kl doan ngoc tuan 081570d

Giới thiệu Trang vi CÁC TỪ VIẾT TẮT 3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2 AIC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI THU TÍN HIỆU

WCDMA TRÊN THIẾT BỊ EXA-N9010

GVHD: Th.s NGUYỄN NGÔ LÂM

SVTH: ĐOÀN NGỌC TUẤN

TP.HỒ CHÍ MINH -1/ 2012

Tp.HCM, ngày 17 tháng 9 năm 2012



NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Đoàn Ngọc Tuấn MSSV: 081570D

1 Tên đề tài: Nghiên cứu và triển khai thu tín hiệu WCDMA trên thiết bị thu EXA- N9010

2 Nhiệm vụ ( yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

 Nghiên cứu kỹ thuật WCDMA

 Mô phỏng WCDMA (thu)

 Tìm hiểu chuẩn WCDMA

 Triển khai trên thiết bị N9010

3 Ngày giao luận văn:………

4 Ngày bảo vệ 50% luận văn: 4/12/2012

5 Ngày hoàn thành nộp về khoa :25/12/2012

6 Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn:

1……… ……… 2……… ……… 3……… ………

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua khoa và Bộ môn

Ngày tháng năm 2012

ĐỖ ĐÌNH THUẤN

TRƯỞNG KHOA

Giới thiệu Trang i

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

 ThS Nguyễn Ngô Lâm đã hết lòng hướng dẫn nhóm trong thời gian thực

hiện đề tài

 Quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử - Viễn Thông đã truyền đạt cho chúng

em những kiến thức chuyên ngành quý giá

 Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã luôn luôn bên cạnh ủng hộ, động viên cả về vật chất lẫn tinh thần giúp nhóm thực hiện có được điều kiện tốt nhất để hoàn thành được đồ án này

 Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện

Trong quá trình hoàn thành bài báo cáo, chúng em sẽ không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong được sự góp ý của quý thấy cô và các bạn để đồ

án này được hoàn thiện hơn Chúng em chân thành cảm ơn quý thầy cô

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 1 năm 2013

Sinh viên thực hiện Đoàn Ngọc Tuấn

Giới thiệu Trang ii

MỤC LUC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LUC ii

CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH VẼ x

DANH MỤC BẢNG x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU xii

1.1 Lời nói đầu 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

1.2.1 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.2 Đối tượng cần tìm hiểu 2

1.2.3 Giới hạn đề tài 2

1.3 Bố cục luận văn: 2

CHƯƠNG 2: GIAO DIỆN CỦA MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA 4

2.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến 4

2.2 Các kênh của WCDMA 6

2.2.1 Kênh vật lý 6

2.3.1 Các kênh đường lên 8

2.3.1.1 Cấu trúc kênh DPDCH và DPCCH 8

2.3.1.2 Cấu trúc kênh PRACH và kênh PCPCH 10

a Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) 10

b Kênh vật lý gói chung (PCPCH) 12

2.3.1.3 Trải phổ và điều chế đường lên 12

a Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên 12

b Trải phổ và điều chế các kênh chung đường lên 14

2.3.2 Các kênh đường xuống 15

Giới thiệu Trang iii

2.3.2.1 Cấu trúc kênh riêng đường xuống (DCH) 15

2.3.2.2 Các kênh vật lý chung đường xuống 16

a Kênh hoa tiêu chung (CPICH) 16

b Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH) 17

c Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH) 17

d Kênh đồng bộ (SCH) 18

e Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) 19

f Kênh chỉ thị bắt (AICH) 19

g Kênh chỉ thị tìm gọi (PCIH) 20

2.3.2.3 Trải phổ và điều chế cho đường xuống 21

a Sơ đồ trải phổ và điều chế cho đường xuống 21

b Các mã trải phổ đường xuống : 21

2.4 Các kênh truyền tải 22

2.4.1 Tổng quan về các kênh truyền tải 22

2.4.2 Các kênh truyền tải 22

2.4.2.1 Các các kênh truyền tải được chuyển thành các kênh vật lý như trên hình dưới đây 23

2.4.2.2 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH: 24

2.5 Kênh logic 25

2.5.1 Kênh điều khiển 25

2.5.2 Kênh lưu lượng 25

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG VÔ TUYẾN WCDMA 26

3.1 Sơ đồ thu – phát trong hệ thống WCDMA 26

3.1.1 Sơ đồ máy phát 26

3.1.2 Sơ đồ máy thu 27

3.2 Mã kiểm soát lỗi 28

Giới thiệu Trang iv

3.2.1 Mã vòng 28

3.2.2 Mã xoắn 29

3.2.3 Mã hóa turbo 30

3.3 Phối hợp tốc độ và đan xen 30

3.3.1 Phối hợp tốc độ 30

3.3.2 Đan xen 31

3.4 Các chuẩn trong hệ thống WCDMA 31

3.4.1 Giới thiệu: 31

CHƯƠNG 4 :MỘT SỐ LOẠI NHIỄU TRONG HỆ THỐNG WCDMA 35

4.1 Fading : 35

4.2 Kênh truyền ading Rayleigh: 35

4.3 Vấn đề gần xa: 38

4.3.1 Hiện tương đa đường : 39

4.3.2 Nhiễu Gauss: 39

4.3.3 Nhiễu đa truy nhập : 40

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 42

5.1 Chương trình mô phỏng đường lên: 42

5.2 Chương trình mô phỏng đường xuống: 47

CHƯƠNG 6: TRIỂN KHAI THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 50

6.1 Giới thiệu máy thu, phát và phần mềm ứng dụng 50

6.1.1 Máy phát Agilent 5182A MXG 50

6.1.1.1 Giới thiệu về máy phát Agilent 5182A MXG 50

6.1.1.2 Đặc tính kỹ thuật 50

6.1.2 Máy thu Agilent EXA-N9010 51

6.1.3 Phần mềm phát 3GPP WCDMA: 51

6.1.3.1 Tổng quan về phần mềmN7600B Signal Studio: 51

Giới thiệu Trang v

a Lựa chọn nguồn dữ liệu dạng sóng cơ bản từ hộp hội thoại 53

b Lựa chọn thông số phát cho kênh DPCCH đường lên: 54

c Thiết lập phần cứng: 55

d Các tính năng và thông số kỹ thuật của EXA: 65

e Phần mềm 89600 VSA cung cấp 66

CHƯƠNG 7 :KHẢO SÁT THIẾT BỊ THU PHÁT WCDMA 67

7.1 Kết nối 67

7.1.1 Sơ đồ kết nối thiết bị 67

7.1.1.1 Kết nối phần mềm 67

7.2 Thiết lập thu phát và kết quả 69

7.2.1 Kết nối trực tiếp bằng đoạn cáp 69

a Không có nhiễu 69

b Có nhiễu: 74

7.2.2 Tổng quan về Anten và các hệ thống Anten truyền thống 80

7.2.3 Kết nối thông qua anten ISM 26 HP : 82

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 87

8.1 Kết luận: 87

8.2 Hướng phát triển: 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

Giới thiệu Trang vi

CÁC TỪ VIẾT TẮT

3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2 AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

AP-AICH Access Preamble Acquisition

Indicator Channel

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CA-ICH: CPCH Collision Detection/ Channel

Assignment Indicator Channel

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn định kênh

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

Giới thiệu Trang vii

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

E-RGCH

Enhanced Relative Grant Channel

Kênh cho phép tương đối tăng cường

F-DCCH

FACH

Forward Dedicated Control Channel

Forward Access Channel

Kênh điều khiển riêng đường xuống Kênh truy nhập đường xuống

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động tòan cấu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ

cao HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical

Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated

Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

Giới thiệu Trang viii

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

di động

OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ khả biến trực giao PAPR

Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình

P-CCPCH Primary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công

cộng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

Giới thiệu Trang ix

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến S-CCPCH Secondary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TFC Transport Format Combination Kết hợp định dạng truyền tải

TFCI Transport Format Combination

Indicator

Chỉ thị kết hợp định dạng truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khỏang thời gian phát

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

Giới thiệu Trang x

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2-1: Cấu trúc giao thức của giao diện WCDMA 4

Hình 2-2: Tổng kết các kênh vật lý 6

Hình 2-3: Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đường lên 9

Hình 2-4: Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH 10

Hình 2-5: cấu trúc phát truy nhập ngẩu nhiên 11

Hình 2-6:Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH 11

Hình 2-7: Thủ tục truy nhập gói CPCH 12

Hình 2-8:Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đườnglên 13

Hình 2-9:Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức 14

Hình 2-10: Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH 15

Hình 2-11: Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống 16

Hình a: Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung (CPICH) 16

Hình b:Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh P-CCPCH 17

Hình c:Cấu trúc khung cho S-CCPCH 18

Hình d: Cấu trúc kênh đồng bộ (SCH) 18

Hình e: Cấu trúc khung cho PDSCH 19

Hình f: cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH 20

Hình g: Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PCIH) 20

Hình 2-12:Sơ đồ trải phổ và điều chế cho đường xuống 21

Hình 2-13:Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 24

Hình 2-14: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói 24

Hình 3-1: Máy phát vô tuyến 26

Hình 3-2: Máy thu vô tuyến 27

Hình 3-3 :Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = 1+ g1x + g2+…+ gn-k 29

Hình 3-4: Bộ mã hóa và giải mã Turbo 30

Hình 3-5:Trích bỏ các kênh TrCH được mã hóa turbo 30

Hình 3-6:Phân bố tần số cho WCDMA/FDD a) Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000 31

Hình 3-7: Cấp phát băng tần WCDMA/FDD 33

Hình 3-8: Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác tại Vương Quốc Anh 33

Hình 4-1: Đồ thị hàm mật độ xác suất của phân bố Rayleigh 37

Hình 4-2 : Hiện tượng đa đường dẫn 39

Hình 4-3 : Mật độ phổ công suất của tín hiệu trước và sau trải phổ cho user 1 41

Hình 5-1 : Lưu đồ giải thuật 43

Hình 6-1: Máy phát Agilent 5182A MXG 50

Hình 6-2: Máy phân tích phổ 51

Hình 6-3: Các menu của thanh công cụ 52

Hình 6-4: Thanh trạng thái kết nối 53

Hình 6-5: Các thông số phát 54

Giới thiệu Trang xi

Hình 6-6: Cài đặt cấu hình 55

Hình 6-7: Cài đặt phần basic 56

Hình 6-8: Các thông số IQ 56

Hình 6-9: Các thông số ALC 58

Hình 6-10: Các thông số ARB 58

Hình 6-11: Thông số ARB maker Utilities 60

Hình 6-12: Thông số ARB Trigger 61

Hình 6-13: Các thông số cài đặt nhiễu 62

Hình 6-14 :Các thông số bộ lọc điều chế 63

Hình 6-15: Cài đặt dạng sóng 64

Hình 7-1: Sơ đồ kết nối máy phát (MXG) và máy thu(EXA) 67

Hình 7-2:Kết nối thiết bị 67

Hình 7-3: Giao diện kết nối 68

Hình 7-4: Cửa sổ tìm kiếm thiết bị 68

Hình 7-5: Kết nối máy phát và thu trực tiếp 69

Hình 7-6: Cửa sổ thiết lập phát WCDMA 69

Hình 7-7 Chọn test model 70

Hình 7-8: Thay đổi thiết lập cho 1 kênh 70

Hình 7-9: Công suất kênh và phổ của tín hiệu(Phát trực tiếp không nhiễu) 71

Hình 7-10: Kết quả phát trực tiếp không nhiễu 72

Hình 7-11:Kết hợp nhiễu với sóng mang 74

Hình 7-12: Phát trực tiếp với CNRdB=20dB 75

Hình 7-13: Phát trực tiếp với CNRdB=10dB 76

Hình 7-14: Phát trực tiếp với CNRdB=0dB 77

Hình 7-15: Phát trực tiếp với CNRdB=-10dB 78

Hình 7-16: Phát trực tiếp với CNRdB=-20dB 79

Hình 7-19: Anten parapol lưới ISM 26 HP 80

Hình 7-20: Đồ thị bức xạ của anten 81

Hình 7-21: Kết nối máy phát và thu thông qua anten 82

Hình 7-22: Kết nối qua anten khoảng cách 1m 83

Hình 7-23: Kết nối qua anten khoảng cách 1m (xoay 45 0 ) 84

Hình 7-24: Kết nối qua anten khoảng cách 3m 85

Hình 7-25 : Kết nối qua anten khoảng cách 3m(xoay 45 0 ) 86

Giới thiệu Trang xii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: Thông số lớp vật lý: 5

Bảng 2-2: Danh sách các kênh vật lý 7

Bảng 2-3: Tốc độ dữ liệu DPDCH hướng lên 10

Bảng 2-4: Danh sách các kênh truyền tải: 22

Bảng 2-5: Kênh điều khiển: 25

Bảng 2-6 : Kênh lưu lượng 25

Bảng 3-1: Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam 34

Bảng 6-1: Lựa chọn kênh đường lên / đường xuống 53

Chương 1: Giới thiệu Trang 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Lời nói đầu

Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động được coi như là một thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực thông tin viễn thông với đặc điểm, các thiết bị đầu cuối có thể truy cập dịch vụ ngay khi đang di động trong phạm vi vùng phủ sóng Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên toàn thế giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ đa dạng, chất lượng dịch vụ cao 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái đích trước mắt mà thế giới đang hướng tới

Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động Kết quả là một sản phẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000) IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất và vệ tinh Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng

cố định và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng

Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990 Trong hơn một

tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000

1.2 L do ch n đ tài

Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây đang phát triển với tốc độ khá nhanh Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở Việt Nam, ngoài các nhà cung cấp dịch vụ di động lớn như Vinaphone, Mobi one,Vietel… đang áp dụng công nghệ GSM để cung cấp dịch vụ di động cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam còn có S-Fone áp dụng công nghệ CDMA Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu

Chương 1: Giới thiệu Trang 2

Xuất phát từ những suy nghĩ trên, nhóm thực hiện đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu và triển khai hệ thống thu phát WCDMA trên các thiết bị chuyên dụng”

1.2.1 M c tiêu c a đ tài

- Nghiên cứu các kỹ thuật WCDMA

- Mô phỏng WCDMA (thu)

- Tìm hiểu chuẩn WCDMA

- Triển khai trên thiết bị N9010

1.2.2 Đối tượng cần tìm hiểu

- Lý thuyết về kỹ thuật truy nhập vô tuyến WCDMA

- Máy thu và phát sóng

- Cài đặt các thông số thu phát cho WCDMA, sau đó phân tích tín hiệu nhận được

1.2.3 Giới hạn đ tài

a) Nghiên cứu l thuyết:

- Tìm hiểu về kỹ thuật trong WCDMA đặc biệt là lớp vật lý

- Tìm hiểu về sơ lược cách sử dụng và cài đặt phần mềm cần dùng trong đề tài

b) Khảo sát:

- Vận dụng kiến thức đã tìm hiểu được từ việc nghiên cứu về lý thuyết và cách

sử dụng phần mềm để thiết lập các thông số cho máy thu phát WCDMA

- Thực hiện việc thu phát từ 2 máy thu phát qua dây quang có nguồn nhiễu trong máy phát tạo ra

- Ngoài ra còn thực hiện thu phát dùng 2 anten truyền và nhận thông qua

nguồn nhiễu là môi trường xung quanh anten

1.3 Bố c c luận văn:

Nội dung quyển đồ án được trình bày theo các chương với những phần chính sau:

- Chương 1: Giới thiệu, trong chương này sẽ trình bày sơ lược về lý do chọn

đề tài, phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Chương 2: Tìm hiểu về giao diện vô tuyến WCDMA, đặt biệt là: các kênh vật lý, các kênh logic và các kênh truyền tải giành cho đường lên và đường xuống trong hệ thống WVDMA

- Chương 3: Tìm hiểu về hệ thống WCDMA như sau:

- Sơ đồ máy phát và máy thu

- Các loại mã được sử dụng trong hệ thống

- Các tiêu chuẩn của WCDMA

Chương 1: Giới thiệu Trang 3

- Chương 4: Tìm hiểu một số nhiễu trong hệ thống WCDMA như sau:

- Fading

- Nhiễu kênh truyền Rayleugh

- Nhiễu Gaussian trắng

- Nhiễu đa truy nhập

- Hiện tượng đa đường

- Chương 5: Chương trình mô phỏng bằng Matlab, trong chương này sẽ đi sâu vào mô phỏng hệ thống WCDMA bằng chương trình Simulink để có cái nhìn tổng quan hơn về quy trình hoạt động của hệ thống này

- Chương 6: Triển khai hệ thống WCDMA trên thiết bị N5182A và thiết bị thu EXA-N9010 , trong chương này sẽ tìm hiểu về phần mềm phát và phân tích tín hiệu, khảo sát quá trình phát và thu tín hiệu trực tiếp và thông qua anten,

để thấy rõ bản chất của quá trình thu phát

- Chương 7: Kết luận, trình bày vắn tắt những kết quả làm được của đề tài, cũng như ưu, nhược điểm và hướng phát triển

- Tài liệu tham khảo

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 4

CHƯƠNG 2: GIAO DIỆN CỦA MẠNG VÔ TUYẾN WCDMA

2.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến

Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA mô tả như hình 2-1 sau:

Hình 2-1: Cấu trúc giao thức của giao diện WCDMA

Trong đó: gồm các ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến được chia làm 3 lớp như sau :

- Lớp vật lý : mô tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều chế, mã hóa và trải phổ…

- Lớp liên kết nối số liệu : khung số liệu và các khối số liệu

đảm bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp

- Lớp mạng: mô tả địa chỉ và định tuyến dữ liệu

 Mỗi khối thể hiện một trường hợp của giao thức tương ứng Đường khung liền nét thể hiện các giao diện điều khiển, qua đó giao thức RRC điều khiển và lập cấu hình các lớp dưới sau :

Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: Mặt phẳng điều khiển C-Plane

và mặt phẳng người sử dụng U-Plane.Trong đó PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng

U Trong mặt phẳng C lớp 3 bao gồm Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM và CC, GMM, SM kết cuối tại mạng lõi CN

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 5

Lớp 2 được chia thành các lớp con: Điều khiển truy nhập môi trường MAC

và điều khiển liên kết RLC, Giao thức hội tụ số liệu gói PDCP và Điều khiển quảng bá/ đa phương BMC

Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến Lớp vật lý được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên) Các kênh được sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý

 Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic MAC sắp xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vật lý

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB

Ghi chú:

DL: Downlink: đường xuống; UL: Uplink: đường lên

OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao

CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự báo tuyến tính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp

3GPP: Third Generation Parnership Project: Dự án về thế thứ hệ ba

ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 6

ARIB: Association o Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp và kinh doanh vô tuyến

2.2 Các kênh c a WCDMA

Các kênh của WCDMA được chia thành các kênh như sau:

- Kênh vật lý (PhCH): Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô

- Kênh truyền tải (TrCH): Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số liệu Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH

- Kênh Logic (LoCH): Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao hơn Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền

2.2.1 Kênh vật l

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh

và cả pha đối tượng (đối tượng đường lên ) Kênh vật lý gồm các kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH : Common Physical channel) Các kênh vật lý được tổng kết ở hình và bảng sau:

Hình 2-2: Tổng kết các kênh vật lý

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 7

2 Kênh vật lý số liệu riêng

DPDCH

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất một DPDCH Kênh được sử dụng để phát số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn

5 Kênh vật lý gói chung

có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp kênh DPCH Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp Chẳng hạn có thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH (kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh DPCH đường xuống

7 Kênh vật lý điều khiển

chung sơ cấp P-CCPCH

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 8

9 Kênh đồng bộ SCH

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp và thứ cấp Được sử dụng để tìm ô

10 Kênh vật lý chia sẻ

đường xuống PDSCH

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH

11 Kênh chỉ thị bắt AICH

Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH Được sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH

Kênh chung đường xuống liên kết với AP-AICH

để phát thông tin về trạng thái kết nối của PCPCH

2.3.1 Các kênh đường lên

2.3.1.1 Cấu trúc kênh DPDCH và DPCCH

Cấu trúc khung vô tuyến DPDCH/DPCCH đường lên được mô tả như hình sau:

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 9

Hình 2-3: Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đường lên

Trong đó : Data là chuỗi dữ liệu cần truyền đi

Pilot là các bit hoa tiêu

TFC là chỉ thị kết hợp khuôn dạng TPC là các bit điều khiển công suất phát

FBI là các bit thông tin phản hồi

Slot là khe thời gian

Frame là khung vô tuyến

Kênh vật lý đường lên sử dụng ghép mã kênh I-Q cho số liệu của người sử dụng và thông tin điều khiển lớp vật lý Thông tin điều khiển lớp vật lý được mang bởi kênh điều khiển lớp vật lý riêng (DPCCH) với hệ số trải phổ cố định bằng 256 Thông tin lớp cao hơn bao gồm số liệu của người sử dụng được mang ở kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) với dải hệ số trải phổ từ 256 đến 4 Truyền dẫn

số liệu đường lên có thể gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) với hệ số trải phổ thay đổi và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH) duy nhất với

hệ số trải phổ cố định

DPCCH sử dụng cấu trúc khe với 15 khe trên một khung vô tuyến 10ms Một khe thời gian có độ lâu là 2560 chip Điều này dẫn đến 2560 chip sẽ có độ rộng là 666 µs Mỗi khe gồm bốn trường dành cho các bit hoa tiêu, TFCI, các bit điều khiển công suất phát TPC và các bit thông tin phản hồi FBI Các bit FBI được sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên Có các tùy chọn sau: 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không có các bit TFCI Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt

và số bit của chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH Hình 2-3 cho thấy cấu trúc khung của các kênh vật lý riêng đường lên, mỗi khung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 10

Bảng 2-3: Tốc độ dữ liệu DPDCH hướng lên

2.3.1.2 Cấu trúc kênh PRACH và kênh PCPCH

a Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH)

Kênh truy nhập vật lý ngẫu nhiên PRACH được sử dụng để mang RACH Hình 2-4 ở dưới là quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH

AP (tiền tố truy nhập) OK AICH (chỉ thị bắt)

PRACH (bản tin truy nhập ngẫu nhiên)

Hình 2-4: Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH

Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên như sau: UE khởi xướng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH bằng cách phát đi một tiền tố truy nhập AP Nếu chấp nhận OK thì Nút B phát chỉ thị phát hiện bắt AICH đến UE Sau đó UE có thể phát bản tin trên kênh kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 11

Hình 2-5: cấu trúc phát truy nhập ngẩu nhiên

Trong đó: phát truy nhập ngẫu nhiên ở hình 2-5 gồm một hay nhiều tiền tố dài

4096 chip và phần bản tin tương ứng với chiều dài một khung vô tuyến 10 hay

20 ms UE thông báo độ dài của phần bản tin cho mạng bằng các chữ ký riêng hoặc các khe truy nhập Các lớp cao hơn sẽ quy định chữ ký và khe thời gian truy nhập nào được sử dụng cho độ dài bản tin nào

Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp lại một chữ ký

Và có 16 tổng số chữ ký được xây dựng trên tập mã Hadamard có độ dài 16, do vậy phần tiền tố có độ dài là 4096 chip

Hình 2-6 là cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH Khung vô tuyến phần bản tin 10 ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot= 2560 chip Mỗi khe gồm hai phần: Phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1

Số liệu

Điều khiển

Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…3)

1 khung vô tuyến: TRACH = 10 ms

Hình 2-6:Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH

Số liệu (Ndata bit)

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 12

Các phần số liệu và điều khiển được phát đồng thời Phần bản tin dài 20 ms gồm hai khung vô tuyến liên tiếp của phần bản tin Phần số liệu gồm 10.2kbit, trong đó k = 0, 1, 2, 3 tương ứng với hệ số trải phổ là 256, 128, 64 và 32 cho phần bản tin

b Kênh vật l gói chung (PCPCH)

Kênh vật lý gói chung (PCPCH) được sử dụng để mang CPCH và đây là sự

mở rộng của RACH Sự khác biệt chủ yếu so với truyền số liệu ở RACH là kênh này có thể dành trước nhiều khung, và có sử dụng điều khiển công suất (điều này không cần thiết đối với RACH vì nó chỉ sử dụng một hoặc hai khung) CPCH đi cặp với DPCCH đường xuống để cung cấp thông tin điều khiển công suất nhanh Ngoài ra mạng cũng có một tùy chọn để thông báo cho các đầu cuối phát hiện các tiền tố điều khiển công suất trước khi phát thực sự

CSICH (chi thị trạng thái CPCH)

AP (tiền tố truy nhập) chấp nhận(ok) AP-AICH(chỉ thị bắt tiền tố truy nhập)

CD (tiền tố phát hiện va chạm)

CD/CA-ICH PCPCH (kênh gói chung)

Hình 2-7: Thủ tục truy nhập gói CPCH

Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên như sau: dựa trên thông tin khả dụng của từng kênh PCPCH do CSICH thông báo, UE khởi xướng thủ tục truy nhập CPCH trên kênh chưa sử dụng bằng cách phát đi một AP (tiền tố truy nhập) Nếu được NútB chấp nhận (OK) UE phát đi một CP (tiền tố phát hiện va chạm) để thông báo rằng nó đã chiếm kênh này Cuối cùng node B phát đi CD/CA-ICH (chỉ thị phát hiện và chạm và ấn định kênh) đến UE Sau đó UE có thể phát gói trên kênh CPCH (kênh gói chung)

2.3.1.3 Trải phổ và đi u chế đường lên

a Trải phổ và đi u chế các kênh riêng đường lên

Nguyên lý trải phổ cho kênh số liệu vật lý riêng DPDCH , kênh để truyền lưu lượng của người sử dụng và kênh điều khiển vật lý riêng DPCCH; kênh đi cùng

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 13

với DPDCH để mang thông tin điều khiển lớp vật lý được minh họa trên hình 2-8 sau:

Hình 2-8:Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đườnglên

Một DPCCH và cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực có thể được trải phổ và phát đồng thời DPCCH luôn được trải phổ bằng mã Cc=Cch,256,0, trong

đó k=0 Nếu chỉ một kênh DPDCH được phát trên đường lên, thì DPDCH1 được trải phổ với mã Cd,1=Cch,SF,k, trong đó k=SF/4 là số mã OVSF và k=SF/4 Nghĩa

là nếu hệ số trải phổ SF=128 thì k=32 Nếu nhiều DPDCH được phát, thì tất cả DPDCH đều có hệ số trải phổ là 4 (tốc độ bit kênh là 960 kbps) và DPDCHn được trải phổ bởi mã Cd,n=Cch,4,k, trong đó k=1 nếu n{1,2}, k=3 nếu n{3,4} và k=2 nếu n{5,6} Để bù trừ sự khác nhau giữa các hệ số trải phổ của số liệu, tín hiệu trải phổ được đánh trọng số bằng các hệ số khuyếch đại ký hiệu là c cho DPCCH

và d cho DPDCH

Các hệ số khuyếch đại này được tính toán bởi SRNC và được gửi đến UE trong giai đoạn thiết lập đường truyền vô tuyến hay đặt lại cấu hình Các hệ số khuyếch đại nằm trong dải từ 0 đến 1 và ít nhất một trong số các giá trị của c và

d luôn luôn bằng 1 Luồng chip của các nhánh I và Q sau đó được cộng phức với

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 14

nhau và được ngẫu nhiên hóa bởi một mã ngẫu nhiên hóa phức được ký hiệu là Sdpch,n (hình 2-9) Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ với khung vô tuyến, nghĩa là chip thứ nhất tương ứng với đầu khung vô tuyến

Hình 2-9:Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức

Các mã ngẫu nhiên hóa phức được tạo ra bằng cách quay pha giữa các chip trong một chu kỳ ký hiệu trong giới hạn 900 Bằng cách này hiệu suất của bộ khuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình) trong UE hầu như không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số  giữa DPDCH và DPCCH

DPCCH và các DPDCH có thể được ngẫu nhiên hóa bằng các mã ngẫu nhiên dài hoặc ngắn Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đường lên và 224 mã ngẫu nhiên ngắn đường lên Vì có thể sử dụng được hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đường lên Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0, ,16777215), cùng với SF thấp nhất được phép của mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 và 256) cho phần số liệu được ấn định bởi các lớp cao hơn, chẳng hạn khi thiết lập kết nối RRC hoặc khi điều khiển chuyển giao

b Trải phổ và đi u chế các kênh chung đường lên

Trải phổ và ngẫu nhiên hóa phần bản tin PRACH được minh họa trên hình 2-10 sau:

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 15

Hình 2-10: Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH

Phần điều khiển của bản tin PRACH được trải phổ bằng mã định kênh Cc = Cch,256,m, trong đó m=16.s+15 và s (0 s 15) là chữ ký tiền tố và phần số liệu được trải phổ bằng mã định kênh Cd = Cch,SF,m, trong đó SF (có giá trị từ

32 đến

256) là hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu và m = SF.s/16 Phần bản tin PRACH luôn luôn được trải phổ bằng mã ngẫu nhiên hóa dài Độ dài của mã ngẫu nhiên hóa được sử dụng cho phần bản tin là 10ms Có tất cả là 8192 mã ngẫu nhiên hóa

2.3.2 Các kênh đường xuống

2.3.2.1 Cấu trúc kênh riêng đường xuống (DCH)

Kênh riêng đường xuống (DCH) được phát trên kênh vật lý riêng đường xuống Chỉ có một kiểu kênh vật lý đường xuống là kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH đường xuống) Trong kênh DPCH đường xuống, số liệu riêng được tạo ra bởi lớp hai và các lớp trên, nghĩa là kênh truyền tải riêng (DCH) được ghép kênh theo thời gian với thông tin điều khiển được tạo ra ở lớp một (các bit hoa tiêu, các lệnh điều khiển công suất phát TPC và một TFCI tùy chọn) DPCH đường xuống có thể được coi như là ghép kênh theo thời gian của hai kênh DPDCH

và DPCCH như đường lên UTRAN sẽ quyết định có phát TFCI hay không và nếu được quyết định thì tất cả các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI ở đường xuống

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 16

Hình 2-11: Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống

Ở hình 2-11 cho thấy cấu trúc khung của DPCH đường xuống Mỗi khung dài 10 ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất

Thông số k hình trên xác định tổng số bit trên một khe của DPCH đường xuống Quan hệ của nó với hệ số trải phổ như sau: SF = 512/2k Hệ số trải phổ có thể thay đổi từ 512 đến 4

2.3.2.2 Các kênh vật l chung đường xuống

a Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

Hình a: Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung (CPICH)

CIPCH là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbps, SF = 256) để mang chuỗi bit/ký hiệu được định nghĩa trước Hình a cho thấy cấu trúc khung của CPICH

Chuổi ký hiệu được định nghĩa trước

Số liệu 1

Ndata 1 bit

TPC NTCP bit

TFCI NTCPbit

Số liệu 2 Ndata 2 bit

Hoa tiêu Npilot bit

Một khung vô tuyến, Tf = 10ms

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…7)

Một khung vô tuyến Tf= 10ms

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 17

b Kênh vật l đi u khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

256 Chip

Tslot = 2560 chip, 20 bit

Một khung vô tuyến, Tf = 10ms

Hình b:Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh P-CCPCH

P-CCPCH là các kênh vật lý đường xuống tốc độ cố định (30 kbps, SF= 256) được sử dụng để mang BCH

Cấu trúc khung của P-CCPCH (hình b) Cấu trúc khung này khác với DPCH đường xuống ở chỗ không có lệnh TPC, TFCI và các bit hoa tiêu P- CCPCH không được phát trong 256 chip đầu của từng khe Trong khoảng thời gian này SCH sơ cấp và thứ cấp được phát

Thông số k trên hình sau xác định tổng số bit trên khe thời gian kênh P- CCPCH đường xuống Quan hệ giữa k và hệ số trải phổ như sau: SF = 256/2k Hệ

số trải phổ thay đổi từ 256 xuống 4 Các tốc độ bit và ký hiệu kênh là các tốc độ ngay khi trải phổ

c Kênh vật l đi u khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)

S-CCPCH được sử dụng để mang thông tin FACH và PCH.Có hai kiểu S- CCPCH: Kiểu có TFCI và kiểu không có TFCI UTRAN xác định có phát TFCI hay không, nếu có các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI Tập các tốc độ cũng giống như đối với DPCH đường xuống.Cấu trúc khung của S-CCPCH (hình c)

Tx(tắt) số liệu 18 Bit

Khe 0 khe 1 khe i khe 14

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 18

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…7)

Một khung vô tuyến, Tf = 10ms

Hình c:Cấu trúc khung cho S-CCPCH

FACH và PCH được sắp xếp trên cùng một hay ở các kênh S-CCPCH khác nhau Nếu FACH và PCH được sắp xếp trong cùng khung Sự khác biệt chính giữa kênh CCPCH và kênh vật lý riêng đường xuống là CCPCH không được điều khiển công suất vòng trong Sự khác biệt chính giữa P-CCPCH và S-CCPCH là P- CCPCH có tốc độ định trước cố định còn S-CCPCH có thể hỗ trợ tốc độ thay đổi với sự giúp đỡ của TFCI Ngoài ra P-CCPCH phát liên tục trên toàn bộ ô còn S- CCPCH phát khi có số liệu và có thể phát trong một búp hướng hẹp giống như kênh vật lý riêng và chỉ đúng cho S-CCPCH cho S-CCPCH mang FACH

d Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ SCH là tín hiệu đường xuống được sử dụng để tìm ô SCH gồm hai kênh con: SCH sơ cấp và thứ cấp Các khung có chiều dài 10 ms của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip

SCH sơ cấp gồm một mã được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp PSC

ký hiệu cp như hình d PSC như nhau trong mọi ô hệ thống

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 19

SCH thứ cấp gồm phát lặp 15 chuỗi các mã được điều chế có độ dài 256 chip Các mã đồng bộ thứ cấp (SSC) được phát đồng thời với SCH sơ cấp SSC được ký hiệu csi,k trên hình d, trong đó i = 1, 2, , 64 là con số của nhóm mã dài 256 Chuỗi này ở SCH là thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đường xuống của ô thuộc nhóm mã này

e Kênh vật l dùng chung đường xuống (PDSCH)

Hình e: Cấu trúc khung cho PDSCH

Kênh vật lý dung chung đường xuống PDSCH được sử dụng để mang kênh dùng chung đường xuống Kênh này được nhiều người sử dụng dung chung trên

cơ sở ghép kênh mã Vì DSCH luôn liên kết với DCH nên PDSCH luôn liên kết với DPCH Cấu trúc khung vô tuyến và khe thời gian của PDSCH hình e

Có hai phương pháp báo hiệu để thông báo cho UE về việc có số liệu cần giải

mã trên DSCH: Hoặc bằng trường TFCI hoặc bằng báo hiệu lớp cao Truyền dẫn PDSCH liên hết với PPCH là trường hợp đặc biệt của phát đa mã PDSCH và DPCH không nhất thiết phải có cùng hệ số trải phổ, đối với PDSCH PDSCH hệ số trải phổ có thể thay đổi theo khung Thông tin điều khiển lớp 1 liên quan được phát trên phần DPCCH và DPCH liên kết, PDSCH không chứa thông tin lớp vật lý

là CD-AICH AP-AICH và CD-AICH sử dụng các mã định kênh khác nhau

Tslot = 2560 chip, 10.2k

bit (k = 0…6)

Một khung vô tuyến, Tf = 10ms

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 20

Hình f: cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH

Cấu trúc của AICH như hình f, AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe truy nhập liên tiếp (AS: Time Slot), mỗi khe dài 40 bit Mỗi khe gồm hai phần: Phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 ký hiệu giá trị thực a0,…, a31 và một phần không sử dụng gồm 8 ký hiệu giá trị thực a32,…, a39 Kênh có hệ số trải phổ bằng 256

g Kênh chỉ thị tìm g i (PCIH)

Kênh chỉ thị tìm gọi PICH là kênh vật lý tốc độ cố định (SF = 256) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI) luôn liên kết với S-CCPCH mà ở đó kênh PCH được sắp xếp lên Hình g minh họa cấu trúc khung vô tuyến của PICH Một khung PICH dài 10 ms chứa 300 bit (b0, b1,…, b299) Trong số đó, 288 bit (b0, b1,…, b287) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi và 12 bit còn lại (b288, b289,…, b299) không được định nghĩa

128 Bit tìm gọi 12 Bit không định nghĩa

Một khung vô tuyến (10ms)

Hình g: Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PCIH)

20 ms

5120 chip, 40 Bit

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 21

2.3.2.3 Trải phổ và đi u chế cho đường xuống

a Sơ đồ trải phổ và đi u chế cho đường xuống

Hình 2-12:Sơ đồ trải phổ và điều chế cho đường xuống

Sơ đồ trải phổ và ngẫu nhiên hóa tất cả các kênh đường xuống (trừ kênh đồng

bộ SCH) như hình 2-12 Mỗi cặp hai bit kênh trước hết được biến đổi từ nối tiếp vào song song tương ứng một ký hiệu điều chế, sau đó được đặt lên các nhánh I và

Q Sau đó các nhánh I và Q được trải phổ đến tốc độ 3,84 Mcps bằng cùng mỗi mã định kênh Cch,SF,m Các chuỗi chip giá trị thực trên các nhánh I và Q sau đó được ngẫu nhiên hóa bằng mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát node B,

mã này đựợc ký hiệu là Sdl,n Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ với mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho P-CCPCH, trong đó chíp phức đầu tiên của khung P- CCPCH được nhân với chip số 0 của mã ngẫu nhiên hóa này

Sau trải phổ, mỗi kênh vật lý đường xuống (trừ các SCH) được đánh trọng

số bằng các hệ số trọng số riêng ký hiệu là Gi như trên hình 2-12 P-SCH và S- SCH giá trị phức được đánh trọng số riêng bằng các hệ số trọng số Gp và Gs Tất

cả các kênh đường xuống được kết hợp với nhau bằng cộng phức Chuỗi nhận được sau trải phổ và ngẫu nhiên hóa được điều chế QPSK

b Các mã trải phổ đường xuống :

Trên đường xuống, cùng các mã định kênh như trên đường lên (mã OVSF) được sử dụng Thông thường mỗi ô chỉ có một cây mã và mỗi cây mã được đặt dưới một mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều người sử dụng Theo quy

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 22

đinh, các mã định kênh dùng cho kênh hoa tiêu chung sơ cấp P-CPICH và P- CCPCH là Cch,256,0 và Cch,256,1 Bộ quản lý tài nguyên trong RNC ấn định các mã định kênh cho tất cả các kênh khác với giới hạn SF=512 trong trường hợp

sử dụng chuyển giao phân tập

Mã OVSF có thể thay đổi theo từng khung trên kênh kênh vật lý chia sẻ đường xuống PDSCH Quy tắc thay đổi như sau: các mã OVSF được sử dụng cho kết nối phía dưới hệ số trải phổ nhỏ nhất là mã từ nhánh cây, mã nhánh cây mã được chỉ ra bởi hệ số trải phổ thấp nhất này Nếu DSCH được sắp xếp lên nhiều PDSCH song song, thì quy tắc tương tự được áp dụng, nhưng tất các nhánh mã được sử dụng bởi các mã này tương ứng với hệ số trải phổ nhỏ nhất đều có thể sử dụng cho

ấn định hệ số trải phổ cao hơn

2.4 Các kênh truy n tải

2.4.1 Tổng quan v các kênh truy n tải

Các kênh logic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung

Điểm khác nhau giữa chúng là: Kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất

2.4.2 Các kênh truy n tải

Bảng 2-4: Danh sách các kênh truy n tải:

1 Kênh riêng DCH

Kênh hai chiều được sử dụng để phát số liệu của người sử dụng Được ấn định riêng cho người sử dụng Có khả năng thay đổi tốc độ và điều khiển công suất nhanh

2 Kênh quảng bá BCH

Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô)

3 Kênh truy nhập đường xuống

FACH

Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và số liệu của người sử dụng Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơn

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 23

4 Kênh tìm gọi PCH

Kênh chung dường xuống để phát các tín hiệu tìm gọi

5 Kênh truy nhập RACH

Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu người sử dụng áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được

sử dụng để truyền số liệu thấp của người

sử dụng

6 Kênh gói chung CPCH

Kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng trước hết để truyền số liệu cụm

7 Kênh chia sẻ đường xuống

DSCH

Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói Chia sẻ cho nhiều UE Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao

2.4.2.1 Các các kênh truy n tải được chuyển thành các kênh vật l như trên hình dưới đây

Các kênh truyền tải các kênh vật lý

BCH Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp P-CCPCH FACH Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấpS-CCPCH PCH

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 24

Hình 2-13:Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý

TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khung dạng truyền tải

TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khung dạng truyền tải

2.4.2.2 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH:

Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH được cho trên hình a và b sau:

Hình 2-14: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói

Các trủ tục truy nhập ngẫu nhiên trên hình UE khởi xướng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH bằng cách phát đi một AP (tiền tố truy nhập) Nếu chấp nhận (OK), Nút B phát AICH (chỉ thị phát hiện bắt) đến UE Sau đó UE có thể phát bản tin trên kênh RACH (kênh truy nhập ngẫu nhiên)

Chương 2 Giao diện của mạng vô tuyến WCDMA Trang 25

2.5 Kênh logic

2.5.1 Kênh đi u khiển

Các kênh điều khiển CCH: có chức năng để truyền thông tin điều khiển, bao gồm các kênh trong bảng sau:

Bảng 2-5: Kênh đi u khiển:

1

BCCH (Broadcast Control Channel:

Kênh điều khiển quảng bá)

Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống

2

PCCH (Paging Control Channel: Kênh

điều khiển tìm gọi)

Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi

3 CCCH (Common Control Channel:

Kênh điều khiển chung)

Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE Được sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một

ô mới

4 DCCH (Dedicated Control Channel:

Kênh điều khiển riêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng Được thiết lập bởi thiết lập kết nối của RRC

2.5.2 Kênh lưu lượng

Các kênh lưu lượng TCH: Traffic Channel) có chức năng để truyền thông tin của người sử dụng, bao gồm các kênh trong bang sau:

Bảng 2-6 : Kênh lưu lượng

1

DTCH (Dedicated Traffic

Channel: Kênh lưu lượng

riêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm riêng cho một

UE để truyền thông tin của người sử dụng DTCH có thể tồn tại cả ở đường lên lẫn đường xuống

ở đường xuống

Chương 3 Hệ thống vô tuyến WCDMA Trang 26

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG VÔ TUYẾN WCDMA

3.1 Sơ đồ thu – phát trong hệ thống WCDMA

3.1.1 Sơ đồ máy phát

Hình 3-1: Máy phát vô tuyến

Sơ đồ khối của máy phát vô tuyến trong WCDMA hình 3-1 Lớp vật lý bổ sung CRC cho từng khối truyền tải TB là đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp điều khiển truy nhập trung gian MAC để phát hiện lỗi ở phía thu Sau đó số liệu được mã hóa kênh và đan xen Mã hóa nguồn thực hiện biến đổi tương tự sang số

và loại bỏ các thông tin thừa không cần thiết Mật mã hóa để ngăn sự xâm nhập và can thiệp vào luồng thông tin Mã hóa kênh nhằm giảm yêu cầu đối với độ rộng băng tần và được tính bằng tỉ số tín hiệu trên tạp âm và xác suất lỗi Số liệu sau đan xen được bổ sung thêm các bit điều khiển công suất phát TPC, được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hóa) Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hóa được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc 0,22) và được biến đổi thành tương tự bằng bộ biến đổi D/A để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang Tín hiệu trung tần IF