Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA

Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA

MỤC LỤC

Mục lục I Danh sánh hình vẽ V Danh sánh bảng biểu VIII Tóm tắt đồ án tốt nghiệp(tiếng Việt) IX Tóm tắt đồ án tốt nghiệp(tiếng Anh) XI Thuật ngữ viết tắt XIII

Lời mở đầu 1

Chương 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ I 4

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ II 6

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 6

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 8

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ III 10

1.5 Kết luận chương 1 14

Chương2:Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA 15

2.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA 15

2.2 Cấu trúc mạng WCDMA 18

2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 21

2.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 22

2.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN 22

2.2.1.3 NodeB 23

2.2.2 Giao diện vô tuyến 23

2.2.2.1 Giao diện UTRAN-CN, Iu 24

2.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 25

2.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 26

2.3 Kết luận chương 2: 26

Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA 27

3.1 Giới thiệu 27

3.2 Mã hóa 27

3.2.1 Mã vòng hay mã phát hiện lỗi 27

3.2.2 Mã xoắn 29

3.2.3 Mã Turbo 30

3.3 Kỹ thuật trải phổ 30

3.3.1 Giới thiệu 30

3.3.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp DSSS 31

3.3.3 Mã trải phổ và quá trình đồng bộ mã trải phổ 33

3.3.3.1 Trải phổ và ngẫu nhiên hóa 33

3.3.3.2 Đồng bộ mã trải phổ 39

3.4 Truy nhập gói trong WCDMA 41

3.4.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA 41

3.4.2 Các phương pháp lập biểu gói 42

3.4.2.1 Lập biểu phân chia theo thời gian 42

3.4.2.2 Lập biểu phân chia theo mã 43

3.5 Tìm nhận ô 43

3.5.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước 45

3.5.2 Tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực 45

3.5.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi 46

3.6 Phân tập đa đường 47

3.6.1 Kỹ thuật thu RAKE 50

3.7 Cấu trúc phân kênh của WCDMA 51

3.7.1 Kênh vật lý 52

3.7.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên 52

3.7.1.2 Kênh vật lý chung đường lên 55

3.7.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) 59

3.7.2 Kênh truyền tải 64

3.7.2.1 Kênh truyền tải riêng 64

3.7.2.2 Kênh truyền tải chung 64

3.7.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 66

3.8 Kỹ thuật chuyển giao 67

3.8.1 Mục đích của chuyển giao 67

3.8.2 Chuyển giao mềm 67

3.8.3 Chuyển giao mềm hơn 69

3.8.4 Chuyển giao mềm-mềm hơn 70

3.8.5 Chuyển giao cứng 71

3.8.6 Trình tự của chuyển giao 73

3.9 Điều khiển công suất 75

3.9.1 Điều chỉnh công suất đường lên 75

3.9.1.1.Thăm dò truy nhập 75

3.9.1.2 Vòng điều khiển mở 76

3.9.1.3 Vòng điều khiển khép kín 77

3.9.1.4 Quá trình thực hiện vòng điều khiển mở và vòng điều khiển khép kín 80

3.9.2 Điều chỉnh công suất trên đường truyền xuống 82

3.9.3 Phương pháp điều khiển công suất theo bước động DSSPC 82

3.9.3.1 Khái niệm và lợi ích của Độ dự trữ, cửa sổ công suất 82

3.9.3.2 Sự hoạt động của mạng 85

3.9.3.3 Sự hoạt động của UE 86

3.9.4Phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC 89

3.9.4.1 Mô hình hệ thống 89

3.9.4.2 Thuật toán điều khiển công suất phân tán 90

3.10 Kết luận chương3 91

Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA 92

4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình VB 6.0 92

4.2 Các module 92

4.3 Kết luận chương 4 97

Chương 5: Công nghệ HSDPA 98

5.1 Giới thiệu về HSDPA 98

5.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 100

5.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 102

5.4 Cấu trúc HSDPA 104

5.4.1 Mô hình giao thức HSDPA 104

5.4.2 Cấu trúc kênh 105

5.4.2.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH 105

5.4.2.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH 109

5.5 Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 111

5.5.1 Điều chế và Mã hoá thích ứng-Kỹ thuật truyền dẫn đa mã 111

5.5.2 Kỹ thuật H- ARQ 113

5.6 Kết luận chương 5 : 116

Kết luận 117

Tài liệu tham khảo 119 Phụ lục

DANH SÁCH HÌNH VẼ o00o

Số hiệu hình Tên hình Trang

1.5 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động lên

3G

10

2.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 243.1 Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh

g(x) = 1 + g1x + g2x2 + + gn-k-1xn-k-1 + xn-k

28

3.7 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao theo chế độ rỗi 47

3.10 Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường

3.13 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH 573.14 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH 58

3.16 Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 60

3.22 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 66

3.25 Chuyển giao mềm hơn 70

3.30 Vòng điều khiển trong và vòng điều khiển ngoài 793.31 Điều chỉnh công suất đường truyền lên được thực hiện

3.33 Dự trữ SIR đối với các chất lượng dịch vụ khác nhau 83

3.35 Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công

suất đường lên

5.1 Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công

5.4 Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải

HS-DSCH

104

5.6 Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH 106

5.8 Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân

chia đa thời gian

109

DANH SÁCH BẢNG BIỂU o00o

Số hiệu bảng Tên bảng Trang

3.1 Bảng tạo ra mã ngẫu nhiên với đa thức tạo mã

G(x) = x5x4x3 x 1

38

3.4 Các trường số liệu của phần bản tin RACH 57

5.1 Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc

độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã

113

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Tiếng Việt)

o00o Đồ án gồm có 5 chương:

Chương 1 : Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động

Chương này em trình bày quá trình phát triển của các hệ thống di động:

Hệ thống thông tin di động ra đời vào cuối năm 1940, đến nay thì trải qua nhiều thếhệ

Thế hệ di động thứ I là hệ thống thông tin tương tự sử dụng

- Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Thế hệ di động thứ II ra đời đáp ứng kịp thời số lượng thuê bao di động dựatrên công nghệ điều chế số với việc sử dụng 2 phương pháp đa truy nhập:

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

- Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Thế hệ di động thứ III là bước đột phá trong công nghệ di động nó nâng tốc

độ bit từ 9.5 Kbps lên 2Mbps dựa trên nền tảng là công nghệ trải phổ trực tiếp

Chương 2: Công nghệ di động WCDMA

Nội dung chương này em sẽ trình bày khái quát về công nghệ WCDMA cũngnhư thay đổi cơ bản về cấu trúc mạng so với GSM

Hệ thống WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mang GPRS với cáchthêm mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần trongcấu trúc mang WCDMA đồng thời cũng trình bày một cách khái quát về các giaodiện vô tuyến cơ bản trong WCDMA

Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA

Chương này em sẽ đền cập đến các giải pháp kĩ thuật được sử dụng để mangtới cho WCDM những ưu điểm so với thế hệ di động trước đây Đó là các kỹ thuật

mã hóa , truy nhập gói, tìm nhận ô và đặc biệt các kỹ thuật trải phổ, chuyển giao vàđiều khiển công suất

Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA

Trình bày chương trình mô phỏng quá trình chuyển giao mềm và quá trìnhthực hiện cuộc gọi được sử dụng trong WCDMA…

Chương 5 : Công nghệ HSDPA

Nội dung chương này em trình bày khái quát về HSDPA cũng như nhữngthay đổi của công nghệ HSDPA so với WCDMA Công nghệ HSDPA là công nghệdựa trên nền tảng WCDMA nhưng được tối ưu hóa cho các ứng dụng dữ liệuchuyển mạch gói

Công nghệ HSDPA nâng tốc độ truyền dữ liệu lên 14.4Mbps Để làm đượcnhững thay đổi đó thì các công nghệ chuyển giao mềm, điều khiển công suất, truyềnvới tốc độ thay đổi được thay bằng các công nghệ như điều chế mà mã hóa thíchứng, khe thời gian giảm xuống còn 2ms, Truyền dẫn đa mã, yêu cầu gửi tự độngphối hợp HARQ

Abstract Graduation Project (English)

The project includes 5 chapters:

o00o Chapter 1: The development process of mobile communications system

The content of 1st chapter about The development process of mobilecommunications system

The mobile communications system was born in 1940 and now it has gonethrough many generations

The first Generation is analog communitions system and it uses:

- Frequency division multiple access FDMA

The second Generation adapts for increase of subscriber based on digitalmodulation technique with using two multiple access solutions

- Time division multiple access TDMA

- Code division multiple access CDMA

The third Generation breaks through about mobile technology ,it increasesbit rate from 9.5 Kbps to 2Mbps based on Direct Sequence Spreading Spectrumtechnique

Chapter 2: WCDMA mobile technology

The content of 2nd chapter about basic problem of third generation mobilecommunications system :w-cdma and the basic change about network architecturecompared with GSM

WCDMA system have been constructed on basis GPRS network with addingUMTS Terrestrial Radio Acces Network(UTRAN)

Let’s learn about components of WCDMA network architecture andpresented about radio interface and layers in WCDMA

Chapter 3 : Technical Solutions in WCDMA

The content of this chapter studies about Technical Solutions in WCDMAwith unique advantages compared with previous mobile generations: coding

technique, access package…and special is Direct Sequence Spreading Spectrumtechnique and handover, power control

Chapter 4: Emolution progam about handover and calls process are used

in WCDMA…

The Chapter presents emolution progam about handover and calls processare used in WCDMA…

Chapter 5:HSDPA technology

The content is about basic HSDPA anh changes in technology compared toWCDMA HSDPA technology based on the WCDMA platform optimized forapplications data transfer circuit package

HSDPA technology improves speed data transfer up to 14.4Mbps To makethe changes that the technology handover, power control, with transmission speed

of change is replaced by technologies such as Transmission Time Interval reduced

to 2ms,transmission multicode, Hybrid Automatic Repeat Request -HARQ

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

Yêu cầu lặp lại tự động

B

Kênh quảng bá điều khiển

Kênh quảng bá

Tỷ số bit lỗi

Khóa dịch pha nhị phân

CCCH Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CCH Common Control Chanel

Kênh điều khiển chung

Kênh truyền tải chung

CDMA Code Division Multiple Acces

Đa truy cập chia theo mã

CN Core network

Mạng lõi

CPCH Common Control Physical Chanel

Kênh vật lý điều khiển chung

CPICH Common Pilot Chanel

Kênh hoa tiêu chung

Chỉ thị chất lượng kênh

Chuyển mạch kênh

Kênh lưu lượng chung

DCCH Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DCH Dedicate channel

Kênh truyền tải riêng

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel

Kênh điều khiển vật lý riêng

Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

Kênh số liệu vật lý riêng

RNS trôi

Kênh dùng chung đường xuống

Bước điều khiển công suất

DSSPC Dynamic Step-Size power control

Điều khiển công suất theo bước động

Trải phổ dãy trực tiếp

Kênh lưu lượng riêng

Phát không liên tục

E

EMI Electromagnetic interference

Sự nhiễu điện từ

F

Kênh thâm nhập đường xuống

Thông tin hồi tiếp

Ghép song công phân chia theo tần

Đa truy nhập phân chi theo tần số

Packet Radio System

Hệ thống vô tuyến gói chung

Hệ thống định vị toàn cầu

Thông tin di động toàn cầu

H

Yêu cầu gửi tự động phối hợp

Bộ phân tích dữ liệu gốc

Đăng ký khu vực thường trú

HSDPA High-Speed Downlink Packet Access

Công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao

HS-DPCCH HS-Physical Control Channel

Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao

HS-DSCH HS-Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao

HS-PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao

HS-SCCH HS-Shared Control Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

I

IMT-2000 International Mobile Telecommunication – 2000

Thông tin di động toàn cầu-2000

Tăng độ dư

M

MAC Medium Access Control

Điều khiển thâm nhập môi trường

MAC-hs Medium Access Control high speed

Điều khiển thâm nhập môi trường

Thiết bị di động

Trạm di động

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động

MAI Multi Access Interference

Nhiễu đa truy nhập

O

Mã trực giao độ dài khả biến

P

Bít điều chỉnh công suất

Kênh điều khiển tìm gọi

P-CCPCH Primary Common Control Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

Kênh tìm gọi

PCPCH Physical Common Packet Channel

Kênh gói chung vật lý

PDSCH Physical Downlink Shared Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

Kênh chỉ thị tìm gọi

PMRM Power Measument Report

Bản tin báo cáo phép đo công suất

Nhiễu giả ngẫu nhiên

PRACH Physical Random Access Channel

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên vật lý

Lập biểu gói

R

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên

RANAP Radio Access Network Application Part

Phần ứng dụng mạng thâm nhập vô tuyến

Điều khiển đoạn nối vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

Hệ thống con mạng vô tuyến

S

S-CCPCH Secondary Common control physical channel

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

Kênh đồng bộ

Điều khiển công suất truyền dẫn

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 khuân dạng truyền tải

Nhận dạng khuân dạng truyền tải

Trải phổ nhảy thời gian

Khoảng thời gian truyền

U

Thiết bị người sử dụng

Modun nhận dạng thuê bao UMTS

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Acces Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

V

Đăng ký khu vực thường trú

W

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Đa thâm nhập vô tuyến phân chia theo mã băng rộng

LỜI MỞ ĐẦU

hông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với nhữngứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sốnghằng ngày Máy di động ngày nay đã trở thành một vật dụng không thể thiếu vớimỗi người, nó đáp ứng những nhu cầu liên lạc của người dùng

Tuy nhiên nhu cầu con người luôn luôn được nâng cao và công nghệ di động phổbiến nhất hiện giờ là GSM không đáp ứng được những nhu cầu mới như nhu cầutruy cập thông tin với tốc độ cao và đặc biệt nhu cầu sử dụng các ứng dụng đaphương tiện như: Điện hoại thấy hình, Video trực tuyến, E-mail, World wide web đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao và băng thông lớn Vì thế công nghệ 3G ra đờinhư một bước đột phá công nghệ di dộng, nó cung cấp băng thông rộng hơn chomỗi người sử dụng qua đó đáp ứng được những nhu cầu mới của người sử dụng

Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nướctrên thế giới và đặc biệt cũng đang được triển khai và ứng dụng ở nước ta Các công

ty viễn thông sẽ đươc triển khai công nghệ 3G trên băng tần 1900-2100 MHz dựatrên công nghệ WCDMA

Công nghệ WCDMA tuy nâng cao được tốc độ cũng như dung lượng đườngtruyền nhưng nó vẫn còn một số hạn chế không tận dụng các ưu thế của dữ liệu góivốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay làkhông hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu vì thếcông nghệ HSDPA đã ra đời dựa trên nền tảng là công nghệ WCDMA nâng lên14.4 Mbps

Xuất phát từ ý tưởng tìm hiểu về các công nghệ sử dụng trong WCDMA và

HSDPA và đặc biệt được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của cô Đặng Thị Từ

Mỹ em đã hoàn thành đồ án với đề tài :

“Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA –HSDPA”

T

Đồ án này em xin trình bày 5 chương :

 Chương 1 : Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động

 Chương 2: Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA

 Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA

 Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA

 Chương 5: Công nghệ HSDPA

Trong đồ án này em có viết một phần mềm được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 , được em trình bày ở chương 4 Phần mềm này sẽ mô phỏng cấu trúc

mạng, quá trình chuyển giao mềm và quá trình thực hiện cuộc gọi được sử dụngtrong WCDMA đồng thời đưa ra con đường tiến lên 3G

Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn củacác thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ những người đã giúp đỡ em trong thời gian qua Xin cảm ơn cô Đặng Thị Từ Mỹ

đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn!

Quy Nhơn, ngày…tháng…năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hải Quân

CHƯƠNG 1 : SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG o00o

1.1 Giới thiệu chung

Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải quanhiều thế hệ Thế hệ không dây thứ 1G là thế hệ thông tin tương tự sử dụng côngnghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA) Thế hệ thứ 2G sử dụng

kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phânchia theo mã (CDMA) Thế hệ thứ 3G-3,5G ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanhchóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năngcung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một sốquốc gia trên thế giới

Hình 1.1 Hệ thống điện thoại di động

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ I

Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần

số Hệ thống di động thế hệ I sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần

số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chếtương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng.Với FDMA, khách hàngđược cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Sơ

đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì

nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhậnđược dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng ngườidùng Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thìmột số người bị chặn lại không được truy cập

Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụngđược dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiềuđoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kếtiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ Mỗi dải tần số được gán chomột kênh liên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phâncách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống

Đặc điểm :

- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (AdvancedMobile phone System - AMPS)

Hệ thống thông tin di động thế hệ I sử dụng phương pháp đa truy nhập đơngiản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng

về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà người ta đưa ra hệ thốngthông tin di động thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụđược cung cấp

Hình 1.2 mô tả phương pháp đa truy cập FDMA với 5 người dùng Hình 1.2(a) làphổ của hệ thống FDMA Ở đây, băng thông của hệ thống được chia thành các băng

có độ rộng Wch Giữa các kênh kề nhau có một khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ

do sự không ổn định của tần số sóng mang Khi một người dùng gởi yêu cầu tới BS,

BS sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và giành riêng cho người dùng đótrong suốt cuộc gọi Tuy nhiên, ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lạicho người khác Khi có năm người dùng xác định và duy trì cuộc gọi như hình1.2(b), có thể ấn định kênh như trên hình 1.2(c)

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ II

Phổ

Tần số

Băng tần hệ thốngKhoảng bảo vệ

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh N

Người dùng 2; 5 Người dùng 3

Hình 1.2 Khái niệm về hệ thống FDMA:

(a) Phổ tần của hệ thống FDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì

cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh.

Băng tần

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chấtlượng, hệ thống thông tin di động thế hệ II được đưa ra để đáp ứng kịp thời sốlượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số.

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ II sử dụng điều chế số Và chúng sửdụng 2 phương pháp đa truy nhập :

● Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Divison Munltip Acess_TDMA)

● Đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -CDMA)

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗidải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khethời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xenthời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.Hình 1.3 cho thấy quá trình truy cập của một hệ thống TDMA 3 kênh với 5 ngườidùng

 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ MỹHình 1.3 Khái niệm về hệ thống TDMA:

Thời gian

Băng tần hệ thốngPhổ

Đặc điểm :

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong

đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động

và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc.Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt độngcùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

- Giảm số máy thu phát ở BTS

- Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global

System for Mobile - GSM).

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA Hệthống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106lệnh trên giây

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sửdụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không

sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờdùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA đượcdùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhaunhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

 SVTH : Nguyễn Hải Quân –ĐTVT28 GVHD :Th.S Đặng Thị Từ Mỹ

Băng tần hệ thốngPhổ

Người dùng 4

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ III

Công nghệ thông tin di động số thế hệ III Công nghệ này liên quan đếnnhững cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điệnthoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay Đầu tiên

là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượng thiết bị cầm tay đượcthiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệtruyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn Công nghệ này sẽ nâng caochất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimediađến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động

Hình 1.5 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động lên 3G

Có 2 hướng chính để phát triển lên 3G:

Các máy di động cầm tay GPRS chophép làm việc trênmạng GPRS và trên mạng GSM tốc độ số liệu 9,6Kbit/s,đây là các máy CSD 2 chế độ họat động

Các máy di độngcầm tay mới

Các máy cầm tayEDGE họat động

ở tốc độ 384Kbit/s trên mạng EDGE và 9.6 Kbit trên mạng GSM-đây

là cá máy CSD 3chế độ họat động

Các máy di động cầm tay mới.Các máy cầm tayCDMADS sẽ làm việc với tốc

độ lên tới 2Mbit/

s đối với mạng 3G

Đây là các máy CSD 4 chế độ họat động

Cần thay đổi cơ

sở hạ tầng mạngnhiều hơn

Cơ sở hạ tầngmới kết nối vớimạng hiện có

xử lý gói số liệu

Cần thay đổi nềntảng GSM TDMA

Cơ sở hạ tầng CDMA mới

*Tốc độ cao nhất trên lý thuyết với WCDMA là 2M tuy nhiên trong thực tếchỉ đạt được tốc độ 384Kbit/s.

IS95B

CDMAOne-CDMA đa sóng mang 1X

CDMA đa sóng mang 3X

Các máy di

động cầm

tay

Các máy di động chuẩn IS95A sẽ làm việc trên tất cảcác mạng tương lai

Đây là các máy làm việc

ở 1 chế độ

Các máy di động chuẩn IS95A làm việc trên IS95

B và cá mạng tương lai

Đây là các máy làm việc

ở 1 chế độ

Làm việc trên

cả IS95B,trên mạng 1X và 3X lên tới 307Kbit/s

IS95A-Đây là các máy làm việc

ở 1 chế độ

Làm việc trên

cả IS95B,trên mạng 1X lên tới307Kbit/s.3X lên 2Mbit/s.Đây là các máy làm việc ở 1 chế độ

1X yêu cầu phần mềm mớitrong mạng chính và các card kênh mới tại trạm gốc

Cần sửa đổi cấutrúc mạng chính

và các card kênh mới tại trạm gốc

Nền tảng

công nghệ

CDMA

*Tốc độ cao nhất lý thuyết của IS95B là 144 Kbit/s tuy nhiên thực tế tốc độtối đa chỉ đạt 64Kbit/s

* Tốc độ cao nhất lý thuyết của cdma2000 1X là 307 Kbit/s,tuy nhiên thực tếchỉ đạt tốc độ tối đa 144Kbit/s

Bảng 1.3 :Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu

Công nghỆ

tỐC ĐỘ

Tính năng

-144Kbit/s khi đi nhanh

- Video chất lượng cao

- Video theo yêu cầu (VOD)

- Video hội họp

1.5 Kết luận chương 1 :

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin diđộng thế hệ thứ ba đã được nghiên cứu và được đưa vào sử dụng ở một số nước

Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 ( số), hệthống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năngcung cấp các dịch vụ ở tốc độ bít lên tới 2 Mb/s (có thể sử dụng truy cập Internet,truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác) Để phân biệt với hệ thống thông tin diđộng băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệthống thông tin di động băng rộng Từ năm 2001, các hệ thống IMT-2000 sử dụngcông nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) bắt đầu được đưavào khai thác Trong các phần tiếp theo của đồ án em sẽ trình bày công nghệ và kỹthuật được sử dụng trong WCDMA.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 WCDMA

…….……

2.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA

Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng WCDMA,mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến và đặc trưng riêng củachúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mãbăng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ cácdịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình

WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa là luồng thôngtin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu này với mộtchuỗi trải phổ giả 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 trongWCDMA

Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mc/s tương ứng vớibăng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn

có thể là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz) Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMAngoài việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài ưu điểm khácnhư: tăng hệ số phân tập đa đường

WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái niệm

sử dụng băng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện Trong một khung truyềndẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyềndẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau

WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD Đối với FDD thì cáccặp tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướnglên và hướng xuống một cách tương ứng Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có mộtsóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống theokiểu phân chia theo thời gian TDD được sử dụng ở giải băng tần không chia cặpđược

Các BS trong WCDMA hoạt động ở chế độ không đồng bộ Do đó khôngcần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BS trong mạng ví dụ như

sử dụng GPS Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho WCDMA trở nên dễtriển khai ở cấu hình indoor và micro cell

WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống sửdụng các ký hiệu dẫn đường Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên đườngxuống đối với mạng 2G IS-95

Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành cóthể lựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thốngănten thích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóngcủa 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 đảm bảo có một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển khai mạng3G-WCDMA

Bảng 2.1 Các thông số chính của WCDMA

Ghép kênh hướng lên

Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời gian.Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênhđiều khiển

Đa tốc độ Trải phổ đa mã và khả biến

Trải phổ (hướng xuống)

Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mãGold 241

WCDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người

sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩnhóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trêncông nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trênGSM Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ

- Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được

sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưugiữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

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

- Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu

Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn làđiểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

 CN (Core Network)

thông tin 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 cácthông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyểnhướng cuộc gọi

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

Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyểnmạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịchchuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụngcũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

vụ giao tiếp với mạng ngoài Do vậy GMSC được đặt tại điểm kết nối UMTS vớimạng chuyển mạch kênh bên ngoài

và truyền dẫn IWF cho phép mạng WCDMA kết nối với các mạng khác như: mạng

số liệu công cộng chuyển mạch kênh (CSPND), mạng PSTN, mạng ISDN và cácmạng PLMN khác.

- EIR: thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE EIR lưu tất cả các dữliệu liên quan đến UE EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu đểkiểm tra sự được phép của thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

mã hoá liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật Việc quản lý thuêbao được thực hiện thông qua khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao.Khoá này được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE

-SGSN (Node hỗ trợ GPRS phục vụ): cung cấp việc định tuyến gói tintừ/tới một vùng dịch vụ của SGSN Nó phục vụ tất cả các thuê bao sử dụng dịch vụgói nằm trong vùng phục vụ của mình Một thuê bao sử dụng dịch vụ gói có thểđược bất cứ SGSN nào trong mạng phục vụ tuỳ thuộc vào vị trí của thuê bao Phầnmạng được thâm nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS

-GGSN (Node hỗ trợ GPRS cổng ): GGSN được nối tới các mạng ngoàinhư mạng Internet, mạng X.25 Nhìn từ mạng ngoài thì GGSN đóng vai trò như bộđịnh tuyến cho các mạng ngoài tới được mạng WCDMA GGSN tiếp nhận số liệu(có địa chỉ của một người sử dụng nhất định) thì nó sẽ kiểm tra, nếu địa chỉ này làtích cực thì GGSN gửi số liệu đó tới SGSN tương ứng để phục vụ UE Trong trườnghợp địa chỉ này là không tích cực thì số liệu thu được bị loại bỏ Các gói tin từ UEnguồn được định tuyến đến đúng mạng đích thông qua GGSN

 Các mạng ngoài

 Các giao diện vô tuyến

này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh