Hệ Thống Thông Tin Di Động WCDMA

Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ, điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đến hơn 50 năm trước đây, nhưng cho đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông

Trung tâm đμo tạo bưu chính viễn thông I

Hệ thống thông tin di động w-CDMA

(Tμi liệu dμnh cho các khoá bồi dưỡng)

Biên soạn: KS Nguyễn Văn Thuận

Đề cương bμI giảng

“ hệ thống thông tin di động W-CDMA”

1 Mục tiêu:

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

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

từ định hướng này, tài liệu giảng dạy về “ Hệ thống thông tin di động W-CDMA”

được biên soạn nhằm cung cấp cho học viên những kiến thức cơ bản về hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di động W-CDMA

2 Đối tượng:

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

3 Độ dμI của tμI liệu : Khoảng 150 trang ( dự kiến)

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

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

2.2 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong W- CDMA

2.3 Các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền

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

(50 trang)

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

3.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến

3.3 Các kênh vô tuyến

3.4 Các thiết bị mạng truy nhập vô tuyến

3.5 Các thiết bị đầu cuối di động

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

4.1 Tổng quan

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

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

4.4 Kỹ thuật xử lý tin nhắn đa phương tiện

Chương 5: Viễn cảnh công nghệ của hệ thống thông tin di động W-CDMA (10 trang)

5.1 Viễn cảnh về các công nghệ vô tuyến

5.2 Viễn cảnh về các công nghệ mạng

5.3 Viễn cảnh về các công nghệ xử lý tín hiệu

5 Giáo viên biên soạn vμ hiệu chỉnh

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

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

Lời nói đầu

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

hệ thống thông tin di động với khả năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và đang trở thành không thể thiếu được trong xã hội thông tin ngày nay Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm 1946, thông tin di động đã liên tục phát triển và đến nay các

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

hệ thứ ba cũng đã và sẽ được nhanh chóng triển khai Đối với các nhà khai thác mạng di động GSM thì cái đích 3G là các hệ thống thông tin di động CDMA băng rộng (W-CDMA) theo chuẩn IMT-2000 Xuất phát từ định hướng này, tài

liệu giảng dạy về “ Hệ thống thông tin di động W-CDMA” được biên soạn

nhằm cung cấp cho học viên những kiến thức cơ bản về hợp chuẩn IMT-2000, công nghệ W-CDMA và hệ thống thông tin di động W-CDMA Tài liệu không chỉ để sử dụng cho các khoá bồi dưỡng ngắn hạn mà còn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật đang công tác trên mạng lưới của VNPT

và các sinh viên ngành Điện tử -Viễn thông

Tài liệu được chia làm 5 chương Chương 1 giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động, so sánh lộ trình phát triển lên thông tin di động thế hệ thứ 3 từ cdmaOne và GSM, sau cùng là phần khái quát

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

động, tin nhắn đa phương tiện Cuối cùng, chương 5 giới thiệu đến bạn đọc

những viễn cảnh công nghệ của hệ thống thông tin di động W-CDMA

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

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

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

Mọi đóng góp xin gửi về Trung tâm Đào tạo Bưu chính Viễn thông 1, Thị xã Hà đông, Tỉnh Hà tây

Điện thoại: 048549607

Tháng 12 năm 2004 Trung tâm Đμo tạo Bưu chính Viễn thông 1

Mục lục

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động thế hệ thứ 3 và hợp

chuẩn IMT-2000 4

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

1 2 Tổng quan về IMT-2000 9

1.2.1 Mục tiêu của IMT-2000 9

1.2.2 Chuẩn hóa IMT-2000 11

1.2.3 Băng tần IMT-2000 13

chương 2: Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến W- CDMA 15

2.1 Công nghệ trải phổ W- CDMA 15

2.1.1 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) 15

2.1.2 Mã trải phổ và đồng bộ mã trải phổ 17

2.1.3 Cấu hình chức năng của máy phát và máy thu vô tuyến 18

2.1.4 ứng dụng ưu điểm của công nghệ W-CDMA trong thông tin di động 19

2.2 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong W- CDMA 22

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

2.2.2 Tìm nhận ô 26

2.2.3 Truy nhập ngẫu nhiên 30

2.2.4 Các công nghệ để thoả mãn các yêu cầu về chất lượng khác nhau trong truyền dẫn đa tốc độ 31

2.2.5 Phân tập đa dạng 44

2.3 Các công nghệ để tăng dung lượng đường truyền trong W- CDMA 52

2.3.1 Thiết bị triệt nhiễu 53

2.3.2 Phân tập dàn anten thích ứng 59

chương 3: Mạng truy nhập vô tuyến 66

3.1 Các yêu cầu và mục tiêu thiết kế đối với hệ thống vô tuyến W-CDMA 66

3.2 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến 67

3.2.1 Các đặc điểm của W-CDMA 67

3.2.2 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của W-CDMA 69

3.2.3 Cấu trúc của mạng truy nhập vô tuyến 72

3.2.4 Các công nghệ then chốt trong W-CDMA 73

3.2.5 Kỹ thuật thu phát song công (hai chiều) phân chia theo thời gian (TDD) và Kỹ thuật thu phát song công phân chia theo tần số (FDD) 77

3.3 Các kênh vô tuyến 77

3.3.1 Các kênh lôgíc 80

3.3.2 Các kênh truyền tải 80

3.3.3 Các kênh kênh vật lý 82

3.4 Các thiết bị mạng truy nhập vô tuyến 85

3.4.1 Tổng quan về cấu hình hệ thống thiết bị truy nhập vô tuyến 85

3.4.2 BTS 86

3.4.3 RNC 91

3.4.4 MPE 92

3.4.5 Anten BS 94

3.5 Các thiết bị đầu cuối di động 100

3.5.1 Triển khai các thiết bị đầu cuối di động 100

3.5.2 Các đặc tính kỹ thuật truy nhập vô tuyến và các công nghệ phần cứng 103

3.5.3 UIM 109

3.5.4 Các công nghệ thiết bị hiển thị 112

3.5.5 Giao diện ngoài 114

3.5.6 Viễn cảnh tương lai của các thiết bị đầu cuối di động 119

Chương 4: Các kỹ thuật xử lý đa phương tiện 121

4.1 Tổng quan 121

4.2 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu đa phương tiện 121

4.2.1 Xử lý hình ảnh 121

4.2.2 Xử lý âm thanh và thoại 128

4.2.3 Các hệ thống xử lý tín hiệu đa phương tiện 133

4.3 Các kỹ thuật xử lý đối với dịch vụ Internet di dộng 139

4.3.1 Các dịch vụ ISP di động 139

4.3.2 Các kỹ thuật phát tán thông tin đa phương tiện 144

4.3.3 Các ngôn ngữ đánh dấu nội dung 148

4.3.4 Chuẩn hóa Internet di động (WAP) 151

4.4 Các kỹ thuật xử lý tin nhắn đa phương tiện 155

4.4.1 Tổng quan 155

4.4.2 Các xu hướng tiêu chuẩn hóa 156

4.4.3 Mô hình nguyên lý 156

4.4.4 Mô hình triển khai 157

4.4.5 Kỹ thuật phát tin quảng bá 158

Chương 5: Viễn cảnh công nghệ của các hệ thống

thông tin di động W-CDMA 159

5.1 Tổng quan 159

5.2 Viễn cảnh về các công nghệ vô tuyến 160

5.2.1 Phương thức TDD 160

5.2.2 Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSPDA) 163

5.3 Viễn cảnh về các công nghệ mạng 165

5.3.1 Thông tin gói IP trong các mạng thông tin di động 165

5.3.2 Xu hướng công nghệ trong các mạng IP 166

5.3.3 Triển khai và cấu hình mạng IP hoá hoàn toàn 168

5.4 Viễn cảnh về các công nghệ xử lý tín hiệu 169

5.4.1 Công nghệ tránh kết nối chuyển tiếp .170

5.4.2 Công nghệ mã hoá đa tốc độ thích ứng băng rộng (AMR-WB) 171

5.4.3 Truyền thông đa phương tiện theo gói 172

Các từ viết tắt 175

Tài liệu tham khảo 178

Chương 1 Tổng quan về thông tin di động thế hệ thứ 3

vμ hợp chuẩn IMT-2000

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

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1946, khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150 MHz Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ, điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đến hơn 50 năm trước đây, nhưng cho

đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các

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

1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Cỏc hệ thống thụng tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: hệ thống di động tiờn tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và Hệ thống NTT Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng v.v

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

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

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

thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa vào sử dụng ở một số nước Các hệ

thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử dụng phương pháp truy nhập TDMA

như GSM (Châu Âu), PDC ( Nhật) hoặc phương pháp truy nhập CDMA theo chuẩn

năm 1995 ( CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2( 2G)

Cỏc hệ thống thụng tin tế bào số cú nhiều điểm nổi bật như chất lượng thụng tin

được cải tiến nhờ cỏc cụng nghệ xử lý tớn hiệu số khỏc nhau, nhiều dịch vụ mới (VD:

cỏc dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mó húa được cải tiến, tương thớch tốt hơn với cỏc mạng

số và phỏt huy hiệu quả dải phổ vụ tuyến Bảng 1.1 mụ tả cỏc thụng số cơ bản của cỏc

tiêu chuẩn cho các hệ thống thụng tin tế bào số của Nhật Bản, Mỹ và Chõu Âu Ngoài

chuẩn IS-95 dựa trên công nghệ CDMA, tất cả cỏc chuẩn khỏc đều dựa trờn cụng nghệ

TDMA

Bảng 1.1 Cỏc thụng số cơ bản của Hệ thống thụng tin tế bào số

Bắc Mỹ PDC

(Nhật Bản) IS-54 IS-95 Chõu Âu GSM

Khoảng cỏch

tần số

50 kHz (xen kẽ 25kHz )

50 kHz (xen kẽ

13 kbit/ giõy VSELP 8,5 kbit/ giõy QCELP

tốc độ biến thiên 4 nấc

22,8 kbit/ giõy RPE-LTP-LPC 11,4 kbit/giõy EVSI

* Chỳ thớch: RPE: Mó húa dự bỏo kớch thớch xung đều

LTP: Mó húa dự bỏo dài hạn

LPC: Mó dự bỏo tuyến tính; FDD: Song cụng chia tần số; và PSI-CELP: Dự bỏo tuyến tính kớch thớch mó - Đổi đồng bộ âm

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ ba -IMT 2000 đang được nghiên cứu sử dụng Khác với các hệ thống thông

tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 ( số), hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ ở tốc độ bít lên tới 2 Mb/s( có thể sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác) Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng Từ năm

2001, các hệ thống IMT-2000 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (W-CDMA) bắt đầu được đưa vào khai thác Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G được minh hoạ ở hình 1.1

Các bảng dưới đây giới thiệu tổng quan về các hệ thống ở thế hệ 2,5G và 3G và những đặc điểm khi phát triển lên 3G theo hai hướng chính trong IMT-2000: Từ GSM lên 3G và từ cdmaOne lên 3G

Mạng lõi GSM

3G 2,5G

EDGE

cdma2000 1X

W-CDMA

cdma20001x EV-DV

cdma20001x EV-DO

* cdma2000 1xEV-DO : cdma2000 1xEV-Data Only ( cdma 2000 1X phát triển lên - Chỉ dành cho số liệu)

** cdma2000 1xEV-DV : cdma2000 1xEV-Data/Voice ( cdma 2000 1X phát triển lên

- Dành cho cả số liệu và thoại)

Hình 1.1 Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

GPRS (Dịch

vụ vô tuyến gói chung)

EDGE (Các tốc độ số liệu bậc cao để phát triển GSM )

IMT-2000 CDMA DS (W-CDMA)

năng xử lý số liệu gói

Các máy di

động cầm tay mới

Các máy di

động cầm tay GPRS cho phép làm việc trên mạng GPRS* và trên mạng GSM ở tốc độ

số liệu 9,6 Kbit/s, đây là các máy CSD hai chế độ hoạt động

Các máy di

động cầm tay mới

Các máy cầm tay EDGE sẽ làm việc ở tốc

độ lên tới 384 Kbit/s** trên các mạng EDGE và GPRS và ở tốc

độ 9,6 Kbit/s trên mạng GSM- đây là các máy CSD

ba chế độ hoạt

động

Các máy di

động cầm tay mới

Các máy cầm tay CDMA

DS sẽ làm việc ở tốc độ lên tới 2Mbit/s***

trên các mạng 3G Các máy này có bốn chế độ hoạt

Cần lắp thêm các mô đun

xử lý số liệu gói mới trên nền mạng chuyển mạch kênh

Cần thay đổi cơ

sở hạ tầng mạng nhiều hơn

Cơ sở hạ tầng mới kết nối với mạng hiện

có

Nền tảng

công nghệ

Công nghệ GSM TDMA hiện có

Nền GSM TDMA bổ xung phần xử

lý số liệu gói

Cần sửa đổi nền tảng GSM TDMA

Cơ sở hạ tầng CDMA mới

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với GPRS là 171,2 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chưa đạt được tốc độ này mà điển hình chỉ đạt tốc độ trên dưới 50Kbit/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với EDGE là 384 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

***: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với W-CDMA là 2Mbit/s, tuy nhiên, trên thực

tế hiện nay chỉ đạt đ−ợc tốc độ tối đa là 384 Kbit/s

cdmaOne IS-95 B

IMT-2000 CDMA đa sóng mang 1X (MC 1X)

IMT-2000 CDMA đa sóng mang 3X (MC 3X)

IS-95B, 1X và 3X ở tốc độ 14,4 Kbit/s-

đây là các máy một chế độ hoạt

động

Các máy di

động theo chuẩn năm

1999

Các máy di

động cầm tay theo chuẩn IS-95B sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s và trên các mạng IS-95B, 1X và 3X ở tốc độ lên tới 114 kbit/s* -

đây là các máy một chế độ hoạt

động

Các máy di

động theo chuẩn 1X năm

2001

Các máy di

động cầm tay 1X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, trên mạng IS-95B ở tốc độ lên tới

114 Kbit/s, trên mạng 1X và 3X

ở tốc độ lên tới

307 kbit/s**-

đây là các máy một chế độ hoạt

động

Các máy di

động cầm tay mới

Các máy di

động cầm tay 3X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, trên mạng IS-95B ở tốc độ lên tới

114 Kbit/s, trên mạng 1X ở tốc

độ lên tới 307 kbit/s và trên mạng 3X ở tốc

độ lên tới

2 Mbit/s*** -

đây là các máy một chế độ hoạt

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

Cần sửa đổi cấu trúc mạng chính

và bổ xung các card kênh mới tại trạm gốc

Nền tảng

công

nghệ

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với IS-95B là 114 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay mới đạt tốc độ 64 Kbit/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với cdma2000 1X là 307 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt đ−ợc tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

***: Nh− đã giới thiệu trong các hình 8.16 và 8.17, cdma2000 3X bao gồm cdma2000 1xEV-DO và cdma2000 1xEV-DV Trong đó, cdma2000 1xEV-DO có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 2,4 Mbit/s trên một sóng mang 1,25 MHz riêng biệt và cdma2000 1xEV-DV tích hợp thoại và số liệu trên cùng một sóng mang 1,25 MHz

có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 4,8 Mbit/s

1 2 Tổng quan về IMT-2000

1.2.1 Mục tiêu của IMT-2000

Những nỗ lực trong nghiờn cứu và phỏt triển đó được thực hiện cho IMT-2000 với mục đớch cung cấp cỏc dịch vụ đa phương tiện cú chất lượng cao, tốc độ cao, khai thỏc một dải rộng cỏc nội dung bao gồm thoại, số liệu và video trong mụi trường di động Hệ thống IMT-2000 cú cỏc mục tiờu sau :

(1) Cỏc dịch vụ thụng tin cỏc nhõn nhờ nõng cao hiệu suất phổ (Cỏ nhõn húa)

Sự nõng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng tần số và tối thiểu húa đầu cuối sẽ cho phộp thực hiện thụng tin giữa "người với mỏy" và "mỏy với mỏy "

(2) Cỏc dịch vụ thụng tin xuyờn suốt toàn cầu (Toàn cầu húa)

Người sử dụng sẽ cú thể thụng tin và nhận cỏc dịch vụ đồng nhất ở bất cứ đâu trờn thế giới chỉ với một đầu cuối duy nhất

(3) Cỏc dịch vụ đa phương tiện qua hệ thống truyền dẫn cú tốc độ và chất lượng cao (Đa phương tiện)

Việc sử dụng băng thụng rộng hơn cho phộp truyền với chất lượng và tốc độ cao một dung lượng lớn số liệu, hỡnh ảnh tĩnh và video bờn cạnh cỏc kết nối thoại

Liờn minh Viễn thụng Chõu Âu (ITU) đó đặt ra cỏc yờu cầu đối với hệ thống truyền dẫn vụ tuyến IMT-2000 để cung cấp cỏc dịch vụ đa phương tiện trong nhiều mụi trường khỏc nhau như mụ tả trong Bảng 1.2 Tốc độ truyền yờu cầu là 144 kbit/giõy trong mụi trường di chuyển tốc độ cao, 384 kbit/giõy khi di chuyển ở cỏc tốc

độ thấp và 2Mbit/giõy trong mụi trường trong nhà

Hỡnh 1.2 thể hiện cỏc dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động do

IMT-2000 cung cấp trong cỏc lĩnh vực kinh doanh, cụng cộng và cỏ nhõn

(1) Lĩnh vực kinh doanh

Cỏc dịch vụ thụng tin di động đó được rất nhiều doanh nhõn sử dụng ngay từ khi mới ra đời Trong lĩnh vực kinh doanh, ngoài thụng tin dữ liệu văn bản, IMT-2000 cũn được sử dụng cho thụng tin hỡnh ảnh Người ta rất trụng đợi rằng cỏc dịch vụ này sẽ giỳp người sử dụng cú thể thu nhận được một lượng lớn số liệu kinh doanh một cỏch kịp thời cũng như trao đổi thụng tin một cỏch dễ dàng mọi nơi, mọi lỳc

(2) Lĩnh vực cụng cộng

Một vớ dụ điển hỡnh về cỏc ứng dụng được sử dụng trong lĩnh vực cụng cộng là dịch vụ thụng tin khẩn cấp đó sử dụng triệt để giỏ trị tiện lợi của cỏc hệ thống di động trong việc giải quyết cỏc trường hợp thảm họa Cỏc ứng dụng giỏm sỏt từ xa với vai trũ hiện thực húa việc thụng tin liờn lạc " từ mỏy đến mỏy " cũng được xem xột sử dụng rộng rói trong lĩnh vực cụng cộng

Bảng 1.4 Cỏc yờu cầu đối với Hệ thống truyền dẫn vụ tuyến IMT-2000

Cỏc dịch vụ tiềm năng khỏc bao gồm cỏc dịch vụ như sử dụng hệ thống di động như một phần của hệ thống giao thụng vận tải thụng minh (IST), sử dụng i-mode cho lỏi xe an toàn, cỏc hệ thống phương tiện đường thủy dựa trờn cỏc mạng thụng tin và cỏc hệ thống cho người đi bộ

(3) Lĩnh vực cỏ nhõn

Lĩnh vực cỏ nhõn đó trở thành một lĩnh vực quan trọng đối với hệ thống thụng tin

di động trong những năm gần đõy Với sự ra đời của IMT-2000, cỏc hỡnh thức tiờn tiến của cỏc dịch vụ Internet di dộng như i-mode dự kiến sẽ trở thành một phần cuả cỏc ứng dụng cỏ nhõn Trong thụng tin hỡnh ảnh, điện thoại video đó xuất hiện, cựng lỳc trong lĩnh vực thư tớn, thư đa phương tiện đang được trụng đợi cho phộp người sử dụng cú thể gửi kốm theo thư điện tử cỏc bản tin hỡnh ảnh và thoại Cũn đối với dịch

vụ cung cấp thụng tin, người ta đang hy vọng cỏc dịch vụ cung cấp õm nhạc và hỡnh ảnh sẽ được chấp nhận rộng rói trờn thị trường

Hình 1.2 Các dịch vụ đa phương tiện trong thông tin di động 1.2.2 Chuẩn hóa IMT-2000

Nghiờn cứu về IMT-2000 đó được Bộ phận thụng tin vụ tuyến của ITU (ITU-R) bắt đầu thực hiện từ năm 1985, ban đầu cú tờn là Hệ thống Viễn thụng di

động mặt đất cụng cộng tương lai (FPLMTS) nhằm đạt được những mục tiờu đó kể

trờn Cựng với nghiờn cứu này, Bộ phận chuẩn húa Viễn thụng của ITU (ITU-T) đó coi

việc nghiờn cứu IMT-2000 là một nhiệm vụ quan trọng và đó tiến hành cỏc nghiờn cứu

về cỏc giao thức bỏo hiệu lớp trờn, cỏc nhận dạng, cỏc dịch vụ, mó húa thoại/hỡnh ảnh,

v.v…Tiếp theo cỏc nghiờn cứu này là cỏc nghiờn cứu về cỏc thụng số kỹ thuật chi tiết

do Dự ỏn đối tỏc thế hệ 3 (3GPP) thực hiện và những nỗ lực nhằm xõy dựng sự thống

nhất chung giữa cỏc tổ chức hướng tới sự phỏt triển của một giao diện vụ tuyến được

chuẩn húa

Cỏc hoạt động chuẩn húa IMT-2000 trong ITU-R ban đầu cú tờn là FPLMTS

ITU-R bắt đầu cỏc nghiờn cứu với việc làm rừ khỏi niệm hệ thống IMT-2000, bao gồm

Hệ thống thông tin khẩn cấp

Hệ thống cho người cao tuổi và

y tế từ xa

Truyền hình hội nghị

Trung tâm dữ liệu

Sách, báo điện tử

Hệ thống tự học tại gia

Lĩnh vực công cộng

cả các hệ thống vệ tinh và mặt đất ITU-R đã thống nhất các kiến nghị liên quan đến các nguyên tắc và khái niệm cơ bản, tiếp theo là các kiến nghị về khung chung và các yêu cầu của IMT-2000 Sau đó, ITU-R bắt đầu chuẩn bị một kiến nghị về giao diện vô tuyến nhằm đáp ứng những yêu cầu đặt ra trong các kiến nghị này

Trước hết, ITU-R làm rõ những yêu cầu tối thiểu đối với giao diện vô tuyến IMT-2000 Bảng 1.4 mô tả những yêu cầu này Đáp lại, các quốc gia và tổ chức được yêu cầu đề xuất một giao diện vô tuyến có thể thoả mãn các yêu cầu này vào tháng 6/1998

Ngoài ITU, cßn cã các quốc gia, khu vực và các tổ chức cũng tiến hành các nghiên cứu như ARIB của Nhật và ETSI Kết quả là 10 hệ thống thông tin mặt đất và

06 hệ thống vệ tinh đã được đề xuất lên ITU-R, tất cả các đề xuất này sau đó đã được đánh giá bởi một nhóm đánh giá gồm nhiều nước và tổ chức khác nhau Sau khi các hệ thống này được xác nhận là thỏa mãn yêu cầu của IMT-2000, các đặc tính chủ yếu của giao diện vô tuyến được cải tiến trên cơ sở xem xét các đặc tính tần số vô tuyến (RF)

và các đặc tính băng gốc quan trọng Những nỗ lực đồng thời xảy ra nhằm tạo dựng

®−îc sự thống nhất giữa những người chủ trương xây dựng một giao diện vô tuyến chuẩn, được thể hiện trong bản kiến nghị về các thông số cơ bản tháng 3/1999 Tại cuộc họp cuối cùng tháng 11/1999, ITU TG8/1 đã đạt được một thỏa thuận về kiến nghị đối với các thông số kỹ thuật chi tiết của giao diện vô tuyến, bao gồm các thông

số liên quan đến các lớp cao hơn Bản kiến nghị dự thảo này đã được chính thức thông qua như một bản kiến nghị của ITU tại Hội nghị RA-2000 tổ chức vào tháng 5/2000 Như mô tả trong hình 1.3 và 1.4, bản kiến nghị đã đưa ra các nội dung liên quan đến giao diện vô tuyến IMT-2000 như sau:

1 Chuẩn giao diện vô tuyến bao gồm các công nghệ CDMA và TDMA

2 CDMA bao gồm phương thức tr¶i phæ trực tiếp song công phân chia theo tần số (FDD), phương thức đa sóng mang FDD và phương thức song công phân chia theo thời gian (TDD) Tốc độ chip t−¬ng øng của phương thức tr¶i phæ trực tiếp FDD và đa sóng mang FDD là 3,84 Mc/s và 3,6864 Mc/s

3 Nhóm TDMA bao gồm phương thức sóng mang đơn FDD và phương thức

đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) / TDMA

4 Mỗi cụng nghệ vụ tuyến này phải cú thể hoạt động trờn hai mạng lừi 3G chớnh [ Vớ dụ : phiờn bản của GSM và ANSI-41 (Viện tiờu chuẩn quốc gia Mỹ)]

Các khuyến nghị nờu cỏc thụng số kỹ thuật của mỗi phương thức; trong đú phương thức trải phổ trực tiếp được gọi là W-CDMA

Hình 1.4 Kết nối giữa các giao diện vô tuyến và các mạng lõi 1.2.3 Băng tần IMT-2000

Băng tần cho IMT2000 đã đ−ợc qui định tại Hội nghị quản lý vô tuyến thế giới

-92 (WARC 92) vào năm 19-92 Một dải phổ 230 MHz trong băng tần 2 GHz

(1885-2025 MHz, 2110-2200 MHz) đã đ−ợc phân chia cho IMT-2000 Tuy nhiên, sự bùng nổ

IMT-2000 CDMA Trải phổ trực tiếp (3,84 Mc/s) IMT -2000 CDMA Đa súng mang (3,6864 Mc/s) IMT-2000 CDMA TDD

IMT-2000 Súng mang đơn IMT-2000 FDMA/TDMA

IMT-2000 CDMA đa súng mang

IMT-2000 CDMA TDD

IMT-2000 súng mang đơn

IMT-2000 FDMA/

TDMA

Kết nối linh hoạt giữa giao diện vụ tuyến và mạng lừi

GSM MAP tăng cường ANSI-41

tăng cường Cơ sở IP

Giao diện

vụ tuyến

Mạng lừi

nhu cầu đối với thông tin di động và các xu hướng đa phương tiện trong thông tin di

động đã khiến cho ITU-R dự đoán vào giữa năm 1999 và 2000 rằng băng tần

IMT-2000 sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần Đặc biệt, ITU-R dự báo số thuê bao IMT-2000 sẽ đạt con số 200 triệu thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2010, đồng thời, ITU-R cũng nhận thấy cần phải đảm bảo một băng tần chung toàn cầu để đạt được giá thành thấp hơn nhờ việc sử dụng chung các thiết bị đầu cuối IMT-2000 trên phạm vi toàn cầu và phát triển các chỉ tiêu kỹ thuật chung cho các thiết bị đầu cuối ITU-R ước tính rằng vào năm 2010 sẽ thiếu băng thông khoảng 160MHz cho các hệ thống thông tin mặt đất và 2 x 67 MHz cho các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới Để đáp ứng

dự báo này, Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2000 (WRC-2000) đã đề xuất dành các băng tần 800 MHz ( 806-960 MHz), 1,7 GHz ( 1710-1885 MHz) và 2,5 GHz (2500-2690 MHz) để sử dụng cho IMT-2000 trên thế giới trong tương lai, còn việc phân chia thích hợp các tần số trong các băng tần này bởi mỗi quốc gia sẽ theo nhu cầu trong nước và các ứng dụng thương mại khác

chương 2 Các công nghệ truyền dẫn vô tuyến W- CDMA

2.1 Công nghệ trải phổ W- CDMA

2.1.1 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)

Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS) được sử dụng cho hệ thống di động CDMA thế hệ thứ hai của Mỹ, hệ thống CDMA-WLL của Nhật và hiện đang được sử dụng trong các

hệ thống di động thế hệ thứ ba W-CDMA

Trong các hệ thống trải phổ DS, một số liệu băng gốc dạng nhị phân lưỡng cực

điển hình có tốc độ ký hiệu (1/Ts) sẽ được nhân với một chuỗi nhị phân lưỡng cực giả ngẫu nhiên có tốc độ "chip " (1/Tc) lớn hơn nhiều so với tốc độ ký hiệu (TS = NTc) Như minh hoạ khái quát trong hình 2.1, hiệu quả của quá trình này là trải rộng độ rộng băng tức thời của dạng sóng theo hệ số N, với cùng một mức công suất tín hiệu làm cho mật

độ phổ công suất của tín hiệu trở nên khá thấp và " giống như tạp âm " Trong hình 2.3, trình bày một phổ RF đơn biên, công suất tín hiệu được biểu thị là PS = A1W =

A0B, chứng tỏ rằng mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ giảm đi một hệ số A1/A0

= B/W =1/ N so với mức khi không trải phổ Tại phía máy thu, "quá trình giải trải phổ" (nhân với cùng một chuỗi nhị phân được dùng để trải phổ ở phía máy phát) và giải điều chế sẽ khôi phục lại được số liệu băng gốc nguyên thuỷ, cho phép máy thu lọc bỏ phần lớn nhiễu băng rộng Giả sử rằng bộ lọc đầu vào máy thu nhận tín hiệu cần thu có độ rộng băng W Hz ( như hình 2.3), thì máy thu cũng thu cả các nhiễu trong độ rộng băng này Trong hình này, giả thiết rằng mức nhiễu là No có thể tương đối lớn so với mức thu làm cho tỷ số SNR của tín hiệu RF là (SNR)RF = A1 /No < 1 Nhưng sau khi trải phổ, độ rộng băng của tín hiệu cần thu giảm đến giá trị ban đầu B, trong khi độ rộng băng của nhiễu vẫn là W Như vậy, quá trình lọc đối với độ rộng băng tần tín hiệu

có thể được sử dụng để loại bỏ công suất nhiễu trong SNR của số liệu băng gốc

(SNR)Băng gốc =

RF

SNR B

W N

A N N

A B N

B A

) (

0

1 0

0 0

(2.1)

a Phía phát của hệ thống

b Phía thu của hệ thống

Hình 2.1 Hệ thống trải phổ DS-CDMA

Điều chế sóng mang

Dạng sóng số liệu đã

đ−ợc khôi phục Phổ tín hiệu sau giải

điều chế Nhiễu

Một độ lợi xử lý N = W/B = tỷ số của tốc độ chíp / tốc độ ký hiệu và còn được gọi

là hệ số trải phổ (SF) thể hiện mức độ chống nhiễu băng rộng sẽ đạt được nhờ sử dụng quá trình trộn (nhân) và lọc (tương quan) Nếu thu được một bản sao bị trễ của tín hiệu cần thu (tức là một thành phần sóng trong hiệu ứng nhiều tia ), quá trình trộn bởi các sóng trải phổ ở máy thu không làm giảm độ rộng băng tần của tín hiệu này nếu hàm tương quan của dạng sóng trải phổ có các thuộc tính mong muốn nhất định thoả mãn bởi các chuỗi giả ngẫu nhiên Như vậy, hệ thống trải phổ DS thu được một độ lợi xử lý chống nhiễu do hiện tượng nhiều tia từ tín hiệu cần thu cũng như chống hiện tượng jamming hoặc nhiễu từ những thuê bao khác Khả năng này của hệ thống trải phổ DS

để tách ra tín hiệu cần thu và khử nhiễu do hiện tượng nhiều tia đã được khai thác bởi một kỹ thuật thu gọi là " rake", kỹ thuật này sẽ thu các tia sóng đến máy thu qua nhiều

đường khác nhau (multipath) sử dụng các mạch phát chuỗi PN có các thời gian trễ khác nhau, sắp xếp lại các tia sóng này theo thời gian và sau đó kết hợp chúng để thu

được một độ lợi phân tập ( kỹ thuật thu rake sẽ được đề cập đến ở phần sau)

2.1.2 Mã trải phổ và đồng bộ mã trải phổ

Có một số yêu cầu nhất định đối với các mã trải phổ, trong đó đặc biệt quan trọng

là yêu cầu: đỉnh tự tương quan phải nhọn (đạt cực đại tại một điểm) khi đồng bộ (dịch thời = 0) và phải đạt cực tiểu tại các điểm khác ( khi dịch thời khác 0 và khi xét mối tương quan giữa các mã khác nhau ở mọi thời điểm) Một loại mã đáp ứng được yêu cầu này là mã Gold, cấu trúc của bộ mã này được trình bày trong hình 2.3, đây cũng chính là cấu trúc bộ mã ngẫu nhiên được sử dụng ở đường xuống của W-CDMA Các chuỗi mã này có chu kỳ bằng hàm mũ 2n ( n >= 3), trong đó các số 0 sẽ được thay bằng các số "-1" và được gọi là các mã Gold trực giao Có một loại mã khác cũng là mã trực giao đó là mã Walsh, mã này được tạo ra bởi các ma trận Hadamard ( tham khảo tài liệu công nghệ CDMA của dự án JICA-PTTC1 ) Số các từ mã Walsh và các từ mã Gold trực giao bằng với độ dài của mỗi từ mã và bằng với hệ số trải phổ (SF) của loại mã đó Do đó, số các mã trải phổ có thể được sử dụng trong một ô sẽ bị giới hạn và không thể mở rộng dung lượng hệ thống Để có thể sử dụng cùng các chuỗi mã trực giao lặp lại trong mỗi ô, hai lớp mã trải phổ được sử dụng bằng việc kết hợp trải phổ bằng các mã trực giao với trải phổ bằng các mã ngẫu nhiên (có độ dài lớn hơn)

Để lấy ra được các số liệu tin tức, thuê di động đích cần thực hiện việc đồng bộ

mã trải phổ với hai quá trình là tìm nhận và bám đồng bộ, trong đó quá trình bám đồng

bộ duy trì định thời đồng bộ trong khoảng ± 1 chip so với đồng bộ tìm nhận được Bộ giải trải phổ có thể là một bộ tương quan trượt Trong W-CDMA, bộ tương quan trượt thường được sử dụng, trong khi MF thường được sử dụng trong bước đầu tiên của quá trình tìm nhận ô ba bước được đề cập ở phần 2.2.2 Để bám đồng bộ, vòng khoá trễ (DLL) thường được sử dụng, trong đó việc xác định lỗi định thời ( đường cong S) theo tham chiếu tới đỉnh tương quan được thực hiện bằng cách dịch định thời đồng bộ của các mã trải phổ bằng ± Δ ( thông thường, Δ = 1/2 độ dài chip) và điều chỉnh định thời của bản sao mã trải phổ để giảm thiểu lỗi định thời Trong môi trường thông tin di

động đa đường, công suất thu và thời gian trễ thay đổi rất khác nhau trong mỗi đường truyền ở môi trường như vậy, việc tìm nhận đường truyền thường dựa trên thông tin về

độ trễ công suất tín hiệu

2.1.3 Cấu hình chức năng của máy phát và máy thu vô tuyến

2.1.3.1 Các chức năng phần phát

Các chức năng của phần phát được mô tả dưới đây Sau khi mã hoá, gắn các mã sửa lỗi và xử lý đan xen, tín hiệu thoại và số liệu được điều chế ở phần trải phổ Sau đó tín hiệu được điều chế trực giao và gửi đi trên sóng mang phát đến máy phát vô tuyến

Điều chế trực giao

Máy phát

RF

2.1.3.2 Các chức năng phần thu

Tín hiệu thu được giải điều chế trực giao sau khi biến đổi tần số và loại bỏ tạp

âm Tiếp theo, tín hiệu thu được đưa đến phần xử lý tổng hợp quét (rake synthesizing), sửa lỗi và giải xen kẽ, sau đó đến phần giải mã kênh để thu lại tín hiệu ban đầu

Hình 2.3 Các chức năng phần thu trong hệ thống DS-CDMA 2.1.4 ứng dụng các ưu điểm của công nghệ W-CDMA trong các hệ thống di động

(i) Điều chỉnh công suất phát (TPC)

Hệ thống W-CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều, chiều

đi(từ BS tới máy di động ) và chiều về ( từ máy di động tới BS ) để nâng cao dung lượng, đảm bảo dịch vụ thoại chất lượng cao và các lợi ích khác Mục đích của việc

điều khiển công suất phát ở máy di động là điều khiển công suất phát sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong cùng một vùng phục vụ có thể được thu với một cường độ (công suất) danh định tại máy thu của BS Khi công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổng công suất thu tại máy thu của BS bằng công suất thu danh định nhân với số máy di động

Cần phải tối ưu hoá các lợi ích của hệ thống W-CDMA bằng cách tăng số lượng các cuộc gọi đồng thời trong một băng tần cho trước Dung lượng hệ thống được tăng lên tối đa khi tín hiệu phát của máy di động được thu bởi BS có tỷ số tín hiệu trên nhiễu

ở mức yêu cầu tối thiểu nhờ việc điều khiển công suất phát ở máy di động Chất lượng thông tin của máy di động sẽ giảm nếu tín hiệu của máy di động được thu bởi BS quá yếu Nếu tín hiệu của máy di động quá khoẻ thì chất lượng thông tin của máy di động

sẽ được cải thiện nhưng nhiễu tới các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ giảm nếu như dung lượng tối

Sửa lỗi Giải đan xen

Giải mã

kênh

Giải

điều chế trực giao

Giải trải phổ

(ii) Khả năng tái sử dụng tần số

Tất cả các BS đều sử dụng lại (tái sử dụng) kênh băng rộng trong hệ thống W-CDMA Tổng lượng nhiễu trong tín hiệu của máy di động thu nhận từ BS là tổng

lượng nhiễu gây ra bởi các máy di động khác trong cùng BS và lượng nhiễu gây ra bởi

các máy di động ở các BS lân cận Nói cách khác, mỗi tín hiệu của một máy di động

gây nhiễu tới tất cả các tín hiệu của các máy di động khác Tổng lượng nhiễu từ tất cả

các máy di động trong các BS lân cận thì bằng một nửa tổng lượng nhiễu từ các máy di

động trong cùng một BS Hiệu suất tái sử dụng tần số của BS vô hướng là khoảng 65%

Hình 2.4 miêu tả nhiễu từ các BS lân cận theo % Lượng nhiễu từ mỗi BS trong

vòng ngoại vi thứ nhất tương ứng với 6% tổng lượng nhiễu

Như vậy tổng lượng nhiễu từ vòng ngoại vi thứ nhất là 6 lần 6%, tức là 36 %, tổng

lượng nhiễu do vòng thứ hai và các vòng ngoài là nhỏ hơn 4% Trong trường hợp anten

BS có định hướng ( tức là anten séc tơ 120o ) được sử dụng thì lượng nhiễu trung bình

giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát ít đi chỉ còn 1/3 số lượng máy di động trong

một BS Do đó, dung lượng được cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần

Hình 2.4 Nhiễu từ các BS lân cận

(iii) Cung cấp linh hoạt các dịch vụ với tốc độ truyền dẫn thay đổi

Nhờ các kỹ thuật điều chỉnh công suất phát (TPC) và mã hóa nguồn đa tốc độ mà

hệ thống W-CDMA có một sự tương quan linh hoạt giữa số thuê bao và cấp dịch vụ Ví

dụ, người sử dụng hệ thống có thể tăng tổng số kênh khả dụng nếu chấp nhận tỷ số lỗi

bít cao Nhờ chức năng này mà có thể tránh được việc tắc nghẽn cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong khi chuyển giao

Trong hệ thống TDMA số và hệ thống tương tự thì cuộc gọi sẽ được ấn định tới

đường truyền khác hoặc sẽ xảy ra tắc nghẽn cuộc gọi trong trường hợp tắc nghẽn kênh khi chuyển giao Nhưng trong hệ thống W-CDMA thì có thể thoả mãn thêm số cuộc gọi bằng cách chấp nhận tăng tỷ lệ lỗi bít cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành Hệ thống W-CDMA cũng sử dụng cấp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao (tốc độ truyền dẫn cao ) theo giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng ) cao hơn cho người sử dụng dịch vụ cao cấp Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn khi chuyển giao cho người sử dụng dịch vụ cao cấp so với người sử dụng dịch vụ thông thường

(iv) Thu hiệu quả các tín hiệu đa đường nhờ kỹ thuật thu RAKE

Các máy thu trong W-CDMA sử dụng kỹ thuật thu phân tập nhiều anten (thu RAKE) Trong kỹ thuật này, khối thu RAKE có bộ điều khiển đa đường để tách ra dạng sóng PN nhờ sử dụng các bộ tương quan song song Máy di động sử dụng ba bộ tương quan, còn BS sử dụng bốn bộ tương quan Nhờ đó, khối thu RAKE sẽ tìm thu tín hiệu qua mỗi đường, tổ hợp và giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được Hiện tượng pha đinh có thể xảy ra trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các

đường thu Vì vậy, tổ hợp của các tín hiệu thu được có độ tin cậy rất cao, vì khả năng xảy ra hiện tượng pha đinh đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu là cực kỳ thấp

Nhiều bộ tách tương quan cho phép thông tin đồng thời với hai BS để quá trình chuyển giao mềm có sự tham gia (hỗ trợ) của máy di động có thể thực hiện được

(v) Chuyển giao mềm (phân tập trạm gốc) có sự tham gia của máy di động

Như miêu tả trong hình 2.5, cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển giao mềm

Việc chuyển giao cuộc gọi theo trình tự: BS ban đầu, cả hai BS và BS mới Lược

đồ này làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhận thấy trạng thái chuyển giao Như vậy, trong khi hệ thống tương tự và hệ thống TDMA

số chấp nhận hình thức chuyển giao " cắt trước khi nối " thì phương pháp chuyển giao mềm của hệ thống W-CDMA chọn hình thức " nối trước khi cắt"

Sau khi thiết lập cuộc gọi, máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS lân cận để so sánh cường độ tín hiệu của ô lân cận với cường độ tín hiệu của ô đang sử dụng Nếu cường độ tín hiệu đạt tới một mức nhất định nào đó, tức là máy di động đã di chuyển sang vùng phục vụ của một BS mới và quá trình chuyển giao có thể bắt đầu Máy di

động gửi bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu và số hiệu của

BS mới Sau đó, MSC thiết lập một đường truyền mới giữa máy di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển giao trong khi vẫn giữ đường truyền ban đầu Trong trường hợp máy di động đang ở trong một vùng chuyển giao giữa hai BS thì cuộc gọi được trợ giúp bởi cả hai BS sao cho quá trình chuyển giao có thể được thực hiện mà không có hiện tượng "ping- pong" giữa chúng BS ban đầu ngừng trợ giúp cho cuộc gọi khi kết nối cuộc gọi với BS mới đã được thực hiện thành công

Hình 2.5 Đường truyền trong quá trình chuyển giao mềm 2.2 Các công nghệ truyền dẫn cơ bản trong W- CDMA

W-CDMA chiếm một độ rộng băng tần khoảng 5 MHz bằng cách ứng dụng công nghệ truy nhập vô tuyến DS-CDMA với các đặc tính đã đề cập ở trên Độ rộng băng tần lớn hơn tạo cho W-CDMA có khả năng phân chia và kết hợp các tín hiệu thu đã truyền lan qua các kênh pha đinh nhiều tia, giúp cải thiện chất lượng thu nhờ phân tập thời gian RAKE Chính nhờ băng thông rộng mà W-CDMA có thể cho phép một số lượng lớn các thuê bao thông tin ở tốc độ cao, ví dụ ở tốc độ 64 và 384 kbit/s ( các thử nghiệm đã cho thấy truyền dẫn số liệu chất lượng cao ở tốc độ 2 Mbit/s cũng có thể thực hiện được với độ rộng băng tần 5 MHz ) Ngoài ra, còn nhiều lợi ích khác của băng thông rộng mà W-CDMA có thể khai thác cho các công nghệ truy nhập vô tuyến

được trình bày dưới đây

2.2.1 ấn định mã trải phổ hai lớp và điều chế trải phổ

Cấu hình ô dị bộ cho phép hệ thống mở rộng liên tục và linh hoạt từ môi trường truyền lan ngoài trời đến trong nhà và không phải đòi hỏi một hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoặc bất cứ hệ thống đồng bộ ngoài nào Để xây dựng một hệ thống các ô dị

bộ như vậy,W-CDMA phải sử dụng đến kỹ thuật ấn định mã trải phổ hai lớp Tức là, W-CDMA thực hiện trải phổ kép sử dụng một mã ngắn có chu kỳ tương tác tương

đương với độ dài ký hiệu ( được gọi là mã phân kênh trong 3 GPP vì mã ngắn được sử dụng để phân biệt mỗi kênh vật lý ở đường xuống) và một mã ngẫu nhiên có chu kỳ tương tác dài hơn độ dài ký hiệu Đối với mã phân kênh thì các mã trực giao như mã Walsh và mã Gold trực giao được ứng dụng Phương pháp ấn định mã hệ số trải phổ biến thiên trực giao (OVSF) cũng được chấp thuận để đảm bảo tính trực giao giữa các kênh với một SF khác nhau (tức là tốc độ ký hiệu) Hình 2.6 minh hoạ phương pháp tạo

ra các mã OVSF Bắt đầu với Cch,1,0 = (1) (SF=1), các mã OVSF có thể được tạo ra một cách liên tục trong lớp kế tiếp ( tức là gấp đôi SF ) dựa vào qui luật cơ bản được biểu diễn bởi phương trình (5)

Hình 2.6 Phương pháp tạo mã OVSF

ở lớp SF = k, số mã OVSF đã tạo ra là k và độ trực giao được duy trì giữa các mã có tổng số bằng k Ngoài ra, tính trực giao có thể được đảm bảo ngay cả giữa hai mã OVSF trong các lớp khác nhau chỉ khi không mã nào được lấy ra từ mã khác ( tức là

(5)

chúng có mối tương quan phân cấp trong cây mã) Ví dụ, tính trực giao luôn được duy trì giữa C ch,2,0 và C ch,4,2 không phụ thuộc vào mẫu ký hiệu của số liệu tin tức Khi mã

C ch,2,0 được ấn định, không một từ mã nào được tạo ra từ tầng thấp hơn của cây mã C ch,2,0 có thể áp dụng được ( đây là hạn chế của việc phân chia mã OVSF) ở đường xuống, các tín hiệu phát trên các kênh từ BS đến MS là các tín hiệu truyền lan đa

đường và có thời gian truyền lan khác nhau do hiện tượng phản xạ bởi các công trình xây dựng, các toà nhà v.v trên các đường truyền là khác nhau Các kênh vật lý chia

sẻ cùng một đường truyền lan sẽ có cùng phương pháp điều chế pha và biên độ Vì thế việc sử dụng các mã OVSF giữa các kênh ghép ( các kênh vật lý) chia sẻ chung một

đường truyền tạo ra khả năng đảm bảo tính trực giao giữa các kênh ngay cả khi chúng không có cùng SF ( tức là tốc độ ký hiệu) đến chừng nào chúng còn sử dụng cùng

đường truyền lan Đây là một cách cực kỳ hiệu quả để đạt được các đặc tính thu chất lượng cao

Hình 2.7 cho thấy các đặc tính BER trung bình của MS ở đường xuống khi sử dụng các mã OVSF được tạo ra theo phương trình (5) làm các mã phân kênh Hình vẽ minh hoạ các đặc tính BER trung bình của một kênh đơn có SF = 8 ( tốc độ ký hiệu =

512 ks/s) và một kênh ghép tốc độ thấp có khả năng truyền dẫn với SF biến thiên bao gồm 8 kênh có SF = 64 ( tốc độ ký hiệu = 64 ks/s) trong mỗi kênh Kiểu truyền lan ở

đây là kiểu hai tia (hai đường) có cùng công suất trung bình và chịu ảnh hưởng của pha

đinh Rayleeeigh độc lập với nhau Hình vẽ cũng minh hoạ các thuộc tính của truyền dẫn đa mã trực giao trên 16 kênh, trong đó SF = 64 và có thể biến thiên, công suất nhiễu là giống nhau đối với mỗi kênh Trong trường hợp SF biến thiên và truyền dẫn đa mã như đã minh hoạ trong hình vẽ, khi nhiễu đa đường (nhiều tia) tăng thì Eb/No thu trung bình yêu cầu để đạt được BER trung bình = 10-3 cần phải tăng xấp xỉ 0,5 dB so với một kênh đơn ( Eb/No là tỷ số năng lượng bit trên tạp âm nền ) Tuy nhiên, các đặc tính của truyền dẫn SF biến thiên là rất giống với các đặc tính của truyền dẫn đa mã và hình vẽ cho thấy rằng tính trực giao được đảm bảo trong cùng đường truyền khi tốc độ truyền nhanh hơn gấp 8 lần ( SF= 8)

Việc ưu tiên sử dụng SF biến thiên giúp đạt được tỷ số công suất đỉnh/trung bình

ở phía phát thấp hơn so với phương pháp truyền đa mã và cũng tạo ra khả năng xây dựng một cấu hình máy thu RAKE một dãy tại đầu cuối thu Trong trường hợp truyền

số liệu tốc độ cao, khi đó không thể đạt được độ tin cậy ngay cả khi SF được giảm xuống đến 4 hoặc 8, lúc này phương pháp truyền dẫn đa mã sử dụng các kênh mã ghép của SF được ứng dụng Các phương pháp truyền dẫn SF biến thiên và truyền dẫn đa mã tạo cho W-CDMA khả năng truyền tin một cách linh hoạt trên một phạm vi rộng từ các thông tin tốc độ thấp (băng tần thoại ) đến thông tin tốc độ cao

Hình 2.7 Các đặc tính BER trung bình ở đường xuống sử dụng các mã

OVSF

Hình 2.8 minh hoạ quá trình điều chế trải phổ cho kênh vật lý riêng (DPCH) ở

đường lên trong W-CDMA DPCH bao gồm kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) được ghép vào các thành phần đồng pha (I) và kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) được ghép vào các thành phần pha vuông góc (Q) DPDCH chứa các bít tin mã hoá kênh và DPCCH chứa các bít hoa tiêu để ước tính kênh, các bít TPC đường xuống, các bít chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) và các bít thông tin phản hồi (FBI) được sử dụng để điều khiển phân tập phát ở đường xuống Quá trình trải phổ của các mã phân kênh được thực hiện bằng cách sử dụng các mã OVSF khác nhau cho mỗi chuỗi số liệu

được sắp xếp trên mặt phẳng pha I/Q Quá trình trải phổ phức hợp được thực hiện trên chuỗi số liệu trải phổ ở kênh I/Q bằng cách sử dụng hai mã ngẫu nhiên được tạo ra bởi phương pháp dịch thời gian, theo phương trình (6),

SQ = DICQ - DQCI (6)

Trong phương trình (6), DI(Q) là thành phần I ( hoặc Q) của chuỗi số liệu trải phổ bằng các mã phân kênh, ngược lại CI(Q) là thành phần I ( hoặc Q) của mã ngẫu nhiên,

GDPDCH và GDPCCH biểu diễn độ lợi xử lý tương ứng của các kênh của các kênh DPDCH

và DPCCH Lợi ích của trải phổ phức hợp là khi biên độ của DPCCH khác với biên độ của DPDCH ( tức là GDPDCH # GDPCCH ) thì nó có thể giảm cơ bản giá trị công suất đỉnh

so với phương pháp thực hiện trải phổ trên các kênh I và Q độc lập với nhau, trong khi

tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình vẫn không đổi Trong phương pháp điều chế trải phổ QPSK, sự dịch pha của chip số liệu sau trải phổ trên mặt phẳng pha I/Q ( tức là sự dịch pha sau cùng của sóng mang khi điều chế) có thể thay đổi 1800 so với tín hiệu gốc Trong trường hợp dịch pha như vậy, ảnh hưởng của méo phi tuyến trong khối khuyếch đại (AMP) công suất tăng, 3GPP qui định sử dụng phương pháp điều chế pha lai ghép (HPSK) để giảm khả năng dịch pha 1800 như vậy và dẫn tới để giảm ảnh hưởng của méo phi tuyến trong khối khuyếch đại công suất

Hình 2.8 Sơ đồ khái quát quá trình trải phổ phức 2.2.2 Tìm nhận ô

Trong W-CDMA, khi thiết lập một đường truyền vô tuyến giữa BS và MS, đầu tiên MS sẽ thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường xuống và sau đó giải mã tin tức kênh quảng (BCH) nằm trong kênh vật lý điều khiển chung cơ bản (P-CCPCH) ở đường xuống Các tín hiệu được phát trên một kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) ở đường lên theo một định thời phát xác định trước Sau đó, BS thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở

đường lên và giải mã tin tức RACH, để thiết lập đường truyền vô tuyến ở cả đường lên

và đường xuống

Ngay sau khi bật nguồn hoặc trước khi bước vào quá trình chuyển giao mềm hay khi ở trong chế độ thu không liên tục ( chế độ chờ ), MS cần tìm ra ô có suy hao đường truyền nhỏ nhất Quá trình này sẽ tìm ra một ô với một mã ngẫu nhiên ở kênh hoa tiêu chung (CPICH) có công suất thu lớn nhất ở đường xuống Quá trình này được gọi là quá trình tìm nhận ô vì nó liên quan đến việc tìm ra các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến Mỗi khi đường truyền vô tuyến được thiết lập bằng cách thiết lập đồng

bộ mã trải phổ ở đường xuống, MS sẽ phát RACH tại một thời điểm xác định trước có tham chiếu với định thời ở đường xuống, như vậy BS có thể nhanh chóng thiết lập đồng

bộ mã trải phổ bất chấp độ dài của mã trải phổ, đơn giản bằng cách tách định thời ở quá trình đồng bộ mã trải phổ trong khoảng thời gian không cố định ( khoảng thời gian của cửa sổ tìm kiếm đường lên ) được xác định bởi thời gian trễ truyền lan Có ba chế

độ tìm nhận ô: thứ nhất là chế độ tìm nhận ô ban đầu là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu

để thiết lập đường truyền vô tuyến khi MS bật nguồn, thứ hai là chế độ tìm nhận ô đích chuyển giao trước khi thực hiện chuyển giao mềm và cuối cùng là chế độ tìm nhận các

ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến trong trường hợp thu không liên tục ở chế

độ chờ

Nói chung, việc đồng bộ các mã trải phổ yêu cầu tách ra mức tương quan trong quá trình tính toán định thời đối với độ dài ( số chip) của mỗi và mọi mã trải phổ để tìm và tách ra các điểm đồng bộ ở đường xuống, số các mã đồng bộ là một bộ mã có giá trị đủ lớn , 512, để đảm bảo ấn định các mã ngẫu nhiên một cách linh hoạt Do đó, trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, MS cần xử lý tìm kiếm liên tiếp trên 512 loại mã ngẫu nhiên để tìm ra mã ngẫu nhiên của ô có suy hao đường truyền nhỏ nhất yêu cầu

để thiết lập đường truyền vô tuyến, thông thường đó là một quá trình cực kỳ tốn thời gian Ngược lại, một hệ thống đồng bộ giữa các BS có thể thực hiện tìm nhận ô nhanh chóng bằng cách áp dụng một loại mã ngẫu nhiên tới mỗi ô nhờ quá trình dịch thời ở những khoảng thời gian nhất định Với ý tưởng như vậy, phương pháp tìm nhận ô ba bước đã được đề xuất để đảm bảo tìm nhận ô nhanh chóng trong các hệ thống BS dị bộ Trong 3 GPP, nhiều thay đổi đã được đưa ra trong phương pháp tạo ra mã đồng bộ (SC)

2.2.2.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước

Hình 2.9 trình bày lưu đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô theo ba bước, cho phép tìm ra ô cần để thiết lập đường truyền vô tuyến

Hình 2.9 Lưu đồ tìm nhận ô theo ba bước

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

Quá trình tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực diễn ra trước khi thực hiện chuyển giao mềm và nó khác với quá trình tìm nhận ô ban đầu Tuy nhiên, cũng giống như trong trường hợp tìm nhận ô ban đầu, quá trình tìm nhận ô theo

ba bước cũng có thể được áp dụng trong trường hợp này Dựa trên định thời thu và công suất thu trên kênh CPICH, quá trình này cho phép tìm ra được ô lân cận có công suất thu lớn thứ hai và mã ngẫu nhiên của ô đó Nếu không tìm được ô như vậy sau một

số lần tìm kiếm xác định trước thì quá trình tìm nhận ô ba bước sẽ được thực hiện Trong quá trình tìm nhận ô lân cận ở chế độ tích cực, mặc dù số ô tham gia vào quá trình này là nhỏ hơn (khoảng 20) số ô trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, nhưng nhiễu

từ kênh chung và DPCH từ ô nguồn chuyển giao có ảnh hưởng cực kỳ lớn đối với quá trình tìm ra ô có công suất thu lớn thứ hai Do đó, quá trình tìm nhận ô lân cận này chiếm nhiều thời gian tìm nhận ô hơn quá trình tìm nhận ô ban đầu khi phải tốn rất

Bước 1:

Tách định thời thu SCH

Nhận dạng mã ngẫu nhiên

Kiểm tra (kiểm tra đồng bộ v.v )

Kiểm tra đồng bộ lần thứ 2

nhiều thời gian xử lý trung bình trong mỗi bước để cố gắng làm giảm ảnh hưởng của nhiễu

2.2.2.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi

Trong chế độ thu không liên tục ( chế độ rỗi), một thuật toán đã được sử dụng để

đạt được quá trình tìm nhận ô nhanh hơn phương pháp tìm nhận ô ba bước Hình 2.10 trình bày một ví dụ về pha định thời phát tương đối của các mã ngẫu nhiên Ô (k) là ô

mà qua đó đường truyền vô tuyến hiện đang được thiết lập, còn các ô xung quanh Ô (k)

được biểu diễn bằng Ô1 (k) , Ô2 (k) v.v…Độ lệch định thời phát của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và các ô lân cận được biểu diễn bằng Δk1 , Δk1 v.v… Trước khi chuyển đến chế độ chuyển giao mềm, MS sẽ đo độ lệch định thời của mã ngẫu nhiên phát bởi CPICH giữa ô nguồn chuyển giao và ô đích chuyển giao và thông báo tới ô nguồn chuyển giao Thông thường, tại vị trí mà MS đo độ lệch định thời của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa các ô liên quan đến MS chính là vị trí mà tại đó độ lệch giữa mức thu CPICH của ô hiện đang thiết lập đường truyền vô tuyến và các ô lân cận rớt xuống dưới ngưỡng chuyển giao Vì thế, do những chênh lệch về thời gian trễ truyền lan, định thời thu của mã ngẫu nhiên giữa các ô được chỉ định đo bởi MS cũng thay

đổi Để khắc phục vấn đề này, Ô (k) sẽ tính độ lệch trung bình về định thời mã ngẫu nhiên CPICH với Ôi (k) dựa trên số liệu thu được từ nhiều MS, để xác định độ lệch định thời mã ngẫu nhiên trung bình giữa Ô (k) và Ôi(k)

Hình 2.10 Tương quan định thời phát của các mã ngẫu nhiên đường xuống

Hình 2.11 minh họa lưu đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô tốc độ cao ở MS trong chế độ rỗi Trong chế độ rỗi, MS thực hiện tìm nhận ô thông qua quá trình tìm ra một ô có CPICH với mức thu lớn nhất và thu kênh tìm gọi (PCH) từ ô đó theo cách

không liên tục Nhờ PCH, MS thu nhận thông tin liên quan đến loại mã ngẫu nhiên cuả

Ô (k) hoặc Ôi (k) ( giá trị cực đại của i= 20) cũng như thông tin liên quan đến độ lệch trong định thời mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và Ôi(k) Khi loại mã ngẫu nhiên của

ô lân cận cần tìm và định thời thu trung bình CPICH tại MS là đã biết thì quá trình tìm nhận ô lân cận có thể được thực hiện rất nhanh ( trường hợp này tương ứng với trường hợp pha của mã cần tìm đã biết bởi hệ thống đồng bộ giữa các BS)

Hình 2.11 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao trong chế độ rỗi 2.2.3 Truy nhập ngẫu nhiên

Khi thiết lập một đường truyền vô tuyến, MS thiết lập đường truyền vô tuyến ở

đường xuống thông qua quá trình tìm nhận ô và phát RACH của đường lên ( tương ứng với kênh vật lý là kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý -PRACH) Quá trình phát PRACH bao gồm việc sử dụng ALOHA đã chia khe thời gian: MS bắt đầu phát PRACH từ một

số dịch thời định trước, 15 trong số đó được thiết lập ở những khoảng có độ dài 5120 chip trong 2 khung vô tuyến được gọi là các khe truy nhập Trong điều khiển truy nhập ngẫu nhiên, lớp cao hơn sẽ lựa chọn nhóm kênh con từ các nhóm dịch vụ truy nhập ngẫu nhiên để có thể sử dụng được bởi lớp dịch vụ truy nhập tương ứng (ASC) và sử dụng một ký hiệu ngẫu nhiên được lựa chọn từ các khe truy nhập

Thông báo tới UTRAN

Thu CCPCH Thu các thông tin sau từ các ô lân cận

- Bảng mã ngẫu nhiên

- Độ dịch định thời tương đối giữa các mã ngẫu nhiên

Đo công suất tín hiệu thu được từ các ô trong khu vực chuyển giao

Nhận diện

- Mã ngẫu nhiên

- Định thời tín hiệu thu của ô có công suất thu cực đại

Mã ngẫu nhiên đã nhận diện và định thời tín hiệu thu

( đăng ký định vị)

2.2.4 Các công nghệ để thoả mãn các yêu cầu về chất lượng khác nhau trong truyền dẫn đa tốc độ

2.2.4.1 Kiểm soát lỗi

Có hai phương pháp để sửa lỗi là: mã hóa kênh ( sửa lỗi thuận-FEC) và yêu cầu phát lại tự động (ARQ) Trong W-CDMA, sử dụng phương pháp mã hóa kênh (FEC)

do có băng thông rộng nhờ quá trình trải phổ tín hiệu bằng các mã ngẫu nhiên, việc sử dụng phương pháp này có thể làm tăng thêm độ lợi xử lý (so với độ lợi xử lý sau khi trải phổ ) Có ba loại mã kiểm soát lỗi được sử dụng trong W-CDMA là : mã khối tuyến tính hay cụ thể là mã CRC, mã xoắn và mã turbo Trong đó mã CRC được sử dụng để phát hiện lỗi, còn hai mã còn lại được sử dụng để sửa lỗi (mã hóa kênh) Trong phần này ta sẽ xét nguyên lý cơ bản của các loại mã trên và các ứng dụng của chúng trong W-CDMA

(1) C á c m ∙ k i ể m t r a b í t d ư t h e o c h u k ỳ ( C R C )

Hệ thống W-CDMA sử dụng mã CRC để chỉ thị chất lượng của mỗi khung đã phát (trong đó chứa một khối bít thông tin) CRC là một trong số các mã khối phổ biến nhất Đối với CRC, các bít thông tin được xử lý như một số nhị phân dài Số này được chia bởi một số nguyên tố duy nhất cũng là số nhị phân và phần dư được nối vào các bít thông tin như các bít dư Khi thu được một khung, máy thu thực hiện cùng một phép chia sử dụng cùng một ước số nguyên tố và so sánh số dư thu được với số dư đã nhận được trong khung Ví dụ, sử dụng ước số nguyên tố là (1, 0, 1, 1) Phương pháp này có thể được hiểu rõ ràng hơn nếu chúng ta biểu diễn các bít nhị phân ( hoặc một số nhị phân ) dưới dạng đa thức Ví dụ, các bít nhị phân hoặc số (1, 0, 1, 1) có thể được biểu diễn bởi đa thức:

g(x) = x3 + x + 1 trong đó mỗi số hạng trong đa thức tương ứng với mỗi bít trong số nhị phân Đa thức

g(x) là một đa thức nguyên tố

Giả sử chúng ta cần tạo ra một mã khối CRC (n, k) cụ thể là mã ( 7,4 ) tức là k= 4 hay từ bản tin bốn bít (ví dụ: 1, 0, 1, 0) ta cần tạo ra một từ mã n = 7 bít trong đó có 4

bít tin đã cho và ba bít thêm vào ( bít dư) Để thực hiện việc này, trước hết chúng ta chuyển đổi bản tin thành dạng đa thức của nó; tức là:

m(x) = x 3 + x

Sau đó, chúng ta dịch bản tin đi (n- k) vị trí Điều này có thể được thực hiện rất dễ dàng dưới dạng đa thức bằng cách nhân đa thức của bản tin m (x) với xn-k Trong trường hợp này, (n - k) = (7 - 4) = 3, như vậy chúng ta nhân m (x) với x3:

x3m(x) = x6 + x4 Lưu ý rằng đa thức này tương ứng với (1, 0, 1, 0, 0, 0, 0)

Các bít dư có thể thu được bằng việc chia x3m (x) cho g(x), hoặc:

x6 + x4 = (x3 + 1)(x3 + x + 1) + (x + 1) trong đó (x6 + x4 ) là x3m(x), (x3 + 1) là thương số, (x3 + x + 1) là đa thức sinh g(x)

và (x + 1) là số dư Đa thức dư (x + 1) biểu diễn các bít dư để nối thêm vào bản tin (các bít dư tương ứng với đa thức dư này là: 0, 1, 1) và chúng ta có từ mã CRC là 1010011 Như vậy, số bít dư thêm vào bản tin sẽ bằng số mũ cao nhất của đa thức sinh

Trong hệ thống W-CDMA, các đa thức sinh có thể được sử dụng là:

gCRC24(x) =x24+x23+x6+x5 +x+1

gCRC16(x) =x16+x12+x5 +1

gCRC12(x) =x12+x11+x3+x2 +x+1

gCRC8(x) =x8+x7+x4+x3 +x+1 Các đa thức sinh này được áp dụng riêng với mỗi khung số liệu tốc độ khác nhau

sử dụng mã xoắn tỷ lệ 1/2 ( một bít đầu vào cho ra hai bít đầu ra) và độ dài giới hạn

K = 9 Hình 2.12 trình bày sơ đồ mã hoá xoắn cho đường truyền xuống

Ban đầu, tất cả các thanh ghi có giá trị là 0 Khi các bít bản tin mi được đưa vào từ bên trái, các bít được rẽ nhánh ở các tầng khác nhau và được cộng lại ở bộ cộng mô

đun hai Giá trị của tổng là giá trị đầu ra của bộ mã hoá xoắn Lưu ý rằng do đây là một

bộ mã hoá xoắn tỷ lệ 1/2 nên hai bít được tạo ra đối với mỗi chu kỳ xung nhịp Một chuyển mạch đảo trạng thái sẽ thay đổi trạng thái trên cả hai điểm đầu ra đối với mỗi chu kỳ xung nhịp đầu vào, do đó, tốc độ đầu ra gấp hai lần tốc độ đầu vào Đa thức sinh cho hai bít đầu ra y'i và y"i (được trình bày trong hình 2.12 ) cũng có thể được viết là:

g’(x) = x8+x7+x5+x3+x2+x+1 g’’(x) = x8+ x4+ x3 + x2 + 1

Hệ thống W- CDMA sử dụng một hệ thống mã hoá xoắn khác trên đường truyền lên ( máy di động tới trạm gốc) Vì máy di động có một công suất phát hạn chế nên đôi khi đường truyền lên có thể là đường truyền bị giới hạn Do vậy, một mã xoắn hiệu suất cao hơn có tỷ lệ 1/3 và độ dài giới hạn K= 9 được sử dụng Trong trường hợp này,

ba bít được tạo ra đối với mỗi bít đầu vào và tốc độ đầu ra gấp ba lần tốc độ đầu vào Hình 2.13 trình bày sơ đồ mã hoá xoắn cho đường truyền về

Hình 2.12 Mã hoá xoắn trong hệ thống W- CDMA ( đường truyền xuống )

Bộ cộng mô đun 2

Bộ cộng mô đun 2

Hình 2.13 Mã hoá xoắn trong hệ thống W-CDMA ( đường truyền lên )

Để tham chiếu, đa thức sinh cho ba bít đầu ra y'i , y"i, và y"'i là:

g'(x) = x8+x7+x6+x5+x3+x2+1 g"(x) = x8+x7+x4 +x3+x+1 g"'(x) = x8+x5+x2+x+1

(3) M∙ Turbo

Hình 2.14 trình bày một ví dụ về cấu hình của một bộ mã hoá và giải mã Turbo

Bộ mã hoá Turbo bao gồm hai bộ mã hoá xoắn theo phương pháp đệ qui RSC1 và RSC2 và một bộ đan xen Turbo bên trong bộ mã hoá Turbo Máy thu sẽ đưa vào bộ giải mã Turbo (tái tạo) các kênh đã đan xen đến từ đầu ra của bộ thu RAKE quyết định mềm (y1, y2, y3) Trong thuật toán giải mã lặp của bộ giải mã Turbo thì bộ giải mã 1 sẽ

tính toán thông tin ra Le theo y1 , y2 và Le phản hồi Tiếp theo, bộ giải mã 2 sẽ xác

định thông tin ra L theo y1, y3 và Le đồng thời phản hồi Le về bộ giải mã 1 để lặp lại

quá trình trên Sau m phép lặp, chuỗi số liệu phát sẽ được khôi phục bởi một ngưỡng

quyết định (quyết định cứng) theo tỷ lệ lôga gần đúng (LLR) L(b k ) LLR cho ra bít giải mã b k L(b k ) được biểu diễn bởi phương trình sau:

L(bk) = ln [P (bk= +1)/ P(bk = -1)]

Trong phương trình này, P (bk= +1) và P(bk = -1) là các xuất tương ứng để bk= +1

và bk = -1 Trong W-CDMA, mã hoá kênh sử dụng mã xoắn cho truyền số liệu tốc độ

Bộ cộng mô đun 2

Bộ cộng mô đun 2

Bộ cộng mô đun 2

thấp và tín hiệu thoại còn mã turbo được sử dụng cho truyền số liệu tốc độ cao 64 kbit/s hoặc 384 kbit/s

Hình 2.14 Cấu hình của bộ mã hoá Turbo

(4) ARQ

Trong phương pháp truyền lưu lượng số liệu chuyển mạch gói, kiểm soát lỗi đặc biệt bởi ARQ là một điều kiện tiên quyết vì cần phải đảm bảo truyền không có lỗi Ngoài ra, nó cần phải được sử dụng kết hợp với một FEC ( giải mã sửa lỗi bằng FEC trước khi phát hiện lỗi bằng ARQ) Hình 2.16 minh hoạ nguyên lý của ARQ lai ghép ARQ được sử dụng trong điều khiển đường truyền vô tuyến (RLC) theo 3GPP là ARQ lai ghép dạng cơ bản I ( một kỹ thuật truyền lại mà trong đó số liệu của các gói được phát lại là giống như gói gốc) Tại điểm phát, ARQ dạng cơ bản I áp dụng mã hoá phát hiện lỗi và FEC với chuỗi tín hiệu tin tức để phát Tại điểm thu, gói tin thu sẽ được giải mã sửa lỗi, sau khi các lỗi được phát hiện bởi các mã phát hiện lỗi Nếu tìm thấy bất cứ lỗi nào, gói tin có lỗi sẽ bị bỏ đi và yêu cầu truyền lại được phản hồi tới máy phát Quá trình này được lặp lại đến khi không phát hiện được lỗi nào nữa và nó tạo ra khả năng truyền không có lỗi Theo cách này, ARQ dạng cơ bản I sử dụng FEC kết hợp với ARQ để thực hiện giải mã sửa lỗi ưu tiên cho phát hiện lỗi, nhờ đó có thể giảm tỷ lệ lỗi gói tin và cải thiện các đặc tính truyền dẫn

2.2.4.2 Phối hợp tốc độ

Phối hợp tốc độ có nghĩa là lặp hoặc chích bỏ các ký hiệu ở kênh truyền tải (TrCH) để đạt được tốc độ ký hiệu như nhau cho các kênh có tốc độ bít khác nhau ở các cấu hình vô tuyến khác nhau Lớp cao hơn (trong cấu trúc giao thức) sẽ ấn định thuộc tính phối hợp tốc độ cho từng kênh truyền tải Thuộc tính này là bán cố định và

Đan xen

Giải đan xen Giải đan xen

Đan xen Giải mã

Sau m tương tác Giải mã