hảo sát ảnh hưởng của giao thoa đến phạm vi phủ sóng trong quy hoạch mạng WCDMA

DPCCH Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng DT

ĐÀO YÊN TRUNG

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA GIAO THOA ĐẾN PHẠM VI PHỦ SÓNG TRONG QUY HOẠCH MẠNG

WCDMA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 10

DANH SÁCH HÌNH VẼ 11

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA14 1.1Giới thiệu 14

1.2 Yêu cầu phân hệ vô tuyến 14

1.3 WCDMA và cấu trúc hệ thống 15

1.3.1 Các đặc tính của hệ thống WCDMA 15

1.3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của WCDMA 18

1.3.3 Kiến trúc của mạng truy nhập vô tuyến 19

1.3.4 Các công nghệ chính trong hệ thống WCDMA 23

1.3.4.1 Chế độ không đồng bộ ở trạm BS và định vị mã đường xuống 23

1.3.4.2 Truyền dẫn với hệ số trải phổ biến đổi và trực giao 24

1.3.4.3 Cấu hình điều khiển 24

1.3.4.4 Phương pháp truy nhập gói 25

1.3.4.5 Mã Turbo 26

1.3.4.6 TPC - Điều khiển công suất phát 27

1.3.4.7 Truyền dẫn đa đường 27

1.3.4.8 Ghép kênh phân chia theo tần số và thời gian TDD - FDD 28

1.4 Chuẩn giao diện truy nhập vô tuyến 28

1.4.1 Lớp vật lý 28

1.4.1.1 Kênh truyền tải 28

1.4.1.2 Kênh vật lý 29

1.4.1.3 Ghép kênh truyền tải 32

1.4.1.4 Mã hóa kênh 33

1.4.1.5 Ánh xạ tốc độ 35

1.4.1.6 Chèn 35

1.4.1.7 Trải phổ và điều chế 35

1.4.1.8 Lệnh điều khiển công suất TPC 38

1.4.2 Điều khiển truy nhập lớp giữa - MAC 38

1.4.2.1 Kiến trúc lớp MAC 39

1.4.2.2 Chức năng MAC 40

1.4.2.3 Kênh logic 41

1.4.3 Điều khiển liên kết vô tuyến - RLC 41

1.4.3.1 Kiến trúc lớp RLC 42

1.4.3.2 Chức năng RLC 42

1.4.4 Thủ tục hội tụ dữ liệu gói - PDCP 43

1.5 Kết luận 43

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG DI ĐỘNG WCDMA 45

2.1 Giới thiệu 45

2.2 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 47

2.2.1 Tổng quan phần Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 47

2.2.1.1 Định nghĩa 47

2.2.1.2 Định cỡ mạng 48

2.2.1.3 Quy hoạch 48

2.2.1.4 Vận hành và bước đầu tối ưu hóa 48

2.2.1.5 Hoạt động chính thức và tiếp tục tối ưu hóa 49

2.2.1.6 Mở rộng 49

2.2.2 Các thông số đầu vào 49

2.2.2.1 Phân loại trạm cơ sở 49

2.2.2.2 Các tham số phần cứng 50

2.2.2.2.1: Độ nhạy thu 50

2.2.2.2.2: Các tham số trạm gốc 50

2.2.2.2.3: Các tham số thiết bị dùng cuối 52

2.2.2.3 Đặc trưng môi trường 52

2.2.2.3.1 Phân loại môi trường 52

2.2.2.3.2: Suy hao xuyên suốt 53

2.2.4 Bản chất công nghệ 54

2.2.4.1 Bộ thu RAKE 54

2.2.4.2 Hệ số trực giao 55

2.2.4.3 Tăng ích chuyển giao mềm 56

2.2.4.4 Yêu cầu chất lượng dịch vụ 56

2.2.4.5 Tác động điều khiển công suất 57

2.2.3 Định kích cỡ mạng 58

2.2.3.1 Dung lượng và vùng phủ 58

2.2.3.2 Mức độ bao phủ cell 60

2.2.3.2.1 Độ tin cậy vùng phủ 60

2.2.3.2.2 Công thức tải cho phân tích quỹ đường truyền 62

2.2.3.2.3 Phân tích quỹ đường truyền 66

2.2.3.2.4 Tính toán khoảng cách các vị trí và vùng phủ 69

2.2.3.3 Dung lượng Erlang trong cell 70

2.2.3.3.1 Dung lượng cứng 70

2.2.3.3.2 Dung lượng mềm 71

2.2.4 Quy hoạch chi tiết 73

2.2.4.1 Khoảng cách vị trí và chiều cao anten 74

2.2.4.2 Địa điểm vị trí 77

2.2.4.3 Sectorisation 79

2.2.4.4 Hướng sector và anten 82

2.2.5 Tối ưu hóa mạng 83

2.3 Quy hoạch chung cho các mạng thế hệ 2G và WCDMA 84

2.4 Kết luận 86

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA GIAO THOA ĐẾN DUNG

LƯỢNG VÀ VÙNG PHỦ TRONG MẠNG DI ĐỘNG WCDMA 88

3.1 Giới thiệu 88

3.2 Giao thoa trong WCDMA 89

3.2.1 Các loại giao thoa và ảnh hưởng của nó trong WCDMA 89

3.2.2 Xét giao thoa đa truy nhập ( Multiple Access Interference – MAI) 90

3.3 Mô hình truyền sóng trong WCDMA 92

3.3.1 Mô hình giải tích của việc truyền sóng 93

3.3.1 Một số mô hình truyền sóng thực nghiệm trong WCDMA 93

3.3.1.1 Mô hình Hata-Okumura 93

3.3.1.2 Mô hình Cost123- Walfisch-Ikegami 95

3.3.1.3 Mô hình Hata sửa đổi – Modified Hata 98

3.4 Khảo sát ảnh hưởng giao thoa đến dung lượng và vùng phủ 100

3.4 Giới thiệu phần mềm mô phỏng 104

3.5 Kết luận 108

KẾT LUẬN CHUNG VÀ CÁC ĐỀ XUẤT 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 113

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AICH Acquisition Indicator Channel Kênh chỉ thị truy nhập ngẫu nhiên ALCAP Access Link Control

Aplication Protocol

Giao thức điều khiển đoạn nối truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá/đa phương

CCPCH Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data

Channel

Kênh số liệu vật lý riêng

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng

DTX Discontinuous transmission Gián đoạn truyền dẫn

EIRP Effective Isotropically

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số

Phương pháp sửa lỗi trước - mã hóa kênh

GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung

Global System for Mobile

Nhóm chuyên trách di động hay hệ thống thông tin di động toàn cầu

IMT-2000

International Mobile Telecommunication – 2000

Thông tin di động toàn cầu -2000

ITU International

Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

KPI Key Performance Indicator Bộ chỉ định hiệu năng chính

LAC Link Access Control Điều khiển truy nhập đoạn nối

MAI Multiple Access Interference Giao thoa truy nhập đa đường

OVSF

Orthogonal Variable

PCCPCH Primary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

Physical Downlink Shared

PICH Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

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

Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý

PSCH Physical Shared Channel Kênh dùng chung vật lý

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

SIR Signal Interference Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

TCP Transmision Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TSTD

Time-Switched Transmit Diversity

Truyền dẫn đa đường chuyển mạch thời gian

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Module

Module nhận dạng thuê bao UMTS

UTRAN Universal Terrestrial Radio

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Danh sách các kênh truyền tải 29

Bảng 1.2: Danh sách các kênh vật lý 31

Bảng 1.3: Bảng ánh xạ liên kết các kênh vật lý và truyền tải 31

Bảng 2.1: Yêu cầu nhiễu máy thu cho trạm gốc sử dụng dịch vụ 12.2kbps 51

Bảng 2.2: Công suất ra yêu cầu 51

Bảng 2.3: Phân loại nhiễu xuyên phụ thuộc vào môi trường 54

Bảng 2.4: Hệ số trực giao với các loại môi trường cho các cell macro 55

Bảng 2.5: Hệ số trực giao với các loại trạm gốc 56

Bảng 2.6: Hệ số trực giao với các đặc tính kênh cho cell macro 56

Bảng 2.7: Hệ số trực giao với các đặc tính kênh và số hướng thu của máy thu RAKE cho cell macro 56

Bảng 2.8: Một số ví dụ về yêu cầu Eb/No đối với kênh DTCH 64kbps 57

Bảng 2.9: Các giá trị tính toán độ tin cậy vùng phủ cho các cell đối với các loại môi trường 62

Bảng 2.10: Một ví dụ về phân tích quỹ đường truyền cho các dịch vụ thu phát với tốc độ 64 kbps 68

Bảng 2.11: Các mô hình truyền sóng và các ứng ụng của nó trong ước lượng giới hạn cell 70

Bảng 2.12: Ví dụ về khoảng cách site và độ cao anten với cell macro với các dịch vụ 64kbps, mô hình truyền sóng COST 231 Hata 76

Bảng 3.1: Bảng tính toán thông số quỹ đường lên 101

Bảng 3.2: Bảng tính toán giao thoa phụ thuộc hệ số tải 102

Bảng 3.3: Bảng tính toán vùng phủ đối với một số tốc độ dịch vụ với các hệ số tải khác nhau 102

Bảng 3.4: Bảng tính toán số người dùng tối đa trong cell 103

Bảng 3.5: Bảng tính toán kết quả tổng hợp của vùng phủ và số người dùng đối với một số tốc độ dịch vụ khi hệ số tải thay đổi 104

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hiệu ứng ghép kênh thống kê 17

Hình 1.2: Kiến trúc tổng quan phân hệ truy nhập vô tuyến hệ thống mạng WCDMA 19 Hình 1.3: Kiến trúc các thủ tục trong giao diện vô tuyến mạng WCDMA 21

Hình 1.4: Ánh xạ trong các kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý 23

Hình 1.5: Định vị mã đường xuống trong chế độ không đồng bộ BS 23

Hình 1.6: Sơ đồ khái niệm của ký tự điều khiển và ghép dữ liệu 25

Hình 1.7: Tương thích truyền gói với kênh dùng chung và kênh dành riêng 25

Hình 1.8: Kênh chia sẻ đường xuống 26

Hình 1.9: Cấu trúc ghép kênh truyền tải 32

Hình 1.10: Cấu hình mã xoắn 34

Hình 1.11: Cấu hình mã Turbo 34

Hinh 1.12: Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đường xuống 36

Hình 1.13: Cây mã trải phổ có hệ số thay đổi và trực giao 36

Hình 1.14: Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng được lên 37

Hình 1.15: Sơ đồ khối lớp MAC 39

Hình 1.16: Ánh xạ của kênh logic và kênh truyền tải 41

Hình 2.1: Quá trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA 47

Hình 2.2: Ví dụ về hiệu năng của anten ba sector 80

Hình 2.3: Ví dụ về hiệu năng của anten sáu sector 81

Hình 2.4: Quá trình tối ưu hóa 83

Hình 3.1: Các tham số sử dụng trong mô hình Cost231 - Walfish - Ikegami 96

Hình 3.2: Giao diện chính chương trình 105

Hình 3.3 Chức năng nhập tốc độ dữ liệu 105

Hình 3.4: Các thông số đường truyền và chọn các mô hình tương ứng 106

Hình 3.5: Điều kiện đầu vào khi xét ảnh hưởng của giao thoa đến vùng phủ và dung lượng mạng WCDMA 106

Hình 3.6: Kết quả tính toán chi tiết ảnh hưởng của giao thoa đến vùng phủ 107

Hình 3.7: Kết quả tính toán chi tiết ảnh hưởng của giao thoa đến dung lượng 108

MỞ ĐẦU

Hệ thống di động tế bào tương tự được xem như là thế hệ thông tin di động thứ nhất, tiếp theo đó, các hệ thống số hiện tại như GSM, PDC, CDMAOne và US-TDMA được xem như thế hệ di động thứ hai Các hệ thống đó có khả năng cho việc liên lạc thoại, được xem là tiên phong trong môi trường không dây, và các khách hàng đã bắt đầu đòi hỏi các dịch vụ gia tăng khác, như là dịch vụ tin nhắn, dịch vụ truy cập mạng dữ liệu…

Thế hệ thông tin di động thứ ba được thiết kế cho các dịch vụ truyền thông đa phương tiện, việc liên lạc giữa các người dùng được cải tiến với chất lượng âm thanh và hình ảnh cao hơn, và việc truy nhập thông tin vào các mạng công cộng hay mạng riêng cũng sẽ được cải tiến với tốc độ dữ liệu cao hơn và mềm dẻo hơn… Thế hệ mạng này phát triển song song với việc tiếp tục cải tiến nâng cao chất lượng mạng thế hệ thứ hai Việc này tạo ra các cơ hội kinh doanh mới, không những cho các nhà sản xuất thiết bị và các nhà cung cấp dịch vụ, mà còn đối với các nhà cung cấp nội dung và ứng dụng sử dụng các hệ thống đó

Công nghệ WCDMA được xây dựng dựa trên các yêu cầu của thế hệ mạng thứ ba nói trên Các chỉ tiêu kỹ thuật của WCDMA được đưa ra bởi 3GPP, WCDMA được chuẩn hóa dựa trên các tiêu chuẩn của Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ và Trung Quốc WCDMA còn được gọi là UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) FDD (Frequency Divison Duplex) và TDD (Time Division Duplex)

Bản luận văn với đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của giao thoa đến

phạm vi phủ sóng trong quy hoạch mạng WCDMA ” bao gồm các nội

dung như sau

• Chương 1 - Tổng quan hệ thống thông tin di động WCDMA: Giới thiệu tổng quan cấu trúc, các công nghệ kỹ thuật chính được dùng trong hệ thống thông tin di động WCDMA Xem xét giao diện truy nhập mạng

vô tuyến của mạng WCDMA

• Chương 2 - Quy hoạch mạng WCDMA: Đi sâu vào phần quy hoạch

mạng truy nhập vô tuyến Làm rõ chức năng, tầm quan trọng của việc

quy hoạch mạng WCDMA, xem xét các vấn đề trong quy hoạch mạng

WCDMA như là: các tham số đầu vào, định kích cỡ mạng, quy hoạch

chi tiết và tối ưu hóa mạng WCDMA

• Chương 3 - Khảo sát ảnh hưởng của giao thoa đến vùng phủ và dung

lượng trong mạng WCDMA: Giới thiệu các loại hình giao thoa và ảnh

hưởng của nó trong mạng thông tin di động nói chung Giới thiệu các

mô hình truyền sóng, đi vào xét chi tiết ảnh hưởng của giao thoa đối

với vùng phủ và dung lượng trong WCDMA

Quá trình thực hiện luận văn chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết, tham khảo

các tài liệu về hệ thống thông tin di động WCDMA, và xây dựng phần mềm

mô phỏng tính toán ảnh hưởng của giao thoa đến vùng phủ và dung lượng của

mạng WCDMA Luận văn không thể tránh khỏi các hạn chế nhất định rất

mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý của các thầy cô, đồng nghiệp và những

người quan tâm để đề tài này ngày càng được chính xác và hữu dụng hơn

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Viễn thông, Trung tâm sau đại

học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất trong thời

gian học tập và thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Phương đã tận tình hướng dẫn

và chỉ bảo trong suốt thời gian viết luận văn tốt nghiệp để tôi có thể hoàn

thành bản luận văn này!

Học viên

Đào Yên Trung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

WCDMA 1.1 Giới thiệu

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) có khả năng truyền thoại trong môi trường không dây Hơn thế nữa, nó đã được chuẩn hóa, tích hợp với các thiết bị viễn thông của thế hệ thông tin tương tự trước đó Các đặc điểm này giúp thế hệ thứ hai phát triển nhanh chóng, rộng rãi trên toàn thế giới Các mạng di động này trở thành trung tâm của các loại hình truyền thông để thay thế cho các mạng có kích thước lớn trước đó mà bản thân nó không đáp ứng khi yêu cầu phục vụ lớn

Mạng thế thế thứ ba (3G) có thể cho phép tốc độ sử dụng dịch vụ biến đổi khác nhau, đó là sự độc lập giữa kiến trúc phần truy nhập vô tuyến và phần nền dịch vụ sử dụng Người dùng có thể được sử dụng băng tần rộng với các dịch vụ chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói bằng một kỹ thuật nâng cao tốc độ tín hiệu vô tuyến gọi là WCDMA – Ghép kênh phân chia theo mã băng rộng Tốc độ bit biến đổi và lưu lượng biến đổi tại giao diện vô tuyến không những đưa ra được các khả năng mới cho cả nhà cung cấp dịch vụ mà còn đưa ra sự thách thức trong việc xây dựng, quy hoạch và tối ưu hóa mạng

Trong chương này, chúng ta sẽ xét tổng quan về cấu trúc hệ thống WCDMA, các công nghệ chính sử dụng trong WCDMA, và xem xét về cấu trúc phần giao diện vô tuyến của hệ thống

1.2 Yêu cầu phân hệ vô tuyến

Theo các yêu cầu của tổ chức IMT-2000, hệ thống thông tin di động phải đáp ứng được các tính mềm dẻo, kinh tế và các điều kiện về tốc độ dữ liệu đa dạng Yêu cầu hiệu năng tối thiểu về tốc độ truyền là 2 Mbps đối với môi trường trong nhà, 384kbps đối với người đi bộ, 144kbps với người di chuyển bằng xe ô tô Với phân hệ vô tuyến WCDMA, để thực hiện tốt hơn so với các yêu cầu trên, các đề xuất về giao diện vô tuyến, là các tiêu chí hàng đầu được quan tâm để phát triển và chuẩn hóa hệ thống WCDMA được phê chuẩn như là một trong các giao diện vô tuyến được khuyến nghị sử dụng

trong ITU với công nghệ DS-CDMA Trong thực tế, công nghệ này đã được phát triển rộng ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á

Đối với một hệ thống dịch vụ, mục tiêu chính là cung cấp đầy đủ các dịch vụ có đặc điểm của truyền thông đa phương tiện Khả năng truyền dẫn

dữ liệu tốc độ cao là một chìa khóa để mục tiêu trên trở thành hiện thực Với các yêu cầu của IMT-2000 như là: giao diện vô tuyến và phân hệ này phải có khả năng cung cấp dịch vụ có tốc độ dữ liệu thay đổi, cung cấp đa dịch vụ đồng thời, sử dụng chuyển mạch gói cũng như chuyển mạch kênh Và WCDMA là một phương pháp hiệu quả để có thể xây dựng một hệ thống hội

tụ được các yêu cầu trên

Chưa xét đến các khía cạnh khác thì hiệu quả việc sử dụng cùng tần số

là một trong những ảnh hưởng lớn trong thông tin di động Đây là một vấn đề cần được quan tâm để nâng cao tốc độ dữ liệu thông tin

Quy định dải tần số của IMT-2000 là 2Ghz, tần số này cao hơn so với thế hệ di động thứ 2 (800Mhz) Về mặt lý thuyết, có nhiều khó khăn khi xây dựng các cell có bán kính lớn bởi vì hiệu ứng suy giảm tín hiệu Ngoài ra, các yêu cầu liên quan đến thiết kế là rất chặt chẽ, nhiều thông tin cần được truyền trong quá trình cung cấp các dịch vụ dữ liệu cao, nó làm tăng yêu cầu công suất phát Vì lý do này, trong việc quá trình thiết kế và phát triển, vấn đề tần

số trở thành một chủ đề quan trọng để xây dựng được một hệ thống có hiệu quả về kinh tế, và đảm bảo vấn đề phủ sóng với số lượng các trạm BS có thể

ít hay nhiều hơn của hệ thống sử dụng băng tần 800Mhz

1.3 WCDMA và cấu trúc hệ thống

1.3.1 Các đặc tính của hệ thống WCDMA

• Nâng cao khả năng sử dụng tần số

Theo nguyên lý, khả năng của dung lượng hệ thống cần được đảm bảo đồng nhất ngay cả khi sử dụng công nghệ TDMA và FDMA Trong khi công nghệ CDMA được đòi hỏi có một hiệu quả cao trong việc sử dụng tần số, CDMA có thể có được điều này với bộ điều khiển công suất phát, trong khi TDMA đưa ra giải pháp gán kênh động phức tạp để có được hiệu quả tương

ứng Sử dụng công nghệ cơ bản của CDMA là cách tốt để có được hệ thống hiệu quả cao đối về vấn đề sử dụng tần số

• Không cần quản lý tần số:

CDMA cho phép các ô kề nhau sử dụng chung một tần số, và không cần có kế hoạch phân chia tần số Trong khi đó, FDMA và TDMA đều yêu cầu các kế hoạch phân chia tần số Có nhiều vấn đề rắc rối khi giải quyết bài toán phân chia tần số, bởi vì đối với các trạm được phân chia tần số sử dụng trên lý thuyết thì vấn đề xác định sự suy giảm tín hiệu theo dạng địa hình cần được quan tâm xem xét Vấn đề này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả sự dụng tần

số của hệ thống

• Công suất phát của trạm di động thấp:

CDMA có thể nâng cao khả năng nhận tín hiệu và qua đó làm giảm công suất phát của thiết bị đầu cuối bởi việc sử dụng bộ thu công nghệ RAKE Năng lượng cần thiết để truyền một bit thông tin trong CDMA là nhỏ hơn nhiều so với TDMA, điều này dẫn tới một đặc điểm khác của CDMA là ảnh hưởng của từ trường sẽ nhỏ đi rất nhiều

• Tài nguyên sử dụng độc lâp trong đường lên và đường xuống

Trong CDMA, rất dễ để cấu hình tốc độ đường lên và đường xuống không đối xứng Trong khi đó, ở các công nghệ khác, điều này là rất khó khăn Ví dụ trong TDMA, rất khó để gán các khe thời gian cho đường lên và đường xuống của một người dùng độc lập với người dùng khác, còn trong FDMA, điều này cũng gặp nhiều khó khăn vì băng thông sóng mang của đường lên và đường xuống sẽ phải bị thay đổi Trái với các công nghệ trên, CDMA sử dụng hệ số trải phổ - SF, nó cho phép cài đặt độc lập tốc độ theo hai hướng của một người dùng Vấn đề ở đây là việc sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến với phương pháp tải bất đối xứng như trong truy cập Internet Khi không có kết nối, thì không cần tài nguyên vô tuyến, vì thế, nếu một người thực hiện kết nối hướng lên, và một người khác thực hiện kết nối hướng xuống, thì tài nguyên vô tuyến được dùng là tương đương với một cặp của hướng lên và hướng xuống Thông thường, TDMA và FDMA được gán hai cặp tài nguyên vô tuyến cho hai người dùng

Đặc tính băng rộng trong WCDMA cho phép sử dụng hiệu quả tốt các đặc điểm sau:

• Giới hạn rộng của tốc độ dữ liệu:

Băng rộng cho phép truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao Hơn nữa, nó cho phép cung cấp các dịch vụ hiệu quả khi có sự kết hợp của dịch vụ tốc độ thấp

và dịch vụ tốc độ cao

• Giải quyết vấn đề nâng cao hiệu ứng thu đa đường:

Kỹ thuật thu RAKE cho phép nâng cao chất lượng tín hiệu thu từ các đường riêng biệt Băng rộng cho phép giải quyết vấn đề suy giảm tín hiệu trên đường truyền, công suất thu yêu cầu không cần cao bởi vì hiệu ứng thu đa đường làm tăng số đường thu Điều này giúp giảm công suất phát

• Hiệu ứng ghép kênh thống kê - Statistical Multiplexing Effect:

Hệ thống băng rộng tăng số lượng người dùng được ghép kênh trên mỗi sóng mang Do đó, dung lượng hệ thống tăng như một hiệu ứng ghép kênh thống kê

Hình trên chỉ ra các đặc tính của hiệu ứng ghép kênh thống kê Hiệu ứng này sẽ tăng 30% khi số lượng người dùng trên một sóng mang tăng từ 25 lên 100 Đặc tính này hiển nhiên liên quan đến thông tin dữ liệu tốc độ cao: Hiệu năng giảm trong băng hẹp, khi số lượng kênh dự phòng cho mỗi sóng mang là giới hạn, trong khi đó, đối với truyền dẫn băng rộng, hiệu năng này tăng vì ứng dụng ghép kênh thống kê

• Giảm tỷ lệ thu không liên tục – Reduced Intermittent Reception Rate :

Hệ thống băng rộng làm tăng tỷ lệ bit trong kênh điều khiển, điều này tạo ra khả năng giảm tỷ lệ đứt quãng khi thu tín hiệu, và máy thu có thể thu được tín hiệu giới hạn khi đang ở chế độ nhàn rỗi hoặc tiết kiệm năng lượng, Điều này kéo dài thời gian standby của trạm di động

1.3.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của WCDMA

Ban đầu, Viện Tiêu Chuẩn Viễn Thông Châu Âu (ETSI) tán thành dùng

hệ thống vô tuyến trung tâm với sóng mang tần số 5Mhz, và nó bao gồm cả các sóng mang 10Mhz và 20Mhz Dự án Hiệp Hội Thế Hệ thứ 3 (3GPP) tập trung hoàn thành các tiêu chí kỹ thuật cho băng tần 5Mhz, và bỏ qua các băng tần khác Có thể nhận xét rằng thực tế tần số sóng mang 5Mhz là đủ để có được tốc độ truyền dẫn 2Mbps, cho dù với băng tần 20Mhz thì có nhiều hiệu quả hơn cho dữ liệu truyền với tốc độ 2Mbps, cũng không được 3GPP xem xét chọn lọc Vì thế, các thông số của 3GPP cũng như các chuẩn của AIRB và ETSI hiện nay chỉ xét cho dải băng tần 5Mhz

Chế độ cận đồng bộ được áp dụng trong các trạm BS, Vấn đề đồng bộ không được yêu cầu tuyệt đối giữa tất cả các trạm BS, điều này cho phép sự phát triển mềm dẻo của hệ thống BS Tuy nhiên, theo thiết kế, chế độ đồng bộ vẫn có thể được ứng dụng giữa các BS khi cần thiết

Độ dài khung cơ sở là 10ms

Dữ liệu được điều chế với kỹ thuật QPSK cho đường xuống và BPSK cho đường lên HPSK được áp dụng trong điều chế phổ đường lên Việc tách sóng dựa trên ký tự điều khiển và bộ tách sóng nhất quán Ở đường xuống, ký

tự điều khiển được ghép kênh theo thời gian, việc này làm giảm thiểu độ trễ

trong thủ tục điều khiển phát TCP và làm đơn giản hóa mạch thu tại MS Ở đường lên, ký tự điều khiển được trải phổ với mã trải phổ khác với dữ liệu Việc này đảm bảo vấn đề phát sóng liên tục ngay cả khi tốc độ truyền thay đổi Đây còn là một phương pháp làm giảm ảnh hưởng của từ trường và giảm các yêu cầu của bộ khuếch đại truyền dẫn trong máy di động

Hệ số trải phổ biến đổi được áp dụng để có được truyền dẫn đa tốc độ

Ở đường xuống, hệ số trải phổ trực giao được áp dụng

Mã xoắn được dùng trong mã hóa kênh, trong dữ liệu tốc độ cao, mã turbo được áp dụng

Ký tự điều khiển chuyên biệt được sử dụng làm tăng hiệu quả cho vòng lặp đóng nhanh TCT ở đường xuống Thêm vào đó, ký tự điều khiển chung cho việc giải điều chế trong kênh dùng chung, có thể được dùng để giải điều chế cho kênh dùng riêng

1.3.3 Kiến trúc của mạng truy nhập vô tuyến

Mạng lõi

Mạng truy nhập vô tuyến (RAN)

Hình 1.2: Kiến trúc tổng quan phân hệ truy nhập vô tuyến hệ thống mạng WCDMA

Mạng truy nhập vô tuyến RAN – Radio Access Network – bao gồm:

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC – Radio Netword Controller và node B, được nối với hệ thống mạng chuyển mạch mạng lõi thông qua giao diện Iu

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC phụ trách việc quản lý tài nguyên

vô tuyến và điều khiển Node B Ví dụ, nó tác động đến việc điều khiển chuyển giao Node B giữ vai trò như một điểm logic trong việc thu phát vô tuyến, nó tương tự như BTS Giao diện giữa node B và RNC là Iub Giao diện giữa các RNC là Iur Đây là giao diện logic, và có thể thiết lập kết nối vật lý giữa các RNC Tuy nhiên, các phưong pháp truyền dẫn khác có thể được áp dụng giống như kết nối vật lý thông qua mạng lõi CN – Core Network

Node B có thể có một hoặc nhiều cell Node B kết nối với thiết bị đầu cuối thông qua giao diện vô tuyến

Hình 1.3: Kiến trúc các thủ tục trong giao diện vô tuyến mạng WCDMA

Lớp 1: Lớp vật lý

Lớp 2: Lớp liên kết dữ liệu

Lớp 3: Lớp mạng

Lớp 2 có thể chia thành 2 lớp con:

o Lớp MAC – Medium Access Control

o Lớp RLC – Radio Link Control: Lớp này đóng vai trò như một lớp chuyển tiếp

Mặt phẳng điều khiển C-Plane (Control Plane) dành cho việc chuyển tiếp tín hiệu điều khiển, trong khi mặt phẳng người dùng U-Plane (User Plane) đóng vai trò chuyển tiếp thông tin người dùng Thủ tục hội tụ dữ liệu gói PDCP (Packet Data Convergence Protocol) và Điều khiển Quảng bá BMC (Broadcast/Multicast Control) của lớp 2 chỉ có thể ứng dụng cho mặt phẳng người dùng

Lớp 3 bao gồm giới hạn quản lý tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control) tại RAN và các giới hạn cao hơn tại mạng lõi, ví dụ phần điều khiển cuộc gọi, phần Quản lý di động Phần này tập trung giới thiệu về giao diện truy nhập vô tuyến, vì thế chúng ta chỉ quan tâm đến phần RRC trong lớp 3

Để có thể thực hiền mềm dẻo các nhiều loại dịch vụ và khả năng đa cuộc gọi, giao diện vô tuyến được cấu hình trên cơ sở ba lớp của các kênh: Kênh vật lý, kênh truyền tải và kênh logic

Các vòng Elip trên hình 1.3 chỉ ra các điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service Access Point) giữa các lớp hoặc các lớp con

SAP giữa RLC và MAC xem như các kênh logic, các kênh logic được cung cấp từ lớp con MAC tới lớp con RLC Kênh logic được phân loại dựa vào chức năng truyền dẫn tín hiệu và các đặc tính logic của chúng, và được

mô tả bằng nội dung của thông tin được phát đi

SAP giữa RLC và lớp vật lý L1 xem như là các kênh truyền tải, kênh truyền tải được ứng dụng từ lớp vật lý vào lớp con MAC Kênh truyền tải được phân loại dựa trên định dạng truyền dẫn và được mô tả phụ thuộc vào loại thông tin và cách mà thông tin đó chuyển qua giao diện vô tuyến

Các kênh vật lý được phân loại với chức năng của các lớp vật lý đó, và

nó được nhận dạng bằng mã trải phổ và tần số sóng mang, trong trường hợp đường lên, đó là các điều chế pha (I phase, Q phase)

Ghép kênh và truyền nhiều kênh trên các kênh vật lý có thể có dữ liệu của nhiều người dùng cùng với thông tin điều khiển, ghép kênh kết hợp với đa truy nhập Hơn nữa, liên kết nhiều kênh logic trên một kênh truyền tải có thể tạo hiệu quả truyền dẫn Ánh xạ của kênh truyền tải tới kênh vật lý thực hiện tại lớp vật lý, trong khi đó, ánh xạ của kênh logic tới kênh truyền tải diễn ra trong lớp con MAC

Kênh vật lý dành riêng (DPCH) bao gồm kênh dữ liệu vật lý dành riêng (DPDCH) và kênh điều khiển vật lý dành riêng (DPCCH) DPDCH là kênh truyền dữ liệu, trong khi DPCCH được gán vào DPDCH để thực hiện điều khiển lớp 1 như là TPC Các kênh vật lý ở hình 1.4 bao gồm Kênh đồng bộ (SCH), Kênh Pilot chung (CPICH) SCH được dùng để tìm kiếm cell CPICH

là một kênh dùng cho truyền ký tự Pilot để giải điều chế các kênh dành riêng cũng như các kênh dùng chung AICH được dùng trong truy cập ngẫu nhiên PICH được áp dụng để nâng cao tốc độ bị ngắt quãng giữa các thiết bị đầu cuối trên việc truyền tín hiệu tìm gọi

Kênh vật lý Kênh giao vận Kênh logic

Kênh điều khiển vật lý chung sơ cấp

Kênh điều khiển vật lý chung thứ cấp

Kênh truy cập vật lý ngẫu nhiên

Kênh chia sẻ đường xuống

Kênh điều khiển quảng bá

Kênh điều khiển tìm gọi Kênh điều khiển chung

Kênh điều khiển riêng

Kênh lưu lượng dành riêng

Hình 1.4: Ánh xạ trong các kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý

1.3.4 Các công nghệ chính trong hệ thống WCDMA

1.3.4.1 Chế độ không đồng bộ ở trạm BS và định vị mã đường xuống

Hình 1.5: Định vị mã đường xuống trong chế độ không đồng bộ BS

Chế độ cận đồng bộ được áp dụng khi không có sự cần thiết đồng bộ chính xác giữa các trạm BS Chế độ này được chọn nhằm đảm bảo rằng dễ dàng phát triển một cách liên tục, liền mạch vùng phủ của BS từ trong nhà đến ngoài trời

Hình 1.5 mô tả định vị các mã trải phổ đường xuống cho hệ thống không đồng bộ Hai tập mã trải phổ được sử dụng: Mã trộn (scrambling) và

mã kênh (channelization) Mã trộn là mã được gán vào mỗi cell với mục đích nhận dạng cell, với độ dài khung là 10ms (dài hơn mã kênh) và xử lý các tín hiệu giao thoa từ các cell khác Mã kênh dùng nhận dạng người dùng, đây là một tập các mã được trực giao với nhau ở trong mỗi cell

Ở chế độ đồng bộ, một mã tương ứng mã trộn được gán cho mỗi cell theo kiểu ghép theo thời gian, mỗi thời điểm sẽ gán một mẫu mã duy nhất Ngược lại, chế độ không đồng bộ cho phép gán nhiều mã trộn, trong trường hợp này, các US sẽ linh động dò tìm ra cell nào mà nó đang ở trong vùng phục vụ

1.3.4.2 Truyền dẫn với hệ số trải phổ biến đổi và trực giao

Với mục đích cung cấp dịch vụ đa phương tiện, hệ thống phải đảm bảo chất lượng ngay cả khi có sự kết hợp giữa các dịch vụ có tốc độ biến đổi, giới hạn tốc độ dữ liệu từ thấp đến cao Ở đường xuống mã trải phổ có hệ số trải phổ thay đổi và trực giao được áp dụng, các mã này trực giao với nhau cho dù

hệ số trải phổ là khác nhau Việc này cho phép sử dụng được các dịch vụ có tốc độ dữ liệu thay đổi thông qua các kênh truyền bằng cách chúng trực giao với nhau

1.3.4.3 Cấu hình điều khiển

Ký tự điều khiển hỗ trợ bộ tách sóng nhất quán được áp dụng cho cả đường lên và đường xuống Ký tự điều khiển được ghép kênh theo thời gian với dữ liệu ở đường xuống, nó làm giảm độ trễ trong TPC và làm đơn giản hóa xử lý phía máy thu Ở đường lên, dữ liệu được ghép kênh I/Q với ký tự điều khiển, tức là dùng điều chế BPSK, được kết hợp tại pha bằng 0 và Pi/2 Điều này tạo ra truyền dẫn đường lên có tốc độ biến đổi liên tục và không tắc nghẽn

Hình 1.6: Sơ đồ khái niệm của ký tự điều khiển và ghép dữ liệu

Ở đường xuống, Kênh CPICH dùng để giải điều chế kênh dùng chung

và cũng được ứng dụng để giải điều chế kênh dùng riêng

Các ký tự điều khiển dùng riêng ghép kênh trên kênh dùng riêng là giải pháp hiệu quả để đảm bảo khả năng mở rộng, cho ứng dụng tương thích với anten máy thu và các công nghệ khác trong tương lai

1.3.4.4 Phương pháp truy nhập gói

Đường xuống Dữ liệu truyền

Khi dữ liệu truyền vượt ngưỡng

Khi dữ liệu truyền

bé hơn ngưỡng

Hình 1.7: Tương thích truyền gói với kênh dùng chung và kênh dành riêng

Truyền dẫn gói tạo ra một đặc điểm chính với các dịch vụ thế hệ thứ 3 Các nghiên cứu về nó được biến đổi theo các công nghệ truyền dẫn WCDMA đưa ra một hệ thống có tính tương thích chuyển mạch giữa kênh dùng chung

và kênh riêng phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu Hình 1.7 chỉ ra cách hoạt động của truyền dẫn gói Khi lượng dữ liệu lớn, vượt quá một ngưỡng cho trước,

thì nó có nhiều khả năng được gán vào kênh riêng, sử dụng công suất bé bởi TPC Khi khối lượng dữ liệu bé, và nếu lưu lượng truyền dẫn tăng lên đột ngột, nó sử dụng kênh chung Theo cách này, hệ thống linh động chuyển giữa kênh chung và kênh riêng tùy thuộc vào lưu lượng dữ liệu truyền đi

Dữ liệu người A người B Dữ liệu người C Dữ liệu Kênh

Hình 1.8: Kênh chia sẻ đường xuống

Một kỹ thuật khác được đưa ra, dành cho đường xuống là kênh chia sẻ,

là kênh chia sẻ cho nhiều người dùng ở đường xuống Kênh riêng tốc độ thấp được gán vào kênh chia sẻ đường xuống Hình 1.8 chỉ ra cách sắp xếp tín hiệu trong kênh chia sẻ Cách sắp xếp này được yêu cầu vì thực tế kênh chia sẻ được dùng chung bởi nhiều người dùng Nó tạo ra sự cần thiết cho các khai báo ban đầu ngay cả khi việc giải mã có thể được thực hiện trên cơ sở dữ liệu riêng của từng người dùng Kênh chia sẻ đường xuống được xem là có hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng truyền dẫn cho đường xuống

1.3.4.5 Mã Turbo

Vấn đề mã sửa sai được nghiên cứu theo các ứng dụng trong thông tin

di động, để tạo ra hiệu xuất cao trong việc sửa sai, và vấn đề này liên quan đến việc truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao Mã Turbo được áp dụng với độ tối ưu cao

Mã Turbo được giới thiệu năm 1993 gồm hai mã xoắn đệ qui hệ thống RSC kết nối song song, phân biệt nhờ một bộ xáo trộn (interleaver) giả ngẫu nhiên và thuật toán giải mã lặp với chất lượng tiến tới cận Shannon khoảng vài phần mười dB Hiện nay, mã Turbo đã được khuyến nghị sử dụng trong

các hệ thống thông tin di động thế hệ 3, 4, thông tin vệ tinh, thông tin vũ trụ Chất lượng của một cặp Mã hoá - Giải mã Turbo thường được đánh giá thông qua tỷ lệ xác suất bit lỗi (BER) hoặc tỷ lệ xác suất khung lỗi (FER) Có năm yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến chất lượng của mã Turbo là: sự lựa chọn

bộ mã, cấu trúc của bộ xáo trộn, thuật toán giải mã thành phần, kích thước của

bộ xáo trộn và số lần giải mã lặp (iteration) Hai yếu tố đầu dẫn đến bài toán thiết kế tối ưu và ba yếu tố sau liên quan đến độ phức tạp, độ trễ của bộ giải

mã Chất lượng của bộ giải mã phụ thuộc vào số lần lặp, nhưng khi số lần lặp lớn, chất lượng của thuật toán hồi qui Vì vậy, việc thiết kế sơ đồ giải mã Turbo có chất lượng hồi qui nhanh ngay tại các lần lặp nhỏ cũng là vấn đề đáng quan tâm

1.3.4.6 TPC - Điều khiển công suất phát

Điều khiển công xuất phát (Transmit Power Control) đường lên là chức năng cần thiết để tránh vấn đề bị nhiễu của các cuộc gọi ở xa trạm gốc trong DS-CDMA Tỷ số công suất giữa tín hiệu và nhiễu giao thoa SIR là một cơ sở

để áp dụng TPC

Ở đường xuống, TPC được áp dụng cùng chu kỳ như đường lên, TPC

có hiệu quả tốt trong việc nâng cao chất lượng đường xuống

1.3.4.7 Truyền dẫn đa đường

Số lượng của các công nghệ truyền dẫn đa đường đang tiếp tục được nghiên cứu và đưa ra làm tăng hiệu năng hệ thống Có hai phương pháp được đưa ra

Loại lặp mở: Không sử dụng hồi tiếp lặp

Loại lặp đóng: Sử dụng hồi tiếp

Truyền dẫn đa đường sử dụng các công nghệ:

Truyền dẫn đa đường theo chuyển mạch thời gian TSTD

Truyền dẫn đa đường với các khối mã hóa theo thời gian STTD

Loại lặp mở được ứng dụng trong các kênh riêng, giảm fading bằng việc điều khiển các pha của sóng mang tới từ 2 anten với hồi tiếp của UE tại điểm thu

1.3.4.8 Ghép kênh phân chia theo tần số và thời gian TDD - FDD

Giao diện vô tuyến WCDMA đưa ra hai bộ chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng với các công nghệ TDD và FDD Tuy nhiên, trên thực tế, các chỉ tiêu kỹ thuật của cả TDD và FDD là tương đối giống nhau cho các lớp cao Các tham số cơ bản của TDD và FDD cũng giống nhau Ví dụ như tốc độ chip, độ dài khung,

kỹ thuật điều chế và giải điều chế…Có hai lựa chọn cho tốc độ chip được đưa

1.4.1.1 Kênh truyền tải

Kênh truyền tải là các kênh cung cấp từ lớp vật lý đến lớp con MAC

Có các loại kênh truyền tải khác nhau tương ứng với các loại dữ liệu và định dạng các loại dữ liệu truyền trên đó

DCH – Kênh dùng riêng Dùng để truyền và nhận dữ liệu cá nhân của mỗi

UE, có thể thay đổi tốc độ và điều khiển công suất ở tốc độ cao

BCH – Kênh quảng bá Kênh đường xuống dùng chung cho việc truyền

thông tin quảng bá, kênh này truyền với tốc độ

dữ liệu cố định FACH – Kênh truy nhập

đường xuống

Kênh dùng chung sử dụng cho việc truyền thông tin điều khiển và dữ liệu người dùng, được chia

sẻ cho nhiều người dùng Dùng cho việc truyền

dữ liệu tốc độ thấp từ các lớp cao hơn

hiệu tìm gọi

đường lên thông tin điều khiển và dữ liệu người dùng

CPCH – Kênh gói chung Kênh dùng chung đường lên dùng để chuyển dữ

liệu người dùng, ứng dụng trong việc truy nhập hướng lên, được sử dụng chính trong việc truyền dữ liệu tốc độ cao, dữ liệu có lưu lượng tăng đột biến

DSCH – Kênh chia sẻ

hướng xuống

Kênh đường xuống dùng chung để chuyển dữ liệu gói, được chia sẻ cho nhiều người dùng, dùng chủ yếu cho truyền dữ liệu tốc độ cao

Bảng 1.1: Danh sách các kênh truyền tải

1.4.1.2 Kênh vật lý

Kênh vật lý được nhận dạng với mã và tần số trong chế độ FDD, thường dựa vào cấu hình một lớp của các khung vô tuyến và khe thời gian (áp dụng cho một số kênh vật lý) Dạng của các khung vô tuyến và khe thời gian phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu của kênh vật lý

Khung vô tuyến: Là đơn vị nhỏ nhất trong quá trình giải mã hóa, bao gồm 15 khe thời gian

Khe thời gian: Là đơn vị nhỏ nhất trong chuỗi bit lớp 1 Nó cũng là đơn

vị bé nhất trong TPC và xử lý đánh giá kênh Số lượng bit có thể được cung cấp trong một khe thời gian phụ thuộc vào kênh vật lý

DPCCH – Kênh điều

khiển vật lý dùng riêng

Chỉ có 1 kênh DPCCH được gán cho UE sử dụng kênh vật lý dùng riêng Dùng để điều khiển lớp vật lý của kênh DPCH

PRACH – Kênh truy Kênh dùng chung đường lên, dùng cho việc

nhập vật lý đường lên truyền dữ liệu từ các lớp cao (chủ yếu là dữ liệu

tốc độ thấp) PCPCH – Kênh gói vật lý

SCH – Kênh đồng bộ Kênh dùng chung đường xuống, có hai loại kênh

đồng bộ; Sơ cấp và thứ cấp Các kênh này tồn tại trong cell, dùng để tìm kiếm người dùng

PDSCH – Kênh chia sẻ

đường xuống

Kênh dùng chung đường xuống, Mỗi cell có thể

có nhiều hoặc không có kênh này Dùng để truyền dữ liệu gói (chủ yếu với dữ liệu tốc độ cao)

AICH – Kênh chỉ thị truy

nhập

Kênh dùng chung đường xuống, tạo thành một cặp kênh với PRACH, dùng để điều khiển truy nhập vật lý hướng lên

PICH – Kênh chỉ thị tìm

gọi

Kênh dùng chung đường xuống, tạo thành một cặp với S-CCPCH (thông báo tín hiệu tìm gọi phù hợp) Truyền thông tin người gọi cho mỗi nhóm

người dùng cuối AP-AICH – Kênh chỉ thị

truy nhập – Truy nhập

ban đầu

Kênh dùng chung đường xuống, tồn tại với PCPCH, dùng cho việc điều khiển truy nhập ngẫu nhiên kênh gói vật lý dùng chung

1.4.1.3 Ghép kênh truyền tải

Ghép kênh Giao vận

Ánh xạ kênh vật lý

A- Hướng lên

Phân đoạn kênh vật lý

Phân đoạn kênh vật lý

Hình 1.9: Cấu trúc ghép kênh truyền tải

Yêu cầu của hệ thống thông tin di động thứ 3 bao gồm chất lượng cao của các dịch vụ đa phương tiện Phương pháp sửa lỗi FEC (Forward Error Correction) thực chất là một công nghệ để nâng cao chất lượng truyền dẫn

Cụ thể là nó được dùng trong kỹ thuật ghép kênh, Hơn thế, với dịch vụ đa phương tiện, nhiều kênh truyền tải với các chất lượng dịch vụ khác nhau cần được ghép kênh và truyền trên một kênh vật lý Để đạt được các yêu cầu trên, ánh xạ tốc độ được áp dụng, thêm vào đó, Multistage InterLeaver (MIL – chèn nhiều khung) cũng được sử dụng

Hình 1.9 chỉ ra cấu trúc việc chèn mã sửa sai và ghép nhiều kênh truyền tải trên cả hai hướng Mã hóa kênh và chèn mã sửa sai lần thứ nhất trong một hoặc nhiều khung được thực hiện tại mỗi kênh Sau đó, phân đoạn khung được thực hiện trên mỗi kênh, tiếp theo là ghép kênh truyền tải, sau đó, việc chèn mã sửa sai vào khung được thực hiện lần thứ hai Ở hướng lên, ánh xạ tốc độ diễn ra sau khi chèn mã sửa sai lần một và phân đoạn khung vô tuyến Trong khi đó, ở đường xuống, việc này diễn ra trước, bởi vì hệ số trải phổ biến đổi với mỗi khung ở đường lên, còn ở đường xuống, hệ số này không đổi

1.4.1.4 Mã hóa kênh

Có hai loại mã hóa là mã hóa xoắn và mã hóa turbo Nó được dùng tùy theo yêu cầu chất lượng dịch vụ Đôi lúc, không cần ứng dụng sửa lỗi trước (FEC) Theo các đặc tính của các loại mã hóa, mã hóa turbo thường dùng cho tín hiệu video và các ứng dụng tốc độ, chất lượng cao (tỷ lệ mã hóa là 1/3, độ dài là 4) Trong khi đó, mã hóa xoắn được dùng để mã hóa âm thanh và các dịch vụ dữ liệu có tốc độ thấp Trong mã hóa xoắn, tỷ lệ mã hóa là 1/3 hoặc 1/2 tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng dịch vụ, với độ dài là 9 cho cả hai tỷ lệ trên

1.4.1.5 Ánh xạ tốc độ

Ánh xạ tốc độ tác động lên dãy bit sau khi mã hóa kênh, tùy vào số lượng ghép kênh truyền tải, tốc độ truyền dữ liệu, yêu cầu QoS của mỗi kênh truyền tải Thông qua quá trình xử lý ánh xạ tốc độ, nhiều bit trong một kênh vật lý được phân phối tới các kênh truyền tải với tốc độ truyền dẫn cao và chất lượng dịch vụ tốt các kênh truyền tải khác

Trong ánh xạ tốc độ, có hai phương pháp được sử dụng:

• Phương pháp 1 đòi hỏi loại bỏ các bit từ dãy bit với một chu kỳ cố định

• Phương pháp 2 đòi hỏi chèn các bit vào dãy bit theo một chu kỳ cố định Theo các cơ chế hoạt động này, các kênh truyền tải với QoS thay đổi có thể được ghép kênh và được phát trên kênh vật lý như một dãy bit với chất lượng đồng nhất

1.4.1.6 Chèn

Quá trình chèn được chia thành hai phần, chèn lần thứ nhất, diễn ra trước khi ghép kênh truyền tải bằng các khung, chèn lần thứ hai được diễn ra sau khi ghép kênh Chèn lần thứ nhất được xử lý trên mỗi kênh truyền tải bằng bit trong khung, việc này tạo ra sự mềm dẻo cho việc phân loại các kiểu ghép kênh truyền tải, và cho hiệu quả sửa lỗi cao Lần chèn thứ nhất ứng dụng mẫu chèn tương tự với mỗi kích thước chèn, trong khi lần thứ hai dùng mẫu phổ biến làm giảm thiểu việc xử lý tải, do đó giảm nhẹ phần cứng, cũng như năng lượng tiêu thụ

1.4.1.7 Trải phổ và điều chế

Đối với các kênh dành riêng đường xuống:

Dữ liệu của các kênh được chia thành hai nhánh I và Q thông qua bộ chuyển đổi nối tiếp/song song để điều chế QPSK Các nhánh I và Q được trải phổ bằng mã phân kênh cch và sau đó được trộn với mã scrambling cscramb Mỗi ô sử dụng một mã scrambling khác nhau

Mỗi kênh DPDCH/DPCCH sẽ được gán một mã phân kênh riêng để trải phổ Mã phân kênh được sử dụng là các mã có hệ số trải phổ thay đổi và

trực giao với nhau (mã OVSF- Orthogonal Variable Spreading Factor code), nhằm đảm bảo tính trực giao giữa các kênh đường xuống có tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau

Nèi tiÕp ->

song song DPDCH/DPCCH

Läc d¹ng xung

Läc d¹ng xung

cch cscrambI

Hinh 1.12: Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đường xuống

Mỗi nhánh của cây mã là một mã trải phổ có hệ số trải phổ SF Tất cả các mã trong cây không được sử dụng cùng một lúc trong cùng một ô Một

mã được sử dụng khi và chỉ khi không có mã nào tính từ mã đó đến gốc của cây mã hoặc không có mã nào tính từ mã đó đến các nhánh của nó được sử dụng Điều này có nghĩa là số lượng mã phân kênh không cố định mà phụ thuộc vào tốc độ và hệ số trải phổ của kênh vật lý

Hình 1.13: Cây mã trải phổ có hệ số thay đổi và trực giao

Mã scrambling đường xuống cscramb là 1 phần 40960 chip (tương ứng với 10 ms) của mã Gold có chiều dài 218 -1 được lặp lại ở mỗi khung Số lượng mã scrambling có thể sử dụng là 512, được chia thành 16 nhóm mã với

32 mã trong mỗi nhóm Việc nhóm các mã này được thực hiện nhằm tăng thời gian tìm ô của MS

Đối với các kênh dành riêng đường lên:

Có hai phương thức để dồn kênh cho kênh DPDCH và DPCCH là dồn kênh theo thời gian và dồn kênh theo mã

Đối với phương pháp dồn kênh theo thời gian, sẽ phải giải quyết vấn đề phát không liên tục (DTX) gây ra nhiễu đối với các thiết bị điện tử đặt bên cạnh MS Một trong các ví dụ về việc phát không liên tục là dịch vụ thoại Trong khoảng thời gian chờ của một bên đàm thoại, hệ thống sẽ không phát các bit thông tin người sử dụng, tuy nhiên thông tin điều khiển công suất vẫn phải liên tục được phát đi Do tần số phát của các tín hiệu này ở vào khoảng 1 đến 2 kHz nên sẽ gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh

Để tránh hiện tượng này, đường lên sử dụng phương pháp dồn kênh theo mã kết hợp với điều chế QPSK song kênh

Läc d¹ng xung

mã scrambling sơ cấp riêng của MS c’scramb Tín hiệu sau đó có thể tiếp tục được trộn bằng mã scrambling thứ cấp c''scramb

Mỗi kênh DPDCH nếu được thêm vào sẽ có thể được phát ở nhánh I hoặc nhánh Q và được trải phổ bằng một mã phân kênh riêng Các kênh DPDCH ở các nhánh khác nhau có thể sử dụng chung một mã phân kênh

Mã phân kênh ở đường lên cũng có cấu trúc mã OVSF giống ở đường xuống Tuy nhiên điều kiện về sử dụng mã được giới hạn trong bản thân MS chứ không phải giới hạn trong bản thân ô như ở đường xuống

Mã scrambling sơ cấp là một mã phức hợp c'scramb = cI + jcQ, với cI và

cQ là hai mã khác nhau được xây dựng từ tập mã VL Kasami mở rộng có chiều dài 256

Mã scrambling thứ cấp là một đoạn 40960 chip (tương ứng với 10 ms) của mã Gold có chiều dài 241 -1

1.4.1.8 Lệnh điều khiển công suất TPC

Trong DS-CDMA, mỗi một kênh sử dụng đều chịu tác động của giao thoa và nhiễu đa đường (Multiple Access Interference), nó được tạo ra bởi các kênh truyền thông khác hơn là nhiễu của người sử dụng, và nhiễu đa đường Trong WCDMA, nhiễu làm hạn chế dung lượng thuê bao Có nghĩa là khả năng liên kết vô tuyến có thể tăng lên do cực tiểu công suất trên mỗi kênh truyền mà không cần bỏ qua yêu cầu về chất lượng TPC trong WCDMA được thiết kế để tăng khả năng liên kết vô tuyến, tiết kiệm pin Nó được chia thành hai nhóm: TPC lặp mở và TPC lặp đóng

TPC lặp mở: UE đánh giá tổn thất đường xuống và xác định năng lượng truyền lên trên, cơ sở việc xác định này là sử dụng của kênh điều khiển chung đường xuống Trong kênh dùng riêng, TPC lặp đóng được áp dụng, công suất phát ban đầu thường được xác định bởi TPC vòng mở TPC vòng đóng không áp dụng cho kênh điều khiển chung đường lên bởi vì nó không phải là một kênh trong đó cả hai hướng được sử dụng như một cặp

Trong TPC lặp đóng: Chất lượng kênh thông tin được đo tại điểm thu, dựa trên kết quả đó, các bit TPC được phát đi, như thế, yêu cầu chất lượng dịch vụ tại điểm thu sẽ đạt yêu cầu

1.4.2 Điều khiển truy nhập lớp giữa - MAC

Media Access Control: Điều khiển truy nhập lớp giữa – là một thực thể của RNC, làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu giữa các UE và RNC theo tỷ lệ 1:1 Chức năng tách biệt/kết hợp dữ liệu được cung cấp từ lớp cao hơn MAC có

thể định vị lại tài nguyên vô tuyến, và thay đổi các thông số MAC theo chỉ thị

từ bộ điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC MAC còn có chức năng đo lưu lượng và chất lượng dữ liệu, sau đó gửi lại RRC các thông tin này

1.4.2.1 Kiến trúc lớp MAC

Hình 1.15: Sơ đồ khối lớp MAC

Lớp MAC bao gồm ba thành phần con là:

• MAC-b: xử lý các kênh quảng bá Tồn tại MAC-b trong mỗi UE và

một MAC-b trong Node B cho mỗi cell

• MAC-s/sh: xử lý các kênh chung và kênh chia sẻ - kênh tìm gọi

(PCH), kênh truy nhập liên kết hướng lên (FACH), kênh truy nhập ngẫu nhiên, kênh gói dùng chung hướng lên (CPCH), kênh chia sẻ hướng xuống (DSCH) Tồn tại một MAC-c/sh trong mỗi UE, nó sử dụng các kênh chia sẻ và một MAC-c/sh trong phía mạng truy nhập vô tuyến, nó tồn tại trong bộ điều khiển mạng vô tuyến cho mỗi cell

• MAC-d: xử lý các kênh dành riêng trong chế độ UE được kết nối Tồn

tại một MAC-d trong UE và một MAC-d trong phía mạng truy nhập vô tuyến