KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMAKỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMAKỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMAKỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HẢI PHÒNG – 2015

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi những lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo ThS Phạm ViệtHưng, Trưởng bộ môn Điện tử - Viễn thông, trường đại học Hàng Hải ViệtNam, dù công việc rất bận nhưng thầy vẫn tận tình hướng dẫn, gợi ý, gửi tài liệu

để em hoàn thành đồ án đạt kết quả trong thời gian quy định

Em cũng xin dành sự biết ơn vô hạn tới các thầy cô trong trường, đặc biệt

là các thầy cô trong bộ môn Điện tử - Viễn thông, thầy giáo chủ nhiệm ThS.Nguyễn Phương Lâm cùng tập thể lớp ĐTV52- ĐH1 trường đại học Hàng HảiViệt Nam, đã luôn ủng hộ, giúp đỡ và động viên em vượt qua mọi khó khăntrong suốt những năm tháng học tập tại trường Những kiến thức bổ ích tiếp thuđược trong thời gian học tập tại trường không chỉ là cơ sở để làm đồ án tốtnghiệp mà còn là nền tảng kiến thức vững chắc cho nghề nghiệp của em sau này

Cuối cùng em xin kính chúc các thầy, các cô và các bạn thật nhiều sứckhỏe và thành công!

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án này do mình em tìm hiểu tài liệu và tự hoàn thiệndưới sự hướng dẫn của thầy ThS Phạm Việt Hưng Không sao chép nguyên vănnội dung từ các đồ án khác cùng tên

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G W-CDMA 2

1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G 2

1.1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G) 2

1.1.3 Hệ thống di động thế hệ thứ 3 3

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS W-CDMA 7

1.2.1 Cấu trúc hệ thống 7

1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE) 8

1.2.1.2 Mạng truy nhập radio mặt đất UTRAN 8

1.2.1.3 Mạng lõi CN 10

1.2.1.4 Các mạng ngoài 11

1.2.1.5 Mạng truyền dẫn 11

1.2.1.6 Phân lớp trong hệ thống W- CDMA 11

1.2.2 Các kênh trong W-CDMA 13

1.2.2.1 Kênh truyền tải 13

1.2.2.2 Các kênh vật lý 15

1.2.2.3 Sự sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 17

1.3 SO SÁNH HỆ THỐNG GSM VÀ 3G UMTS W- CDMA 18

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA 19

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN 19

2.1.1 Đa truy nhập chia theo thời gian TDMA 19

2.1.2 Phương thức đa truy nhập chia theo tần số FDMA 19

2.1.3 Phương thức đa truy nhập phân chia tần số trực giao FDMA 20

2.1.4 Phương thức đa truy nhập chia theo mã CDMA 20

2.2 LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ 21

2.3 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 23

2.3.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS 23

2.3.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH/SS) 35

2.3.2.1 Hệ thống nhảy tần nhanh FFH 36

2.3.2.2 Hệ thống nhảy tần chậm SFH 37

2.3.3 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) 37

2.3.4 Các hệ thống lai ghép 38

2.4 MÃ TRẢI PHỔ 39

2.4.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên 39

2.4.2 Mã Gold 46

2.4.3 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 47

2.5 ĐỒNG BỘ MÃ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ .48

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG W-CDMA 50

3.1 QUÁ TRÌNH TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO CÁC KÊNH VẬT LÝ .50

3 1.1 Các mã định kênh 50

3.1.2 Ngẫu nhiên hóa 51

3.1.2.1 Các loại mã ngẫu nhiên hoá cho đường lên 52

3.1.2.2 Các loại mã ngẫu nhiên hóa cho đường xuống 52

3.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN 53

3.2.1 Trải phổ cho các kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH) 54 3.2.2 Trải phổ cho các kênh PCPCH, PRACH 55

3.3 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG .57

3.3.1Các mã trải phổ đường xuống 57

3.3.2 Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống 57

3.3.3 Ghép kênh đa mã đường xuống 58

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

3GPP The Third Generation Parnership Project − Tổ chức những thành

viên hợp tác về 3G

ACI Adjacent- Channel Interference − Nhiễu kênh lân cận

ADPCM Adaptive Digital Pulse Code Modulation − Điều chế xung mã vi

sai thích ứng

AICH Acquisition Indicator Channel − Kênh chỉ thị bắt

AMPS Advanced Mobile Phone System − Hệ thống điện thoại di động

tiến tiến

ATM Asynchoronuos Transfer Mode − Truyền không đồng bộ

BCH Broadcast Control Channel − Kênh quảng bá

BER Bit Error Rate − Tỷ lệ lỗi bit

BMC Broadcast/Multicast Control − Điều khiển truyền vô tuyến

BPSK Binary Phase Shift Keying − Khóa dịch pha nhị phân

BSC Base Station Controller − Điều khiển trạm gốc

BTS Base Transceiver Station − Trạm thu phát gốc

CCI Cochannel Interference − Nhiễu đồng kênh

CPCH Common Packet Channel − Kênh gói chung đường lên

CPCH Common Pilot Channel − Kênh báo hiệu chung

SICH Status Indicator Channel − Kênh chỉ thị trạng thái kênh vật lý

chung CSICH

CS Circuit Switch − Chuyển mạch kênh

CT-2 Cordless Telephone − Mạng điện thoại không dây

CTCH Common Transport Channel − Kênh chung

D-AMPS Digital- Advance Mobile Phone Service − Điện thoại di động tiên

tiến kỹ thuật số

DCS Data Communication Subsystem − Phân hệ thông tin số liệu

DPCCH Dedicated Physical Control Channel – Kênh điều khiển vật lý

dành riêng

DPCH Dedicated Physical Channel − Kênh vật lý riêng đường xuống

DPDCH Dedicated Physical Data Channel −Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DRNC Drift RNC − RNC kề cận

DSCH Downlink Shared Channel − Kênh chia sẻ đường xuống

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum − Trải phổ trực tiếp

DT Discontinuous Trasmission − Phát không liên tục

DTCH Dedicated Transport Channel − Kênh dành riêng

mạng GSM

ETSI European Telecommunication Standars Institute − Hiệp hội tiêu

chuẩn viễn thông châu Âu

FACH Forward Access Channel − Kênh truy nhập hướng đi

FDD Frequency Division Duplex − Song công phân chia theo tần số

FDMA Frequence Division Multiple Access − Đa truy nhập phân chia

theo tần số

FER Frame Error Rate − Tỷ lệ lỗi khung

FFH Fast Frequency Hopping − Hệ thống nhảy tần nhanh

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum − Hệ thống trải phổ nhảy

tần

GGSN Gateway GPRS Support Node − Nút hỗ trợ cổng nối GPRS

GPRS General Packet Radio Service − Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile Communication − Thông tin di động

toàn cầu

HLR Home Location Register − Thanh ghi định vị thường trú

HSCSD High-Speed Circuit-Switched Data − Dữ liệu chuyển mạch tốc độ

cao

IMT- International Mobile Telecommunications in the year 2000 −

2000 Viễn thông di động quốc tế vào năm 2000

IP Internet Protocol − Giao thức Internet

ISDN Integrated Service Digital Network − Mạng số đa dịch vụ

LFSR Linear Feedback Shift Register − Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính

MAC Medium Access Control − Điều khiển truy nhập môi trường

ME Mobile Equipment − Đầu cuối vô tuyến

MS Mobile station − Máy di động

NMT Nordic Mobile Telephone − Điện thoại di động Bắc Âu

OVSF Orthogonal Variabe Spreading Factor − Mã trực giao độ dài khả

biến

PAR Peak-to-Pverage Power Ratio − Đỉnh trung bình

PCCPCH Primary Common Control Physical Channel − Kênh vật lý điều

khiển chung sơ cấp

PCH Paging Channel − Kênh tìm gọi

PCN Personal Communication Network − Mạng truyền thông cá nhân

PCPCH Physical Common Packet Channel − Kênh gói chung vật lý

PCS Personal Communication Service − Dịch vụ viễn thông cá nhân

PDC Packet Data Communication − Thông tin dữ liệu gói

PDCP Packet Data Convergence Protocol − Giao thức hội tụ dữ liệu gói

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

xuống

PHS Personal Hand-phone System − Hệ thống di động cá nhân

PICH Paging Indicaton Channel − Kênh chỉ thị tìm gọi

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

PN Pseudo-Random Noise − Tạp âm giả ngẫu nhiên

PRACH Physical Random Access Channel − Kênh truy nhập ngẫu nhiên

vật lý

PSTN Public Switched Telephone Network − Mạng điện thoại chuyển

mạch công cộng

QPSK Quadrature Phase Shift Keying − Khóa dịch pha cầu phương

RACH Random Access Channel − Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network − Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

RANAP Radio Access Network Application Part − Ứng dụng mạng truy

nhập vô tuyến

RF Radio Frequency − Tần số vô tuyến

RLC Radio Link Control − Điều khiển kết nối vô tuyến

RNC Radio Network Controller − Bộ điều khiển trạm gốc

RNS Radio Network System − Hệ thống mạng vô tuyến

SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel − Kênh vật lý điều

khiển chung thứ cấp

SCH Synchronization Channel − Kênh đồng bộ

SF Spreading Factor − Hệ số trải phổ

SFH Slow Frequency Hopping − Hệ thống nhảy tần chậm

SGSN Serving GPRS Support Node − Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS

SIR Signal to Interference Ratio − Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SMS Short Message Service − Dịch vụ nhắn tin ngắn

SRNC Service RNC − RNC phục vụ

TACS Total Access Communication System − Hệ thống thông tin truy

nhập toàn cầu

TCH Traffic Channel − Kênh lưu thông và báo hiệu

TDD Time Division Duplex − Song công phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access − Đa truy nhập phân chia theo

thời gian

TE Terminal Equipment − Thiết bị kết cuối

THSS Time Hopping Spread Spectrum − Trải phổ nhảy thời gian

TIA Telecommunications Industry Association − Hiệp hội các nhà

công nghiệp viễn thông

UE User Equipment − Thiết bị người sử dụng

UMTS Universal Mobile Telecommunications System − Hệ thống thông

tin di động đa năng

USIM UMTS Subscriber Identity Module − Module nhận thực thuê bao

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Network − Mạng truy nhập vô tuyến

mặt đất

VLR Visitor Location Register − Thanh ghi định vị tạm trú

WCDMA WideBand CDMA − CDMA băng rộng

WLL Wireless Local Loop − Mạng vòng cục bộ không dây

2.3 Kết quả trạng thái bộ tạo chuỗi bằng cách lấy mẫu 46

1.6 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 182.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian 192.2 Phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số 192.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia tần số trực giao 202.4 Phương thức đa truy nhập phân chia theo mã 20

2.10 Dạng sóng các tín hiệutại máy thu DSSS- BPSK 262.11 Mật độ phổ công suất của các tín hiệu 282.12 Sơ đồ khối máy phát của hệ thống DS/SS- QPSK 29

2.22 Bộ tạo mã với đa thức g ( x )=x5

+x4 +x3

2.24 Mạch thanh ghi tốc độ cao g ( x )=x5

+x4 +x2

3.3 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp 533.4 Ghép kênh theo mã I/Q kết hợp ngẫu nhiên hóa phức 553.5 Trải phổ và ghép kênh vật lý DPDCH và DPCCH 56

3.6 Sơ đồ trải phổ phần bản tin của kênh vật lý PRACH và

3.7 Sơ đồ tổng quá trải phổ cho các kênh vật lý đường xuống 58

3.8 Sơ đồ ghép kênh đa mã cho đường xuống 60

độ cao, đa loại hình dịch vụ với chất lượng tốt Theo tiêu chuẩn của tổ chức Liênminh viễn thông quốc tế, các hệ thống GSM sẽ được phát triển lên hệ thống 3GW-CDMA, trong khi đó các hệ thống CDMA sẽ phát triển thành CDMA- 2000

Ở Việt Nam, mạng di động đã phát triển khá nhanh với nhiều nhà mạnglớn như Mobifone, Vinafone,Viettel, EVN-Tellecom…góp phần tạo nên sự đadạng dịch vụ mobile cho người sử dụng Đa số đây đều là những hệ thống GSM,chính vì vậy mà khi phát triển lên 3G sẽ là hệ thống 3G UMTS trên cơ sở côngnghệ đa truy nhập theo mã băng rộng W- CDMA Từ những dẫn chứng trên và

sự yêu thích tìm hiểu, em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: “Kỹ thuật trải phổ vàứng dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống 3G W- CDMA”

Cấu trúc đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G W- CDMA

Chương 2: Kỹ thuật trải phổ trong hệ thống CDMA

Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống 3G W- CDMA

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo ThS Phạm Việt Hưng,người đã tận tình hướng dẫn em khi thực hiện đồ án này

Trong thời gian tương đối ngắn mà lượng kiến thức khá rộng, do hiểu biếtcòn hạn chế nên nội dung không tránh khỏi những thiếu sót, em rất muốn nhậnđược sự đóng góp ý kiến từ thầy cô và các bạn để đồ án của em được tốt hơn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

W-CDMA

1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

TACS NMT-900

GSM-1800

GSM-900

GPRS GSM-1900

IS-136 (1900) IS-95 (1900)

EDGE AMPS IS-136 TDMA (800)

IS-95 CDMA (800)

1.1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G)

- Hệ thống GSM: ở châu Âu, băng tần hoạt động là 890- 915 MHz chođường lên và 935- 960 MHz cho đường xuống

- Hệ thống tế bào kỹ thuật số 1800 (DCS 1800): Đây là một mạng truyền

thông cá nhân PCN tại Anh trên băng tần 1700- 2300 MHz

- Các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số (D-AMPS): IS-136.

- Hệ thống CDMA one (IS- 95A): Băng tần hoạt động 869- 894 MHz chođường xuống và 824- 849 MHz cho đường lên.

Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống tế bào số cá nhân, hệ

thống điện thoại không dây CT-2, mạng viễn thông vô tuyến kỹ thuật số tiên tiếnDECT, hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân PHS

* Đặc điểm chung của các hệ thống 2G:

- Các hệ thống này dùng kỹ thuật chuyển mạch số

- Dung lượng cho phần dữ liệu tăng do giảm bớt phần tín hiệu báo hiệu

- Có khả năng chống nhiễu kênh hiệu quả vì được áp dụng các phươngthức mã hóa kênh

- Tin tức được bảo mật cao

- Khả năng chuyển giao hiệu quả hơn hệ thống cũ

- Đáp ứng nhiều dịch vụ mới: thoại, số liệu, SMS, fax

Tuy nhiên các hệ thống này còn nhiều nhược điểm: Độ rộng băng tần hạnchế, khó đạt được các yêu cầu dịch vụ dữ liệu với tốc độ cao trong tương lai

Ngoài ra vấn đề về khả năng lưu động toàn cầu còn nhiều khó khăn dochưa thống nhất các hệ thống này tại các vùng lãnh thổ

* Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 tiên tiến: Đây là bước đệm để cải

tiến hệ thống 2G lên 3G của hệ thống thông tin di động, sử dụng cơ sở hạ tầng

cơ sở là hệ thống 2G và có kết hợp thêm hệ thống chuyển mạch gói

- Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD; dịch vụ vô tuyến góichung GPRS và công nghệ EDGE ra đời là giải pháp nâng cao tốc độ dữ liệucủa mạng chuyển mạch kênh (HSCSD) và chuyển mạch gói (GPRS)

- IS-95B: là hệ thống phiên bản đóng gói của IS-95A Đây là cơ sở hình

thành hệ thống CDMA-2000 của 3G, giao diện IMT- 2000

1.1.3 Hệ thống di động thế hệ thứ 3

Từ những năm 90, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ra đời bằng kỹthuật đa truy nhập TDMA và CDMA cải tiến So với hai hệ thống trước, hệ

thống này là hệ thống đa dịch vụ băng rộng tốc độ cao và đa phương tiện phủsóng toàn cầu như dịch vụ hộp thư thoại, truyền dữ liệu, fax, chuyển vùng quốc

tế, truy cập Internet, tra cứu thông tin, dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, dịch

vụ điện thoại thấy hình

Một số đặc điểm của nó là có thể thực hiện chuyển mạng, hoạt động mọilúc, mọi nơi Mỗi thuê bao di động được gắn một mã nhận dạng cá nhân, có thểđịnh vị vị trí chính xác của thuê bao tại bất cứ nơi đâu

* Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:

+ Khả năng truyền thông đa phương tiện với tốc độ tối đa 384kb/s trongvùng phủ sóng rộng và tới 2Mb/s trong vùng phủ sóng hẹp

+ Cung cấp đa dịch vụ như thoại, video, gói dữ liệu Đáp ứng cả dịch vụchuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói, truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độbit thấp ở đường lên; tốc độ bit cao ở đường xuống)

+ Khả năng tương thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông;+ Có khả năng lưu động, chuyển vùng giữa các quốc gia toàn thế giới.+ Tính cước theo dung lượng truyền mà không theo thời gian kết nối

* Các tiêu chí chung để thiết lập IMT-2000:

- Dải tần quy định quốc tế: Đường xuống: 2110- 2200 MHz và đường lên

là 1885- 2025 MHz

- Là một hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin

vô tuyến

- Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện, dễ dàng đáp ứng các dịch vụ mới

- Môi trường hoạt động gồm 4 vùng:

+ Vùng 1: Trong nhà, ô picô, tốc độ bit 2 Mb/s

+ Vùng 2: Trong thành phố, ô micro, tốc độ bit 384 kb/s

+ Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, tốc độ bit 144 kb/s

+ Vùng 4: Toàn cầu, tốc độ bit 9,6 kb/s

IMT- 2000 quy định các tiêu chuẩn cho 4 hệ thống 3G trên thế giới đó là:

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS ở châu Âu gồm W-CDMA FDD

và W-CDAM TDD; CDMA- 2000 ở Mỹ; UWC-136 Trong đó 2 hệ thống phổbiến nhất là hệ thống UMTS W-CDMA (CDMA băng rộng) và CDMA- 2000

- Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS W- CDMA: Hệ thống 3G

của châu Âu, là một trong họ của các giao diện sóng radio của IMT- 2000 Năm

1998, thiết lập 3GPP là những chỉ tiêu kỹ thuật của một hệ thống 3G, dựa trênmột CN của GSM cải tiến và UTRAN Hệ thống sử dụng công nghệ CDMAbăng rộng (W- CDMA), cho phép chuyển giao giữa UMTS và GSM

WCDMA: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng, sử dụng CDMA trảiphổ trực tiếp, tốc độ chip 3,84 Mc/s Hai chế độ hoạt động là UTRA FDD vàUTRA TDD phương thức song công phân chia theo tần số và thời gian Trong

đồ án em sẽ đi sâu tìm hiểu về chế độ UTRA FDD

* Chức năng của UMTS: Phục vụ các dịch vụ đa phương tiện băng rộng,

tốc độ bit từ 64 đến 2048 Kb/s cho phép truyền hình ảnh, truy cập cơ sở dữ liệu

từ xa, truyền fax, video, truy nhập mạng… dựa trên các dịch vụ đang được cungcấp bởi các hệ thống 2G cơ sở và cải tiến thêm, tốc độ dữ liệu có thể tới 2 Mb/s

- Hệ thống CDMA- 2000: Hay IMT Multi- Carrier (IMT đa sóng mang) là

một tiêu chuẩn công nghệ cho hệ thống 3G xác định bởi 3GPP2, tiêu chuẩn này

sử dụng kỹ thuật CDMA CDMA-2000 có một lịch sử kỹ thuật tương đối dài vàtương thích ngược với mạng IS- 95 Tập các tiêu chuẩn bao gồm: CDMA-20001X, CDMA-2000 EV-DO Rev 0, CDMA2000 EV-DO Rev A, và CDMA2000EV-DO Rev

Bảng 1.1 So sánh các thông số của hệ thống W-CDMA và CDMA-2000

2110- 2170 MHz downlink

TDD mode: 1900- 1920

MHz; 2010- 2025 MHz

downlink

Ban đầu N bằng 1,2 hoặc

3 nhưng về sau N có thể là6,9 hay 12

Uplink: OCQPSK

Downlink: QPSKUplink: BPSk

Tốc độ truyền dữ

liệu

Chế độ kênh lên đến 144kb/s, 384 kb/s, 2,048 Mb/s

Chế độ gói dữ liệu tối thiểu144kb/s,384kb/s, 2048 Kb/s

144 kb/s, 384 kb/s và 2048Kb/s

ANSI-41(phiên bản phát triển)

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS W-CDMA

GMSN

Internet

PLMN ISDN PSTN

I u

U u

I ub

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống 3G UMTS W-CDMA

Đây là một hệ thống mạng di động có sự kết hợp cả phương thức chuyểnmạch kênh lẫn chuyển mạch gói tại một nút mạng, nên có khả năng chuyểnmạch linh hoạt bằng các phần tử logic, truyền dẫn được nhiều kiểu tín hiệu:thoại, số liệu dung lượng lớn

* Các giao diện vô tuyến:

- Giao diện Uu: giao diện mở quan trọng nhất cho phép UE truy nhập tớicác phần tử của mạng UTRAN

- Giao diện Iub: mối liên kết giữa mỗi nút B với mỗi RNC

- Giao diện Iu: giao diện cho kết nối CN với UTRAN, giao diện này chophép giao tiếp UTRAN và CN của nhiều nhà sản xuất

- Giao diện Cu: kết nối giữa ME với thẻ USIM Cu được chuẩn khuôndạng cho các USIM

- Giao diện Iur: cho khả năng chuyển giao mềm giữa các RNC từ nhữngnhà sản xuất riêng

Cấu trúc của mạng UMTS gồm 3 thành phần cơ bản: Thiết bị người sửdụng (UE), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi CN.Trong đó, UE giao tiếp với UTRAN thông qua giao diện Uu Giao tiếp giữaUTRAN và CN thông qua giao diện Iu.

1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE)

UE là thiết bị đầu cuối người dùng của mạng, bao gồm hai phần:

- ME: thiết bị di động hay đầu cuối vô tuyến kết nối với mạng thông tin

vô tuyến mặt đất bằng giao diện Uu

- USIM: Module xác thực thuê bao, là một card thông minh trong đó lưuthông tin nhận dạng, thủ tục nhận thực cho thuê bao, là nơi lưu trữ các khoánhận thực, các thông tin quan trọng về thuê bao

Giao tiếp giữa ME và USIM là giao diện Cu ME gồm một số phần tử thựchiện từng chức năng cụ thể, chẳng hạn thành phần MT (kết cuối mobile) thựchiện truyền sóng radio; TE (thiết bị kết cuối) nơi lưu trữ các ứng dụng UMTS

1.2.1.2 Mạng truy nhập radio mặt đất UTRAN

- Dung lượng lớn hơn hệ thống GSM

- Hỗ trợ thêm các chức năng để hai chế độ tồn tại song song

* Đặc tính của mạng UTRAN:

- Phổ tần: Băng tần đơn (1910-1920 Mhz: 2010-2025 Mhz), băng tần kép

(1929-1980 Mhz : 2110-2170 Mhz) Dải phổ này được chọn sử dụng cho NhậtBản và châu Âu; tại Bắc Mỹ dải phổ trên được cấp cho các hệ thống PCS

- Dung lượng: Với chất lượng ứng dụng tốt hơn mạng hiện thời, đây là

một hệ thống đa tốc độ, có thể truyền dữ liệu với tốc độ bit thấp hoặc cao do áp

dụng trải phổ động, kết hợp thích ứng năng lượng truyền sóng Với tốc độ 384Kb/s khi dịch chuyển và 2 Mb/s khi cố định, đa loại hình dịch vụ.

- Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói: Dịch vụ chuyển

mạch kênh tốc độ cao được ứng dụng trong các dịch vụ thời gian thực Dịch vụchuyển mạch gói cho phép người dùng luôn trực tuyến sử dụng những ứng dụngkhông chiếm cả một kênh riêng Người sử dụng sẽ chỉ phải thanh toán cước phícho số dữ liệu trao đổi qua mạng mà không bị tính phí thời gian kết nối

Mạng UTRAN có hỗ trợ một kênh riêng để truyền dữ liệu gói khi phảitruyền các gói tin cỡ lớn một cách liên tục, hiệu quả về mặt kinh tế cho các ứngdụng truy cập mạng LAN và Internet

- Chuyển giao mềm: Trong mạng GSM, tại mỗi thời điểm, một máy di

động MS chỉ có thể nối tới một trạm thu phát Khi di chuyển trong lúc đang gọithoại thì mobile sẽ được kết nối tới một trạm phù hợp nhất bằng chức năng

chuyển giao Còn trong mạng UTRAN, UE được kết nối tới nhiều trạm thu phát

của nhiều Cell tại một thời điểm nên khả năng chuyển giao mềm hơn

và giữa các RNC với nhau qua giao diện Iur So với cấu trúc mạng GSM, RNS có

thể xem như 3G của BTSC trong đó một nút B tương đương với một BTS vớivùng phủ sóng hỗ trợ được các giao diện sóng vô tuyến 3G.

- Thành phần RNS: Chức năng điều khiển các cuộc gọi, điều khiển công

suất, chuyển mạch vùng cũng như kết nối với mạng lõi CN thông qua giao diện

Iu Đồng thời cung cấp một kết cuối giao thức nhằm điều khiển tài nguyên vôtuyến của mạng, truyền các bản tin và thủ tục giữa MS và UTRAN RNS có vaitrò giống như một BSC trong mạng GSM

Khối RNC: Điều khiển CRNC của nút B thông qua giao diện Iub CRNC

có nhiệm vụ điều khiển tài nguyên vô tuyến cho cell của mình Khi MS vàUTRAN kết nối có thể sử dụng tài nguyên vô tuyến của một hay nhiều RNC:

+ SRNC (RNC phục vụ): điều khiển một MS dùng toàn bộ giao diện Iu

cho truyền số liệu và báo hiệu RANAP tương ứng từ thiết bị người dùng đếnmạng lõi SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên radio như giaothức báo hiệu giữa UTRAN và UE Xử lý các số liệu lớp hai, tới hoặc từ giaodiện vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một nút B khác

+ DRNC (RNC kề cận) là một RNC nào đó khác SRNC có chức năngđiều khiển các cell được MS sử dụng DRNC sẽ kết hợp, phân chia ở phân tập vĩ

mô khi cần thiết Không xử lí số liệu lớp hai, từ hoặc tới giao diện vô tuyến mà

sẽ chỉ có chức năng định tuyến số liệu giữa hai giao diện Iur và Iub một cách trongsuốt Một UE có thể có nhiều DRNC nhưng cũng có thể không có

Nút B(trạm gốc): Nhiệm vụ xử lí lớp vật lý (lớp 1) của giao diện vô tuyến,

chuyển đổi dữ liệu giữa giao diện Uu và Iub, điều khiển công suất vòng trong.Chức năng tương tự như BS trong GSM

1.2.1.3 Mạng lõi CN

- HLR: là cơ sở dữ liệu dung để lưu trữ các thông tin cơ bản nhất về thuêbao đã được đăng ký với mạng, để quản lý thông tin về dịch vụ cho phép, địnhtuyến cuộc gọi, tính cước cuộc gọi; dịch vụ bổ sung như chuyển hướng cuộc gọi,tốc độ truyền dữ liệu, thư thoại, các vùng không được chuyển mạng

- MSC/VLR: Đáp ứng những dịch vụ chuyển mạch kênh, ở vị trí hiện thờicủa UE trong mạng Tổng đài MSC có nhiệm vụ kết nối dữ liệu chuyển mạchkênh trong toàn mạng, thông tin báo hiệu, thực hiện chuyển mạch cho thuê baođược MSC này quản lý VLR lưu trữ bản sao của HLR gồm thông tin đã đăng

ký của thuê bao, các dịch vụ được sử dụng, thông tin vị trí của thuê bao trongmạng Phần mạng được dùng để truy nhập qua MSC/VLR được gọi là vùng CS

- GMSC: thực hiện chuyển mạch kết nối với mạng dữ liệu chuyển mạchkênh ngoài với MS

- SGSN: có chức năng giống như của MSC/VLR nhưng áp dụng chonhững dịch vụ chuyển mạch gói SGSN lưu trữ các thông tin về đăng ký và vị tríthuê bao Phần mạng truy nhập qua SGSN gọi là vùng PS

- GGSN: chức năng giống với GMSC nhưng áp dụng cho các dịch vụ PS

Trong tương lai sẽ hướng đến một mạng chuyển mạch gói, ATM sẽ làphương thức được chuẩn hóa và sử dụng với hiệu quả cao trong việc truyền mộtlượng lớn số gói tin với trễ truyền thấp nhất Có khoảng 300 cuộc gọi thực hiệncùng lúc trên một luồng E1/T1

1.2.1.6 Phân lớp trong hệ thống W- CDMA

Các hệ thống CDMA one, CDMA 2000, W-CDMA đều xây dựng một mô

hình OSI, trong đó phân chia thành nhiều lớp: lớp vật lý, lớp truyền dẫn, lớpmạng truyền dẫn Lớp vật lý có trách nhiệm phát từng bit tin lên kênh vô tuyến,lớp tuyến truyền dẫn sẽ truyền các bit 0 và 1 này lên mạng truyền dẫn sao chokhông xảy ra lỗi, lớp tuyến chia dữ liệu thành từng khung có độ dài tùy thuộcvào chuẩn cho mỗi hệ thống, sau đô chuyển đi theo thứ tự, truyền nhận theo cơchế yêu cầu phát lại khung khi phát hiện có lỗi Thông tin từ các host chuyển tớilớp mạng truyền dẫn, tại đây được biến đổi thành dạng gói và được định tuyến

để truyền đi

Ở các hệ thống trên, chỉ có lớp mạng truyền dẫn (lớp 3) tương tác trựctiếp với các ứng dụng báo hiệu, còn tất cả các ứng dụng về lưu lượng như thoại,

số liệu đều chỉ được thông tin qua lớp vật lý (lớp 1)

độ bit cần truyền và hệ số trải phổ, do đó việc phát tín hiệu là liên tục hoặc giánđoạn ở tất cả các khe thời gian.

Sơ đồ cấu trúc tổ chức kênh vật lý của hệ thống như sau:

Siêu khung

Khung Khung Khung (72)

0,625ms 10ms 720ms

16 khe

Hình 1.5: Cấu trúc kênh vật lý UTRA/IMT-2000

Một siêu khung dài 720 ms được chia thành 72 khung, mỗi khung 10mslại phân ra thành16 khe thời gian, mỗi khe dài 0,625 ms

Mỗi khung có độ dài 10ms thích hợp với độ dài khung của mã thoại G729 Có thể hỗ trợ thêm dịch vụ truyền hình khi đang di chuyển, bằng cáchghép thêm luồng hình mã Videophone H.263 vào các khung này

ITU-Trong mạng UTRAN, kênh DPDCH được ghép theo thời gian với kênhDPCCH trên đường xuống, còn ở đường lên thì được xếp ghép thành các nhánhMod I và Q

Trong chế độ FDD, mỗi tần số và mã trải phổ sẽ xác định kênh vật lýđường xuống Trên đường lên, dữ liệu và thông tin điều khiển được truyền songsong trên nhánh I và Q, vì vậy kênh vật lý được nhận dạng từ pha sóng mangtương đối (I hay Q) Trong chế độ TDD, tần số, mã trải phổ và khe thời giandùng để xác định một kênh vật lý

1.2.2 Các kênh trong W-CDMA

1.2.2.1 Kênh truyền tải

Các kênh truyền tải hình thành trên cơ sở các kênh logic được sắp xếp.Trên đó chứa các thông số, các đặc tính cần thiết để truyền số liệu qua mạng

Hai loại kênh truyền tải là: kênh truyền tải chung và kênh truyền tải riêng.Trên kênh kênh truyền tải chung thì tài nguyên vô tuyến sẽ được dùng cho toàn

bộ hoặc một nhóm người dùng trong cell Trong khi đó trên kênh truyền tảiriêng, tài nguyên vô tuyến chỉ được cấp cho một người dùng duy nhất, quy địnhbằng một mã với một tần số xác định

- Kênh truyền tải riêng (DCH): Thông tin trên kênh gồm số liệu của dịch

vụ hiện thời và những tín hiệu điều khiển cho lớp cao, từ các lớp trên của lớp vật

lý của mỗi người dùng Khả năng thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo khung, hỗtrợ chuyển giao mềm, điều khiển công suất nhanh chóng cũng như khả năngphân tập phát Do có hỗ trợ tốc độ bít thay đổi và ghép kênh nên WCDMAkhông cần kênh truyền tải tách biệt

- Kênh truyền tải chung (CCH): Chứa thông tin cho tất cả các MS Có

những kênh có khả năng điều khiển nhanh công suất nhưng không hỗ trợ chuyển

giao mềm

Có 6 kiểu kênh truyền tải chung:

+ Kênh quảng bá (BCH): Là kênh đường xuống, phát thông tin về mạngUTRAN hoặc cell Công suất phát kênh rất lớn tới mọi thuê bao trong vùng phủsóng của cell, giúp UE đăng ký với cell khi nó giải mã được kênh này

+ Kênh truy nhập hướng đi (FACH): là kênh đường xuống với tốc độ bit

đủ thấp, không sử dụng điều khiển công suất nhanh, giúp mọi UE trong cell đều

có thể thu đúng bản tin thông tin nhận dạng; ngoài ra còn dùng để phát các gói

số liệu Mỗi cell có thể có nhiều kênh FACH

+ Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH): Là kênh đường lên, UE sử dụngkênh này để yêu cầu thiết lập một kết nối tới mạng hoặc để phát gói số liệu nhỏ

UE cần thu được kênh này ở toàn bộ vùng phủ của cell

+ Kênh tìm gọi (PCH): Kênh đường xuống gồm các bản tin chứa các thủtục để tìm gọi UE khi mạng muốn thiết lập đường thông tin tới thuê bao Thông

tin này có thể được phát từ một hay nhiều cell theo cấu hình hệ thống, các UEphải có thể thu được bản tin này trong toàn bộ vùng phủ sóng của cell.

+ Kênh chia sẻ đường xuống (DSCH): thường kết hợp với kênh DCHđường xuống, được chia sẻ cho nhiều người dùng trong mạng, trên đó chứathông tin người dùng và có thể có các bản tin điều khiển

+ Kênh gói chung đường lên (CPCH): Được sử dụng để phát gói số liệucủa người dùng Đây là mở rộng của kênh RACH

1.2.2.2 Các kênh vật lý

Trên kênh vật lý, tín hiệu được xử lý để đảm bảo chất lượng cao nhất vàtương thích với đặc tính truyền dẫn vô tuyến Các kênh vật lý gồm:

- Kênh vật lý đường lên:

+ Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH): kênh đường lên gồm thôngtin truy xuất mạng, có thể dùng để phát các gói dữ liệu

+ Kênh dữ liệu vật lý dành riêng (DPDCH): chứa thông tin dữ liệu củangười sử dụng

+ Kênh gói chung vật lý (PCPCH): dùng để mang CPCH, gồm các thôngtin chung, phát các gói tin từ UE đến nút B

+ Kênh điều khiển vật lý dành riêng (DPCCH): chứa những thông tin điềukhiển lớp vật lý như thông tin hồi tiếp, điều khiển công suất Với mỗi kết nối vôtuyến chỉ có một kênh DPCCH hướng lên

- Kênh vật lý đường xuống:

+ Kênh hoa tiêu chung (CPICH): Có tốc độ cố định (30kb/s, SF=256) đểmang chuỗi bit xác định, gồm 2 loại khác nhau về phạm vi sử dụng và sự hạnchế tính năng vật lý: CPICH sơ cấp và CPICH thứ cấp CPICH sơ cấp là kênhriêng cho mỗi cell, sử dụng một mã ngẫu nhiên sơ cấp với mã định kênh, ứngdụng trong các phép đo phục vụ cho chuyển giao, chọn cell Còn CPICH thứ cấp

có thể dùng mã ngẫu nhiên thứ cấp và một mã định kênh bất kỳ dài 256chip, sửdụng ở các vùng có mật độ lưu lượng lớn bằng anten có búp sóng hẹp

+ Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH): được coi như việc 2 kênhDPCCH và DPDCH theo thời gian, trên đó mang thông tin riêng như DPCHđường lên.

+ Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH): là kênh đường xuống

có tốc độ cố định như kênh hoa tiêu chung, không chứa thông tin điều khiểncông suất, không mang thông tin lớp 1, được dùng để mang kênh BCH Các UEđều cần phải giải điều chế kênh này để truy nhập vào hệ thống

+ Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH): Kênh cần có trong 1cell, chứa thông tin FACH và PCH, không mang thông tin điều khiển công suất

+ Kênh vật lý chia sẻ đường xuống (PDSCH): Cho phép nhiều ngườidùng chung dựa trên phương thức ghép kênh mã, thông tin trên đó liên quan đếnkênh dành riêng đường xuống

+ Kênh đồng bộ (SCH): Không mang kênh truyền tải, trải phổ bằng chuỗi256chip nhằm phục vụ cho việc đồng bộ mạng, tìm cell; gồm hai loại: SCH sơcấp và SCH thứ cấp được phát song song SCH sơ cấp dùng chuỗi trải phổ 256chip giống nhau cho toàn bộ các cell SCH thứ cấp dùng các chuỗi có thể kếthợp các từ mã riêng biệt và tạo nên các nhóm mã, trên kênh này chứa thông tinđồng bộ khe thời gian, khung, thông tin về nhóm của thiết bị người dùng SCH

và P-CCPCH được ghép theo thời gian, mỗi khe ghép 256 chip của SCH

+ Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH): sử dụng mã định kênh hệ số trải phổ là

256, không có điều khiển công suất, phát ở mức công suất cao nhất cho mọi UE

có thể thu được, kênh này có tốc độ cố định chứa các chỉ thị tìm gọi (PI) khi UEhoạt động ở chế độ nghỉ Mỗi khung PICH dài 10ms, chứa 288bit thông tin tìmgọi, 12 bit không được định nghĩa, các chỉ thị tìm gọi sẽ xuất hiện 1 lần tại 1 khethời gian của kênh

+ Kênh chỉ thị bắt (AICH): là kênh đường xuống, không có điều khiểncông suất, với hệ số trải phổ là 256 và 16 ký hiệu trong chuỗi chữ ký, được kếthợp với RACH, dùng để biểu thị việc thu hay nhận 1 chuỗi chữ ký RACH cho

BS cho việc truy nhập của UE AICH có chuỗi chữ ký giống với RACH với một

mã định kênh đường xuống của BS Các thiết bị đầu cuối phải được chuẩn pha

từ kênh hoa tiêu chung để có thể phát hiện được kênh AICH, ngoài ra kênh nàyphải được phát với mức công suất cao để mọi UE có thể thu được

+ Kênh chỉ thị phát hiện tranh chấp/ ấn định kênh (CD/CA-ICH): gồmnhững thông tin về phát hiện tranh chấp tới UE

+ Kênh chỉ thị trạng thái kênh vật lý chung CSICH (CPCH): Chỉ thị trạngthái bận rỗi của các kênh CPCH, giúp cho việc truy nhập của thiết bị đầu cuốitới các kênh này

1.2.2.3 Sự sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

Mỗi kênh truyền tải đều được gắn kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyềntải (TFI) tại mọi thời điểm các kênh truyền tải sẽ nhận được số liệu từ các mứccao hơn Thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau được kết hợp vào chỉthị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) tại lớp vật lý TFCI được phát trênkênh điều khiển nhằm thông báo cho máy thu tại khung hiện thời những kênhnào đang ở trạng thái tích cực Khi sử dụng cơ chế phát hiện khuôn dạng kênhtruyền tải mù (DBFD) được thực hiện bằng cách kết nối với các kênh riêngđường xuống thì cơ chế này là không cần thiết Máy thu giải mã TFCI rồichuyển nó lên mức cao hơn cho tìm kênh trong tất cả các kênh truyền tải đang

có thể tích cực ở kết nối Các kênh truyền tải có thể được gắn trên cùng mộtkênh vật lý hay các kênh vật lý giống nhau hoặc khác nhau tạo nên một kênhtruyền tải đa hợp (CCTRCH) Sự sắp xếp này như sau:

Các kênh truyền tải Các kênh vật lý

là nền tảng cốt lõi để xây dựng công nghệ W- CDMA dùng cho 3G.

Công nghệ W-CDMA đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng có ưuđiểm hơn công nghệ GSM:

- Sử dụng kỹ thuật CDMA dùng mã ngẫu nhiên để phân biệt tín hiệu nêntính bảo mật thông tin rất cao đồng thời nâng cao khả năng sử dụng băng tần

- Khả năng chuyển giao mềm cao hơn khi di chuyển qua 2 ô tế bào

- Sử dụng kỹ thuật số nâng cao chất lượng thoại; tăng dung lượng của hệthống được mở rộng

- Tự động điều chỉnh công suất phát của máy di động theo khoảng cáchnên tiết kiện năng lượng của pin

- Dễ dàng nâng cấp, mở rộng dung lượng và chi phí thấp hơn GSM

Hệ thống W- CDMA còn được bổ sung thêm khả năng phân tập phát,Anten tương thích, áp dụng được cho các loại máy thu hiện đại

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

2.1.1 Đa truy nhập chia theo thời gian TDMA

Mỗi người sử dụng được cấp một dải tần trong một khe thời gian khi thựchiện một cuộc liên lạc và trong suốt quá trình thực hiện cuộc gọi Phương thứcnày cho phép nhiều người sử dụng trên cùng một dải tần nhưng ở những thờigian khác nhau, vì thế mà cấu trúc hệ thống trạm thu phát đơn giản Tuy nhiênyêu cầu đồng bộ khá ngặt nghèo và cần hạn chế ISI gây ra trong khi truyền tin

Thời gian

Hình 2.1: Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian

2.1.2 Phương thức đa truy nhập chia theo tần số FDMA

Mỗi người sử dụng được hoạt động trên cùng một tần số trong dải tầnchung, do đó nhiều người dùng được cùng hoạt động một lúc, phân biệt vớinhau bằng tần số Phương thức này chỉ truyền dữ liệu thoại tốc độ thấp, cầnnhiều máy thu phát tương ứng với số kênh tần số, hiệu quả sử dụng dải tần rấtthấp, dễ gây nhiễu giữa các kênh kề nhau

Thời gian

Hình 2.2: Phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số

2.1.3 Phương thức đa truy nhập phân chia tần số trực giao FDMA

OFDM là một kỹ thuật ghép kênh tương tự như kỹ thuật ghép kênh theotần số FDM, một băng thông lớn sẽ được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn,tuy nhiên giữa các băng tần nhỏ không cần dải bảo vệ vì các tần số sử dụng cótính trực giao, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao, đem lại hiệu quả sử dụngdải thông, có khả năng chống được nhiễu Trong OFDMA, phân bố dữ liệu củangười dùng truyền đi bằng các sóng mang phụ của kỹ thuật OFDM

Thời gian

Hình 2.3: Phương pháp đa truy nhập phân chia tần số trực giao

2.1.4 Phương thức đa truy nhập chia theo mã CDMA

Trong phương pháp này, mỗi người dùng được phép sử dụng toàn bộ dảitần cung cấp trong toàn bộ thời gian liên lạc Các người dùng phân biệt với nhaunhờ sử dụng các mã trải phổ khác nhau, vì vậy giữa các kênh truyền không gâynhiễu lẫn nhau Phương pháp này có nhiều ưu điểm như hiệu quả sử dụng phổtần cao, có khả năng chống nhiễu trên kênh truyền, và mức độ bảo mật thông tinrất cao, thiết bị trạm gốc đơn giản Tuy nhiên nó đòi hỏi cần phải đồng bộ giữamáy thu và máy phát, yêu cầu về mã trải phổ và vấn đề về điều khiển công suất

Thời gian Mã

Hình 2.4: Phương thức đa truy nhập phân chia theo mã

Đây là phương thức có ứng dụng cao trong các hệ thống thông tin nóichung và thông tin di động nói riêng

2.2 LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ

Trong các hệ thống thông tin trải phổ, tín hiệu bản tin được trải phổ rộnggấp nhiều lần rồi mới phát đi

Tín hiệu băng hẹp trước trải phổ

Tín hiệu trải phổ băng rộng

Hình 2.5: Băng thông tín hiệu

Mối quan hệ giữa dung lượng kênh truyền theo lý thuyết (không có lỗi)với tỉ số tín hiệu trên tạp âm S/N và băng thông B theo công thức Shannon:

Để tăng dung lượng kênh thì có thể tăng động rộng băng thông hoặc côngsuất tín hiệu, hoặc tăng cả 2 yếu tố trên Công thức này chỉ áp dụng cho kênhcao tần với giả thiết bộ lọc trung tần là bộ lọc thông dải lý tưởng, độ rộng băngtần tối thiểu là 2B Coi nhiễu là nhiễu trắng Gaussian (AWGN) đúng với hầu hếtcác hệ thống truyền thông do các hệ thống này đều chịu ảnh hưởng của tạp âmnhiệt Đối với các hệ thống có nhiễu xuyên kênh thì kết quả có thể khác

* Nguyên lý trải phổ và nén phổ:

Hình 2.6: Sơ đồ tổng quát hệ thống trải phổ SS

Trong đó: Bi là độ rộng băng thông và Ri là tốc độ dữ liệu nguồn tin i(t),còn Rc là tốc độ chip của chuỗi mã trải phổ c(t)

d(t)

r(t)BPF

Tại phía phát: Phổ của tín hiệu gốc được trải rộng đến độ rộng băng tần

cần thiết, sau đó được điều chế để chuyển đến dải tần được cấp cho truyền dẫn.Tín hiệu phát trên kênh truyền vô tuyến có thể chịu tác động của nhiễu, tạp âm,suy hao công suất trên kênh truyền

Tại phía thu: Khôi phục lại bản tin ở máy thu bằng cách thực hiện các

quá trình ngược lại so với phía phát: giải điều chế tín hiệu thu, giải trải phổ, giải

mã và giãn tín hiệu để nhận được một tín hiệu số Nếu nguồn là tương tự thì tínhiệu số này được biến đổi thành tín hiệu tương tự bằng DAC

Tín hiệu phát đi được làm cho giống với tạp nhiễu cho các máy thu khác,gây khó khăn trong việc tách lấy tin tức của các máy thu này Máy thu chủ địnhphải biết được mã này để tái tạo lại nó và đồng bộ mã này cho chính xác để thựchiện nén phổ, tách lấy bản tin

* Đặc điểm của hệ thống SS:

- Tín hiệu phát có độ rộng băng tần lớn hơn gấp hàng trăm lần ban đầu

- Thực hiện trải phổ bằng một mã trải phổ độc lập với tín hiệu gốc

* Độ lợi xử lý của hệ thống:

G s=B s

B i(2.2)

* Ưu điểm của hệ thống trải phổ:

- Khả năng đa truy nhập: Những mã trải phổ sử dụng có tương quan chéothấp nên máy thu sẽ phân biệt được nhiều người dùng cùng lúc

- Khả năng chống nhiễu đa đường: Khi giải trải phổ, máy thu sẽ xemnhững tín hiệu trễ là nhiễu, chỉ giữ lại một phần nhỏ của nó trong băng thôngcủa tín hiệu chủ định, nhưng phụ thuộc vào phương pháp điều chế đã dùng

- Khả năng bảo mật cao: Tại mọi thời điểm, tín hiệu trải phổ chiếm cảbăng thông nên công suất của nó sẽ rất thấp trên một đơn vị của băng thông nênrất khó để phân biệt và phát hiện được tín hiệu này Muốn lấy lại được tín hiệuban đầu thì máy thu phải biết mã trải phổ, hệ thống mang tính chất bảo mật cao

- Khả năng triệt nhiễu băng hẹp: Trong băng thông của tín hiệu, công suấtcủa nhiễu bị suy giảm một giá trị tương đương với độ lợi xử lý khi nhân với mãtrãi phổ.

2.3 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ

2.3.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS

Hệ thống trải phổ trực tiếp là hệ thống phổ biến nhất thường sử dụng, cócấu trúc khá đơn giản, yêu cầu không cao về tính ổn định hay tốc độ tổng hợptần số Tín hiệu bản tin số sẽ được nhân trực tiếp với tín hiệu mã và sóng mang

để tạo ra tín hiệu điều chế sóng mang băng rộng

Hệ thống DS/SS là hệ thống băng rộng, cả băng thông có thể dành chongười sử dụng Một hệ thống DS/SS phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Tín hiệu phát đi có băng thông rộng hơn nhiều lần băng thông cần cócủa tín hiệu gốc (dữ liệu băng tần cơ sở)

+ Trải phổ được thực hiện bằng một tín hiệu trải phổ, thường là tín hiệu

mã hóa, tín hiệu này độc lập và có tốc độ cao hơn nhiều tín hiệu tin tức

+ Tại máy thu, việc nén phổ bằng bộ tương quan chéo của tín hiệu trảiphổ thu được Tín hiệu dùng để giải trải phổ phải được đồng bộ, giống với tínhiệu dùng để trải phổ như bên phát

d(t)

c(t)

Điều chế BPSK

Hình 2.7: Sơ đồ máy phát DSSS- BPSK