bào gần nhau dùng lại các tần số

Dùng một tần số cho nhiều cuộc hội thoại

Có 10-50 tần số trong một tế bào

Ví dụ

Hệ thống có N tế bào

Hệ thống có K tần số

Mỗi tế bào có K/N tần số

Với AMPS (Advanced Mobile Phone Service), K=395,

N=7, mỗi tế bào trung bình có 57 tần số

Tăng dung lượng

Thêm các kênh mới

Mượn tần số

Lấy từ các tế bào liền kề hoặc các tế bào bị nghẽn

Gán tần số linh động

Tách tế bào

Do phân bố không đều về hình thái hoặc dung lượng

Chia thành các tế bào nhỏ hơn trong vùng sử dụng nhiều

Ví dụ tách tế bào

Chia vùng tế bào

Tế bào được chia thành các vùng có hình nêm

3 – 6 vùng một tế bào

Mỗi vùng có một bộ kênh riêng

Dùng nhiều ăng ten định hướng

Microcell

Chuyển ăng ten từ đỉnh đồi và các tòa nhà lớn xuống đỉnh

các tòa nhà thấp hơn và cạnh của các tòa nhà lớn, thậm chí

chuyển xuống các cột đèn.

Tạo ra các microcell

Giảm công suất

Tốt cho các con phố và bên trong các tòa nhà

Hoạt động của mạng tế bào

Trạm cơ sở (BS – Base Station) ở trung tâm của mỗi tế bào

Có ăng ten, trạm điều khiển, trạm phát đáp

Trạm điều khiển xử lý quá trình gọi

BS được nối với MTSO (Mobile Telecommunication

Switching Office)

Mỗi MTSO phục vụ nhiều BS

MTSO kết nối với BS bằng dây hoặc không dây

MTSO:

Nối các cuộc gọi giữa các điện thoại di động và từ điện

thoại di động đến các mạng truyền thông cố định

Gán kênh thoại

Ngắt cuộc gọi

Giám sát các cuộc gọi (vd tính cước)

Tự động hoàn toàn

Các kênh

Kênh điều khiển

Thiết lập và duy trì cuộc gọi

Thiết lập liên kết giữa các máy di động và BS gần nhất

Kênh lưu lượng

Truyền tải cuộc gọi và dữ liệu

Cuộc gọi thông thường trong vùng MTSO

Máy di động khởi động

Quét và lựa chọn kênh điều khiển thiết lập mạnh nhất

Tự động chọn ăng ten BS của tế bào

Thường là cái gần nhất

Bắt tay (handshake) để xác định người sử dụng và đăng ký

vị trí

Lặp lại quá trình quét để cho phép di chuyển

Máy di động giám sát các trang

Máy di động bắt đầu cuộc gọi

Kiểm tra kênh có rỗi không

Theo dõi kênh từ BS và đợi kênh rỗi

Gửi số hiệu kênh đã lựa chọn trước

Phân trang

MTSO thực hiện kết nối với máy di động

Một thông báo phân trang gửi cho các BS phụ thuộc vào số

di động được gọi

Tín hiệu phân trang được gửi tới kênh thiết lập

Cuộc gọi được chấp nhận

Máy di động nhận ra số trên kênh thiết lập

Trả lời cho BS đã gửi phản hồi cho MTSO

MTSO thiết lập mạch giữa BS gọi và BS được gọi

MTSO chọn kênh lưu lượng rỗi giữa các tế bào và nối kênh

cho các BS

Các BS nối kênh cho các máy di động

Trong khi cuộc gọi diễn ra

Cuộc gọi và dữ liệu được trao đổi qua các BS và MTSO

tương ứng

Chuyển giao cuộc gọi

Khi máy di động đi ra ngoài tế bào sang tế bào khác

Kênh lưu lượng đổi sang BS mới mà không ngắt dịch vụ

Các giai đoạn của cuộc gọi

Các chức năng khác

Chặn cuộc gọi

Trong giai đoạn máy di động khởi động, nếu tất cả các

kênh bận, máy di động sẽ thử lại

Nếu không gọi được, âm báo bận được báo lại

Ngừng cuộc gọi

Khi người dùng ngừng cuộc gọi

MTSO được thông báo

Các kênh lưu lượng của 2 BS được giải phóng

Rớt cuộc gọi

BS không thể duy trì được tín hiệu cần thiết

Kênh lưu lượng được làm rớt và MTSO được thông báo

Cuộc gọi từ các thuê bao cố định

MTSO nối với PTSN và các máy di động ở xa

MTSO có thể kết nối máy di động với máy cố định của

PTSN

MTSO có thể kết nối với MTSO ở xa qua PSTN hoặc

đường truyền riêng

Có thể kết nối máy di động với máy di động ở vùng xa

Thế hệ thứ nhất tương tự (analog)

Là các mạng điện thoại tế bào đầu tiên

Các kênh lưu lượng tương tự (analog)

Được phát triển trong những năm 1980 ở Bắc Mỹ

Được gọi là dịch vụ di động tiên tiến (AMPS – Advanced

Mobile Phone Service)

Hoạt động

Điện thoại dùng AMPS có môđun gán số (NAM – Numeric

Assignment Module) nằm trong bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

NAM có số điện thoại do nhà mạng cung cấp

Số sêri (serial) của điện thoại do hãng sản xuất cung cấp

Khi bật điện thoại, số sêri và số điện thoại sẽ được gửi đến

MTSO

MTSO sẽ tính cước.

Trình tự cuộc gọi

1. Người gọi ấn số và ấn nút gọi.

2. MTSO xác nhận số điện thoại và kiểm tra quyền của người

gọi. Một số nhà mạng yêu cầu số PIN để tránh mất số.

3. MTSO phát ra một chỉ thị đến người gọi để xác lập kênh lưu

lượng được sử dụng

4. MTSO gửi tín hiệu chuông đến người được gọi.

5. Khi người nghe trả lời, MTSO thiết lập mạch nối và bắt đầu

ghi thông tin tính cước.

6. Khi một bên dập máy, MTSO giải phóng mạch nối, các kênh

truyền dẫn và hoàn thành thông tin tính cước.

Các kênh điều khiển của AMPS

21 kênh điều khiển 30kHz song công đầy đủ

Truyền dữ liệu số dùng FSK

Dữ liệu được truyền theo các khung (frame)

Thông tin điều khiển có thể được truyền qua kênh thoại trong

quá trình hội thoại

Các máy di động hoặc các trạm gốc BS chèn các gói dữ

liệu

Ngừng FM thoại khoảng 100 ms

Thay thế bằng tín hiệu FSK

Được dùng để trao đổi các thông tin khẩn cấp

Thay đổi công suất

Chuyển giao giữa các tế bào

8.2. CDMA

Các đặc điểm của CDMA

Tín hiệu chất lượng cao

Tốc độ dữ liệu cao

Hỗ trợ nhiều dịch vụ

Các kênh lưu lượng số

Hỗ trợ dữ liệu số (digital)

Lưu lượng thoại được số hóa

Lưu lượng người dùng (dữ liệu hoặc thoại được số hóa)

được biến đổi sang tín hiệu tương tự để truyền

Mã hóa dữ liệu số

Tìm lỗi và sửa lỗi

Truy cập kênh linh động qua TDMA hoặc CDMA

Các hệ thống thế hệ thứ 3 (Third Generation – 3G)

Mục đích là để cung cấp truyền thông không dây tốc độ cao để

hỗ trợ đa phương tiện, dữ liệu và video.

Các khả năng của 3G (xác định vào năm 2000):

Chất lượng thoại hơn PSTN

Tốc độ 144kbps cho người dùng trong ô tô ở vùng rộng

Tốc độ 38 kpbs cho người đi bộ trong vùng nhỏ

Hỗ trợ tốc độ 2048 Mpbs cho văn phòng

Sử dụng tốc độ dữ liệu đối xứng và không đối xứng