Thiết kế hệ thống truyền thông tin định vị qua mạng thông tin di động thế hệ thứ 3

Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin Đặc điểm: ƒ Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến ƒ Nhiễu giao thoa

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu của luận văn thạc sỹ khoa học này do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Luận văn sử dụng nhiều tài liệu tham khảo đều

có nguồn gốc rõ ràng, thông tin và số liệu được sử dụng trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chính xác

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà nội, ngày 29 tháng 10 năm 2010

Học viên Phạm Thành An

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lâp – Tự do – Hạnh phúc -* -

BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT

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

tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động

ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết

BCC Base Station Colour Code Mã mẫu trạm gốc

BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc

BHCA Busy Hour Call Attempts Gọi trong giờ bận

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BCC Base Station Colour Code Mã mẫu trạm gốc

C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu CCITT International Telegraph and

Telephone Consulative Committee

Uỷ ban quốc tế về điện thoại và

điện tín CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CODEC Code and DECode Mã hoá và giải mã

CPC Close Loop Power Control Điều khiển công suất vòng kín CRC Cyclic Redunancy Check Kiểm tra dư vòng

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCE Data Communication Equipment Thiết bị truyền số liệu

DTX Discontinuous Transmission Truyền phát gián đoạn

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu

ETS European Telecommunications

Standard

Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu

Âu FDMA Frequence Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

FSK Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần

GSM Global System for Mobile

Communication

Thông tin di động toàn cầu

GOS Grade Of Service Cấp độ phục vụ

GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

IMTS Improved Mobile Telephone

Systems

Hệ thống điện thoại di động cải

tiến IMSI International Mobile Subscriber

Identity

Số nhận dạng thuê bao di động

quốc tế ISDN Integrated Servive Digital

MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động

PAGCH Paging and Access Kênh chấp nhận truy cập và nhắn

tin PCH Paging Channel Kênh nhắn tin

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

Network

Mạng thoại công cộng có chuyển mạch

RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên

SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SDCCH Stand alone Dedicated Control

Channel

Kênh điều khiển dành riêng

SDMA Space Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo không

gian TACH Traffic and Associated Channel Kênh lưu lượng và liên kết TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời

gian TMN Telephone Management Network Mạng quản lý viễn thông UTC Universal Coordinated Time Thời gian hợp tác toàn thế giới

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU x

CHƯƠNG 1 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3

1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ nhất 3

1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ hai 4

1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 4

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA 6

1.3.1 Cấu trúc mạng W-CDMA 9

1.3.2 Giao diện vô tuyến 12

1.3.2.1 Giao diện UTRAN – CN, IU 13

1.3.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 14

1.3.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 15

1.3.3 Kiến trúc phân lớp trong WCDMA 15

1.3.3.1 Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống W-CDMA 15

1.3.3.2 Lớp vật lý trong W-CDMA 16

1.3.4 Cấu trúc kênh trong WCDMA 17

1.3.4.1 Các kênh logic 17

1.3.4.2 Các kênh truyền tải 18

1.3.4.3 Các kênh vật lý .21

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo 30

CHƯƠNG 2 CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 33

2.1 Giới thiệu chung 33

2.2 Khái quát và so sánh các thông số của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) 33

2.2.1 GPS 33

2.2.2 GLONASS 34

2.2.3 GALILEO 34

2.3 Độ chính xác của GPS 37

2.4 Tín hiệu GPS 38

2.5 Nguồn lõi của tín hiệu GPS 39

2.6 Bản tin GPS 40

2.7 Ứng dụng của hệ thống GPS 44

2.8 Cơ cấu của hệ thống định vị toàn cầu 46

2.8.1 Phần không gian (space segment) 47

2.8.1.1 Một số thông số vệ tinh thế hệ GPS Block I 49

2.8.1.2 Một số thông số vệ tinh thế hệ GPS IIR-M1 (thế hệ mới) 50

2.8.2 Phần điều khiển (control segment): 50

2.8.3 Phần người sử dụng (user segment) và máy thu vệ tinh 52

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG TIN ĐỊNH VỊ QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA 53

3.1 Mô hình hệ thống 53

3.2 Nghiên cứu và chế tạo thiết bị đầu cuối 53

3.2.1 Giới thiệu module GPS+GALILEO của hãng U-blox 55

3.2.2 Giới thiệu tổng quan ATMEGA128 56

3.2.2.1 Cấu trúc vi điều khiển AVR 57

3.2.2.2 Các chân ATMEGA128 58

3.3 Sơ đồ mạch in 65

3.4 Sản phẩm 66

3.5 Giới thiệu hệ thống cơ sở dữ liệu trung tâm 66

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô tả phương pháp đa truy cập FDMA/TDMA/CDMA 4

Hình 1.2 Hệ thống di động thế hệ ba 7

Hình 1.3 Các dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động thế hệ thứ ba 9

Hình 1.4 Cấu trúc của WCDMA 10

Hình 1.5 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 13

Hình 1.6 Kiến trúc phân lớp trong WCDMA 16

Hình 1.7 Cấu trúc kênh vật lý của WCDMA 17

Hình 1.8 Cấu trúc khung vô tuyến DPDCH/DPCCH cho đường lên 22

Hình 1.9 Số thứ tự các khe truy nhập RACH 23

Hình 1.10 Cấu trúc khung vô tuyến cho DPCH đường xuống 25

Hình 1.11 Cấu trúc khung vô tuyến của CPICH 25

Hình 1.12 Cấu trúc khung vô tuyến của P-CCPCH 26

Hình 1.13 Cấu trúc khung vô tuyến của S-CCPCH 27

Hình 1.14 Cấu trúc kênh đồng bộ .28

Hình 1.15 Cấu trúc khung vô tuyến của P- DSCH 29

Hình 1.16 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh AICH 29

Hình 1.17 Các thế hệ di động 31

Hình 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh 33

Hình 2.2 Hệ thống đinh vị GPS Vi sai 37

Hình 2.3 Tín hiệu GPS 39

Hình 2.4 Ứng dụng của GPS trong giao thông 45

Hình 2.5 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu 47

Hình 2.6 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất 48

Hình 2.7 Vệ tinh NAVSTAR 49

Hình 2.8 Vệ tinh NAVSTAR 49

Hình 2.9 GPS IIR-M1 launched in Sep 2005 50

Hình 2.10 Các trạm điều khiển và kiểm tra 51

Hình 2.11 Các thành phần của GPS 52

Hình 3.1 Mô hình hệ thống 53

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đầu cuối 54

Hình 3.3 Module GPS+GALILEO 55

Hình 3.4 Sơ đồ khối hoạt động 56

Hình 3.5 Cấu trúc vi điều khiển AVR 58

Hình 3.6 Chip vi điều khiển AVR 59

Hình 3.7 Mặt trên mạch in 65

Hình 3.8 Mặt dưới mạch in 65

Hình 3.9 Hình ảnh sản phẩm 66

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại kênh truyền tải 18

Bảng 1.2 Phân loại kênh vật lý 21

Bảng 1.3 Các giá trị tương ứng của a với việc mã hoá STTD 28

Bảng 1.4 So sánh tốc độ cao nhất lý thuyết và thực tế 32

Bảng 2.1 So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Yasuda, 2001) 35

Bảng 3.1 Địa chỉ của các port 60

MỞ ĐẦU

Đầu thế kỉ 20, người ta đã phát minh ra một số hệ thống dẫn đường vô tuyến điện (radio-based navigation systems) và sử dụng rộng rãi trong Chiến tranh thế giới thứ hai Tuy nhiên hạn chế của phương pháp sử dụng sóng vô tuyến điện được phát trên mặt đất là chỉ có hai lựa chọn: hoặc là hệ thống rất chính xác nhưng không bao phủ được vùng rộng lớn, hoặc là hệ thống bao phủ được một vùng rộng lớn nhưng lại không chính xác

Chính vì vậy những nhà khoa học đã nghĩ rằng cách duy nhất bao phủ sóng chính xác trên toàn thế giới là đặt những trạm phát sóng vô tuyến điện cao tần đặt trong không gian và phát sóng xuống trái đất Đây là ý tưởng ban đầu của hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) Ý tưởng này đã đúc kết lại 2,000 năm sự tiến bộ trong khoa học dẫn đuờng bằng cách tạo ra “những hải đăng trong vũ trụ” làm đồng bộ được với thời gian tiêu chuẩn có thể dùng để xác định vị trí chính xác

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của Khoa Học – Kỹ Thuật, các ứng dụng của hệ thống GNSS vào trong đời sống ngày càng đa dạng và phong phú Nhằm phục vụ cuộc sống của con người ngày càng tốt hơn, nhiều hệ thống định vị

đã ra đời nhưng nổi trội hơn cả là hai hệ thống GPS của Mỹ và Galileo của Châu

Âu Hai hệ thống này về cơ bản là giống nhau; vì vậy, xu hướng của tương lai là sử dụng các thiết bị có thể hoạt động đồng thời với hai hệ thống trên Kết hợp với nền tảng mạng viễn thông di động thế hệ thứ ba tốc độ cao, đề tài này sẽ nghiên cứu và thiết kế thiết bị đầu cuối truyền thông tin định vị qua mạng thông tin di động thế hệ thứ ba

Tôi xin cảm ơn thầy giáo PGS.TS Vũ Văn Yêm đã giúp đỡ tôi trong việc định hướng đề tài và các cơ sở vật chất để hoàn thành đề tài Tôi cũng xin cảm ơn tất cả các Thầy, Cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã góp ý và chia sẻ kinh nghiệm với tôi để tôi hoàn thành đề tài này

Hà nội, ngày 29 tháng 10 năm 2010

1 CHƯƠNG 1 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần và tính tiện dụng của nó Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới - thế hệ 4 Trong chương này sẽ trình bày khái quát về các đặc tính chung của các hệ thống thông tin

Đặc điểm:

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

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

ƒ 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 (Advanced Mobile phone System - AMPS)

Hệ thống di động thế hệ thứ nhất sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản (FDMA) 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 nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ hai ưu điểm hơn về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

Hình 1.1 Mô tả phương pháp đa truy cập FDMA/TDMA/CDMA

1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ hai

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế

hệ hai được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng điều chế số và phương pháp đa truy cập:

ƒ Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

ƒ Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung

Đặc điểm :

ƒ Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

ƒ 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 động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

ƒ Giảm số máy thu phát ở BTS

ƒ 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 Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng 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 nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN (Pseudo Noise)

ƒ Liên lạc song công ,mỗi hướng ở các dải tần khác nhau

ƒ Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt

Hệ thống điển hình cho công nghệ CDMA là IS-95

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA

Hệ thống thông tin di động thế hệ hai vẫn chưa thực hiện được các mục tiêu ban đầu đề ra, không thể đáp ứng được nhu cầu truyền tải tốc độ cao của một số người sử dụng, không thể thực hiện hiệu quả một số kỹ thuật mới như IP Những nhu cầu này chính là động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao Do vậy những hệ thống mới bắt đầu xuất hiện và trở thành kỹ thuật trung gian quá độ sang hệ thống thông tin di động thế hệ ba Sau đây là những mục tiêu chính mà hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chưa đạt được:

ƒ Chưa hình thành hệ thống tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu

ƒ Dịch vụ đơn nhất (chủ yếu là dịch vụ thoại, chỉ có thể truyền tải những thông tin ngắn và đơn giản) Không thể thực hiện trên toàn cầu:

do tiêu chuẩn phân tán và bảo hộ kinh tế nên không thể thống nhất toàn cầu và chuyển vùng toàn cầu

ƒ Dung lượng thông tin không đủ

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ ba này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin

di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

ƒ WCDMA : là sự nâng cấp từ TDMA – GSM – GPRS – EDGE – WCDMA

ƒ CDMA 2000 : CDMA – CDMA 2000 IS 95A - CDMA 2000 IS 95B – CDMA 2000x1 – CDMA 2000x1 EV-DO

PDC (TDMA)

iDEN (TDMA)

IS-136 (TDMA)

IS-95A (CDMA)

IS-95B (CDMA)

UMTS

1xRTT (CDMA2000)

1xEV-DO (CDMA2000)

1xEV-DV (CDMA2000)

Hình 1.2 Hệ thống di động thế hệ ba

Công nghệ EDGE là một bước cải tiến của chuẩn GPRS để đạt tốc độ truyền

dữ liệu theo yêu cầu của thông tin di động thế hệ ba Tuy nhiên EDGE vẫn dựa trên cấu trúc mạng GSM, chỉ thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến kết hợp với dịch vụ chuyển mạch vô tuyến gói chung (GPRS) nên tốc độ vẫn còn hạn chế Điều này gây khó khăn cho việc ứng dụng các dịch vụ truyền thông đa phương tiện đòi hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn Để giải quyết vấn đề này,

giải pháp đưa ra là nâng cấp EDGE lên chuẩn di động thế hệ ba CDMA

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

ƒ Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

ƒ Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

ƒ Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

ƒ Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch

vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

Hình 1.3 Các dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động thế hệ thứ ba

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

1.3.1 Cấu trúc mạng W-CDMA

Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-

KBit/s

Đối xứng Không đối xứng Đa phương

Điểm đến điểm Đa điểm

Đa phương tiện di động Quảng bá

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nhập cơ sở

dữ liệu

Mua hàng theo Catalog Video

Video theo yêu cầu

Báo điện

tử

Karaoke ISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Các dịch vụ phân phối thông tin

Tin tức

Dự báo thời tiết Thông tin lưu lượng Thông tin nghỉ ngơi

Truyền hình di động

Truyền thanh

di động

Tiếng

Số liệu H.ảnh

CDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ

y UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy 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

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

y CN (Core Network)

- HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ 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 các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng 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 chuyển mạch kênh cho 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 xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

- GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

y Các mạng ngoài

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

- Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

y Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân 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

hệ thống 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 khai thác 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 xuất khác nhau

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

1.3.2 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

Hiện tại tiến trình tiêu chuẩn hoá UMTS đang được triển khai Phần mạng truy nhập của UMTS là UTRAN đã được chuẩn hoá Tháng 01/1998, ETSI quyết định sử dụng UTRA FDD hay W-CDMA trên băng tần đôi và UTRA TDD hay TD/CDMA trên băng tần đơn

Hình 1.5 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN

1.3.2.1 Giao diện UTRAN – CN, I U

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu có hai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

• Cấu trúc I U CS

IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển : Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng

SAAL-NNI

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS : Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong CS

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS : Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection) Phần người

sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP

1.3.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hõ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

1.3.2.3 Giao diện RNC – Node B, I Ub

Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của IUb :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xữ lý các kênh riêng và kênh chung

- Xữ lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

1.3.3 Kiến trúc phân lớp trong WCDMA

1.3.3.1 Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống W-CDMA

Xét tổng thể, các hệ thống cdmaOne, cdma2000, W-CDMA đều xây dựng dựa trên mô hình OSI, trợ giúp chức năng của lớp vật lý, lớp tuyến và lớp mạng Lớp vật lý có nhiệm vụ truyền dẫn từng bit qua kênh vô tuyến Lớp tuyến thực hiện việc chuyển không có lỗi các bit 0 và 1 từ lớp vật lý lên lớp mạng Lớp tuyến phân dữ liệu thành các khung (độ dài khung tuỳ thuộc chuẩn của cdmaOne, cdma2000 hay W-CDMA) rồi truyền theo trình tự, phát hiện lỗi khi nhận khung từ phía đối phương để yêu cầu đối phương truyền lại khung và thực hiện việc truyền lại khung nếu được đối phương yêu cầu Lớp mạng nhận thông tin từ các host, biến đổi chúng thành các gói và định hướng các gói tới đích Lớp mạng còn làm nhiệm vụ điều khiển tuyến cho các gói, đảm trách xử lý cuộc gọi Trong các hệ thống này, các ứng dụng báo hiệu thông tin trực tiếp với lớp ba (lớp mạng) Các lớp trên là rỗng Tương

tự các ứng dụng lưu lượng (thoại hoặc số liệu) thông tin trực tiếp với lớp một (lớp vật lý) Do đó, chỉ có lớp vật lý là trợ giúp cho ứng dụng lưu lượng Xét cụ thể, cấu trúc phân lớp của W-CDMA được xây dựng dựa trên cơ sở các tiêu chuẩn của hệ thống UMTS: Lớp vật lý, lớp kết nối số liệu được chia thành các lớp con và lớp mạng

Hình 1.6 Kiến trúc phân lớp trong WCDMA

1.3.3.2 Lớp vật lý trong W-CDMA

Kênh truyền tải được truyền dẫn nhờ kênh vật lý Kênh vật lý được tổ chức dưới dạng các siêu khung, khung vô tuyến, khe thời gian như chỉ ra trong hình vẽ dưới Lý thuyết của cấu trúc khung phân cấp này cũng giống phần nào lớp khung GSM TDMA Tuy nhiên, nếu với GSM, mỗi người sử dụng TDMA có 1 vị trí khe riêng thì trong W-CDMA, số người có thể sử dụng đồng thời phụ thuộc vào tốc độ bit yêu cầu của thuê bao và hệ số trải phổ hợp của chúng Các mức di động có thể phát liên tục hoặc gián đoạn ở mọi khe thời gian, ví dụ như khi dùng bộ tách thoại VAD

Hình 1.7 Cấu trúc kênh vật lý của WCDMA

Siêu khung UTRA/IMT-2000 gồm 72 khung vô tuyến, với 16 khe thời gian trong mỗi khung Độ dài của mỗi khe thời gian là 0,625ms tạo ra 10ms và 720ms cho khung vô tuyến và siêu khung tương ứng Độ dài khung 10ms cũng phù hợp với

độ dài khung của mã thoại ITU-G729 cho thông tin thoại trong khi nó là “tích con” của nhiều độ dài khung mã thoại toàn tốc và tốc độ một nửa của hệ thống GSM Ta cũng thấy rằng việc xếp ghép của luồng hình của mã Videophone H.263 có thể được xắp xếp trên các khung vô tuyến 10ms để hỗ trợ các dịch vụ hình tương tác khi đang di chuyển Trên đường xuống của UTRA, kênh DPDCH và DPCCH được nối bằng cách ghép thời gian Trên đường lên chúng được xếp ghép thành các nhánh modem I và Q Ở chế độ FDD, kênh vật lý đường xuống được định nghĩa bởi

mã trải phổ và tần số của nó Hơn nữa, ở đường lên, các kênh bốn pha và "in-pha" trực giao của modem được dùng để phát thông tin điều khiển và dữ liệu đồng thời song song trên nhánh I và Q của modem và do đó pha sóng mang tương đối (I hoặc Q) được biết sẽ tạo thành phần nhận dạng của kênh vật lý Trái lại, ở chế độ TDD, 1 kênh vật lý được xác định bởi mã trải phổ, tần số và khe thời gian của nó

1.3.4.1 Các kênh logic

Người ta định nghĩa một bộ phận các kênh logic khác nhau sử dụng cho các dịch vụ truyền số liệu khác nhau ở phân lớp MAC Các kênh logic có thể được chia thành hai nhóm chủ yếu là: nhóm kênh điều khiển và nhóm kênh lưu lượng

Nhóm kênh điều khiển bao gồm:

1 Kênh điều khiển quảng bá - BCCH

2 Kênh điều khiển nhắn tin - PCCH

3 Kênh điều khiển dành riêng - DCCH

4 Kênh điều khiển chung - CCCH

5 Kênh điều khiển phân chia kênh - SHCCH

6 Kênh điều khiển riêng cho ODMA - ODCCH

7 Kênh điều khiển chung cho ODMA - OCCCH

Nhóm kênh lưu lượng bao gồm:

1 Kênh lưu lượng dành riêng - DTCH

2 Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA - DTCH

3 Kênh lưu lượng chung - CTCH

1.3.4.2 Các kênh truyền tải

Các kênh truyền dẫn có nhiệm vụ truyền thông tin giữa phân lớp MAC và lớp vật lý Các kênh truyền tải được phân loại thành hai nhóm: các kênh riêng và các kênh chung

Bảng 1.1 Phân loại kênh truyền tải

Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải chung

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) (UL)

- Kênh gói chung đường lên (CPCH) (UL)

- Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) (DL)

1.3.4.2.1 Các kênh truyền tải riêng(DCH-Dedicate Channel)

Mạng thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người sử dụng bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời (chẳng hạn như các khung tiếng) và thông tin điều khiển lớp cao (các lệnh chuyển giao và các báo cáo đo đạc từ UE) Lớp vật lý không thể phân biệt hai loại thông tin này nên xử lý như nhau Nhờ việc hỗ trợ tốc độ bit thay đổi và ghép kênh nên ở W-CDMA không cần kênh truyền tải tách biệt cho số liệu và điều khiển giống như GSM

Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến một phần ô hay đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm

1.3.4.2.2 Các kênh truyền tải chung

UTRA định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung Các kênh này có một số điểm khác với các kênh trong GSM chẳng hạn như truyền dẫn gói ở các kênh chung và một kênh dùng chung đường xuống để phát số liệu gói Các kênh chung không có chuyển giao mềm, nhưng một số kênh có điều khiển công suất nhanh

1 Kênh quảng bá (BCH – Broadcast Channel) (Down link - bắt buộc)

Được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRAN hoặc ô Trong một mạng, số liệu quan trọng nhất là các mã truy nhập ngẫu nhiên và các khe thời gian có thể cấp phát hay các kiểu phân tập phát được sử dụng cho các kênh khác ở một ô cho trước Vì UE chỉ có thể đăng ký đến một ô nếu nó có thể giải

mã kênh quảng bá nên cần phát kênh này ở công suất khá cao để phủ sóng đến toàn bộ mọi người trong ô Tốc độ thông tin trên kênh bị giới hạn bởi khả năng giải mã của các UE tốc độ thấp cho nên tốc độ kênh quảng bá UTRA là thấp

và cố định

2 Kênh truy nhập đường xuống (FACH - Forward Access Channel) (Down Link - bắt buộc)

Mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước Các số liệu gói cũng có thể được phát trên kênh FACH Trong một ô có thể có nhiều FACH Một FACH cần có tốc độ bit đủ thấp để tất cả các UE thu được FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và để thu đúng các bản tin được phát nó có chứa thông tin nhận dạng trong băng

3 Kênh tìm gọi (PCH - Paging Channel) (Down Link - bắt buộc)

Mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi khi mạng muốn khởi đầu thông tin với UE Tuỳ theo cấu hình hệ thống bản tin tìm gọi có thể được phát trong một ô hoặc trong hàng trăm ô Việc thiết kế kênh tìm gọi ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ của UE ở chế độ chờ UE càng ít điều chỉnh máy thu của mình để thu bản tin tìm gọi thì pin của nó ở chế độ chờ càng lâu

4 Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH - Random Access Channel) (Up Link - bắt buộc)

Được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như yêu cầu thiết lập một

kết nối Kênh này cũng được dùng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE

5.Kênh gói chung đường lên (CPCH - Common Packet Channel) (Up Link - tuỳ chọn)

Là mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người dùng phát theo gói FACH ở đường xuống cùng với kênh này tạo nên cặp kênh để truyền số liệu Khác với RACH, kênh này sử dụng điều khiển công suất nhanh, cơ chế phát hiện tranh chấp và thủ tục giám sát trạng thái CPCH So với một hoặc hai khung của bản tin RACH, truyền dẫn CPCH đường lên có thể kéo dài nhiều khung

6.Kênh đường xuống dùng chung (DSCH - Dedicated Shared Channel) (Down Link - tuỳ chọn)

Mang thông tin của người dùng và/hoặc thông tin điều khiển chung cho nhiều người Nó gần giống kênh FACH nhưng hỗ trợ sử dụng điều khiển công suất nhanh cũng như tốc độ bit thay đổi theo khung Không cần thiết phải thu được kênh này trong toàn bộ vùng phủ của ô và có thể sử dụng các chế độ khác nhau của các

phương pháp phân tập phát được sử dụng cho kênh DCH đường xuống Kênh này luôn liên kết với DCH đường xuống

1.3.4.3 Các kênh vật lý

Trong phần này chúng ta phân tích cấu trúc kênh vật lý ở chế độ FDD Các

kênh vật lý trong FDD có dạng cấu trúc lớp như các khung vô tuyến và các khe thời gian Khung vô tuyến là một khối xử lý bao gồm 15 khe thời gian có chiều dài

38400 chip, và khe thời gian là một khối chứa các trường bit có chiều dài 2560 chip Cấu hình khe thời gian biến đổi tuỳ thuộc tốc độ bit của kênh vật lý Vì thế số bit trên mỗi khe có thể khác nhau đối với các kênh vật lý khác nhau và trong một vài trường hợp có thể biến đổi theo thời gian Một kênh vật lý tương ứng với một mã, một tần số sóng mang cụ thể, và trên đường lên sẽ có thêm một thành phần quan hệ pha (0 hoặc π/2) Các kênh vật lý được phân loại dựa trên hai đặc trưng:

• Kênh đường lên và kênh đường xuống

• Kênh riêng và kênh chung

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (PRACH) (UL)

- Kênh gói chung đường lên (PCPCH) (UL)

- Kênh hoa tiêu chung (CPICH) (DL)

- Kênh điều khiển chung sơ cấp(P-CCPCH) (DL)

- Kênh điều khiển chung thứ cấp(S-CCPCH)(DL)

- Kênh đồng bộ (SCH) (DL)

- Kênh chỉ thị bắt đầu (AICH) (DL)

Bảng 1.2 Phân loại kênh vật lý

• Các kênh vật lý đường lên

1 Kênh vật lý riêng đường lên (DPDCH và DPCCH)

Truyền dẫn đường lên có thể gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) với hệ số trải phổ thay đổi từ 256 đến 4

và một kênh điều khiển vật lý DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) duy nhất với hệ số trải phổ cố định bằng 256

Tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung Thông thường đối với dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ được phát bằng chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI (Tranfer Forming Composed Indicator), chính

là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành thông báo cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải khác nhau được ghép chung trên kênh DPDCH đường lên và tương ứng với số liệu được phát trong cùng khung Chính UTRAN quyết định có cần phát TFCI hay không Và nếu cần thì tất

cả các UE phải đảm bảo TFCI đường lên Nếu giải mã TFCI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất Vì TFCI chỉ thị khuôn dạng số liệu của cùng khung nên mất TFCI không ảnh hưởng lên các khung khác Độ tin cậy của TFCI cao hơn độ tin cậy của việc phát hiện số liệu người sử dụng trên kênh DPDCH Vì thế ít khi xảy ra mất TFCI

Hình 1.8 Cấu trúc khung vô tuyến DPDCH/DPCCH cho đường lên

2 Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý đường lên PRACH

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PRACH (Physical Random Access Channel) được sử dụng để mang RACH

Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa trên phương pháp phân khe ALOHA với chỉ thị yêu cầu nhận thực nhanh UE có thể bắt đầu phát truy nhập ngẫu nhiên tại phần đầu một số khoảng thời gian đã được xác định rõ, ký hiệu là các khe truy nhập Có l5 khe truy nhập trên 2 khung và chúng cách nhau 5120 chip Hình vẽ cho thấy số thứ tự khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng Các lớp cao cung cấp thông tin về các khe truy nhập sử dụng ở ô hiện thời

Hình 1.9 Số thứ tự các khe truy nhập RACH

RACH gồm một hay nhiều tiền tố dài 4096 chip và một bản tin dài 10ms hay 20ms UE thông báo độ dài của phần bản tin cho mạng bằng các chữ ký riêng và các khe truy nhập Các lớp cao hơn sẽ quy

định chữ ký và khe thời gian truy nhập nào được sử dụng cho độ dài bản tin nào

3 Kênh vật lý chung đường lên PCPCH

PCPCH được sử dụng để mang CPCH và đây là sự mở rộng của RACH Sự khác nhau chủ yếu so với truyền số hiệu ở RACH là kênh này có thể dành trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển công suất (điều này không cần thiết đối với RACH vì nó chỉ sử dụng một hoặc hai khung) CPCH đi cặp với DPCCH đường xuống để cung cấp thông tin điều khiển công suất nhanh Ngoài ra mạng cũng có một tùy chọn để thông báo cho các đầu cuối phát 4 tiền tố điều khiển công suất trước khi phát thực sự Trong một số trường hợp điều này có lợi vì nó cho phép thực hiện điều khiển công suất trước khi phát số liệu thực sự

Kênh FACH thực hiện truyền báo hiệu đường xuống cho đầu cuối sử dụng CPCH Sở dĩ không sử dụng DPDCH mang DPCCH cho báo hiệu CPCH vì đây là kênh thiết lập và giải phóng nhanh Trong khi đó nội dung của DPDCH được xử lý

ở lớp cao đặt tại RNC Khi RNC muốn phát bản tin báo hiệu đến đầu cuối để trả lời

sự tích cực của CPCH, một bản tin ARQ (phát lại) chẳng hạn, kết nối CPCH có thể

đã được BS kết thúc

• Kênh vật lý đường xuống

1 Kênh vật lý riêng đường xuống

Kênh truyền tải riêng đường xuống (DCH) được phát trên kênh vật lý riêng đường xuống Chỉ có một kiểu kênh vật lý riêng: kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) Trong một kênh DPCH đường xuống, số liệu riêng được tạo ra bởi lớp hai

và các lớp trên, nghĩa là kênh truyền tải riêng DCH được ghép kênh theo thời gian với thông tin điều khiển được tạo ra ở lớp một (các bit hoa tiêu, các lệnh điều khiển công suất phát TPC và một TFCI tuỳ chọn) Do vậy, có hai loại kênh vật lý riêng đường xuống: kênh chứa TFCI và kênh không chứa TFCI UTRAN sẽ quyết định

có phát TFCI hay không và nếu phát thì các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI ở đường xuống Mỗi khung của DPCH đường xuống dài 10 ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất

Hình 1.10 Cấu trúc khung vô tuyến cho DPCH đường xuống

Thông số k xác định tổng số bit trên một khe của DPCH đường xuống Quan hệ của nó với hệ số trải phổ như sau: SF = 512/2k Hệ số trải phổ có thể thay đổi từ 512 đến 4

2 Kênh vật lý chung đường xuống

Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

Kênh CPICH có tốc độ cố định (30 Kbps, SF=256) để mang chuỗi bit/ký hiệu được định nghĩa trước Có hai loại kênh CPICH: kênh CPICH sơ cấp và thứ cấp

Hình 1.11 Cấu trúc khung vô tuyến của CPICH Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

Kênh P-CCPCH là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 Kbps, SF=256) được sử dụng để mang BCH Cấu trúc khung của P-CCPCH được cho trong hình 1.12 Cấu trúc khung này khác với DPCH đường xuống ở chỗ không có lệnh TPC, TFCI và các bit hoa tiêu P-CCPCH không được phát trong 256 chip đầu của từng khe vì trong khoảng thời gian này SCH sơ cấp và thứ cấp được phát

Hình 1.12 Cấu trúc khung vô tuyến của P-CCPCH

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)

S-CCPCH được sử dụng để mang thông tin FACH và PCH Có hai kiểu S-CCPCH: kiểu có TFCI và kiểu không có TFCI UTRAN xác định có phát TFCI hay không, nếu có các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI Tập các tốc độ cũng giống như đối với DPCH đường xuống

Hình 1.13 Cấu trúc khung vô tuyến của S-CCPCH

FACH và PCH có thể được sắp xếp trên cùng một hay ở các kênh S-CCPCH khác nhau Nếu FACH và PCH được sắp xếp trên cùng một kênh S-CCPCH thì chúng có thể được sắp xếp trên cùng một khung Sự khác biệt chính giữa S-CCPCH

và P-CCPCH là P-CCPCH có tốc độ định trước còn S-CCPCH có thể hỗ trợ tốc độ thay đổi với sự trợ giúp của TFCI Ngoài ra P-CCPCH phát liên tục trên toàn bộ ô còn S-CCPCH chỉ phát khi có số liệu và có thể phát trong một búp hướng hẹp (chỉ đúng cho S-CCPCH mang FACH)

Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ SCH là trường hợp đặc biệt của kênh vật lý không thể nhìn thấy

ở lớp trên, kênh này được UE sử dụng để tìm ô, SCH gồm hai kênh con: SCH sơ cấp và thứ cấp Các khung 10ms của SCH được chia thành 15 khe, mỗi khe dài

2560 chip. SCH sơ cấp gồm một mã được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp (PSC) ký hiệu là cp PSC như nhau cho mọi ô trong hệ thống

SCH thứ cấp gồm phát lặp 15 chuỗi các mã được điều chế có độ dài 256 chip Các mã đồng bộ thứ cấp (SSC) được phát đồng thời với SCH sơ cấp SSC được ký hiệu là Csi,k trong đó i=1, …, 64 là số của nhóm mã ngẫu nhiên và k = 0, 1, …, 14 là

số của khe Mỗi SSC được chọn từ tập của 16 mã dài 256 chip Chuỗi này ở SCH thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đường xuống của ô thuộc nhóm mã nào

Hình 1.14 Cấu trúc kênh đồng bộ

Các mã đồng bộ sơ và thứ cấp được điều chế bởi ký hiệu a để chỉ thị sự có mặt của mã hoá STTD ở kênh P-CCPCH và được cho ở bảng sau:

P-CCPCH được mã hoá STTD a=+1 P-CCPCH không được mã hoá a=-1

Bảng 1.3 Các giá trị tương ứng của a với việc mã hoá STTD

Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH)

Kênh PDSCH được sử dụng để mang kênh dùng chung đường xuống Kênh này được nhiều người sử dụng dùng chung trên cơ sở ghép kênh mã Vì DSCH luôn liên kết với DCH nên PDSCH luôn liên kết với DPCH Có hai phương pháp báo hiệu để thông báo cho UE về việc có số liệu cần giải mã trên DSCH: hoặc bằng trường TFCI hoặc bằng báo hiệu lớp cao

Data, Ndata bits

a32,…,a39 Kênh có SF=256

Hình 1.16 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh AICH

Các ký hiệu giá trị thực a0,…,a31 được xác định như sau:

, 0

Trong đó AIs nhận các giá trị +1, -1 và 0 là chỉ thị bắt tương ứng với chữ ký s

và chuỗi bs,0,…, bs,31 được cho theo bảng

Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Kênh PICH có tốc độ cố định (SF=256) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI) PICH luôn liên kết với S-CCPCH mà ở đó kênh PCH được sắp xếp lên Một khung PICH dài 10 ms chứa 300 bit (b0, b1,…,b299) Trong đó, 288 bit (b0,

b1,…,b287) được sử dụng để mang các PI và các bit còn lại (b288, b289, ,b299) không được định nghĩa

N chỉ thị tìm gọi {PI0, …, PIN-1} (N=18, 36, 72 hay 144) được phát ở từng khung PICH PI được tính toán ở lớp cao hơn cho từng UE và được sắp xếp vào chỉ thi tìm gọi PIp, trong đó: p được tính từ các lớp cao hơn, số khung hệ thống (SFN) của khung vô tuyến P-CCPCH khi xảy ra khung vô tuyến PICH và số các chỉ thị tìm gọi trên khung

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo