Hệ thống thông tin di động W-CDMA

Hệ thống thông tin di động W-CDMA

HOC VIEN CONG NGHE BUU CHINH VIEN THONG

TRUNG TAM ĐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG I

HỆ THỐNG

THÔNG TIN ĐI ĐỘNG W-CDMA

(Tài liệu dành cho các khoá bồi dưỡng)

Biên soạn: KS Nguyễn Văn Thuộn

Hồ Nội 12/2004

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

“ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA”

1 MỤC TIÊU:

Theo định hướng phát triển mạng thế hệ sau (NGN) của VNPT, hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ 3 (3G) sẽ được triển khai, cụ thể là sẽ phát triển theo lộ trình từ hệ thống GSM hiện tại lên hệ thống W-CDMA như trong hợp chuẩn IMT-2000 Xuất phát

từ định hướng này, tài liệu giảng dạy về “ Hệ thống thông tin di động W-CDMA” được biên soạn nhằm cung cấp cho học viên những kiến thức cơ bản về hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di động W-CDMA

2 ĐỐI TƯƠNG:

Tài liệu không chỉ để sử dụng cho các khoá bồi dưỡng ngắn hạn mà còn có thể sử dụng cho các cán bộ kỹ thuật đang công tác trên mạng lưới của VNPT và các sinh viên ngành Điện tử -Viễn thông

3 ĐÔ DÀI CỦA TÀI LIÊU : Khoảng 150 trang ( dự kiến)

4 NÔI DUNG:

Chương 1:Tổng quan về thông tin di động thế hệ thứ 3 và hợp chuẩn IMT-2000 (10 trang)

1.1 Quá trình phát triển các thế hệ thông tin di động

1.2 Hợp chuẩn IMT- 2000

Chương 2: Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến trong W-CDMA (40 frang)

2.1 Công nghệ trải phổ W-CDMA (IMT-2000 CDMA-DS)

2.2 Các công nghệ truyền dan co ban trong W- CDMA

2.3 Cac cong nghệ để tăng dung lượng đường truyền

Chương 3: Mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W-CDMA (50 trang)

3.1 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA

3.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến

3.3 Các kênh vô tuyến

3.4 Các thiết bị mạng truy nhập vô tuyến

3.5 Các thiết bị đầu cuối di động

Chương 4: Các kỹ thuật xử lý đa phương tiện (40 rang)

4.1 Tổng quan

4.2 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu đa phương tiện ( hình ảnh, âm thanh và thoại)

4.3 Các kỹ thuật xử lý đối với dịch vụ internet di động

4.4 Kỹ thuật xử lý tin nhắn đa phương tiện

Chương 5: Viễn cảnh công nghệ của hé thong thong tin di dong W-CDMA (10 trang) 5.1 Viễn cảnh về các công nghệ vô tuyến

5.2 Viễn cảnh về các công nghệ mạng

5.3 Viễn cảnh về các công nghệ xử lý tín hiệu

5 GIÁO VIÊN BIÊN SOẠN VÀ HIỆU CHỈNH

- Biên soạn: Nhóm giáo viên Vô tuyến của Trung tâmĐào tạo Bưu chính Viên thông 1

- Hiệu chỉnh: Các Giảng viên của Học viện BCVT và Chuyên viên của VNPT (dự kiến)

LOI NOI DAU

Nhu câu trao đổi thong tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại Các

hệ thống thông tin di động với khả năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong

xã hội thông tin ngày nay Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1946, thông tin di động đã liên tục phát triển và đến nay các

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba cũng đã và sẽ được nhanh chóng triển khai Đối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này, tài liệu giảng dạy về “ Hệ thống thông tin di động W-CDMA” được biên soạn nhằm cung cấp cho học viên những kiến thức cơ bản về hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di động W-CDMA Tài liệu không chỉ để sử dụng cho các khoá bồi dưỡng ngắn hạn mà còn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật đang công tác trên mạng lưới của VNPT

và các sinh viên ngành Điện tử -Viễn thông

Tài liệu được chia làm 5 chương Chương I1 giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động, so sánh lộ trình phát triển lên thông tin di động thế hệ thứ 3 từ cdmaOne và GSM, sau cùng là phần khái quát

về hợp chuẩn IMT-2000 Chương 2 để cập đến các công nghệ truyền dẫn vô tuyến trong W-CDMA như công nghệ trải phổ trực tiếp, các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền Chương 3 tập trung mô tả mạng truy nhập vô tuyến trong hệ thống thông tin di động W-CDMA với các thiết bị mạng truy nhập và thiết bị đầu cuối di động Chương 4 đề cập đến các nội dung sâu hơn về hệ thống W-CDMA đó là các kỹ thuật xử lý đa phương tiện như xử lý hình ảnh, Internet di động, tin nhấn đa phương tiện Cuối cùng, chương 5 giới thiệu đến bạn đọc những viễn cảnh công nghệ của hệ thống thông tin di động W-CDMA

Mặc dù đã hết sức cố gắng và đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp quí báu

từ các chuyên gia và các đồng nghiệp, nhưng cuốn sách chắc chắn vẫn không

tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để cuốn sách được hoàn chỉnh hơn

Mọi đóng góp xin gửi về Trung tâm Đào tạo Bưu chính Viễn thông 1, Thị

xã Hà đông, Tỉnh Hà tây

Điện thoại: 048549607

Tháng 12 năm 2004 TRUNG TÂM ĐÀO TẠO BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 1

MUC LUC

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE THONG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ3 VA HỢP

CHUAN IMT-2000 sssssscsssscsssscessssssssssssssssssssnssessesssssessstsssssnsssesnsdl

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động -‹ - 4

1.2 Tổng quan về IIMTT-2000) °-°«+xe©SExe©ovkdeeovveeorvxeeosressivl 9

1.2.1 Mục tiêu của IMTT-2000 - ¿6 «<3 ke g1 9

1.2.2 Chuẩn hóa TMTT-2000 22+ ©+££Y++E+££E+£E+£E+ESEEeEEerterkerrerrserree 11 1.2.3 Bang tan IMT-2000

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN VÔ TUYEN W- CDMA

2.1.1 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)) -ccccc-c5+ 15 2.1.2 Mã trải phổ và đồng bộ mã trải phỔ -+-ccesterrkerrerkerrrrk 17 2.1.3 Cấu hình chức năng của máy phát và máy thu vô tuyến - 18 2.1.4 Ung dụng ưu điểm của công nghệ W-CDMA trong thông tin di động 19 2.2 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong W- CDMA s°-s<<= 22

2.2.1 Ấn định mã trải phổ hai lớp và điều chế trải phổ 23

222 Tin Dhan ÔcginntiöttrgWBtliGSGGGIIRIAHGIARINRRGUNoiytwag@aissaqal 26 2.2.3 Truy nhập ngẫu nhiên .- 2-5 Se St txreEkxrtrkrrrkrrrrkrrkerrrkrrrirree 30 2.2.4 Các công nghệ để thoả mãn các yêu cầu về chất lượng khác nhau trong truyền dẫn đã tỐC Ộ sx6s61600150108ã39880008g@GG3SuAg q88 SiSkapas 31 2.2.5 Phân tập đa dạng

2.3 Các công nghệ để tăng dung lượng đường truy

bu 0 8N ).) 53

2.3.2 Phân tập dàn anten thích ứng

CHƯƠNG 3: MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

3.1 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA 66 3.2 Cấu trúc mạng truy nhập VÔ ẾUYẾN 2s s< «se sssessesseessessessevl 67

3.2.1 Các đặc điểm của W-CDMA - + ©5+++t2xttrxeEverrxrrrerrerrrrrrerrerree 67 3.2.2 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của W-CDMA . 5< c«+cs<xsce 69

3.2.3 Cấu trúc của mạng truy nhập vơ tuyến . - s2 ©ss©s++ssc++ 72 3.2.4 Các cơng nghệ then chốt trong W-CDMA . + +-55c©5+©5+ 73 3.2.5 Kỹ thuật thu phát song cơng (hai chiều) phân chia theo thời gian (TDD) và

Kỹ thuật thu phát song cơng phân chia theo tần số (FDD) 77 3.3 Các kênh V6 fUyẾN << s4 00.001.601.007 80340 77

3.3.2 Các kênh truyền tải . s¿- sex 80 3.33 (CaGkénh KEM Vat ly seisssvsssssssscessssssvsssnssessrasrssscssiwovsasiwssesavesswscowiawssesenssaseass 82 3.4 Cac thiét bi mang truy nhAp V6 fUyẾN . -«- s- s°sssssessesssessessevl 85 3.4.1 Tổng quan về cấu hình hệ thống thiết bị truy nhập vơ tuyến 85 E2 - 86 5:2 RÌN( ung tinh gà nh 00110210560611561116193560581010001630300160716144168080015148611/4508ã0 4U 91 8:44 MEPEievnosrortoironlgooiglrgttosyHe9t84GISĐNNGIGS0WĐYASIGEHERGAGfYSSaimxuRtegprsul 92 3.4.5 Anten BS HH HH HH0 101000101101 94 3.5 Các thiết bị đầu cuối di động -ss<sssstssersessesseerserseerese 100 3.5.1 Triển khai các thiết bị đầu cuối di động, - -¿ ++ccxesxxeervee 100 3.5.2 Các đặc tính kỹ thuật truy nhập vơ tuyến và các cơng nghệ phần cứng 103 3:51 UINNbttttsttagbtgttttittB|BGGIRERNGNNIIHRNRISIRRHNGRlRqiitys@egwai 109 3.5.4 Các cơng nghệ thiết bị hiển thị sscstskierkierritrrrrrerrkrrrkee 112 3;5.5 Giao điện HEOBÏousaisoxondniiiskdioisdiosliilieatiisggại5604583146016484ã000113-4032Y0 114 3.5.6 Viễn cảnh tương lai của các thiết bị đầu cuối di động 119

CHƯƠNG 4: CÁC KỸ THUẬT XỬLÝ ĐA PHƯƠNG TIỆN

4.1 Tổng quan

4.2 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu đa phương tiện

4.2.1.X 1ý Ninh, AN sssssssvsnsscssssnsvsncsostsensensassnsansnsstsvsessssuctstesseosasensensrssacsassvsses 121 4.2.2 Xử lý am thanh và thal scsscessssssscssssevssensssisieorssssostanansstssoessavsssassvestssevesionss 128

4.2.3 Các hệ thống xử lý tín hiệu đa phương tiện . -¿ 5c-+ 133 4.3 Các kỹ thuật xử lý đối với dịch vụ Internet di dộng . 139

3:3.1.Các:dich:vu.TSP dUđỐỠN eseecesosossinnDieiiianieiiiiseliA0464600020600004680

4.3.2 Các kỹ thuật phát tán thơng tin đa phương tiện

4.3.3 Các ngơn ngữ đánh dấu nội dung

4.3.4 Chuẩn hóa Internet di dOng (WAP) .ssscssessssecsesesssesneessecnseesurecsecenseeesnes 151 4.4 Các kỹ thuật xử lý tin nhắn đa phương (iện « «<< cssese 155

4.4.2 Céc xu hung ti€u Chuan h6a sseecssessssesseecssecsneesnecesneesseecneeesneensecenneessees 156 AAS MO DMN NQUYEDTYG sesicsssccserssvosssensavesesesvevosessessvvenacsvenssesutesteassvenssessuwenensesens 156 4.4.4 Mô hình triển Khai sevsissss.ssssscissiaasasinasiesonmenasenanieaanansnasenae 157 4.4.5 Kỹ thuật phát tin quảng bá ©- + + *+++x+x£kerkeEkerkekrkerkrrsre 158

CHƯƠNG 5: VIỄN CẢNH CÔNG NGHỆ CỦA CÁC HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA -cccccccccccccc- F59 5.1 Tổng quan

5.2 Viễn cảnh về các công nghệ Yô ÊUYẾP 2o s°ssesssseovssesrseorsee 160 3:2EHfữGnE thức TDÍDtwesastisoqdqqgGiiiq (SG BiNNGiNNNSisaE 160 5.2.2 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSPDA) -. - 163 5.3 Viễn cảnh về các công nghệ mạng - s°s°ssssevssevssesrsersse 165 5.3.1 Thông tin gói IP trong các mạng thông tin di động : 165 5.3.2 Xu hướng công nghệ trong các mạng ÏP -+©-+©s+s++s+++ 166 5.3.3 Triển khai và cấu hình mạng IP hoá hoàn toàn -+ 168 5.4 Viễn cảnh về các công nghệ xử lý tín hiệu s ssss<ssseesse 169 5.4.1 Công nghệ tránh kết nối chuyển tiếp - : -©eeccxeeere 170 5.4.2 Công nghệ mã hoá đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-WB) 171 5.4.3 Truyền thông đa phương tiện theo gói . -+- 52 ccs+Scsssccsrersrre 172

CÁC TỪ VIẾT TAT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHUONG 1

TONG QUAN VE THONG TIN DI DONG THE HE THU 3

VA HOP CHUAN IMT-2000

1.1 QUA TRINH PHAT TRIEN CUA HE THONG THONG TIN DI DONG

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đâu tiên ở Mỹ năm 1946, khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150 MHz Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ, điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đến hơn 50 năm trước đây, nhưng cho đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các

hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện lợi và có dung lượng rất thấp.Vào những năm

1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống

thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự

nổi tiếng nhất là: hệ thống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMP), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và Hệ thống NTT Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng v.v

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin

số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới Hệ thống đa truy nhập TDMA đâu tiên ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc ấn định tan số dịch vụ viễn thông Châu âu ở băng tần 900MHz ở Việt Nam hệ thống thông tin

di động được đưa vào hoạt động vào năm 1993, hiện đang được hai công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả, mới đây Viettel là công ty thứ ba đưa vào khai thác hệ thống GSM trên thị trường thông tin di động Việt nam Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced cordless Telecoms) của châu Âu và PHS của Nhật cũng đã được đưa vào khai thác Ngoài kỹ

thuat TDMA, dén nam 1995, CDMA duoc đưa vào sử dụng ở một số nước Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử dụng phương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC ( Nhật) hoặc phương pháp truy nhập CDMA theo chuẩn năm 1995 ( CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2( 2G) Các hệ thống thông tin tế bào số có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiều dịch vụ mới (VD: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương thích tốt hơn với các mạng

số và phát huy hiệu qua dai phổ vô tuyến Bảng 1.1 mô tả các thông số cơ bản của các tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin tế bảo số của Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu Ngoài chuẩn IS-95 dựa trên công nghệ CDMA, tất cả các chuẩn khác đều dựa trên công nghệ TDMA

Bảng 1.1 Các thông số cơ bán của Hệ thông thông tin tế bào số

Bắc Mỹ PDC y 8

at Re ——xe=xza=— Châu  M

(Nhật Bản) IS-54 IS-95 CHâN-AN'Gỹ

Băng tần 800MHz/1,5 GHz 800 MHz 900 MHz

Khoảng cách 50 kHz 50 kHz 1/25 MHz 400 kHz tần số (xen kẽ 25kHz ) (xen kế ( xen kế

Co ché truy TDMA/FDD TDMA/FDD _ DS- TDMA/FDD nhap CDMA/FDD

Cơ chế mã 11,2kbit/gidy 13 kbit/gidy 8,5 kbit/ giay 22,8 kbit/ giay

hóa thoại VSELP VSELP QCELP RPE-LTP-LPC

5,6 kbit/giây tốc độ biến 11,4kbiUgiây

PSI-CELPP thiên 4 nấc EVSI Phương pháp QPSK QPSK Hướng xuống: GMSK

điêu chê QPSK

Hướng lên:

OQPSK

* Chú thích: _RPE: Mã hóa dự báo kích thích xung đều

LTP: Mã hóa dự báo dài hạn LPC: Mã dự báo tuyến tính; FDD: Song công chia tan số; và PSI-CELP: Dự báo tuyến tính kích thích mã - Đổi đông bộ âm

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba -IMT 2000 đang được nghiên cứu sử dụng Khác với các hệ thống thông tin đi động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 ( số), hệ thống thông tin di động thế hệ

5