Giải thuật tạo mã định kênh cho WCDMA

Nội dung của đồ án Trình bày tổng quan về hệ thống WCDMA: Chương này đạt được tầm nhìn tổng quan về quá trình chuẩn hóa hệ thống 3G và thấy được ưu điểm của hệ thống WCDMA so với hệ thống 2G cũng như biết được hướng phát triển tiếp theo của các hệ thống 2G ở nước ta tiến tới WCDMA. Lớp vật lý của WCDMA: Chương này trình bày chi tiết ngắn gọn về các cấu trúc kênh vật lý, các hoạt động kênh vật lý và đặc tính, đặc điểm của hệ thống WCDMA Giải thuật tạo mã định kênh cho WCDMA: chương này mô phỏng quá trình tạo mã định kênh OVSF bằng cách trình bày giải thuật tạo mã OVSF, chương trình mô phỏng trên Matlab, một số kết quả mô phỏng.

MỤC LỤC

MỤC LỤC ADANH MỤC HÌNH VẼ BDANH MỤC BẢNG BIỂU CTHUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ELỜI NÓI ĐẦU LChương 1 NTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG W-CDMA N1.1 MỞ ĐẦU N1.2 SỰ TIẾN HÓA LÊN 3G N1.3 IMT-2000 VÀ CẤU TRÚC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG W-CDMA .R1.4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CỦA W-CDMA Z1.5 CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA FF1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 JJChương 2 KKLỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA KK2.2.CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN LL2.3.CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG UU2.4.ĐẶC ĐIỂM LỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA KKK2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 MMMChương 3 MMMGIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH CHO W-CDMA MMM3.1.MỞ ĐẦU NNN3.2.CÁC MÃ ĐỊNH KÊNH PPP3.3.ĐIỀU CHẾ VÀ TRẢI PHỔ KÊNH ĐƯỜNG LÊN SSS3.4.MÃ TRẢI PHỔ ĐƯỜNG LÊN TTT3.5.CÁC MÃ NGẪU NHIÊN ĐƯỜNG LÊN YYY3.6.ĐIỀU CHẾ VÀ TRẢI PHỔ KÊNH ĐƯỜNG XUỐNG DDDD3.8.MÃ NGẪU NGHIÊN HÓA ĐƯỜNG XUỐNG GGGG3.9.MÃ CỦA KÊNH SCH JJJJ3.12.MÃ HÓA KÊNH LLLL3.11.GIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH OVSF MMMM4.12.KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 QQQQKẾT LUẬN RRRRTÀI LIỆU THAM KHẢO SSSS

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 A

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỤC LỤC ADANH MỤC HÌNH VẼ BDANH MỤC BẢNG BIỂU CTHUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ELỜI NÓI ĐẦU LChương 1 NTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG W-CDMA N1.1 MỞ ĐẦU N1.2 SỰ TIẾN HÓA LÊN 3G N1.3 IMT-2000 VÀ CẤU TRÚC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG W-CDMA .R1.4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CỦA W-CDMA Z1.5 CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA FF1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 JJChương 2 KKLỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA KK2.2.CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN LL2.3.CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG UU2.4.ĐẶC ĐIỂM LỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA KKK2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 MMMChương 3 MMMGIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH CHO W-CDMA MMM3.1.MỞ ĐẦU NNN3.2.CÁC MÃ ĐỊNH KÊNH PPP3.3.ĐIỀU CHẾ VÀ TRẢI PHỔ KÊNH ĐƯỜNG LÊN SSS

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 B

3.4.MÃ TRẢI PHỔ ĐƯỜNG LÊN TTT3.5.CÁC MÃ NGẪU NHIÊN ĐƯỜNG LÊN YYY3.6.ĐIỀU CHẾ VÀ TRẢI PHỔ KÊNH ĐƯỜNG XUỐNG DDDD3.8.MÃ NGẪU NGHIÊN HÓA ĐƯỜNG XUỐNG GGGG3.9.MÃ CỦA KÊNH SCH JJJJ3.12.MÃ HÓA KÊNH LLLL3.11.GIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH OVSF MMMM4.12.KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 QQQQKẾT LUẬN RRRRTÀI LIỆU THAM KHẢO SSSS

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỤC LỤC ADANH MỤC HÌNH VẼ BDANH MỤC BẢNG BIỂU CTHUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ELỜI NÓI ĐẦU LChương 1 NTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG W-CDMA N1.1 MỞ ĐẦU N1.2 SỰ TIẾN HÓA LÊN 3G N1.3 IMT-2000 VÀ CẤU TRÚC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG W-CDMA .R1.4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CỦA W-CDMA Z1.5 CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA FF1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 JJ

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 C

Chương 2 KKLỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA KK2.2.CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN LL2.3.CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG UU2.4.ĐẶC ĐIỂM LỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA KKK2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 MMMChương 3 MMMGIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH CHO W-CDMA MMM3.1.MỞ ĐẦU NNN3.2.CÁC MÃ ĐỊNH KÊNH PPP3.3.ĐIỀU CHẾ VÀ TRẢI PHỔ KÊNH ĐƯỜNG LÊN SSS3.4.MÃ TRẢI PHỔ ĐƯỜNG LÊN TTT3.5.CÁC MÃ NGẪU NHIÊN ĐƯỜNG LÊN YYY3.6.ĐIỀU CHẾ VÀ TRẢI PHỔ KÊNH ĐƯỜNG XUỐNG DDDD3.8.MÃ NGẪU NGHIÊN HÓA ĐƯỜNG XUỐNG GGGG3.9.MÃ CỦA KÊNH SCH JJJJ3.12.MÃ HÓA KÊNH LLLL3.11.GIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH OVSF MMMM4.12.KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 QQQQKẾT LUẬN RRRRTÀI LIỆU THAM KHẢO SSSS

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 D

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

A 3GPP 3rd Generation Partnership

Project

Đề án của các đối tác thế hệ ba

3GPP2 3rd Generation Partnership

Project 2

Đề án thứ hai của các đối tác thế hệ ba

AAL2 ATM Adaptation Layer type 2 Lớp thích ứng ATM kiểu 2

ACTS Advanced Communication

Technologies and Services

Các dịch vụ và công nghệ truyền thông tiên tiến

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMPS Advanced Mobile Phone

System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ANSI American National Standards

Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ

ARIB Association of Radio

Industried and Business

Liên hiệp kinh doanh và công nghệ vô tuyến

ATDMA Advanced TDMA Mobile

Access

Truy nhập di động TDMA tiên tiến

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

AuC Authenticication Center Trung tâm nhận thực

AWGN Additive White Gaussian

Noise

Tạp âm Gauss trắng cộng

B

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 E

BS Base Station Trạm gốc

BTFD Blind Transport Format

Detection

Phát hiện khuôn dạng truyền tải mù

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C CCPCH Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CCTrCH Coded Composite Transport

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CODIT Code Division Testbed Phòng thí nghiệm phân chia theo mã

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra dư vòng

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi

CSICH CPCH Status Indication

Channel

Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

D DCA Dynamic Channel Allocation Phân bổ kênh động

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data

Channel

Kênh vật lý số liệu riêng

DS-CDMA Direct Sequence- Code

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã-chuỗi trực tiếp

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 F

DSCH Dowlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

E EDGE Enhanced Data Rates for GSM

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

ETSI European Telecommunication

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu

EVRC Enhanced Variable Rate Coder Bộ mã hóa tốc độ thay đổi tăng cường

F FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số

FRAMES Future Radio Wideband

Multiple Access System

Hệ thống đa truy nhập vô tuyến băng rộng mới

G GGSN Gateway GPRS Support Node Điểm hỗ trợ GPRS cổng

GMLC Gateway Mobile Location

Center

Trung tâm định vị di động cổng

GMM GPRS Mobility Management Quản lý di động GPRS

GMSC Gateway Mobile Services

Switching Center

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng

GPRS General Packet Radio Service/

General Packet Radio System

Dịch vụ vô tuyến gói chung/ Hệ thống vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đường hầm GPRS

GUI Graphic User Interface Giao diện đồ họa người sử dụng

H

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 G

HLR Home Location Visiter Bộ ghi định vị thường trú

HSS Home Subscriber Server Server thuê bao tại nhà

I IMEI International Mobile

Equipment Identity

Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP

IMT- 2000 International Mobile

Telecomunications

Viễn thông di động quốc tế

ISDN Intergrated Services Digital

Network

Mạng số liên kết dịch vụ

Telecommunication Union

Liên minh Viễn thông quốc tế

L LMSI Local Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động nội hạt

LMU Location Managerment Unit Đơn vị quản lý định vị

M MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

MRC Maximal Ratio Combining Bộ kết hợp tỉ số cực đại

MRF Multimedia Resource Function Chức năng tài nguyên đa phương tiện

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

MSRN Mobile Subscriber Roaming

Number

Số chuyển vùng thuê bao di động

N NEC National Electrical Code Mã điện quốc gia

O

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 H

ODMA Opportunity Driven Multiple

Access

Đa truy nhập theo cơ hội

OFDMA Orthogonal Frequency

Division Multiplex Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

OVSF Orthogonal Variable Spreading

Factor

Hệ số trải phổ khả biến trực giao

P PCCPCH Primary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển sơ cấp

PCPCH Physical Common Packet

Channel

Kênh vật lý gói chung

PCS Personal Communications

Service

Dịch vụ thông tin cá nhân

PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói

PDSCH Physical Dowlink Shared

Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PICH Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đất

PRACH Physical Random Access

Channel

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên

Synchronization Code

Kênh đồng bộ sơ cấp / Mã đồng bộ sơ cấp

PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PTMSI Packet Temporary Mobile

Subscriber Identity

Nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời

Q QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 I

R RACE I Research of Advanced

Communication Technologies

in Europe

Nghiên cứu các công nghệ truyền thông tiên tiến ở Châu Âu

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RITT Research Institute of

Telecommunications transmission

Viện nghiên cứu truyền dẫn viễn thông

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

S SCCC Serial Concatenated

Convolutional Code Mã xoắn ràng buộc theo thứ tự

SCCPCH Secondary Common Control

Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

SCF Service control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIM Subscriber Identity Module Mô đun nhận dạng thuê bao

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

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

SSC Secondary SCH / Secondary

Synchronous Code

Kênh đồng bộ thứ cấp / Mã đồng bộ thứ cấp

STD Selection Transmit Diversity Phân tập phát lựa chọn

STTD Space Time Transmit Diversity Phân tập phát không gian- thời gian

T

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 J

TA Terminal Adapter Bộ thích ứng đầu cuối

TACS Total Acces Communication

System

Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ

TD-CDMA Time Division- Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã- phân chia theo thời gian

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TFCI Transport Format Combination

Indicator

Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng truyền tải

TFI Transport Format Indicator Chỉ thị khuôn dạng truyền tải

TIA Telecommunications Industry

Associations

Liên hiệp công nghệ Viễn thông

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TSTD Time Switched Transmission

UICC UMTS Integrated Circuit Card Card tích hợp UMTS

UMTS Universal Mobile Telephone

System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UPC Universal Personal

Communications

Viễn thông cá nhân phổ biến

UTRA UMTS Terrestrial Radio

Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

UTRAN UMTS Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

V VHE Virtual Home Environment Các phương tiện tại nhà ảo

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 K

W WCDMA Wideband Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

W-TDMA Wideband Time Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

LỜI NÓI ĐẦU

ó thể khẳng định rằng, xu thế và nhu cầu tất yếu của xã hội loài người hiện tại

& tương lai là thông tin, trao đổi thông tin, là lĩnh vực tiên phong, điều kiện tiên quyết, điều kiện cần và cũng là cơ hội để mỗi quốc gia, mỗi dân tộc thu hẹp khoảng cách phát triển, tránh nguy cơ lạc hậu, tăng năng lực cạnh tranh… Hẹp hơn đối với các doanh nghiệp, cách ngành công nghiệp, các nhà đầu tư có cơ hội nâng cao năng lực cạnh tranh, cơ hội tìm kiếm đầu tư mở rộng sản xuất kinh doanh hay nói cách khác

xu thế và nhu cầu tất yếu của xã hội loài người hiện tại & tương lai là thông tin, trao đổi tin… Sự khẳng định này đang được minh chứng một cách nhanh chóng thông qua các chương trình như chính phủ điện tử, thương mại điện tử v.v… Bởi lẽ tính hiệu quả của nó

đã và đang được khẳng định trong mọi lĩnh vực kinh doanh & đời sống xã hội Trong xã

C

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 L

hội thông tin đó, nổi bật nhất là thông tin vô tuyến mà đặc biệt là thông tin di động do tính linh hoạt, mềm dẻo, di động, tiện lợi… của nó Như vậy, nhu cầu tất yếu về sử dụng

hệ thống thông tin di vô tuyến và đang được gia tăng điều này đồng nghĩa với nhu cầu sự chiếm dụng tài nguyên vô tuyến gia tăng, hay nói cách khác tồn tại mâu thuẫn lớn giữa nhu cầu chiếm dụng tài nguyên & tài nguyên vốn có của thông tin vô tuyến Do đặc điểm vốn có của truyền dẫn vô tuyến là: tài nguyên hạn chế, chất lượng phụ thuộc nhiều vào môi trường địa hình, thời tiết… dẫn đến làm hạn chế việc triển khai đáp ứng nhu cầu của

xã hội Trước mâu thuẫn này, đặt ra bài toán lớn cho các nhà khoa học và các ngành công nghiệp có liên quan phải giải quyết Chẳng hạn khi nói về vấn đề tài nguyên vô tuyến, lịch sử phát triển đã cho thấy chúng được giải quyết bằng các giải pháp kỹ thuật, công nghệ như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, sự kết hợp giữa chúng, ở đó đã tìm mọi

cách để khai thác triệt để tài nguyên ở dạng thời gian, tần số, không gian, mã Nói vấn

đề giải quyết ở đây được hiểu là sự khám phá tài nguyên vốn có, tìm các giải pháp để khắc phục đối phó nhược điểm chứ không phải là cải tạo hay tạo ra tài nguyên mới.

hận thức rõ về sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự tiên phong của lĩnh vực viễn, ảnh hưởng của nó lên các mặt của đời sống xã hội nói chung đặc biệt đối với thông tin vô tuyến Từ kiến thức lĩnh hội được từ Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, trong công tác chuyên môn nghiệp vụ, các lập luận tóm tắt ở trên, trên

cơ sở tính khả thi đặc biệt dưới sự hướng dẫn định hướng của thầy giáo hướng dẫn Ks Nguyễn Viết Đảm Đồ án tốt nghiệp được chọn sao cho có tầm nhìn tổng quan song cũng khá chi tiết về hệ thống thông tin di động cụ thể là:

N

GIẢI THUẬT TẠO MÃ ĐỊNH KÊNH CHO W-CDMA

Từ quan điểm chức năng và hệ thống, đồ án được tổ chức và trình bày trong ba chương sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống W-CDMA

Chương sẽ trình bày sự cần thiết ra đời hệ thống thế hệ ba, các hoạt động chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ ba, phân bổ giao diện vô tuyến và phổ tần cho hệ thống thế hệ ba, giao diện vô tuyến của UMTS, lộ trình phát triển, mô hình kiến trúc của hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Chương 2: Lớp vật lý của W-CDMA

Để tiến đến thực hiện mô phỏng giải thuật tạo mã định kênh cho hệ thống WCDMA, chương hai tập trung trình bày các lớp vật lý hệ thống WCDMA Vì thế, sẽ trình bày các lớp vật lý WCDMA với cấu trúc kênh vật lý và hoạt động của các kênh vật lý đường xuống và đường lên

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 M

Chương 3: Giải thuật tạo mã định kênh cho W-CDMA

Đây là phần trọng tâm của đồ án Trên cơ sở nghiên cứu các kênh vật lý ở, chương 2 Chương ba sẽ trình bày về: các mã định kên , điều chế, trải phổ và các mã ngẫu nhiên hóa của hệ thống W-CDMA

Được sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu và cung cấp tài liệu của thầy giáo ThS Nguyễn Viết Đảm và ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án được hoàn thành với nội dung được giao ở mức độ và phạm vi nhất định Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn, đồ án chắc chắn không chắn khỏi những sai sót, kính mong các thầy cô giáo và các bạn đọc đóng góp kiến chỉnh sửa và hướng phát triển tiếp theo để đồ án hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Viết Đảm, các thầy cô giáo trong bộ môn vô tuyến và các bạn đã giúp đỡ tận tình trong thời gian học tập và làm đồ án.

Hà nội, ngày… tháng …năm 2010

Người làm đồ án

SV: Khoutnanxay Khamsingsavath

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG W-CDMA

1.1 MỞ ĐẦU

Mục đích của chương là có được cái nhìn tổng quan về quá trình phát triển của các

hệ thống thông tin di động cũng như các hoạt động để chuẩn hoá hệ thống 3G, các giao diện UMTS, cấu trúc hệ thống W-CDMA, các mô hình kiến trúc của các hệ thống thông tin di động 3G với các phát hành từ Realease 99, Realease 4 và quan trọng là cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống W-CDMA

1.2 SỰ TIẾN HÓA LÊN 3G

Mục tiêu của hệ thống truyền thông di động thế hệ sau là: cung cấp liên tục các dịch

vụ truyền thông băng rộng, và đa dạng các loại hình dịch vụ, chất lượng dịch vụ Dịch vụ

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 N

cho thế hệ sau bao gồm các dịch vụ như truyền số liệu tốc độ cao, dịch vụ lưu lượng video, đa phương tiện cũng như dịch vụ thoại truyền thống Các hệ thống thế hệ một được thiết kế để mang lưu lượng dịch vụ thoại Tiếp sau nó là các hệ thống tổ ong thế hệ hai Các hệ thống thế hệ ba đánh dấu sự biến đổi quan trọng, cả trong ứng dụng và lưu lượng từ các chuẩn thế hệ hai Trong khi các hệ thống di động số hiện tại được tối ưu cho truyền thoại, thì truyền thông 3G được định hướng cho lưu lượng thoại đa phương tiện Hình 1.1 cho thấy sự tiến hoá lên các hệ thống tổ ong thế hệ ba

Hình 1.1 Sự tiến hoá lên 3G

Hệ thống tổ ong thế hệ đầu tiên

Hệ thống tổ ong thế hệ đầu tiên (1G) được phát triển vào những năm cuối thập niên

70, sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự (FM) Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS) là hệ thống điển hình cho các hệ thống thế hệ đầu tiên AMPS được phát triển bởi Bell Telephone System Nó sử dụng kỹ thuật FM cho truyền dẫn thoại và báo hiệu số cho thông tin điều khiển Các hệ thống thế hệ đầu tiên khác bao gồm:

 AMPS băng hẹp (NAMPS)

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 O

 Toàn bộ các hệ thống phương tiện truy nhập (TACS)

 Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu (NMT-900)

Tất cả các hệ thống tổ ong thế hệ đầu tiên đều sử dụng kỹ thuật Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), trong đó mỗi kênh được gán cho một cặp tần số duy nhất trong một cụm của tế bào

Hệ thống tổ ong thế hệ hai (2G)

Sự phát triển nhanh chóng về số lượng người dùng và sự không thích hợp của các hệ thống thế hệ đầu tiên là lý do chính của sự tiến triển lên các hệ thống tổ ong thế hệ hai (2G) Các hệ thống thế hệ thứ hai có ưu điểm về kĩ thuật nén và mã hoá trong công nghệ

số Tất cả hệ thống thế hệ hai sử dụng kỹ thuật điều chế số Kỹ thuật đa truy nhập như đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA đều được sử dụng cùng với FDMA trong các hệ thống thế hệ hai Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai gồm:

 Hệ thống tổ ong số của Mỹ (USDC) chuẩn IS-54 và IS-136

 Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM)

 Hệ thống số tổ ong Thái Bình Dương (PDC)

 cdmaOne

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh, nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới Chính vì vậy, ITU đã đưa ra đề án để tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin

di động thế hệ ba

Hệ thống tổ ong thế hệ ba (3G)

Hệ thống tổ ong thế hệ thứ ba đang được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ băng rộng như: dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao, video và truyền dẫn ảnh chất lượng cao với cùng chất lượng như các mạng đã có trước Yêu cầu nữa của hệ thống tổ ong thế hệ tiếp theo là:

 Chất lượng thoại có thể so sánh với mạng thoại chuyển mạch công cộng (PSTN)

 Hỗ trợ tốc độ số liệu cao Bảng sau cho thấy tốc độ số liệu yêu cầu của các hệ thống 3G

Bảng 1.1 Các yêu cầu về tốc độ số liệu của 3G

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 P

Nhu cầu di động Tốc độ số liệu tối thiểu

Trong nhà ra ngoài trời và người đi bộ 384 Kbps

 Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch gói và dịch vụ chuyển mạch kênh.

 Sử dụng hiệu quả hơn phổ tần vô tuyến khả dụng.

 Hỗ trợ tính đa dạng về chủng loại các thiết bị di động.

 Tương thích với các mạng trước đó và đưa ra một cách mềm dẻo kỹ thuật và các dịch vụ truyền thông Internet mới: Băng tần cho đường xuống rộng hơn nhiều so với đường lên.

Các nỗ lực nghiên cứu đã và đang được tiến hành hơn một thập kỷ qua để đưa khả năng đa phương tiện vào trong truyền thông di động Các cơ quan tiêu chuẩn khác nhau

và các cơ quan chủ quản đang thử kết hợp các đề xuất đa dạng khác nhau cho các hệ thống tổ ong thế hệ thứ ba

Các hoạt động quốc tế để xây dựng tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động thế hệ ba được tập trung ở những vùng chính sau:

√ Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) - Nhóm di động đặc biệt (SMG) - ở Châu Âu

√ Viện nghiên cứu truyền dẫn viễn thông (RITT) ở Trung Quốc

√ Hiệp hội công nghiệp và thương mại vô tuyến (ARIB) và uỷ ban công nghệ viễn thông (TTC) ở Nhật Bản

√ Hiệp hội công nghệ viễn thông (TTA) ở Hàn Quốc

√ Hiệp hội công nghiệp viễn thông (TIA) và T1P1 ở Bắc Mỹ

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai gồm: GSM, IS-136, IS-95 và PDC Trong quá trình thiết kế các hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đã được các cơ quan tiêu chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương thích Kết quả là, hai loại mạng lõi thế hệ ba được chuẩn hoá: một được dựa trên báo hiệu GSM MAP và một được dựa trên báo hiệu IS-41 Mạng lõi đầu tiên đang được tiêu chuẩn hoá bởi Dự án cộng tác thế hệ ba (3GPP), và mạng lõi thứ hai đang được tiêu chuẩn hoá bởi Dự án cộng tác thế hệ ba số 2 (3GPP2) Nói chung, 3GPP cố gắng hoà hợp và chuẩn hoá giống với các đề xuất được đưa ra bởi ETSI, ARIB, TCC, TIA, và T1P1 Truy nhập

vô tuyến của hệ thống 3GPP được dựa trên công nghệ W-CDMA và mạng lõi là sự phát triển từ mạng lõi GSM, được dựa trên MAP (thủ tục truy nhập môi trường) Nói một cách khác, 3GPP2 kết hợp và chuẩn hoá các đề xuất 3G được đưa ra bởi TIA và TTA Truy nhập vô tuyến của hệ thống 3GPP2 được dựa trên cdma2000 và mạng lõi là sự phát triển

từ mạng lõi của IS-41 Bên cạnh đó, các nhà khai thác quốc tế đã khởi đầu quá trình hoà

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 Q

hợp giữa 3GPP và 3GPP2 trong bối cảnh tiến trình của ITU-R, mà mục tiêu là đạt được kết quả ở kỹ thuật phối hợp mang tính toàn cầu.

Trong phần tiếp theo, đồ án sẽ tập trung vào hệ thống 3G được tiêu chuẩn hoá bởi 3GPP, được định nghĩa là Hệ thống thông tin di động toàn cầu (UMTS) UMTS đã được tiêu chuẩn hoá trong một số phát hành, bắt đầu từ phát hành 1999 (R99) và đến phát hành

4 (Rel-4), phát hành 5 (Rel-5), phát hành 6 (Rel-6) v.v Các đặc điểm của mỗi phát hành riêng này sẽ được xem xét ở phần sau UMTS vẫn liên tục được phát triển và những thông tin mới nhất về các phát hành riêng biệt có thể tìm thấy trên trang web chính thức

của 3GPP, www.3gpp org Đặc biệt, mỗi năm có một phiên bản bị thay thế R99 bị thay

tháng 3 năm 2000, Rel-4 là tháng 3 năm 2001, Rel-5 là tháng 3 năm 2002 và Rel-6 đang

là tiêu chuẩn hiện thời Trước khi đi vào chi tiết của UMTS, đồ án trình bày về các đề xuất cho 3G mà được phát triển trong bối cảnh của chương trình IMT-2000

Quá trình tiêu chuẩn hoá trong ETSI bắt đầu vào cuối năm 1996 Nhóm đặc trách về

di động của ETSI đã quyết định kế hoạch truy nhập vô tuyến sẽ được dựa trên CDMA băng rộng (WCDMA) trong băng tần đôi (FDD), và trên CDMA phân chia theo thời gian (TD-CDMA) không dùng băng tần đôi (TDD) Truy nhập vô tuyến này được gọi là Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRA), đầu tiên nó được ấn định ở phổ tần 2 x 5 MHz ETSI đã đệ trình đề xuất UTRA đến ITU-R trong bối cảnh tiêu chí chung của IMT-2000

Các đề xuất IMT-2000 từ các cơ quan chuẩn hoá khác cũng được đưa ra để xem xét Trung Quốc đưa ra đề xuất TD-SCDMA cho ITU-R được dựa trên kỹ thuật TD-CDMA đồng bộ cho TDD và các ứng dụng mạch vòng vô tuyến Cơ quan tiêu chuẩn hoá của Nhật Bản ARIB thì đề ra hệ thống W-CDMA, cũng giống với đề xuất W-CDMA FDD của Châu Âu TTA ở Hàn Quốc có hai đề xuất một tương tự như kế hoạch W-CDMA của ARIB và một tương tự như phương pháp cdma2000 của TIA Ở Mỹ TIA cũng đưa ra một

số đề xuất: UWC-136 (một phiên bản phát triển của IS-136), cdma2000 (phiên bản phát triển từ IS-95), và một hệ thống WCDMA được gọi là WIMS T1P1 cung cấp hệ thống WCDMA-NA tương tự UTRA FDD WCDMA-NA và WIMS WCDMA được hợp nhất vào băng tần gói CDMA (WP-CDMA) và tất cả những kĩ thuật này đều được trình lên ITU-R để xem xét

1.3 IMT-2000 VÀ CẤU TRÚC BĂNG TẦN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CDMA

W-1.3.1 IMT-2000

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới này Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án phát triển hệ thống thông tin

di động thế hệ ba

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 R

Công việc phát triển hệ thống di động thế hệ ba bắt đầu khi hội nghị quản lý vô tuyến thế giới (WARC) của ITU (Liên minh viễn thông thế giới) tổ chức hội nghị vào năm 1999, định ra tần số quanh dải 2GHz sẵn có để sử dụng cho các hệ thống thế hệ ba,

cả ở mặt đất và vệ tinh Trong ITU các hệ thống thế hệ ba này được gọi là viễn thông di động quốc tế 2000 (IMT-2000) Trong khung IMT-2000, một số giao diện vô tuyến khác nhau được định nghĩa cho hệ thống thế hệ thứ ba, được dựa trên công nghệ CDMA hay công nghệ TDMA Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là: W-CDMA được xây dựng từ 3GPP, cdma2000 được xây dựng từ 3GPP2

Mô hình tổng quát của mạng IMT-2000 được cho ở hình 1.2

TE: Thiết bị đầu cuối

UI: Giao diện người sử dụng

Hình 1.2 Mô hình mạng IMT-2000

Các dạng thiết bị đầu cuối bao gồm:

 Máy điện thoại cầm tay:

 Tiếng: 8/16/32 kbit/s

 Số liệu (Chẳng hạn PCM CIA)

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 S

 Truyền dẫn số liệu bằng mô-đem tiếng cho các tốc độ: 1,2 kbit/s, 2,4 kbit/s, 4,8 kbit/s, 9,6 kbit/s, 19,2 kbit/s, 28,8 kbit/s

 Truyền dẫn số liệu số, chuyển mạch cho các tốc độ: 64k bit/s, 128 kbit/s, đầu cuối video thấp hơn 2 Mbit/s

 Ảnh tĩnh (đầu cuối cho PSTN)

 Hình ảnh di động: được phân loại theo các cấp bậc chất lượng (32/64/128 kbit/s)

 Thoại có hình chất lượng cao với tốc độ không thấp hơn 128 kbit/s

 Thiết bị đầu cuối giống máy thu hình

 Đầu cuối kết hợp máy thu hình và máy tính

 Máy thu hình cầm tay có khả năng thu được MPEG

 Thiết bị đầu cuối số liệu gói

 PC có cửa thông tin cho phép:

 Điện thoại thấy hình

 Văn bản, hình ảnh , truy nhập cơ sở dữ liệu, video

 Đầu cuối PDA

 PDA tốc độ thấp

 PDA tốc độ cao hoặc trung bình

 PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi

 Máy nhắn tin hai chiều

 Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

Mục tiêu đầu tiên của đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba là giao diện vô tuyến đơn chung toàn cầu IMT-2000 Ở các hệ thống thế hệ thứ ba: giao diện vô tuyến W-CDMA được sử dụng ở cả châu Âu và châu Á, bao gồm Nhật Bản và Hàn Quốc, sử dụng các tần số mà WARC-92 đã ấn định cho hệ thống IMT-2000 thế hệ thứ ba trong vùng 2GHz Tuy nhiên, ở Bắc Mỹ phổ tần đó đã được đấu giá cho các nhà khai thác đang sử dụng các hệ thống thế hệ hai và không có phổ tần mới dùng cho IMT-

2000 Do đó các dịch vụ thế hệ ba phải được thực hiện trong băng tần đang tồn tại, và CDMA cũng có thể được triển khai trong băng tần đang tồn tại ở Bắc Mỹ Phổ tần IMT-

W-2000 toàn cầu không sẵn sàng ở tất cả các nước mà tuân theo phân bổ phổ tần PCS của

Mỹ Còn ở một số nước Châu Mỹ LaTinh, như Brazil, kế hoạch phân bố phổ tần tuân theo phân bố của Châu Âu tại 2GHz

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 T

Ngoài W-CDMA, các giao diện vô tuyến khác có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ thế hệ ba là EDGE và cdma2000 EDGE (Các tốc độ dữ liệu tiên tiến cho tiến triển GSM ) có thể cung cấp các dịch vụ thế hệ ba với tốc độ bit lên đến 500 kpbs trong khoảng cách sóng mang GSM 200KHz EDGE bao gồm các đặc tính tiên tiến mà không

có trong GSM để cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần và để cung cấp các dịch vụ mới cdma2000 có thể được sử dụng như một giải pháp nâng cấp cho các hệ thống IS-95 đang hoạt động

Các khu vực địa lý với các tần số mà các giao diện vô tuyến khác nhau này được sử dụng như được cho thấy trong hình 1.2 Trong mỗi khu vực có một số ngoại trừ, ở nội bộ một số nơi các kỹ thuật đa truy nhập đang sẵn sàng được triển khai

Hình 1.3 Phổ tần và các giao diện vô tuyến cung cấp cho các dịch vụ 3G

Hình 1.4 và bảng 1.2 cho thấy phân bổ tần số ở Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và

Mỹ Ở châu Âu và hầu hết Châu Á, dải tần số IMT-2000 (hay WARC-92) 2 x 60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) sẽ được dùng cho WCDMA FDD Tuy nhiên phổ tần TDD lại thay đổi khác nhau ở các nước: ở Châu Âu độ rộng băng tần 25 MHz sẽ dành cho TDD được đăng ký sử dụng trong dải tần 1900-1920 MHz và 2020-

2025 MHz Phần còn lại được sử dụng cho các ứng dụng TDD không đăng ký (SPA: Các ứng dụng tự cấp) trong dải tần 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng các dải tần khác nhau cho đường lên và cho đường xuống, được phân cách bởi khoảng cách song công, trong khi các hệ thống song công sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

UMTS-TDD 1900 – 1920 2010 – 2025 20 + 15 MHz

Americas PCS 1850 - 1910 1930 - 1990 2 × 60 MHz

Ở Nhật Bản và Hàn Quốc, cũng như ở các nước còn lại của Châu Á, dải tần

WARC-92 sẽ được tạo ra để có thể dùng cho IMT-2000 Nhật Bản đã triển khai hệ thống thế hệ hai là PDC, còn ở Hàn Quốc, sử dụng hệ thống thế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PCS Ấn định phổ PCS ở Hàn Quốc khác với ấn định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy định của IMT-2000 Ở Nhật Bản, một phần phổ tần TDD IMT-2000 đã được sử dụng cho PHS, hệ thống điện thoại không dây (cordless)

Ở Trung Quốc, phổ tần dành trước cho PCS hoặc WLL (Mạch vòng vô tuyến nội hạt) sử dụng một phần phổ tần của IMT-2000, mặc dù chúng chưa được ấn định cho bất

cứ nhà khai thác nào Tuỳ thuộc vào quyết định về phân định tần số, sẽ có đến 2 × 60 MHz của phổ tần IMT-2000 được sử dụng cho WCDMA FDD ở Trung Quốc Phổ tần TDD cũng sẽ được sử dụng ở Trung Quốc

Ở Mỹ vẫn chưa có phổ tần mới nào dùng cho các hệ thống thế hệ ba Cho nên các dịch vụ thế hệ ba có thể được thực thi trong phổ tần PCS đang tồn tại Đối với dải tần PCS ở Mỹ, tất cả các thế hệ ba thay thế có thể được xem xét là: EDGE, WCDMA, cdma2000

EDGE có thể được triển khai trong các tần số GSM900 và GSM1800 hiện đang được sử dụng Những tần số GSM này không được sử dụng ở Hàn Quốc và Nhật Bản Băng tần tổng dùng cho hoạt động GSM900 là 2 × 25 MHz cộng với EGSM 2 × 10 MHz,

và cho hoạt động GSM1800 là 2 × 75 MHz EGSM là sự mở rộng của dải tần GSM900 Dải tần GSM tổng không được sử dụng ở tất cả các nước đang sử dụng hệ thống GSM

Đăng kí IMT-2000 đầu tiên được cấp ở Phần Lan vào tháng 3 năm 1999, và sau đó

là Tây Ban Nha năm 2000 và không có cuộc bán đấu giá nào thực hiện ở Phần Lan hay ở Tây Ban Nha Và sau đó Thuỵ Điển cũng nhận được sự cho phép mà không phải đấu giá vào năm 2000 Tuy nhiên ở các nước khác, như Anh, Đức, Italy, một cuộc đấu giá tương

tự như cho phổ tần PCS ở Mỹ đã được tiến hành

Một số ví dụ về đăng kí UMTS được cho thấy ở bảng 1.3 ở Nhật Bản và Châu Âu

Số luợng các nhà khai thác UMTS ở mỗi nước là từ 3 đến 6

Bảng 1.3 Ví dụ đăng kí UMTS

(2 × 5 MHz) Cho mỗi nhà khai thác

Số sóng mang TDD (1 × 5 MHz) Cho mỗi nhà khai thác

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 V

Nhiều tần số hơn được định nghĩa cho IMT-2000 ngoài băng tần WARC-92 được nói

ở trên Với ITU-R WRC-2000, tháng 5 năm 2000 các dải tần sau cũng được định nghĩa cho IMT-2000:

Hình 1.4 Phân bổ phổ tần cho hệ thống 3G ở Châu Âu và ở Mỹ

Ở Mỹ, phổ tần 1,7/2,1GHz sẽ sớm được đưa vào sử dụng và FCC đã phát hành các quy tắc cho sự hoạt động trên băng tần đã được định nghĩa đó, mặt nạ phổ tần và các chi tiết kỹ thuật cần thiết khác cho sự phát triển thiết bị để bắt đầu triển khai Phổ tần đó có thể được sử dụng một cách hiệu quả cho truyền tải các dịch vụ thế hệ ba với W-CDMA Dải tần 1,7GHz có thể được sử dụng cho đường lên FDD cùng với bản cải tiến GSM1800

và dải tần 2,1GHz được sử dụng cho W-CDMA đường xuống sẽ cùng chung với dải WCRA-92 cải tiến Hình 1.4 và bảng 1.4 cho thấy phổ tần cơ bản phân bổ cho các dịch

vụ thế hệ ba 3GPP cũng vừa mới đây định ra các yêu cầu thực hiện W-CDMA cho dải tần 800 MHz ở Mỹ và ở Nhật Bản

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 W

Bảng 1.4 Phân bổ tần số mới cho các dịch vụ thế ba

Dải tần mới ở Mỹ 1710 - 1770 2110 - 2170 2 × 60 MHz

Uỷ ban truyền thông liên bang (FCC) chi phối hết phổ tần 2 × 45 MHz trong 1710 -

1755 và 2110 -2155 Quy trình đấu giá đã được tổ chức sau đó nhưng các yêu cầu của W-CDMA đã được hoàn thành vào tháng 3 năm 2004 cho dải tần này

Bảng 1.5 tổng kết các giao diện không gian, giao diện mạng của ITU và các cơ quan tiêu chuẩn

CDMA/TD-136+/136-IS/136+HSGiao diện

IS-mạng 3G ANSI-41 nâng cấp MAP GSM nâng cấp MAP GSM nâng cấp ANSI-41 nâng cấp

1.3.2 Cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống W-CDMA

Hệ thống vô tuyến W-CDMA hoạt động ở băng tần 1920-1980MHz (băng tần A) cho đường lên (từ máy di động đến trạm gốc) và băng tần 2110-2170MHz (băng tần A’) cho đường xuống (từ trạm gốc đến máy di động) Đây là những băng tần cơ bản của IMT-2000 Hai băng tần này đều nằm ở dải tần của thế giới 230MHz, được định nghĩa bởi hội nghị quản lí vô tuyến thế giới của ITU (WARC-92) cho chuẩn thế giới gọi là Hệ thống điện thoại di động công cộng mặt đất tương lai (FPLMTS) - đặt tên lại là Viễn thông di động quốc tế 2000 (IMT-2000) vào giữa năm 1995 FPLMTS là hệ thống di động vô tuyến số tương thích trên thế giới sẽ thực hiện thống nhất các hệ thống khác

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 X

nhau ví dụ như các hệ thống tìm gọi (paging),cordless, và hệ thống tổ ong, cũng như hệ thống vệ tinh quỹ đạo trái đất tầm thấp (LEO), vào hạ tầng cơ sở vô tuyến chung mềm dẻo.

W-CDMA là một hệ thống song công phân chia theo tần số (FDD) FDD cho phép truyền thông hai chiều đồng thời bằng cách sử dụng hai kênh tần số riêng rẽ Khoảng cách về tần số giữa kênh phát và kênh thu là 190MHz Băng tần thấp hơn (A) mang thông tin từ máy đầu cuối di động đến trạm gốc Băng tần cao hơn (A’) mang thông tin từ trạm gốc đến đầu cuối di động Lưu lượng từ đầu cuối di động đến trạm gốc được gọi là đường lên, và lưu lượng từ trạm gốc đến đầu cuối di động được gọi là đường xuống

Cả băng tần A và A’ đều có độ rộng là 60MHz Chúng được chia thành 12 kênh tần

số Mỗi kênh tần số có độ rộng là 5MHz Hai kênh khác nhau 190MHz được gọi là đôi kênh song công (hay khoảng cách song công là 190MHz) Đôi kênh song công cho phép truyền thông hai đường đồng thời Hình 1.5 cho thấy cấu trúc của băng tần hoạt động cho các đầu cuối di động Mười hai đôi kênh song công cho phép đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) FDMA cho phép số lượng các kênh truyền thông hai chiều có thể được quản lý một cách đồng thời bằng cách gán mỗi cuộc truyền thông cho một đôi kênh song công khác nhau Cấu trúc băng tần hoạt động này tạo ra mười hai kênh trong định nghĩa của FDMA Tuy nhiên, khả năng ghép kênh ở W-CDMA không phải là từ FDMA Nó xuất phát từ phương pháp đa truy nhập theo mã (CDMA) Fukasawa đã cho thấy rằng lưu lượng kênh 5MHz của W-CDMA là 82 Nó gấp 3,4 lần lưu lượng của hệ thống tổ ong tương tự hiện tại (AMPS)

Hình 1.5 Cấu trúc băng tần hoạt động cho các đầu cuối di động

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 Y

1.4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CỦA W-CDMA

1.4.1 W-CDMA: Giao diện vô tuyến cho UMTS

Truyền thông cá nhân toàn cầu (UPC) đưa ra khái niệm mới về di động cá nhân và đánh số cá nhân Trong môi trường UPC sự kết hợp đã xác định giữa đầu cuối và nhận dạng người sử dụng bị loại bỏ, tạo ra nền tảng cho di động cá nhân, truyền thông cá nhân bao gồm việc cung cấp cơ bản kết nối trong suốt, vì thế phạm vi các dịch vụ trên thực tế

có thể được cung cấp đến người sử dụng một cách tự động khi di chuyển

Mục tiêu của các hệ thống di động thế hệ ba là cung cấp cho người sử dụng vùng phủ rộng khắp thế giới thông qua thiết bị cầm tay mà có khả năng chuyển vùng liên tục giữa các mạng (cố định và di động, không dây (cordless) và tổ ong) qua các vùng mà hiện tại đang sử dụng các kỹ thuật khác nhau Các hệ thống di động thế hệ ba đã đạt được bước tiến xa hơn các hệ thống tổ ong số và các hệ thống cordless đang được sử dụng

Dưới góc nhìn toàn cầu, IMT-2000 đã thiết lập nền tảng cho hạ tầng viễn thông tương lai IMT-2000 sẽ cung cấp giao diện truy nhập vô tuyến cho hạ tầng viễn thông toàn cầu thông qua hệ thống vệ tinh và mặt đất, đáp ứng nhu cầu người sử dụng dịch vụ

di động Nó đang được phát triển trên nền tảng của khái niệm “họ các hệ thống” được thiết kế để kết nối đến các môđun truyền dẫn khác nhau với cùng thiết bị mạng lõi

Hình 1.6 Định nghĩa kiến trúc giao diện và khả năng tương tác

Giao diện vô tuyến được định nghĩa dựa trên các kỹ thuật truy nhập khác nhau Kỹ thuật truy nhập xác định cách người sử dụng truy nhập vào hệ thống Hình 1.7 cho thấy các quan hệ chủ đạo của các giao diện vô tuyến của IMT-2000.Ví dụ, trường hợp IMT-

TC (IMT-Mã thời gian), mà trong đó đường lên, đường xuống và những người sử dụng khác nhau được tách biệt dựa trên truyền dẫn trên các khe thời gian và trên chuỗi trải phổ khác nhau Do đó, W-CDMA là kỹ thuật truy nhập được định nghĩa cho ba giao diện,

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 Z

IMT-DS (IMT-Trải phổ trực tiếp), IMT-MC (IMT-Đa sóng mang), và IMT-TC Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) cũng hỗ trợ cho IMT-TC, IMT-SC (IMT_Sóng mang đơn), IMT-FT(IMT-Tần số thời gian) IMT-FT cũng được cung cấp bởi một kỹ thuật truy nhập ghép hỗn hợp dựa trên FDMA(đa truy nhập phân chia theo tần số) và TDMA.

Hình 1.7 Giao diện vô tuyến định nghĩa cho IMT-2000

Các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khác nhau (SDOs) đang cùng hợp tác phát triển những chuẩn mới này Kết quả là đưa ra các chuẩn cho giao diện vô tuyến

Hình 1.8 SDOs thực hiện chuẩn hoá giao diện vô tuuyến

1.4.2 Cấu trúc hệ thống của W-CDMA

Phần này sẽ xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS cơ sở cấu trúc hệ thống cho CDMA Cấu trúc này bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Hệ thống UMTS

W-Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 AA

sử dụng cùng cấu trúc như hệ thống thế hệ hai thậm chí cả một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ một thể hiện tính kế thừa và tận dụng cơ sở hạ tầng.

Hệ thống UMTS chứa nhiều phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng cụ thể Trong tiêu chuẩn các phần tử mạng được định nghĩa ở mức logic, tuy nhiên cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý tương tự, nhất là có một số giao diện mở (để giao diện là mở, cần định nghĩa giao diện này sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết

bị của hai nhà sản xuất khác nhau tại các điểm cuối) Có thể nhóm các phần tử mạng theo nhóm đồng chức năng hay theo mạng con mà chúng trực thuộc

Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành: mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN: UMTS Terrestrial RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến; và mạng lõi (CN = Core Network) để thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Để hoàn thiện hệ thống còn có thiết

bị người sử dụng (UE: User Equipment) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Cấu trúc hệ thống mức cao được thể hiện trong hình 1.9

Từ quan điểm chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức mới, việc thiết kế giao thức này dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến W-CDMA mới Trái lại việc định nghĩa CN dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ CN đã biết và đã triển khai

Theo đó, một phương pháp phân loại khác cho mạng UMTS là: chia chúng thành các mạng con Hệ thống UMTS được thiết kế theo mô đun, vì thế tồn tại nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép phân chia UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác, các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTS Public Land Mobile Network) Thông thường mỗi PLMN được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất và nó được nối đến các PLMN khác cũng như các kiểu mạng khác như ISDN, PSTN, Internet v.v (hình 1.9)

 UE bao gồm hai phần:

 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): là đầu cuối vô tuyến được dùng để

truyền thông không dây trên giao diện Uu

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 BB

 Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module):

là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực thi các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực, và một số thông tin thuê bao cần thiết khác cho đầu cuối

 UTRAN còn chứa hai phần tử khác nhau như:

 Nút B: để chuyển đổi luồng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nó cũng tham

gia quản lý tài nguyên vô tuyến (Thuật ngữ nút B có cùng ý nghĩa như trạm gốc BS)

 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller): sở hữu và điều

khiển tài nguyên vô tuyến trong vùng của mình (các nút B được kết nối với nó) RNC là điểm truy nhập các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE

 Các phần tử cơ bản của mạng lõi như sau:

 HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú): là một cơ sở dữ liệu

được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ thông tin về hồ sơ dịch vụ của người sử dụng Lý lịch dịch vụ này gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 CC

Ký hiệu:

- USIM = User Sim Card: thẻ Sim của người sử dụng

- MS = Mobile Station: Máy điện thoại di động

- RNC = Radio Node Controller: Bộ điều khiển trạm gốc

- MSC = Mobile Services Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động

- VLR = Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú

- SGSN = Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Support Node: Điểm hộ trợ GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ

- GMSC = Gateway Mobile Services Switching Center: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng

- GGSN = Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng

- HLR = Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú

- UTRAN = UMTS Terestrial Radio Access Network

- CN = Core Network: Mạng lõi

- PLMN = Public Land Mobile Network: Mạng di động công cộng mặt đất

- PSTN = Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

- ISDN = Integrated Services Digital Network: Mạng số liên kết đa dịch vụ

Hình 1.9 Các phần tử của mạng PLMN

 MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Trung

tâm chuyển mạch các dịch vụ di động /Bộ ghi định vị tạm trú) là tổng đài (MSC)

và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch), và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về hồ sơ của

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 DD

người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS.

 GMSC (Gateway MSC): là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với

mạng CS bên ngoài

 SGSN (Serving GPRS (General Packet Radio Network Service Node): có chức

năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS

 GGSN (Gateway GPRS Support Node): có chức năng giống GMSC nhưng liên

quan đến các dịch vụ PS

 Các mạng ngoài được chia thành hai nhóm:

 Các mạng CS: Các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch kênh giống như

các dịch vụ điện thoại ISDN và PSTN là các thí dụ về các mạng CS

 Các mạng PS: Các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch

gói Internet là một thí dụ về mạng PS

Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của các phần tử mạng, nhưng định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng logic

 Các giao diện mở cơ bản dưới đây được định nghĩa:

 Giao diện Cu: là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân

theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

 Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện mà qua đó

UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

 Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN Giống như các giao diện tương

ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và Gb (chuyển mạch gói), giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iur: Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các

nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iub: Iub kết nối một nút B với một RNC UMTS là hệ thống điện thoại

di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn toàn Giống như các giao diện mở khác, Iub mở cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 EE

Có lẽ các nhà sản xuất mới tập trung chủ yếu vào các nút B sẽ tham gia vào thị trường này.

1.5 CÁC MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA

Nhóm nghiên cứu của Châu Âu làm việc về WCDMA được đề xướng trong dự án nghiên cứu của liên minh châu Âu là CDMT (Code Division Multiple Testbed: Phòng thí nghiệm đa truy nhập theo mã) và FRAME (Future Radio Multiple Acess Scheme: Sơ đồ

đa truy nhập vô tuyến tương lai) và trong các công ty truyền thông không dây lớn của Châu Âu, bắt đầu vào những năm 90 Các dự án đó cũng đưa ra các hệ thống WCDMA thử nghiệm nhằm đánh giá hiệu năng đường kết nối và đưa ra những hiểu biết cơ bản về WCDMA cần thiết cho việc chuẩn hoá Vào năm 1998 cơ quan chuẩn hoá của Châu Âu ETSI đã quyết định đưa WCDMA là giao diện vô tuyến thế hệ ba Công việc chuẩn hoá chi tiết đã được tiến hành như một phần của tiến trình chuẩn hoá của 3GPP Bản chi tiết đầy đủ đầu tiên được hoàn thành vào cuối năm 1999

Mạng đầu tiên được hoạt động ở Nhật năm 2001 cho sử dụng thương mại ở những khu vực quan trọng và ở Châu Âu là đầu năm 2002 cho pha thử nghiệm tiền thương mại Năm 2003 chứng kiến một số ít mạng hoạt động, tuy nhiên một lượng lớn mạng hoạt động thực sự được hy vọng là sẽ diễn ra sau đó, vào năm 2004, với sự lựa chọn đa dạng hơn các thiết bị đầu cuối có thể sử dụng của WCDMA Kế hoạch này được đưa ra ở hình 1.10 liên quan đến hoạt động ở chế độ FDD

Hình 1.10 Kế hoạch hoạt động tiêu chuẩn hoá và thương mại cho W-CDMA

Quay trở lại lịch sử của GSM, chúng ta nhận thấy rằng kể từ khi mạng GSM được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào tháng 7 năm 1991 (Radiolinja,Phần Lan), một số nước đã đạt được sự thâm nhập điện thoại tế bào là hơn 50% Ở một số nước khác đạt đến 80% sự thâm nhập và thuê bao GSM toàn cầu đã đạt được hơn một tỷ Những kinh nghiệm của GSM đã cho thấy rằng khi các thiết bị đầu cuối thu hút về kích thước nhỏ với

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 FF

sự tiêu thụ pin ít, thì tỉ lệ đó tăng lên rất cao W-CDMA được dự đoán có cùng khuynh hướng vậy

Tất cả các công nghệ được đề xuất về cơ bản có thể đáp ứng các yêu cầu của WCDMA, mặc dù là khó có thể đạt được sự nhất trí trên các vấn đề ví như lưu lượng của

hệ thống chẳng hạn, nguyên nhân là các kết quả mô phỏng rất khác nhau tuỳ thuộc vào các giả định Tuy nhiên, nó sớm trở thành một dấu hiệu cho thấy rằng W-CDMA là một ứng cử viên sáng giá cho giao diện vô tuyến 3G Vào tháng 1 năm 1998, ETSI đã đưa ra quyết định lựa chọn W-CDMA là chuẩn cho giao diện vô tuyến UTRA (Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) trên các cặp đôi tần số FDD (Song công phân chia theo tần số) Vậy là phải mất đến 10 năm từ khi bắt đầu chương trình nghiên cứu của Châu Âu để quyết định công nghệ dùng cho UTRA Các chuẩn hoá cụ thể của UTRA tiếp tục được thực hiện bởi ETSI cho đến khi công việc được chuyển giao cho dự án cộng tác thế hệ ba (3GPP) Công việc được bắt đầu chính thức vào cuối năm 1998 và cuối năm 1999 đã cho

ra phiên bản đầu tiên với các chi tiết kỹ thuật cụ thể chung là Release 99 (phát hành 99) Các đặc điểm của UMTS phát hành 99 của ETSI thì giống hệt với phát hành 99 của 3GPP Hình 1.11 cho thấy cấu trúc của mạng 3G phát hành 99 Nó có các đặc điểm đáng chú ý sau:

 Là giao diện vô tuyến mới.

 Phù hợp hơn với dịch vụ gói số liệu.

 Khả năng tương tác với mạng GSM: Giao diện vô tuyến GSM được thay đổi để phát thông tin của hệ thống CDMA Các mạng WCDMA cũng đồng thời truyền tải thông tin từ mạng GSM Có khả năng thiết lập 2G MSC/VLR để quản lý truy nhập vô tuyến băng rộng, UTRAN

 Mạch logic cao cấp của những ứng dụng (CAMEL): Có khả năng truyền tải thông tin dịch vụ giữa các mạng Trong tương lai hầu hết CAMEL sẽ được tham gia vào tất cả các giao tác giữa các mạng.

 Các phần tử miền chuyển mạch kênh (CS) có thể quản lý các thuê bao 2G và 3G: Thay đổi (nâng cấp) ở MSC/VLR và HLR/AC/EIR Ví dụ về SGSN: đối với 2G nó chịu trách nhiệm quản lý di động (MM) cho các kết nối số liệu gói Đối với 3G thì RNC và SGSN cùng chịu trách nhiệm đối với MM.

 Các dịch vụ: Ban đầu hệ thống 3G cung cấp các dịch vụ tương tự như 2G Sau

đó các dịch vụ được chuyển sang miền chuyển mạch gói.

 Khuynh hướng: Tách rời các kết nối điều khiển và các dịch vụ Có sự chuyển dịch dần tới mạng toàn IP và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện.

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 GG

 MSC server: là phần tử điều khiển MGW

 Thoại được chuyển mạch gói (Voice Over IP): Cuộc gọi chuyển mạch kênh được chuyển sang cuộc gọi chuyển mạch gói ở MGW

 CAMEL sẽ có kết nối đến các phần tử chuyển mạch gói (PS).

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 HH

UTRAN RNC

Iu

Gb Iu

PSTN CSPDN

Internet

Số liệu khác NW

V A S

C A M E L

W A P

M E X E

U S A T

CN PS Domain

CN CS Domain

ISDN PSTN CSPDN

HSS

V A S

W A P

M E X E

U S A T

Iu

C A M E L

Iu Um

GGSN

IP Multimedia

CS PS Domain SGSN

ISDN PSTN CSPDN

V A S

W A P

HSS

U S A T

M E X E

C A M E L

ATM

Phát hành 5 được hoàn thành vào tháng 3/2002:

 Công nghệ truyền tải mới: R99 dựa trên chuyển mạch ATM; R4, R5 dựa trên chuyển mạch IP

 Tất cả lưu lượng từ UTRAN được đòi hỏi dựa trên IP

 Bên cạnh việc truyền tải dựa trên IP thì các giao thức của phát hành 5 được phát triển bởi nhóm đặc trách về kỹ thuật Internet (IETF) cũng ảnh hưởng đến các đặc điểm của WCDMA.

Bước tiến tiếp theo trong sự phát triển này là phát hành 6 vào năm 2004 và phát hành 7 vào cuối năm 2005

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trên đây đã trình bày về sự tiến hoá từ các hệ thống tổ ong thế hệ 1 lên các hệ thống

tổ ong thế hệ 3 với các đặc điểm của chúng, qua đó cho thấy sự cần thiết tiến lên 3G Tuy nhiên con đường tiến lên 3G không đơn giản mà nó phải đang trải qua một quá trình tiêu chuẩn hoá mang tính quốc tế phức tạp Cuối cùng thì ITU cũng đưa ra hai tiêu chuẩn giao diện vô tuyến cho 3G là: W-CDMA và cdma2000 trong đề án IMT-2000 Trong đó W-CDMA-FDD là hệ thống mà đố án tập trung nghiên cứu Qua đó, chương 1 trình bày khá chi tiết về cấu trúc băng tần của hệ thống W-CDMA-FDD Như đã đề cập ở trên, W-CDMA-FDD hoạt động ở dải tần 2GHz với đường lên (từ máy di động đến trạm gốc) ở băng tần 1920-1980 MHz Khoảng cách về tần số giữa kênh phát và kênh thu là 190MHz Băng tần đường lên có độ rộng là 60MHz Từ cái nhìn tổng quan và định hình, mục tiêu của đồ án, chương tiếp theo sẽ trình bày một cách chi tiết về W-CDMA ở dạng cấu trúc

và hoạt động của nó ở lớp vật lý

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 JJ

Chương 2 LỚP VẬT LÝ CỦA W-CDMA 2.1 MỞ ĐẦU

Lớp vật lý (lớp 1) ảnh hưởng lớn lên sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối Từ quan điểm dịch vụ, các hệ thống thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì thế không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ tiếng duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai Lớp vật lý ở W-CDMA do sử dụng công nghệ CDMA nên rất khác với lớp vật lý ở GSM

và GPRS Ngoài ra tổ chức các kênh ở lớp này cũng phức tạp hơn tổ chức các kênh ở thế

hệ ba rất nhiều Lớp vật lý cũng là đặc thù riêng của các hệ thống thông tin vô tuyến

Kỹ thuật truy nhập lớp vật lý được dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo

mã chuỗi trực tiếp băng rộng (W-CDMA) với hai chế độ song công FDD và TDD Lớp 1 cung cấp các dịch vụ truyền tải số liệu cho các lớp cao hơn Nó có hai giao diện vô tuyến mở: một với lớp MAC thông qua các kênh truyền tải và giao diện kia với lớp RRC mà điều khiển cấu trúc của lớp vật lý Mỗi kênh truyền tải được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải của nó Lớp vật lý hoạt động với cấu trúc tuần tự dựa trên khoảng thời gian cở

sở là 10 ms gọi là một khung vô tuyến và nó được chia thành 15 khe thời gian, mỗi khe thời gian thì khác nhau cho mỗi chế độ song công

WCDMA định nghĩa hai kênh vật lý dành riêng cho cả hai đường truyền:

 Kênh vật lý số liệu dành riêng (DPDCH): để mang dữ liệu dành riêng được tạo ra ở

lớp 2 và trên nữa

 Kênh điều khiển vật lý dành riêng (DPCCH): để mang thông tin điều khiển lớp 1

Cả hai kênh riêng này dùng để hỗ trợ hiệu quả tốc độ bit thay đổi ở lớp vật lý Mỗi kết nối được chỉ định một kênh DPCCH và kênh 0, một hoặc một vài kênh DPDCH Ngoài ra, các kênh vật lý dùng chung được định nghĩa như sau:

 Các kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp và thứ cấp (CCPCH) để mang kênh chung

đường xuống

 Các kênh đồng bộ để tìm kiếm tế bào (SCH)

 Kênh truy nhập vật lý ngẫu nhiên (PRACH

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 KK

Trong các phần trình bày ở chương này sẽ xét cụ thể các lớp vật lý của W-CDMA với trọng tâm tập trung lên tổ chức các kênh ở đầu vào và đầu ra lớp vật lý: kênh truyền tải và các kênh vật lý.

2.2 CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN

2.2.1 Cấu trúc kênh vật lý đường lên

Các kênh vật lý là các kênh mang thông tin số liệu của người sử dụng và thông tin điều khiển Một kênh vật lý đường lên được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cả pha tương đối Các kênh vật lý đường lên được chỉ ra ở hình 2.1

Một kênh vật lý chỉ sử dụng một mã định kênh liên quan đến hệ số trải phổ SF dành cho kênh này Khi chỉ cần truyền một kênh DPDCH đường lên, mã định kênh sẽ là Sch,SF,k

trong đó k = SF/4 Vì thế nếu một kênh có tốc độ ký hiệu là 30 kbit/s (gồm tốc độ số liệu của người sử dụng cộng phần bổ sung do mã hóa kênh) thì hệ số trải phổ bằng 128 và k =

32 hay mã định kênh là Cch,128,32 Hệ số trải phổ của kênh DPCCH đường lên luôn luôn bằng 256 và mã định kênh của kênh này là Cch,256,0

Khi nhiều kênh DPDCH đường lên được phát (với tốc độ số ký hiệu 960 kbit/s chẳng hạn), thì mỗi kênh DPDCH có hệ số trải phổ bằng 4 và mã định kênh cho mỗi

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 LL

Kênh vật lý

đường lên (UPCH)

Kênh UPCH riêng(Uplink DPCH)

Kênh UPCH chungUplink CPCH

Kênh vật lý số liệu riêngDPDCH

Kênh vật lý riêng đièu khiển

DPCCH

Kênh vật lý RACHPRACH

Kênh vật lý gói chungPCPCH

Hình 2.1 Tổng kết các kênh vật lý đường lên

kênh là Cch,4,k Trong đó k = 1 cho kênh DPDCH1 và DPDCH2 , k = 2 cho DPDCH3 và

DPDCH4 , k = 3 cho DPDCH5 và DPDCH6 , chẳng hạn DPDCH3 và DPDCH4 , đều sử dụng chung mã định kênh Cch,4,2 = (1,-1,1,-1) Ta thấy trong trường hợp này hai kênh DPDCH cùng sử dụng chung một mã định kênh Vì thế để phân biệt hai kênh này một kênh được truyền ở nhánh I và một kênh được truyền ở nhánh Q hay còn được gọi là ghép kênh mã I – Q Về vấn đề này ta sẽ xét ở phần dưới Khi sử dụng các mã định kênh

ta cũng cần lưu ý là trong cùng một cây mã các mã này phải được chọn sao cho chúng trực giao với nhau

2.2.2 Hoạt động của kênh vật lý đường lên

2.2.2.1 Kênh vật lý số liệu riêng (DPDCH) đường lên

Kênh DPCH đường lên bao gồm kênh DPDCH và kênh DPCCH được ghép theo mã

I và Q để mang kênh truyền tải riêng DCH, nó có cấu trúc khung vô tuyến như cho ở hình 2.2 và bảng 2.1 Mỗi kênh vật lý được chia thành các khung vô tuyến 10 ms (tương ứng

38400 chip) và mỗi khung lại được chia thành 15 khe thời gian (tương ứng 2560 chip) như cho ở hình 2.2 Ngoài cấu trúc khung như ở hình 2.2, các kênh này còn có cấu trúc siêu khung gồm 72 khung với độ dài 720 ms Kênh DPDCH mang ở nhánh điều chế BPSK đồng pha, còn kênh DPCCH được mang ở nhánh điều chế BPSK pha vuông góc

Kênh truyền tải riêng đường lên (DCH) là kênh riêng duy nhất ở đường lên Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý và dành riêng cho một người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điều khiển lớp cao Lớp vật lý không thể nhận biết nội dung thông tin được mang ở kênh DCH, vì thế thông tin điều khiển lớp cao và số liệu của người sử dụng được xử lý như nhau Các thông số của lớp vật lý do UTRAN thiết lập có thể thay đổi giữa số liệu và điều khiển

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 MM

Cấu trúc các trường của kênh DPDCH đường lên cho các tốc độ số liệu khác nhau được cho ở bảng 2.1.

Khoutnanxay Khamsingsavath_Lớp D06VT1 NN

Tkhe = 2560 chip

Một khung vô thuyến: Tf = 10 ms

Khe #14

Hình 2.2 Cáu trúc khung vô tuyến của kênh vật lý

Tkhe = 2560 chip, 10*2k bit(k=0 6)

Một khung vô thuyến: Tf = 10 ms