Nghiên cứu định cỡ và quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA trên nền GSM

NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN: Chương 1. Tổng quan các hệ thống thông tin di động. Chương 2. Giới thiệu công nghệ WCDMA Chương 3. Định cỡ và quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA Chương 4. Phương án chuyển đổi mạng thông tin di động và thực tế ứng dụng tại Việt Nam.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I -o0o -

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -o0o -

NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN:

Chương 1 Tổng quan các hệ thống thông tin di động

Chương 2 Giới thiệu công nghệ WCDMA

Chương 3 Định cỡ và quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA

Chương 4 Phương án chuyển đổi mạng thông tin di động và thực tế ứng dụng tại ViệtNam

Ngày giao đề tài:……/…… /………

Ngày nộp đồ án:……/…… /………

Ngày tháng năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

Th.s Đỗ Thu Thủy

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu định cỡ và quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA trên nền

GSM”

Họ và tên người hướng dẫn:ThS Đỗ Thu Thủy

Cơ quan: Trung tâm Nghiên cứu kỹ thuật thông tin vô tuyến-Viện Kỹ thuật Bưu điện.

Đồ án “Nghiên cứu định cỡ và quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA trên nền GSM” dosinh viên Bùi Xuân Trường thực hiện đã hoàn thành đúng tiến độ và nội dung như đềcương đăng ký

1 Về mặt hình thức: Bố cục được trình bày rõ ràng, hành văn mạch lạc, có tínhlogic hệ thống Cuối mỗi chương đều có tóm tắt nội dung

2 Về mặt nội dung: Đồ án đi vào giải quyết bài toán định cỡ và quy hoạch mạng

vô tuyến WCDMA là một quá trình quan trọng khi triển khai mạng 3G có ýnghĩa thực tiễn cao

Sinh viên đã kế thừa cơ sở lý thuyết được học về tổng quan các hệ thống thông tin

di động 2G, 3G nói chung và tập trung vào phần trọng tâm phục vụ cho quá trìnhđịnh cỡ và quy hoạch mạng Trên cơ sở phát triển mạnh mẽ của mạng thông tin diđộng 3G, đề tài đã chỉ ra được bài toán cần thiết phục vụ nhu cầu của việc quản lý,định cỡ quy hoạch mang Vấn đề nghiên cứu có tính thực tiễn và có thể phát triểntiếp hướng cao hơn

Đồng thời đề tài đã nêu ra được phương án chuyển đổi mạng di động và hiện trạngmạng di động Mobifone 3G thực tế ở Việt Nam nhằm minh chứng sự cần thiết vấn

đề định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA đảm bảo chất lượng mạng, chất lượngdịch vụ trền nền GSM

Trong quá trình thực hiện, sinh viên Bùi Xuân Trường có tính tích cực, chủ độngthu thập tài liệu, độc lập trong nghiên cứu Có tinh thần ham học hỏi và sự tiếp thu

ý kiến của giáo viên hướng dẫn

Điểm:…….(Bằng chữ:……… )

Tôi đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp!

Hà Nội, Ngày ……tháng 12 năm 2012 Cán bộ hướng dẫn

Th.S Đỗ Thu Thủy

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Điểm: …… (Bằng chữ: ………….) Ngày tháng năm 2011

Người phản biện

Đồ án tốt nghiệp ĐH MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU

Thông tin di động phát triển mạnh mẽ theo từng ngày trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Hiện nay đang là giai đoạn phát triển rất mạng của 3G tại Việt Nam với các nhà cung cấp như: Vinaphone, Mobiphone, Viettel, Vietnammobile Các dịch vụ mới được cung cấp cho người sử dụng như: call video, mobile TV, mobile camera, mobile internet, mobile broad band, … mang lại rất nhiều tiện ích cho cuộc sống

Trong quá trình triển khai, các nhà mạng luôn quan tâm hàng đầu đến vấn đề quy hoạch mạng vì nó sẽ quyết định đến chi phí và chất lượng của mạng.

Là một sinh viên điện tử viễn thông chuẩn bị ra trường, trước sức nóng của thị trường 3G Em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA trên nền GSM”

Đồ án đi vào nghiên cứu quá trình định cỡ, quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA Đồng thời, liên hệ với thực tế về việc triển khai mạng tại Việt Nam Trong nghiên cứu định

cỡ và quy hoạch, đồ án đặt ra vấn đề quy hoạch theo yêu cầu của nhà khai thác về dung lượng, vùng phủ và chất lượng dịch vụ Pha quy hoạch chi tiết yêu cầu các công

cụ quy hoạch hỗ trợ và các số liệu thực tế nên trong đồ án chỉ dừng lại ở mức sử dụng các kết quả của các tài liệu nước ngoài để đưa ra nhận xét trong quá trình định cỡ và quy hoạch mạng.

Đồ án tốt nghiệp ĐH LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trườngHọc viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông nói chung và các thầy cô giáo trong khoaViễn Thông 1 đã cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gianqua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Đỗ Thuy Thủy, thầy Dũng là những người đãtận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốtnghiệp.Trong thời gian làm việc với cô và thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiềukiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa họcnghiêm túc, hiệu quả Đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập

và công tác sau này

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ýkiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Bùi Xuân Trường Lớp D08VT4Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông

Đồ án tốt nghiệp ĐH MỤC LỤC

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1

1.1 Sơ lược lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động 1

1.1.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 1

1.1.3 Thế hệ thông tin di động thế hệ thứ ba 3

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 6

1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động 7

1.3 Cấu trúc mạng di động 2G đến 3G 8

1.3.1 Cấu trúc hệ thống GSM 8

1.3.2 Cấu trúc hệ thống GPRS 9

1.3.3 Cấu trúc hệ thống UMTS 10

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WCDMA 13

2.1 Giới thiệu về mạng WCDMA 13

2.2 Các thông số chính của WCDMA 14

2.3 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động 15

2.4 Chuyển giao 17

2.4.1 Mục đích của chuyển giao 17

2.4.2 Trình tự chuyển giao 17

2.4.3 Các loại chuyển giao 20

2.5 Điều khiển công suất 21

2.5.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC) 22

2.5.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC) 23

2.5.3 Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt 23

CHƯƠNG III: ĐỊNH CỠ VÀ QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 26

3.1 Tổng Quan 26

3.2 Định cỡ mạng 27

3.2.1 Phân tích vùng phủ 29

3.2.2 Quỹ năng lượng truyền sóng 31

3.2.3 Hệ số tải và hiệu suất phổ 40

3.2.4 Phân tích dung lượng 46

3.2.5 Định cỡ RNC 50

3.3 Quy hoạch chi tiết 52

Đồ án tốt nghiệp ĐH MỤC LỤC

3.3.1 Tổng quan về quy hoạch chi tiết vùng phủ sóng và dung lượng 52

3.3.2 Công cụ quy hoạch 53

3.3.3 Minh họa quy hoạch 56

3.4 Tối ưu mạng 62

3.5 Quy hoạch kết hợp GSM 63

3.6 Nhiễu do nhiều nhà khai thác 65

3.6.1 Giới thiệu 65

3.6.2 Tính toán cho trường hợp xấu nhất 67

3.6.3 Chặn đường xuống 68

3.6.4 Mô phỏng đường lên 68

3.6.5 Qui hoạch mạng với ACI 70

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MẠNG WCDMA VÀ THỰC TẾ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 73

4.1 Thực trạng triển khai lên 3G của các mạng di động 73

4.2 Sự chuyển đổi từ GMS lên WCDMA của Mobifone 74

4.2.1 Cấu trúc mạng GSM/UMTS triển khai trên mạng Mobifone 74

4.2.2 Khuyến nghị cài đặt tham số 2G,3G trên mạng Mobiphone 77

4.2.3 Kết quả triển khai bước đầu 3G của Mobifone 79

KẾT LUẬN 83

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 83

PHỤ LỤC: CÁC MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

Đồ án tốt nghiệp ĐH DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ

WCDMA 4

Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000 5

Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản hệ thống 2G GSM 8

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản hệ thống 2.5G GPRS 9

Hình 1.5: Cấu trúc hệ thống 3G UMTS 10

Hình 2.1: Tín hiệu trải phổ 16

Hình 2.2: Tiến trình thực hiện chuyển giao 18

Hình 2.3: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 19

Hình 2.4: Chuyển giao mềm 20

Hình 2.5: Chuyển giao mềm-mềm hơn 21

Hình 2.6 Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA 22

Hình 2.7: OLPC đường lên 22

Hình 2.8: Cơ chế điều khiển công suất CLPC 23

Hình 2.9: Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm 24

Hình 3.1: Quá trình xử lý cho UMTS 27

Hình 3.2: Mô hình CCQ 28

Hình 3.3: Các tham số đầu vào và đầu ra trong quá trình định cỡ mạng WCDMA 28

Hình 3.4: Vùng phủ sóng của cell theo các loại dịch vụ khác nhau 30

Hình 3.5: Các bước tính toán bán kính cell theo vùng phủ 31

Hình 3.5: Chia sẻ nhiễu giữa các cell trong WCDMA 46

Hình 3.6: Lược đồ tối ưu cell 53

Hình 3.7: Tổng quan bộ mô phỏng tĩnh 54

Hình 3.8: Quá trình tối ưu mạng vô tuyến 62

Hình 3.9: Đo đạc các chỉ tiêu kĩ thuật 62

Hình 3.10: Nhiễu kênh lân cận ở đường lên từ máy di động ở cell marco đến trạm gốc ở mirco 80

Hình 3.11: Suy hao dung lượng đường lên do nhiễu kênh lân cận trường hợp mirco-marco 83

Hình 3.12: Giảm ACI hiệu chỉnh khoảng cách kênh 71

Hình 4.1: Cấu hình phát triển song song cả mạng 2.5G và 3G tối ưu 75

Đồ án tốt nghiệp ĐH DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 4.2: Cấu hình mạng lưới khi triển khai 3G giai đoạn đầu 76

Hình 4.3: Vùng phủ sóng 3G mạng Mobifone giai đoạn 1 79

Hình 4.4: Thống kê thành phần mạng 3G 81

Hình 4.5: Thống kê lưu lượng mạng 3G 82

Đồ án tốt nghiệp ĐH DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Các thông số chính của WCDMA 15

Bảng 3-1 Các loại hình phủ sóng phổ biến 29

Bảng 3-2 Các loại loại dịch vụ chính của WCDMA 30

Bảng 3-3: Thông số độ cao anten theo vùng phủ sóng 34

Bảng 3-4:Các thông số quỹ đường truyền 34

Bảng 3-5: Giả thiết cho máy di động 35

Bảng 3-6: Giả thiết cho trạm gốc 35

Bảng 3-7 Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps 36

Bảng 3-8: Quỹ đường truyền của các dịch vụ thời gian thực tốc độ 144kbps (vận tốc di động 3km/h, người sử dụng trong nhà được phục vụ bởi BS ngoài trời, kênh Vehicular A, với chuyển giao mềm) 38

Bảng 3-9: Quỹ đường truyền tham khảo của dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384 kbps (3km/h, người sử dụng ngoài trời, kênh Vehicular A, không chuyển giao mềm) 39

Bảng 3-10 Giá trị K theo cấu hình site 40

Bảng 3-11: Mối quan hệ giữa dự trữ nhiễu được yêu cầu ứng với tải đường lên … 40

Bảng 3-12: Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số tải đường lên 43

Bảng 3-13 Các thông số sử dụng trong việc tính toán hệ số tải liên kết đơn 44

Bảng 3-14: Tính toán thông lượng được giả thiết 49

Bảng 3.15: Lưu lượng dữ liệu /sector/ sóng mang trong các môi trường 49

Bảng 3.16 Dung lượng của một RNC với các cấu hình khác nhau 51

Bảng 3-17: Các tham số được sử dụng trong mô phỏng 56

Bảng 3-18: Quỹ đường truyền cho dịch vụ thoại 8 kbps(50km/h, người sử dụng ở trong xe ô tô, kênh Verhicular A với chuyển giao mềm) 57

Đồ án tốt nghiệp ĐH DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3-19: Phân bố thuê bao 59

Bảng 3-20 : Các kết quả về Thông lượng cell, tải và tổng phí chuyển giao mềm 60

Bảng 3-21 : Các kết quả về xác suất vùng phủ 61

Bảng 3.22: Suy hao đường truyền lớn nhất điển hình trong GSM hiện tại và WCDMA 64

Bảng 3.23: Các yêu cầu đối với hoạt động của kênh lân cận 66

Bảng 3-24: Giả thiết cho các tính toán nhiễu kênh lân cận đường lên trường hợp xấu nhất 67

Bảng 3-25: Kết quả tính toán trường hợp xấu nhất đường lên 67

Bảng 3-26:: Các tham số mô phỏng quan trọng cho các mô phỏng nhiễu kênh lân cận 68

Bảng 4-1: Các mạng di động tại Việt Nam tính đến tháng 11/2012 73

Bảng 4.2: Các tham số cài đặt cho mạng WCDMA 77

Bảng 4.3: Các tham số cài đặt cho mạng GSM 78

Bảng 4.4: Các tham số handover 78

Bảng 4.5: Tổng hợp mạng 2G giai đoạn đầu triển khai 3G của Mobifone 80

Bảng 4.6: Tổng hợp mạng 3G giai đoạn đầu triển khai 3G của Mobifone 80

Bảng 4.7: Thống kê số lượng trạm 80

Bảng 4.8: Thống kê lưu lượng mạng 3G 81

Đồ án tốt nghiệp ĐH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Tốc độ lỗi BlockKhoá dịch pha nhị phân

Mã nhận dạng trạm gốcTrạm gốc

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho sự tiến hoá

Standard Institute

F

Đồ án tốt nghiệp ĐH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Dịch vụ vô tuyến gói chung

High Speed Uplink Packet Access

Handover

Bộ đăng ký thường trúTruy nhập gói đường xuống tốc độ

CaoTruy nhập gói lên xuống tốc độ Cao

Chuyển giao

Electronics Engineers

Học viện kỹ nghệ điện và điện tử

IMT đa sóng mang

Liên hợp viễn thông quốc tế

Giao diện giữa RNC và nút BGiao diện giữa 2 RNC

M

Service

Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

Đồ án tốt nghiệp ĐH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

frequency-MultiplexingOperation Mainternance Center

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

Trung tâm điều hành quản lý khai

thác

Radio Resouse Management Radio Frequency

Chế độ truy nhập vô tuyến

Công nghệ truy nhập vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến

Giao thức điều khiển tài nguyên

vô tuyến Thuật toán quản lý tài nguyên vôtuyến

Tần số vô tuyến

S

trong PPS-INNút hỗ trợ điều khiển dữ liệu trong

Đồ án tốt nghiệp ĐH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Chuyển giao mềm

Giao thức khởi tạo phiên

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu Dịch vụ nhắn tin ngắn

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Điểm chuyển tiếp báo hiệu

Trantsit/Gateway Center

Điều khiển công suất phát Trung tâm chuyển tiếp cuộc gọi

U

UMTS Subscriber Identify Module

UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Hệ thống viễn thông di động toàn

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Hiện nay chúng ta đang sống trong thời đại công nghệ thông tin nên nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng trở nên đa dạng, phong phú Các công nghệ mạng trước kia chưa

có khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ trên do đó đòi hỏi cần phải

nâng cấp lên một công nghệ mới hiện đại hơn Trong quá khứ đó là sự đi lên 2G đến 3G Và hiện tại đang là sự đi lên từ 3G đến 4G.

1.1 Sơ lược lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, nay được gọi là thế hệ thứ nhất, sửdụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA để truyềnkênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động Với FDMA, ngườidùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số.Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có thể, thìmột số người bị chặn lại không được truy cập

Trong hệ thông thông tin di động thế hệ 1, mỗi MS được cấp phát đôi kênh liênlạc suốt thời gian thông tuyến, các trạm thu phát gốc BTS phải có bộ thu phát riênglàm việc với mỗi MS trong cell Do đó nhiễu giao thoa do các tần số các kênh lân cậnnhau là đáng kể.Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản

Vì thế nó gặp nhiều hạn chế như: việc phân bổ tần số rất hạn chế, tiếng ồn khó chịu vànhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường phadinh đa tia, không cótính bảo mật cuộc gọi, không có sự tương thích với các hệ thống khác và chất lượngcũng như vùng phủ sóng hẹp

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹthuật thông tin số cho thông tin di động cùng với kỹ thuật đa truy cập mới ưu điểm hơn

về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp Vì vậy đã xuất hiện hệ thống thôngtin di động thế hệ 2

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thờigian TDMA đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM.Với sựphát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đã đápứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Hệ thống 2Ghấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn cókhả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ sung khác Ở ViệtNam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đangđược Công ty VMS và Vinaphone khai thác rất hiệu quả với hai mạng thông tin diđộng số VinaPhone và MobiFone theo tiêu chuẩn GSM

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di độngTất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số Vàchúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access TDMA):Phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

- Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA):

Phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chiathành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liênlạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung Tin tứcđược tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bitđồng bộ và các bit dữ liệu Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn

dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số

Các đặc điểm của TDMA

- TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước và phânphát theo yêu cầu Trong phương pháp phân định trước, việc phân phát các cụm đượcđịnh trước hoặc phân phát theo thời gian Ngược lại trong phương pháp phân định theoyêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu, nhờ đó tăng được hiệusuất sử dụng mạch

- Trong TDMA các kênh được phân chia theo thời gian nên nhiễu giao thoa giữa cáckênh kế cận giảm đáng kể

- TDMA sử dụng một kênh vô tuyến để ghép nhiều luồng thông tin thông qua việcphân chia theo thời gian nên cần phải có việc đồng bộ hóa việc truyền dẫn để tránhtrùng lặp tín hiệu Ngoài ra, vì số lượng kênh ghép tăng nên thời gian trễ do truyền dẫn

đa đường không thể bỏ qua được, do đó sự đồng bộ phải tối ưu

1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đối với hệ thống CDMA, tất cả người dùng sẽ sử dụng cùng lúc một băng tần.Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống Tuy nhiên, các tín hiệu củamỗi người dùng được phân biệt với nhau bởi các chuỗi mã Thông tin di động CDMA

sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vôtuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Kênh vôtuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng đượcphân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN Trong hệ thống CDMA, tín hiệubản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán.Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so vớitốc độ dữ liệu Tất cả các thuê bao trong một hệ thống CDMA dùng chung tần số sóngmang và có thể được phát đồng thời Mỗi user có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của

nó và nó được xem là trực giao với các từ mã khác Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di độngtrưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó Tất

cả các mã khác được xem như là nhiễu Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thucần phải biết từ mã dùng ở máy phát Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập màkhông cần biết các thông tin của máy khác

Đặc điểm của CDMA

- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4 đến 6lần hệ thống GSM), độ an toàn (tính bảo mật thông tin) cao hơn do sử dụng dãy mãngẫu nhiên để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuyểnvùng linh hoạt Do hệ số tái sử dụng tần số là 1 nên không cần phải quan tâm đến vấn

đề nhiễu đồng kênh

- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA Còn ởTDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không thể tăng thêm khi tất cả cáckênh bị chiếm

- Hệ thống CDMA ra đời đã đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di động

tế bào Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người

sử dụng là 8-13 kbps

Thế hệ thứ 2 phát triển rất mạnh với số thuê bao lớn Nhưng với sự đi lên về côngnghệ theo thời gian, các yêu cầu về dịch vụ và chất lượng dịch vụ ngày càng cao thìnhững gì 2G cung cấp là chưa đủ Đó là nguyên nhân của sự cần thiết di động đi lênthế hệ thứ 3

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

Có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ 3G đi theo, tuynhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thương mại và

có khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới là WCDMA và CDMA 2000.WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM(GSM MAP), còn CDMA 2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41

1.1.3.1 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triểnchủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùngtoàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạng WCDMAđược xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhàkhai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạntrung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.1: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA

- GPRS: GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới

171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậytăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM

Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM hiện tại là một quá trình đơn giản

Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh sốliệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động Còn mạng lõi GSMđược tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vàocác nút chuyển mạch số liệu Gateway mới, được gọi là GGSN và SGSN GPRS là mộtgiải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyểnthẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi

- EDGE: Hệ thống 2,5G tiếp theo đối với GSM là EDGE EDGE áp dụng

phương pháp điều chế 8PSK, điều này làm tăng tốc độ của GSM lên 3 lần EDGE là lýtưởng đối với phát triển GSM, nó chỉ cần nâng cấp phần mềm ở trạm gốc Nếu EDGEđược kết hợp cùng với GPRS thì khi đó được gọi là EGPRS Tốc độ tối đa đối vớiEGPRS khi sử dụng cả 8 khe thời gian là 384kbps

- WCDMA: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ

truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu Hệ thống này hoạt động ở chế độFDD & TDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSSDirect SequenceSpectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz WCDMA hỗ trợtrọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di độnghoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả caonhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tụcđiều chỉnh tốc độ.

1.1.3.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ CDMA 2000

Hệ thống CDMA 2000 gồm một số nhánh hoặc giai đoạn phát triển khác nhau

để hỗ trợ các dịch vụ phụ được tăng cường Nói chung CDMA 2000 là một cách tiếpcận đa sóng mang cho các sóng có độ rộng n lần 1,25MHz hoạt động ở chế độ FDD.Nhưng công việc chuẩn hoá tập trung vào giải pháp một sóng mang đơn 1,25MHz (1x)với tốc độ chip gần giống IS-95 CDMA 2000 được phát triển từ các mạng IS-95 của

hệ thống thông tin di động 2G, có thể mô tả quá tr.nh phát triển trong hình vẽ sau:

Hình 1.2: Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh CDMA 2000

- IS-95B: IS-95B hay CDMA One được coi là công nghệ thông tin di động 2,5G

thuộc nhánh phát triển CDMA 2000, là một tiêu chuẩn khá linh hoạt cho phép cungcấp dịch vụ số liệu tốc độ lên đến 115Kbps

- CDMA 2000 1xRTT: Giai đoạn đầu của CDMA2000 được gọi là 1xRTT hay chỉ là

1xEV-DO, được thiết kế nhằm cải thiện dung lượng thoại của IS-95B và để hỗ trợ khảnăng truyền số liệu ở tốc độ đỉnh lên tới 307,2Kbps Tuy nhiên, các thiết bị đầu cuốithương mại của 1x mới chỉ cho phép tốc độ số liệu đỉnh lên tới 153,6kbps

-CDMA 2000 1xEV-DO: 1xEV-DO được h.nh thành từ công nghệ HDR (High Data

Rate) của Qualcomm và được chấp nhận với tên này như là một tiêu chuẩn thông tin diđộng 3G vào tháng 8 năm 2001 và báo hiệu cho sự phát triển của giải pháp đơn sóngmang đối với truyền số liệu gói riêng biệt

Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là chia các dịch vụ thoại và dịch vụ số liệu tốc độcao vào các sóng mang khác nhau 1xEV-DO có thể được xem như một mạng số liệu

“xếp chồng”, yêu cầu một sóng mang riêng Để tiến hành các cuộc gọi vừa có thoại,

vừa có số liệu trên cấu trúc “xếp chồng” này cần có các thiết bị hoạt động ở 2 chế độ

1x và 1xEV-DO

- CDMA 2000 1xEV-DV: Trong công nghệ 1xEV-DO có sự dư thừa về tài nguyên do

sự phân biệt cố định tài nguyên dành cho thoại và tài nguyên dành cho số liệu Do đóCDG (nhóm phát triển CDMA) khởi đầu pha thứ ba của CDMA 2000 bằng các đưacác dịch vụ thoại và số liệu quay về chỉ dùng một sóng mang 1,25MHz và tiếp tục duy

tr sự tương thích ngược với 1xRTT Tốc độ số liệu cực đại của người sử dụng lên tới

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động3,1Mbps tương ứng với kích thước gói dữ liệu 3.940 bit trong khoảng thời gian1,25ms.

- CDMA 2000 3x(MC- CDMA ): CDMA 2000 3x hay 3xRTT đề cập đến sự lựa chọn

đa sóng mang ban đầu trong cấu h.nh vô tuyến CDMA 2000 và được gọi là CDMA (Multi carrier) thuộc IMT-MC trong IMT-2000 Công nghệ này lien quan đếnviệc sử dụng 3 sóng mang 1x để tăng tốc độ số liệu và được thiết kế cho dải tần 5MHz(gồm 3 kênh 1,25Mhz) Sự lựa chọn đa sóng mang này chỉ áp dụng được trong truyềndẫn đường xuống Đường lên trải phổ trực tiếp, giống như WCDMA với tốc độ chiphơi thấp hơn một ít 3,6864Mcps (3 lần 1,2288Mcps)

MC-1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian làthế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Thế hệ 4 làcông nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đatrong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gbps Công nghệ 4G được hiểu là chuẩntương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo chobiết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mbps khi di chuyển và tới 1Gbps khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh độngchất lượng cao Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thôngphổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng khôngdây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác

Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giaoOFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần sốkhác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần sốđộc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyếnxác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băngthông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạch mạng4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

Hiện nay, công nghệ 3G cho phép truy cập Internet không dây và video call 4Gđược phát triển trên các thuộc tính kế thừa từ công nghệ 3G Về mặt lý thuyết, mạngkhông dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10 lần.Tốc độ tối đa của 3G là tốc độ DL 14Mbps và 5.8Mbps UL Với công nghệ 4G, tốc độ

có thể đạt tới 100Mbps đối với người dùng di động và 1Gbps đối với người dùng cốđịnh 3G sử dụng ở các dải tần quy định quốc tế cho UL : 1885-2025 MHz; DL : 2110-

2200 MHz; với tốc độ từ 144kbps-2Mbps, độ rộng BW: 5 MHz Đối với 4G LTE thìHoạt động ở băng tần : 700 MHz-2,6 GHz với mục tiêu tốc độ dữ liệu cao, độ trễ thấp,công nghệ truy cập sóng vô tuyến gói dữ liệu tối ưu Tốc độ DL :100Mbps( ở BW20MHz), UL : 50 Mbps với 2 aten thu một anten phát Độ trễ nhỏ hơn 5ms với độ rộng

BW linh hoạt là ưu điểm của LTE so với WCDMA, BW từ 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz Hiệu quả trải phổ tăng 4 lần và tăng 10 lần số người

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di độngdùng/cell so với WCDMA Tuy nhiên, 4G vẫn chỉ đang trong giai đoạn triển khai trênthế giới.

1.2 Đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động

Ngoài nhiệm vụ phải cung cấp dịch vụ như mạng điện thoại cố địnhthông thường, các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thùcho mạng di động để đảm bảo thông tin mọi nơi, mọi lúc Để đáp ứng các yêu cầu đó,các mạng thông tin di động phải đảm bảo các đặc tính sau:

1 Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao do hạn chếcủa dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

2 Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu

Việc truyền dẫn tín hiệu ở các mạng thông tin di động chủ yếu thực hiện bằng sóng vôtuyến điện, trong môi trường truyền dẫn hở nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của nhiễu vàphadinh Các hệ thống thông tin di động phải được thiết kế sao cho có khả năng hạnchế tối đa ảnh hưởng này Ngoài ra việc sử dụng các Code tốc độ thấp để tiết kiệmbăng tần ở mạng thông tin di động số yêu cầu các công nghệ đặc biệt trong việc thiết

kế Codec để đạt được chất lượng truyền dẫn cao

3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất

Môi trường truyền dẫn vô tuyến là môi trường rất dễ bị nghe trộm và sử dụng trộmđường truyền, nên đòi hỏi phải có biện pháp đặc biệt để đảm bảo an toàn thông tin Đólà: giữ bí mật số nhận dạng thuê bao và kiểm tra tính hợp lệ của người sử dụng khi họthâm nhập mạng; mật mã hóa thông tin người sử dụng để tránh nghe trộm Ở các hệthống thông tin di động, mỗi người sử dụng có 1 khóa nhận dạng bí mật được lưu giữ

ở bộ nhớ an toàn

4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủnày sang vùngphủ khác

5 Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại

6 Để mang tính chất toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (InternationalRoaming)

7 Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

1.3 Cấu trúc mạng di động 2G đến 3G

1.3.1 Cấu trúc hệ thống GSM

Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản hệ thống 2G GSM

Cấu trúc của mạng GSM có thể được chia thành bốn phân hệ chính: Máy di động

MS, Phân hệ trạm gốc BSS, Phân hệ mạng NSS, Phân hệ quản lí mạng

Hoạt động của mạng liên quan đến quá trình thiết lập cuộc gọi gồm 3 phần chính:NSS, BSS, MS Giao diện giữa MS và BSS là Um, giao diện giữa BSS và NSS là giaodiện A

- Phân hệ mạng lõi NSS

NSS là thành phần mạng lõi của hệ thống GSM NSS hoạt động như một giaodiện giữa BSS và mạng PSTN Phần quan trọng nhất của NSS là trung tâm chuyểnmạch di động MSC, cung cấp chuyển mạch cho mạng vô tuyến Bộ đăng kí vị tríthường trú HLR và bộ đăng kí tạm trú VLR hỗ trợ việc nhận dạng và định vị máy

di động xem nó đang ở mạng thường trú hay chuyển vùng Trung tâm nhận thựcAuc lưu trữ thông tin về thuê bao hoặc cung cấp cơ chế bảo an cho mạng

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

1.3.2 Cấu trúc hệ thống GPRS

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản hệ thống 2.5G GPRS

GPRS là pha chuyển đổi hay 2G+ để chuyển mạng hiện tại GSM đến 3G.GPRS cho phép truyền dữ liệu gói trên mạng hiện có Khả năng truyền dữ liệu này đạtđược bằng cách bổ sung lớp chuyển mạch gói lên trên mạng GSM

Mạng GPRS sẽ quản lí cả lưu lượng thoại và dữ liệu Lớp chuyển mạch gói GPRSgồm có những thành phần sau:

- SGSN: Là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, là giao diện giữa BSS và mạng dữ liệu.SGSN định tuyến gói tin qua BSC trong khi vẫn báo hiệu với MSC vàHLR/VLR

- GGSN: Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN), là giao diện giữa mạng dữ liệu GPRS

và các mạng dữ liệu khác như mạng Internet, X25, …

- Mạng trục GPRS: Mạng dữ liệu GPRS có mạng trục riêng của nó để tải lưulượng giữa các mạng Internet, BSS và các mạng dữ liệu GPRS khác Dữ liệuđược truyền bằng giao thức gói, mạng trục GPRS gồm các bộ định tuyến phầnmềm các cổng tính trước

- Nâng cấp hệ thống GSM: Để tổ hợp chức năng dữ liệu GPRS vào các hệ thốnghiện có, nhà khai thác phải thực hiện nâng cấp những thiết bị hiện có BTS vàMSC cần nâng cấp phần mềm để có thể quản lí được các loại hình dữ liệu mới

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

- UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy cập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truycập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nócũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tàinguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểm truycập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

- CN (Core Network)

- Các phần tử chính của mạng lõi như sau:

- HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thôngtin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin

về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch

vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Làtổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênhcho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh.VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xáccủa UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng kếtnối với mạng ngoài

- SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ vô tuyếngói chung) đang phục vụ, có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho cácdịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, có chức năngnhư GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tácmạng (IWF) Ngoài mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng diđộng như: HLR, AuC và EIR

- Các mạng ngoài

- Mạng CS: Mạng đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

Ví dụ: Mạng ISDN, PSTN

- Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói Ví dụ: mạng Internet

- Các giao diện vô tuyến

- Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện nàytuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệthống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khaithác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuấtkhác nhau

- Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC Iub được tiêuchuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương I: Tổng quan các hệ thống thông tin di động

Tổng kết chương 1

Chương này đã giới thiệu về lộ trình của hệ thống thông tin di động, các đặc tính cơbản của hệ thống thông tin di động và đưa ra các cấu trúc mạng cơ bản của các hệthống 2G 2,5G 3G

Với nhu cầu ngày càng tăng về chất lượng và dịch vụ cùng song song với sự pháttriển của công nghệ Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ

ở các nước trên thế giới và Việt Nam với các dịch vụ tiện ích như điện thoại truyềnhình, truy nhập internet,…

Chương tiếp theo sẽ đi sâu hơn phân tích công nghệ WCDMA được sử dụng trong3G UMTS

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WCDMA

Hệ thống 3G được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di động chung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và tương lai Cơ sở hạ tầng 3G được thiết kế với điều kiện những thay đổi, phát triển về kỹ thuật có khả năng phù hợp với mạng hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ đang sử dụng Để thực hiện điều

đó, cần tách biệt giữa kỹ thuật truy cập, kỹ thuật truyền dẫn, kỹ thuật dịch vụ (điều khiển kết nối) và các ứng dụng của người sử dụng

Công nghệ WCDMA được ủng hộ mạnh mẽ nhất trong các tiêu chuẩn giao diện không gian của hệ thống thông tin di động 3G Các đặc điểm kĩ thuật của WCDMA được quy định ở 3GPP (the 3 rd Generation Partnership Project), một dự án tiêu chuẩn chung của các tổ chức tiêu chuẩn hóa Châu Âu, Nhật, Hàn Quốc, Mỹ, và Trung Quốc Trong 3GPP, WCDMA được gọi là UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) FDD

và TDD, khái niệm WCDMA bao gồm 2 chế độ khai thác FDD và TDD.

2.1 Giới thiệu về mạng WCDMA

WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triểncủa GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA UMTS sử dụng mạng đatruy nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS.W-CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chiatheo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thờigian (TDD: Time Division Duplex) Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗitrực tiếp (DS-CDMA) Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứhai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico) Hiện nay mới chỉ cóWCDMA/FDD được triển khai vì thế trong khóa học này ta sẽ chỉ xét WCDMA/FDD

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau

190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz,đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz Mặc dù 5MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5MHz với nấc tăng là 200 KHz Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránhđược nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần Giao diện vô tuyến của W-CDMA/FDD (để đơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDD nếukhông xét đến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phươngthức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps Trong WCDMA mạng truynhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Cácphần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM Vìthế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế Một số nhà sản

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA Đối với các nhà sảnsuất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thuphát mới cho WCDMA Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn Họ chế tạocác BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phảithay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA

W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạngcủa mình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạnghiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênhlogic, kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng góicác thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiều kênh truyền tảiđược ghép chúng vào kênh vật lý Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truynhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặptần số và một mã trải phổ Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi gócpha

2.2 Các thông số chính của WCDMA

- WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồng thông tin đượctrải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu này với một chuỗi trải phổgiả ngẫu nhiên PN Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ liệu ở tốc độ cao, hệ số trải phổ(SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải phổ được hỗ trợ trong WCDMA

- Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mps tương ứng với băng tầntruyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn có thể là3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz) Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA ngoài việcnhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài ưu điểm khác như: tăng hệ sốphân tập đa đường

- WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái niệm sử dụngbăng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện Trong một khung truyền dẫn thì tốc độ

dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyền dẫn khác nhau cóthể giống nhau hoặc khác nhau

- WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD Đối với FDD thì các cặp tần

số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng lên vàhướng xuống một cách tương ứng Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có một sóngmang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống theo kiểu phânchia theo thời gian TDD được sử dụng ở giải băng tần không chia cặp được

- Các BTS trong WCDMA (Node B) hoạt động ở chế độ không đồng bộ Do đó khôngcần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BTS trong mạng ví dụ như sửdụng GPS Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho WCDMA trở nên dễ triểnkhai ở cấu hình indoor và micro cell

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

- WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống sử dụng các

ký hiệu dẫn đường Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên đường xuống đối vớimạng 2G IS-95

- Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thể lựa chọn sửdụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thống ănten thích ứng nhằm tăngdung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của các trạm thu phát

- WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thống GSM thế hệ 2 Nghĩa

là WCDMA có thể hỗ trợ chuyển giao giữa hai hệ thống WCDMA và GSM nhằm đảmbảo có một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển khai mạng 3G-WCDMA

Tóm lại các thông số chính của WCDMA được thể hiện trong bảng 2.1 sau:

lượng khác nhau được kết hợp trong mộtkết nối

FDD) và đa mã

hoặc kênh hoa tiêu chung

Bảng 2-1: Các thông số chính của WCDMA

2.3 Kỹ thuật trải phổ trong thông tin di động

Trong WCDMA với băng tần 5MHz thì chỉ tồn tại duy nhất phương thức trải phổchuỗi trực tiếp DS với tốc độ chip là 3.84 Mcps

Trong WCDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập kết hợpTDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy cập CDMAhoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ Trong các hệthống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệthống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt

Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum), độ rộng băng tầncủa tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả.Nhưng trong môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùngchung một băng tần SS và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu quả mà vẫn duy trì đượccác ưu điểm của trải phổ

Hình 2.1: Tín hiệu trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là trải phổ nếu:

- Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cầnthiết để phát thông tin

- Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản:

- Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum).

- Trải phổ kiểu nhảy tần (FH/SS: Frequency Hopping Spreading Spectrum).

- Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS: Time Hopping Spreading Spectrum).

Ngoài ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai ghép

Ở máy phát, bản tin được trải phổ bởi mã giả ngẫu nhiên Mã giả ngẫu nhiên phảiđược thiết kế để có độ rộng băng lớn hơn nhiều so với độ rộng băng của bản tin Ởphía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trảiphổ bên máy phát

Trong hệ thống DS/SS tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần

và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác

để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ Trong các hệ thống FH/SS và TH/SSmỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máyphát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránhđược xung đột Như vậy, FH và TH là các kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó

DS là kiểu hệ thống lấy trung bình

W

Tín hiệu băng hẹp chưa trải phổ Tín hiệu băng rộng đã được trải phổ

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

2.4 Chuyển giao

Chuyển giao là phương tiện cần thiết để thuê bao có thể di động trong mạng Khithuê bao chuyển động từ vùng phủ sóng của một cell này sang một cell khác thì kết nốivới cell mới phải được thiết lập và kết nối với cell cũ phải được hủy bỏ

2.4.1 Mục đích của chuyển giao

Lý do cơ bản của việc chuyển giao là kết nối vô tuyến không thỏa mãn một bộtiêu chuẩn nhất định và do đó hoặc UE hoặc UTRAN sẽ thực hiện các công việc để cảithiện kết nối đó Khi thực hiện các kết nối chuyển mạch gói, chuyển giao được thựchiện khi cả UE và mạng đều thực hiện truyền gói không thành công Các điều kiệnchuyển giao thường gặp là: điều kiện chất lượng tín hiệu, tính chất di chuyển của thuêbao, sự phân bố lưu lượng, băng tần…

Điều kiện chất lượng tín hiệu là điều kiện khi chất lượng hay cường độ tín hiệu

vô tuyến bị suy giảm dưới một ngưỡng nhất định Chuyển giao phụ thuộc vào chấtlượng tín hiệu được thực hiện cho cả hướng lên lẫn hướng xuống của đường truyễndẫn vô tuyến

Chuyển giao do nguyên nhân lưu lượng xảy ra khi dung lượng lưu lượng của cellđạt tới một giới hạn tối đa cho phép hoặc vượt quá ngưỡng giới hạn đó Khi đó cácthuê bao ở ngoài rìa của cell (có mật độ tải cao) sẽ được chuyển giao sang cell bêncạnh (có mật độ tải thấp)

Số lượng chuyển giao phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của thuê bao Khi UE dichuyển theo một hướng nhất định không thay đổi, tốc độ di chuyển của UE càng caothì càng có nhiều chuyển giao thực hiện trong UTRAN

Quyết định thực hiện chuyển giao thông thường được thực hiện bởi RNC đangphục vụ thuê bao đó, loại trừ trường hợp chuyển giao vì lý do lưu lượng Chuyển giao

do nguyên nhân lưu lượng được thực hiện bởi trung tâm chuyển mạch di động (MSC)

 Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống

Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường độtín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới mạng, tới bộ điều khiển truy nhập

vô tuyến RNC

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

Hình 2.2: Tiến trình thực hiện chuyển giao.

Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối so sánh

nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận Tùy theo kết quả

so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao SRNCkiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện chuyểngiao Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển

giao

Căn cứ vào quyết định chuyển giao, có thể phân chia chuyển giao ra thành hailoại như sau:

 Chuyển giao quyết định bởi mạng (NEHO)

 Chuyển giao quyết định bởi thuê bao di động (MEHO)

Trong trường hợp chuyển giao thực hiện bởi mạng (NEHO), SRNC thực hiệnquyết định chuyển giao Trong trường hợp MEHO, UE thực hiện quyết định chuyểngiao Trong trường hợp kết hợp cả hai loại chuyển giao NEHO và MEHO, quyết địnhchuyển giao được thực hiện bởi sự phối hợp giữa SRNC với UE

Ngay cả trong trường hợp chuyển giao MEHO, quyết định cuối cùng về việc thựchiện chuyển giao là do SRNC RNC có trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến(RRM) của toàn bộ hệ thống

Quyết định chuyển giao dựa trên các thông tin đo đạc của UE và BS cũng nhưcác điều kiện để thực hiện thuật toán chuyển giao Nguyên tắc chung thực hiện thuậttoán chuyển giao được thể hiện trên hình 2.3 Điều kiện đầu là các điều kiện thực hiệnquyết định của thuật toán dựa trên mức tín hiệu hoa tiêu do UE thông báo

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

Hình 2.3: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao.

Các thuật ngữ và các tham số sau được sử dụng trong thuật toán chuyển giao:

 Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực đại cho phép

thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu

 Ngưỡng giới hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho phép

thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu Do đó mức tín hiệu của nối kết khôngđược nằm dưới ngưỡng đó

 Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại điểm

mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu của cellhiện tại (cell A) một lượng nhất định

Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiện kết

nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) Giả sử thuê bao UE trong cell Ađang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A bị suy giảm đến mứcngưỡng giới hạn dưới Khi đạt tới mức này, xuất hiện các bước chuyển giao theo cácbước sau đây:

(1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới Còn tín hiệu B sẽđược RNC nhập vào tập tích cực Khi đó UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nốiđồng thời đến UTRAN

(2) Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A nên nó được coi làđiểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao

(3) Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới Tín hiệu A bịxóa khỏi tập tích cực bởi RNC

Ngưỡng trên Ngưỡng dưới

Tín hiệu tổng

Giới hạn chuyển giao

Thời gian

Tín hiệu B Tín hiệu A

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được và thông thường ở trong khoảng từ

1 đến 3 tín hiệu

2.4.3 Các loại chuyển giao

Tùy theo hình thức sử dụng trong các cơ chế chuyển giao, có thể phân chiachuyển giao thành các nhóm như: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giaomềm hơn

2.4.3.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn

Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt“(“Make before break”)

- Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các cell là chuyển giao được thực hiệngiữa các cell khác nhau, trong đó trạm di động bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới

mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ Chuyển giao mềm chỉ có thể được thựchiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạm gốc mới đều làm việc ở cùng một tần số MS thôngtin với 2 sector của 2 cell khác nhau (chuyển giao 2 đường) hoặc với 3 sector của 3cell khác nhau (chuyển giao 3 đường)

- Chuyển giao mềm hơn là chuyển giao được thực hiện khi UE chuyển giao giữa

2 sector của cùng một cell hoặc chuyển giao giữa 2 cell do cùng một BS quản lý Đây

là loại chuyển giao trong đó tín hiệu mới được thêm vào hoặc xóa khỏi tập tích cực,hoặc thay thế bởi tín hiệu mạnh hơn ở trong các sector khác nhau của cùng BS

Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, BS phát trong một sector nhưng thu từnhiều sector khác nhau Khi cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn được thựchiện đồng thời, trường hợp này gọi là chuyển giao mềm - mềm hơn

- Chuyển giao mềm - mềm hơn: MS thông tin với hai sector của cùng một cell vàmột sector của cell khác Các tài nguyên mạng cần cho kiểu chuyển giao này gồm tàinguyên cho chuyển giao mềm hai đường giữa cell A và B cộng với tài nguyên chochuyển giao mềm hơn tại cell B

Chuyển giao hai đường

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (Break Before Make)

có thể được chia thành: chuyển giao cứng cùng tần số và chuyển giao cứng khác tần

số Trong quá trình chuyển giao cứng, kết nối cũ được giải phóng trước khi thực hiệnkết nối mới Do vậy, tín hiệu bị ngắt trong khoảng thời gian chuyển giao Tuy nhiên,thuê bao không có khả năng nhận biết được khoảng ngừng đó Trong trường hợpchuyển giao cứng khác tần số, tần số sóng mang của kênh truy cập vô tuyến mới khác

so với tần số sóng mang hiện tại

Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng củakênh mới chuyển đến trở nên quá xấu trong khi kênh cũ đã bị cắt

2.5 Điều khiển công suất

Trong WCDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên lẫnđường xuống Về cơ bản, điều khiển công suất đường xuống có mục đích nhằm tốithiểu nhiễu đến các cell khác và bù nhiễu do các cell khác gây ra cũng như nhằm đạtđược mức SNR yêu cầu Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đường xuống khôngthực sự cần thiết như điều khiển công suất cho đường lên Hệ thống WCDMA sử dụngcông suất đường xuống nhằm cải thiện tính năng hệ thống bằng cách kiểm soát nhiễu

từ các cell khác

Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng

Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên cácthăng giáng tổn hao đường truyền lớn Mục đích chính của điều khiển công suất đườnglên nhằm khắc phục hiệu ứng xa-gần bằng cách duy trì mức công suất truyền dẫn củacác máy di động trong cell như nhau tại máy thu trạm gốc với cùng một QoS Do vậy

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

việc điều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn củamáy di động Hệ thống WCDMA sử dụng hai phương pháp điều khiển công suất khácnhau

 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)

 Điều khiển công suất (nhanh) vòng kín (CLPC)

- Điều khiển công suất vòng trong

- Điều khiển công suất vòng ngoài

Hình 2.6 Các cơ chế điều khiển công suất của WCDMA.

2.5.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC)

Một phương pháp điều khiển công suất là đo sự điều khuếch (AGC-AutomaticGain Control) ở máy thu di động Trước khi phát, trạm di động giám sát tổng côngsuất thu được từ trạm gốc Công suất đo được cho thấy tổn hao đường truyền đối vớitừng người sử dụng Trạm di động điều chỉnh công suất phát của mình tỷ lệ nghịch vớitổng công suất mà nó thu được Có thể phải điều chỉnh công suất ở một dải động lêntới 80 dB Phương pháp này được gọi là điều chỉnh công suất vòng hở, ở phương phápnày trạm gốc không tham gia vào các thủ tục điều khiển công suất

OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên Trong quá trìnhđiều khiển công suất, UE xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo đạc mứccông suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BS ở đường xuống Sau đó, UE điều chỉnh mứccông suất truyền dẫn theo hướng tỷ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thuđược Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mức công suất phát của

UE (P_trx) càng nhỏ

Điều khiển công suất (nhanh) vòng trong Điều khiển công suất vòng ngoài

Điều khiển công suất vòng kín Điều khiển công suất vòng hở

RNC BS

UE

BS Ước tính cường độ hoa tiêu

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

Hình 2.7: OLPC đường lên

Việc điều khiển công suất vòng hở là cần thiết để xác định mức công suất phátban đầu (khi khởi tạo kết nối)

2.5.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC)

CLPC được sử dụng để điều khiển công suất khi kết nối đã được thiết lập Mụcđích chính là để bù những ảnh hưởng của sự biến đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến

Do đó, chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanh của mức tínhiệu vô tuyến

Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng hoặc giảm công suất phát Quyết định tănghoặc giảm công suất phụ thuộc vào mức tín hiệu thu SNR tại BS Khi BS thu tín hiệu

từ UE, nó so sánh mức tín hiệu thu với một mức ngưỡng cho trước Nếu mức tín hiệuthu được vượt quá mức ngưỡng cho phép, BS sẽ gửi lệnh điều khiển công suất phát(TPC) tới UE để giảm mức công suất phát của UE Nếu mức tín hiệu thu được nhỏhơn mức ngưỡng, BS sẽ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát

Hình 2.8: Cơ chế điều khiển công suất CLPC.

(TPC: Transmit Power Control: Điều khiển công suất truyền dẫn)

Các tham số được sử dụng để đánh giá chất lượng công suất thu nhằm thực hiện

quyết định điều khiển công suất như: SIR, tỷ lệ lỗi khung-FER, tỷ lệ lỗi bit BER Cơchế CLPC nói trên là cơ chế điều khiển công suất vòng trong và đó cơ chế điều khiểncông suất nhanh nhất trong hệ thống WCDMA

2.5.3 Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt

Ngoài cơ chế điều khiển công suất thông thường, trong WCDMA còn có nhữngtrường hợp điều khiển công suất đặc biệt như:

- Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm

- Điều khiển công suất kết hợp với phân tập vị trí trạm (SSDT)

P_trx của UE theo lệnh TPC

Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC

Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC

Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC

Đồ án tốt nghiệp ĐH Chương II: Giới thiệu công nghệWCDMA

- Điều khiển công suất ở chế độ nén

Hình 2.9: Điều khiển công suất kết hợp với chuyển giao mềm.

Ở trạng thái chuyển giao mềm, công suất phát của UE được điều chỉnh dựa trênviệc lựa chọn lệnh điều khiển công suất (TPC) phù hợp nhất từ những lệnh điều khiểncông suất mà nó nhận được từ các BS có kết nối đến UE đó UE thực hiện lệnh điềukhiển công suất theo nguyên tắc: nếu bất kỳ một lệnh điều khiển công suất nào yêu cầugiảm công suất thì UE sẽ giảm công suất phát của nó Ngoài ra, nó có thể sử dụng mộtmức ngưỡng để xác định các lệnh điều khiển tin cậy để dựa vào đó có thể tăng hoặcgiảm công suất

Đối với SSTD dựa trên nguyên tắc: BS có mức tín hiệu mạnh nhất sẽ được lựachọn là BS truyền dẫn Sau đó, các BS khác có kết nối đồng thời tới UE sẽ khóa kênhvật lý số liệu dành riêng (DPDCH) Do vậy, công suất phát của UE được điều chỉnhdựa trên lệnh điều khiển công suất của BS có mức tín hiệu mạnh nhất Phương phápnày có thể giảm can nhiễu đường xuống khi UE ở trạng thái chuyển giao mềm

Với chế độ nén, hoạt động thu, phát của BS và UE bị ngắt theo một chu kỳ địnhtrước để có thời gian thực hiện đo lường các tần số vô tuyến của các hệ thống kháctrong trường hợp chuyển giao giữa các hệ thống Do vậy, quá trình điều khiển côngsuất cũng bị ngắt Khi đó, UE sẽ thực hiện việc tăng hoặc giảm công suất với bước điềuchỉnh lớn hơn bình thường để đảm bảo mức SIR phù hợp

BS

BS

BS

UE

TCP: ”Tăng công suất”

TCP: ”Tăng công suất”

TCP: ”Giảm công suất”

BS

BS

BS

UE

TCP: ”Tăng công suất”

TCP: ”Tăng công suất” TCP: ”Tăng công suất”

 Mức công suất giảm  Kiểm tra độ tin cậy TCP

 Mức công suất giảm

BS

BS

BS

UE

TCP: ”Tăng công suất”

TCP: ”Tăng công suất”

TCP: ”Giảm công suất”

BS

BS

BS

UE

TCP: ”Tăng công suất”

TCP: ”Tăng công suất” TCP: ”Tăng công suất”

 Mức công suất giảm  Kiểm tra độ tin cậy TCP

 Mức công suất giảm