Nghiên cứu ứng dụng umts 3g trên mạng gsm mobifone

Về mặt công nghệ, do GSM chiếm -u thế tuyệt đối về số l-ợng ng-ời sử dụng nên các tổ chức nghiên cứu và các nhà sản xuất đặc biệt chú trọng trong đầu t- phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuậ

-

NGUYỄN ĐĂNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG UMTS

-

NGUYỄN ĐĂNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG UMTS

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt 4

Danh mục các bảng 9

Danh mục hình vẽ, đồ thị 10

Mở đầu 12

Ch-ơng 1 14

Nghiên cứu cơ sở về 3G 14

1 Sơ l-ợc về tiêu chuẩn công nghệ 3G 14

1.1 Sự hình thành tiêu chuẩn 3G 14

1.1.1 Tiêu chuẩn do Châu Âu đề xuất 14

1.1.2 Tiêu chuẩn do Nhật Bản đề xuất 16

1.1.3 Tiêu chuẩn do Hàn Quốc đề xuất 16

1.1.4 Tiêu chuẩn do Mỹ đề xuất 17

1.2 Sự thống nhất về mặt tiêu chuẩn 17

1.3 Những phiên bản tiếp theo của Release 99 19

1.3.1 Release 4 (hay Release 2000) 19

1.3.2 Release 5 20

1.3.2 Release 6 20

1.4 So sánh giữa hệ thống 3G với GSM và IS-95 20

2 Cấu trúc UMTS 22

2.1 Cấu trúc UTRAN 22

2.2 Mạng lõi CN - Core Network 23

2.2.1 Các phần tử mạng lõi CN theo khuyến nghị 3GPP 1999 24

2.2.2 Mạng lõi theo Release 4 25

2.2.3 Mạng lõi theo Release 5 25

2.3 Giao diện Iu (giữa UTRAN và CN) 26

2.3.1 Cấu trúc thủ tục trên Iu-cs 27

2.3.2 Cấu trúc thủ tục trên Iu-ps 28

2.3.3 Thủ tục RANAP 29

2.4 Giao diện Iur và Iub (nội bộ UTRAN) 30

2.4.1 Giao diện Iur - kết nối giữa RNC và RNC 30

2.4.2 Giao diện Iub - kết nối giữa RNC và NodeB 31

3 Truy nhập vô tuyến UMTS 32

3.1 Phân bổ tần số 3G 32

3.2 Công nghệ trải phổ WCDMA 35

3.2.1 Giảm ảnh h-ởng của tín hiệu nhiễu băng hẹp 36

3.2.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp 37

3.2.3 Mã hoá kênh 40

3.2.4 Mã xoắn (scrambling code) 41

3.2.4 Điều khiển công suất 42

3.2.5 Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn 43

3.3 Các kênh vật lý và báo hiệu vô tuyến 44

3.3.1 Kênh vận chuyển riêng - DCH 45

3.3.2 Kênh vận chuyển chung - CCH 45

3.3.3 Sắp xếp kênh vận chuyển trên kênh vật lý 46

4 Các hệ thống 3G khác 47

4.1 EDGE 47

4.2 CDMA2000 49

Ch-ơng 2 52

Khả năng kết hợp UMTS và GSM 52

1 Sự cần thiết 52

2 Một số vấn đề kỹ thuật 52

2.1 Chuyển giao giữa GSM và WCDMA 52

2.1.1 Chuyển giao đối với ứng dụng chuyển mạch kênh 54

2.1.2 Chuyển giao đối với ứng dụng chuyển mạch gói 55

2.2 USIM và máy đầu cuối 57

2.2 Nhiễu và suy hao 58

2.3 Vị trí lắp đặt trạm 59

2.3.1 Lắp đặt thiết bị 3G độc lập với thiết bị GSM tại cùng 1 vị trí trạm 59

2.3.2 Tích hợp feeder và anten của thiết bị 3G và GSM 59

3 Thiết kế mạng 59

3.1 Quỹ đ-ờng truyền 60

3.2 Mô hình truyền sóng 61

3.2.1 Suy hao trong không gian tự do 61

3.2.2 Mô hình Hata - Okumura 61

3.2.2 Mô hình Cost231 Walfisch/Ikegami 61

3.3 Định cỡ các nút mạng lõi 62

3.3.1 BSC/RNC 62

3.3.2 MSC/SGSN/GGSN 63

Ch-ơng 3 65

ứng dụng 3G trên mạng MobiFone 65

1 Thử nghiệm 3G trên mạng MobiFone 65

1.1 Quy mô thử nghiệm 65

1.2 Kết quả thử nghiệm 68

2 Lộ trình & ph-ơng án triển khai 3G 69

2.1 Dự báo nhu cầu 69

2.2 Lộ trình cho 3G 70

2.2.1 EDGE 70

2.2.2 UMTS WCDMA 71

2.3 Đề xuất cấu hình 73

2.3.1 Cấu hình mạng lõi 3G Core 73

2.3.1 Cấu hình mạng truy nhập UTRAN 76

3 Phát triển các dịch vụ trên 3G 81

3.1 Triển khai các dịch vụ hiện tại 81

3.2 Mô hình đề xuất phát triển các dịch vụ trên 3G 83

3.2.1 Hỗ trợ kết nối dịch vụ (Service Enabler) 84

3.2.2 Cơ sở dữ liệu khách hàng tập chung (PSE) 87

3.2.3 Líp c¸c øng dông dÞch vô 87

Ch-¬ng 4 89

KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ KiÕn nghÞ 89

4.1 Tãm t¾t kÕt qu¶ nghiªn cøu 89

4.2 KiÕn nghÞ h-íng nghiªn cøu tiÕp theo 90

Danh môc tµi liÖu tham kh¶o 92

-

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt

C

D

E

GSM thế hệ mới

Institute

Tổ chức tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

F

System

Hệ thống điện thoại di động mặt

đất công cộng trong t-ơng lai

trong t-ơng lai

G

GSM/EDGE

GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

H

(coding) for video-conferencing and

video -telephony applications

Tiêu chuẩn ITU cho nén ảnh, ứng dụng cho hội nghị truyền hình và điện thoại truyền hình

TDMA cải tiến của Mỹ (do AT&T đề xuất)

TDMA của Mỹ (do Qualcomm

đề xuất)

media

nhạc

Internet Mail

MM Mobile Management Quản lý di động

Orthogonal Complex Quadrature Phase

Shift Keying (Hybrid PSK)

Điều chế dịch pha cầu ph-ơng trực giao phức

thác

GPRS

P

nhân

mạch gói

công cộng

Q

R

RA Routing Area Vùng định tuyến

Ericsson)

S

Language

Ngôn ngữ tích hợp multimedia

đồng bộ

giản

T

System

Hệ thống Viễn thông Di dộng Toàn cầu

USSD Unstructured Supplementary Service

W

Windows WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

§a truy nhËp b¨ng réng ph©n chia theo m·

Danh mục các bảng

Bảng 1.2 So sánh WCDMA với CDMA IS 95 22 Bảng 1.3 So sánh thông số cơ bản 8PSK và GMSK 49 Bảng 3.1 Số liệu thống kê, đánh giá chất l-ợng thử nghiệm 69 Bảng 3.2 Dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ dữ liệu mạng MobiFone 71 Bảng 3.3 Dung l-ợng mạng lõi 2G/2.5G/3G 76 Bảng 3.4 Tính suy hao đ-ờng tối đa cho phép 78 Bảng 3.5 Số l-ợng trạm đề xuất cho pha 1 81

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Lộ trình tiến hoá công nghệ cho các hệ thống 2G 20

Hình 1.4 Cấu trúc mạng lõi CN theo 3GPP 1999 25 Hình 1.5 Cấu trúc mạng lõi theo 3GPP Release 4 26 Hình 1.6 Cấu trúc mạng lõi theo 3GPP Release 5 27

Hình 1.11 Phân bổ tần số cho các hệ thống xung quanh dải tần 3G 34 Hình 1.12 Quy hoạch tần số cho 3G tại Việt nam 35 Hình 1.13 Sơ đồ khối hệ thống trải phổ tín hiệu 36

Hình 1.15 Mối quan hệ giữa trải phổ và trộn tín hiệu 38 Hình 1.16 Mối quan hệ giữa tín hiệu gốc và tín hiệu trải phổ 39 Hình 1.17 OVSF và mã xoắn trong trải phổ 43 Hình 1.18 Sắp xếp kênh vận chuyển trên kênh vật lý 45 Hình 1.19 Sắp xếp kênh vận chuyển trên kênh vật lý 48

Hình 1.21 So sánh về mặt tần số giữa IS95 và MC 51 Hình 1.22 Lộ trình tiến hoá công nghệ & tốc độ của IS95 52 Hình 1.23 Lộ trình tiến hoá công nghệ của cdmaOne 52

Hình 2.2 Kết nối chuyển giao phần chuyển mạch kênh CS 56 Hình 2.3 Chuyển giao chuyển mạch gói giữa 3G và GSM/GPRS 57 Hình 2.4 Thành phần hài của GSM900 trùng với phổ tần TDD 59

Hình 2.5 L-u đồ thực hiện thiết kế và triển khai mạng 3G 61 Hình 3.1 Cấu hình thử nghiệm 3G tại Hà nội - MobiFone 67 Hình 3.2 Cấu hình thử nghiệm 3G tại tp HCM - MobiFone 67 Hình 3.3 Cấu hình hệ thống 3G thử nghiệm 68 Hình 3.4 Dải tần 3G WCDMA đề xuất sử dụng cho MobiFone 73 Hình 3.5 Đề xuất lộ trình 3G cho MobiFone 74 Hình 3.6 Cấu trúc mạng lõi 3G đề xuất triển khai trên mạng MobiFone 75 Hình 3.7 Mô hình triển khai các dịch vụ GTGT trên mạng 2G/2.5G 84 Hình 3.8 Cấu trúc 3 lớp kết nối các dịch vụ trên 3G 85 Hình 3.9 Cấu trúc mạng dịch vụ trên mạng thông tin di động 86 Hình 3.10 Ví dụ về một Service Enabler 87 Hình 3.11 Kết nối giữa Service Enabler và các ứng dụng 87

Mở đầu

Chúng ta đã và đang chứng kiến sự bùng nổ và phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực thông tin di động ở Việt nam và trên toàn thế giới cả về mặt công nghệ và số l-ợng ng-ời sử dụng loại hình thông tin liên lạc này Với 1,2 tỷ thuê bao sử dụng, công nghệ GSM đã và đang giữ vị trí số 1 về số l-ợng ng-ời sử dụng so với các công nghệ khác (chiếm ~73% tổng số l-ợng thuê bao di động toàn cầu) Tại Việt nam, tính đến tháng 10/2004, đã có xấp xỉ 4 triệu thuê bao điện thoại di động chủ yếu là GSM Qua các số liệu thống kê, có thể thấy -u thế tuyệt đối của công nghệ GSM hiện nay Về mặt công nghệ, do GSM chiếm -u thế tuyệt đối về số l-ợng ng-ời sử dụng nên các tổ chức nghiên cứu và các nhà sản xuất đặc biệt chú trọng trong đầu t- phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật tiến hoá cho GSM theo lộ trình h-ớng tới 3G nhằm cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao trên mạng di động

Từ năm 2001, dịch vụ GPRS thế hệ 2,5G đã đ-ợc triển khai mạng thông tin di

động MobiFone Qua thời gian thử nghiệm và đ-a vào khai thác chính thức GPRS 2,5G, chúng tôi đánh giá loại hình dịch vụ số liệu trên mạng di động đã thu hút đ-ợc nhu cầu sử dụng của nhiều đối t-ợng khách hàng Tính đến hết tháng 10/2004, đã

có gần 100,000 thuê bao sử dụng GPRS trên mạng MobiFone với các dịch vụ nh- WAP/MMS/Portal Thành công trong việc triển khai GPRS đã khẳng định nhu cầu

sự dụng các dịch vụ số liệu trên mạng di động của thị tr-ờng Việt nam và định h-ớng phát triển mạng di động GSM MobiFone lên thế hệ 3G là đúng

Để có một kế hoạch và chiến l-ợc đúng đắn trong triển khai 3G trên mạng MobiFone, vấn đề đặt ra đối với các nhà quản lý và quy hoạch mạng là:

- Lộ trình thời gian để triển khai 3G trên mạng MobiFone

- Khả năng kỹ thuật trong việc tích hợp hệ thống 3G trên nền cơ sở hạ tầng

mạng 2G/2,5G hiện có để tối -u hiệu quả đầu t-

- Mô hình cấu trúc hệ thống 3G bao gồm mạng truy nhập, mạng lõi và các

hệ thống dịch vụ sẽ triển khai trên mạng MobiFone

Các vấn đề đặt ra trên cũng chính là các nội dung mà tôi tập chung đi sâu nghiên cứu trong luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự h-ớng dẫn và chỉ bảo tận tình của PGS TS Hồ Anh Tuý, cảm ơn sự hợp tác và phối hợp của các cán bộ kỹ thuật Công ty Thông tin

di động VMS để tôi có thể hoàn thành tốt các nội dung nghiên cứu đề ra

Hà nội, tháng 10/2004 Nguyễn Đăng Nguyên

Ch-ơng 1 Nghiên cứu cơ sở về 3G

1 Sơ l-ợc về tiêu chuẩn công nghệ 3G

1.1 Sự hình thành tiêu chuẩn 3G

IMT-2000 là thuật ngữ mà Tổ chức Viễn thông thế giới (ITU) đề xuất sử dụng trong quá trình nghiên cứu và đ-a ra một tiêu chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) Trong quá trình xây dựng tiêu chuẩn cho 3G, rất nhiều công nghệ đ-ợc các tổ chức viễn thông quốc gia hoặc khu vực đệ trình lên ITU để xem xét

1.1.1 Tiêu chuẩn do Châu Âu đề xuất

ở Châu Âu, ng-ời ta đã bắt tay vào việc nghiên cứu phát triển công nghệ 3G

từ những năm 1992 Các cơ quan và tổ chức tham gia nghiên cứu và phát triển công nghệ này gồm:

- RACEI: Ch-ơng trình nghiên cứu các vấn đề cơ bản về thông tin di động thế hệ thứ 3 Ch-ơng trình này đ-ợc khởi x-ớng và bắt đầu từ năm 1998

- RACEII: Tiếp theo RACEI, ch-ơng trình này bắt đầu từ 1992 với nhiệm

vụ đi sâu nghiên cứu về truy nhập mã và phân kênh thời gian trên giao diện vô tuyến

- ACTS: ch-ơng trình nghiên cứu và phát triển công nghệ viễn thông tiên tiến và các dịch vụ phụ trợ Nằm trong ch-ơng trình nghiên cứu này, đề

án nghiên cứu ph-ơng thức đa truy nhập vô tuyến băng rộng cũng đ-ợc triển khai với mục tiêu đề ra một tiêu chuẩn giao tiếp vô tuyến cho UMTS Các đối tác chính của ch-ơng trình gồm có Nokia, Siemens,

Ericsson, France Telecom và CSEM Ngoài ra còn có sự tham gia của một

số tr-ờng đại học ở Châu Âu

Năm 1997, một số bộ tiêu chuẩn đ-ợc đề xuất lên ETSI để lựa chọn làm tiêu chuẩn cho giao tiếp vô tuyến của mạng 3G UMTS Đó là:

• Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (Wideband - CDMA) Với các

đặc điểm chính:

- Băng tần cho mỗi sóng mang là 5Mhz

- Sự linh hoạt của lớp vật lý cho phép kết hợp nhiều tốc độ dữ liệu trên một sóng mang duy nhất

• Đa truy nhập phân chia theo thời gian băng rộng (Wideband - TDMA) Với các đặc điểm chính:

- Dựa trên nguyên tắc cơ bản của hệ thống TDMA với độ rộng băng tần mỗi sóng mang là 1,6Mhz Công nghệ tập trung vào việc nâng cao tốc

độ dự liệu đồng thời với việc giảm nhiễu giữa các sóng mang lân cận Kết hợp với ph-ơng pháp nhảy tần phân chia tải

- Giảm nhiễu nhờ ph-ơng thức nhảy tần

- Ph-ơng thức CDMA đ-ợc áp dụng trên cấu trúc TDMA để tăng tính mềm dẻo

- Giảm nhiễu giữa các ô lân cận nhờ việc phân chia theo mã

- ấn định kênh động

Sau khi xem xét các tiêu chuẩn đ-ợc đ-a ra, ETSI cuối cùng đã lựa chọn hai tiêu chuẩn WCDMA (đa truy nhập theo mã băng rộng) cho chế độ FDD (Truy nhập phân chia theo tần số) và WTDMA/CDMA kết hợp cho chế độ TDD (Truy nhập phân chia theo thời gian) Nh- vậy sau 10 năm kể từ khi bắt đầu nghiên cứu, ETSI cuối cùng đã lựa chọn đ-ợc tiêu chuẩn giao tiếp vô tuyến (UTRA - UMTS Radio Access) cho hệ thống thông tin di động 3G UMTS

1.1.2 Tiêu chuẩn do Nhật Bản đề xuất

Hiệp hội công nghiệp & th-ơng mại vô tuyến (ARIB) tại Nhật Bản có nhiệm

vụ đánh giá lựa chọn công nghệ thích hợp cho 3G Ba công nghệ chính đ-ợc xem xét là WCDMA, WTDMA và ODMA Kết quả của việc đánh giá và lựa chọn này là năm 1997, ARIB đã quyết định chọn WCDMA chế độ FDD và TDD Việc lựa chọn này cũng trùng khớp với lựa chọn của ETSI nên WCDMA càng có thêm sự ủng hộ mạnh mẽ để trở thành một tiêu chuẩn chính cho 3G

1.1.3 Tiêu chuẩn do Hàn Quốc đề xuất

Tổ chức công nghệ viễn thông (TTA) tại Hàn Quốc đề xuất hai giải pháp cho thế hệ thứ 3 của CDMA là TTA1 và TTA2 TTA1 dựa trên chế độ đồng bộ của CDMA băng rộng TTA1 t-ơng tự với WCDMA của ETSI và ARIB TTA2 dựa trên chế độ không đồng bộ của CDMA băng rộng và nó giống với cdma2000

1.1.4 Tiêu chuẩn do Mỹ đề xuất

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 tại Mỹ dựa trên một số tiêu chuẩn nh- GSM1900, US-TDMA(D-AMS) và US-CDMA (IS-95) Lộ trình và công nghệ

để phát triển các hệ thống 2G tại Mỹ lên 3G đã đ-ợc hoạch định Cụ thể là:

• W-CDMA Bắc Mỹ (W-CDMA N/A) Tiêu chuẩn này có nhiều điểm chung với tiêu chuẩn WCDMA do ETSI và ARIB dề xuất T1P1 của Mỹ

đã đề xuất tiêu chuẩn này lên IMT2000 nh- là một tiêu chuẩn tiến hoá cho GSM1900

• UWC-136: tiêu chuẩn thế hệ thứ 3 cho công nghệ DAMS (IS 136)

• Cdma2000: tiêu chuẩn thế hệ thứ 3 cho IS-95

• WIMS WCDMA (TR46.1): không dựa trên tiêu chuẩn thế hệ thứ 2 nào

• WP-CDMA: kết hợp giữa W-CDMA N/A với WIMS WCDMA

1.2 Sự thống nhất về mặt tiêu chuẩn

Giống nh- mọi công nghệ khác, việc tồn tại nhiều tiêu chuẩn khác nhau do các tổ chức và khu vực đ-a ra đối với thông tin di động thế hệ thứ 3 đã gây ra một sự lãng phí lớn về nghiên cứu phát triển, đầu t- và nhân lực Sáng kiến về việc thành lập một diễn đàn để từ đó đ-a ra một tiêu chuẩn chung cho WCDMA trên toàn cầu

đã đ-ợc thực hiện Dự án hợp tác phát triển thông tin di động thế hệ thứ 3 (3GPP -

3rd Generation Parnership Project) đ-ợc thành lập với sự tham gia của các tổ chức ARIB (Nhật), ETSI (Châu Âu), TTA (Hàn Quốc), TTC (Nhật), CWTS (Trung Quốc)

và T1P1 (Mỹ) Mục tiêu của sự hợp tác là đ-a ra một tiêu chuẩn chung về truy nhập vô tuyến di động mặt đất toàn cầu (UTRA) Ngoài các tổ chức tiêu chuẩn trên, các công ty, các tập đoàn sản xuất thiết bị và cả các hiệp hội nhà khai thác mạng di động (GSM Association, UMTS Forum, Ipv6 Forum ) cũng tham gia tiến trình tiêu chuẩn hoá này

Dự án hợp tác 3GPP đ-ợc tổ chức thành 4 nhóm nghiên cứu:

- Nhóm Mạng truy nhập vô tuyến RAN TSG

- Nhóm mạng lõi Core TSG

- Nhóm các dịch vụ và hệ thống Service and System Aspect TSG

- Nhóm thiết bị đầu cuối Terminal TSG

Trong các nhóm nghiên cứu này, nhóm RAN TSG có liên quan nhiều nhất trong việc đề ra tiêu chuẩn UTRA mà phiên bản đầu tiên đã đ-ợc đ-a ra là phiên bản 1999 (Release 99) Trong phiên bản 99 này ng-ời ta đã sử dụng toàn bộ khuyến nghị mạng truy nhập UMTS do ETSI đề xuất

Trong tiến trình tiêu chuẩn hóa và đ-a ra phiên bản đầu tiên, về mặt công nghệ, ng-ời ta đã thống nhất giảm tốc độ trải phổ của UTRA FDD/TDD từ 4.096 Mcps xuống còn 3.84 Mcps và áp dụng kênh điều khiển chung trên UTRA FDD

Song song với 3GPP, một diễn đàn hợp tác thứ 2 đ-ợc thành lập là 3GPP2 với sự hợp nhất các tiêu chuẩn do TR45.5 và TTA đề xuất Nhiệm vụ của diễn đàn là phát triển kỹ thuật cdma2000 trải phổ trực tiếp (Direct Sequence DS) và đa sóng mạng (Multi Carrier MC) để áp dụng nó cho hệ thống thông tin di động cdma2000 thế hệ thứ ba

Do không đạt đ-ợc sự thống nhất tuyệt đối để đ-a ra một công nghệ duy nhất cho thông tin di động thế hệ thứ 3, ng-ời ta đã đi đến thoả thuận về mặt công nghệ là

hệ thống thông tin trải phổ CDMA thế hệ thứ 3 sẽ bao gồm:

1 Chế độ đa sóng mang - Multi Carrier (MC) Dựa trên cdma 2000 carrier

multi-2 Chế độ trải phổ trực tiếp - Direct Sequence (DS) Dựa trên UTRA FDD WCDMA

3 Chế độ truy nhập phân chia thời gian - Time Division Duplex (TDD) Dựa trên UTRA TDD WCDMA

Hình 1.1: Lộ trình tiến hoá công nghệ cho các hệ thống 2G

1.3 Những phiên bản tiếp theo của Release 99

Sau khi phiên bản đầu tiên (Release 99) đ-ợc hoàn thành, ng-ời ta đã tập chung vào việc sửa đổi các thiếu sót và hạn chế của phiên bản này đồng thời đ-a ra các phiên bản mới tiên tiến hơn:

1.3.1 Release 4 (hay Release 2000)

Phiên bản 2000 (Release 2000) về sau đ-ợc đổi tên thành phiên bản thứ t- (Release 4) Một số thay đổi nhỏ của phiên bản 99 đ-ợc đ-a ra Trong Release 4, ng-ời ta cũng đ-a thêm vào chế độ TDD băng hẹp (narrow band TDD) do Trung Quốc đề xuất (CWTS) với tốc độ trải phổ là 1.28 Mcps

Cải tiến lớn nhất của Release 4 so với phiên bản tr-ớc đó (Release 99) là chức năng MSC đã đ-ợc chia thành MSC Server và Media Gateway MSC Server giữ vai trò điều khiển mọi kết nối, di động của thuê bao Media Gateway chỉ giữ nhiệm

vụ chuyển mạch và kết nối trung kế, bao gồm cả chức năng chuyển đổi dữ liệu dạng gói sang kết nối kênh trung kế thông th-ờng Một MSC Server có thể quản lý nhiều Media Gateway thông qua giao thức H248 Chúng ta sẽ xem xét ký hơn về cấu trúc mạng lõi Release 4 trong phần 2.2

CDMA2000 1XEv (CDMA MC FDD)

CDMA2000 1XEv (CDMA MC FDD)

2.5G

2001 

3G

2002 

1.3.2 Release 5

Đ-ợc hoàn thành và chính thức đ-a ra vào tháng 3/2002 Nhiều thay đổi lớn

đ-ợc đ-a ra trong phiên bản này Bao gồm:

+ Truy nhập dữ liệu gói tốc độ cao ở đ-ờng xuống (HSDPA)

+ Lớp vận chuyển trên nền IP (IP base transport layer)

Trong Release 5, ngoài phần chuyển mạch kênh CS và chuyển mạch gói PS, ng-ời ta bổ sung thêm phần kết nối đa dịch vụ IP (IM - IP Multimedia) Nh- vậy với Release 5, mạng truy nhập UTRAN đ-ợc kết nối với ba hệ thống mạng CS, PS và

IM Tuy nhiên, hệ thống IM vẫn phải sử dụng phần vận chuyển do hệ thống chuyển mạch gói PS cung cấp Chúng ta sẽ xem xét ký hơn về cấu trúc mạng lõi Release 5 trong phần 2.2

1.3.2 Release 6

Phiên bản thứ 6 (Release 6) đ-ợc hoàn thành vào cuối năm 2003 với nhiều cải tiến cho phép tăng hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến

1.4 So sánh giữa hệ thống 3G với GSM và IS-95

Để thấy rõ sự tiến bộ và -u thế về mặt công nghệ và chất l-ợng dịch vụ của

hệ thống 3G, trong phần này tôi xin trình bày một số nội dung so sánh giữa hệ thống này với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 nh- GSM và IS-95

Tr-ớc hết, hệ thống 3G đ-ợc nghiên cứu và phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu chủ yếu sau:

- Tính năng trễ đỗi với từng loại hình dịch vụ

- Tỷ lệ lỗi bít trên đ-ờng vô tuyến: 10-6

- Cho phép cùng hoạt động song song với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 và ng-ời sử dụng có thể chuyên giao giữa hai hệ thống để tận dụng các -u điểm về vùng phủ sóng và cân bằng tải

- Cho phép hỗ trợ kết nối dữ liệu không cân bằng về tốc độ giữa đ-ờng lên

và đ-ờng xuống (asymmetric)

- Hiệu quả sử dụng tần số

Bảng 1.1 So sánh WCDMA với GSM

nguyên vô tuyến

Cố định khi thiết kế mạng vô tuyến

cho phép phân tập đa kênh với máy thu RAKE

tài nguyên vô tuyến

Có, cho phép quản lý chất l-ợng dịch vụ

Không có, bởi hệ thống thiết

kế chủ yếu phục vụ thoại

ng-ời sử dụng

Dữ liệu gói đ-ợc truyền nh- dữ liệu thoại

lµ tiªu chuÈn tiÕn ho¸ cho GSM HÖ thèng UMTS ®-îc cÊu thµnh bëi:

- HÖ thèng m¹ng truy nhËp v« tuyÕn UMTS hay cßn ®-îc gäi lµ UTRAN (viÕt t¾t cña UMTS Terrestrial Radio Access Network)

- HÖ thèng m¹ng lâi UMTS hay cßn gäi lµ CN (viÕt t¾t cña Core Network)

- ThiÕt bÞ ®Çu cuèi hay cßn gäi lµ UE (viÕt t¾t cña User Equipment)

H×nh 1.2 CÊu tróc tæng qu¸t hÖ thèng UMTS 3G

2.1 CÊu tróc UTRAN

CÊu tróc m¹ng truy nhËp v« tuyÕn (UTRAN) ®-îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.3 UTRAN bao gåm nhiÒu hÖ thèng m¹ng truy nhËp v« truyÕn (RNS - Radion Network Sub-system) Mét RNS cã thÓ coi lµ mét hÖ thèng con thuéc UTRAN víi c¸c phÇn

tö chøc n¨ng ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn m¹ng v« tuyÕn (RNC - Radio Network Controller), mét hoÆc nhiÒu tr¹m thu ph¸t Node B C¸c RNC cã thÓ kÕt nèi víi nhau qua giao diÖn Iur KÕt nèi gi÷a RNC vµ Node B qua giao diÖn Iub

Tr-ớc khi đi vào mô tả chi tiết chức năng các phần tử và giao diện mạng UTRAN, có thể tóm tắt đặc điểm chính của nó nh- sau:

- Hỗ trợ chuyển giao mềm (một máy đầu cuối có thể thiết lập kết nối tới mạng l-ới qua nhiều hơn hai cell vô tuyến)

- Sử dụng chung tài nguyên hệ thống để kết nối dữ liệu chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói

- Tối đa hoá những phần chung có thể sử dụng lại từ hệ thống thông tin di

động GSM

- Sử dụng ATM làm lớp vận chuyển chính trong UTRAN

- Từ Release 5 trở đi, ph-ơng thức vận chuyển trên nền IP đ-ợc sử dụng để thay thế ph-ơng thức cũ

Hình 1.3 Cấu trúc mạng UTRAN

2.2 Mạng lõi CN - Core Network

Đối với hệ thống UMTS, qua nghiên cứu chúng ta có thể thấy những sự thay

đổi và cải tiến rất lớn trên phần giao diện vô tuyến so với hệ thống GSM và ngay bản thân các phiên bản UMTS khác nhau Tuy nhiên đối với hệ thống mạng lõi, sự thay

đổi và cải tiến là không nhiều Phiên bản 3GPP 1999 đ-ợc đ-a ra trên cơ sở kế thừa

Node B

Node B

RNC

RNS Iur

Iu CS

Iu PS Cu

Node B

Node B

RNC

RNS Iur

Iu CS

Iu PS Cu

cấu trúc mạng lõi của GSM Cả hai mạng truy nhập vô tuyến GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) và UMTS đều đ-ợc kết nối chung vào một hệ thống mạng lõi CN theo khuyến nghị 3GPP 1999

2.2.1 Các phần tử mạng lõi CN theo khuyến nghị 3GPP 1999

Theo khuyến nghị 3GPP 1999, các phần tử mạng lõi bao gồm 2 phần: phần chuyển mạch kênh (CS - Circuit Switch) và phần chuyển mạch gói (PS - Packet Switch), cho phép đáp ứng các loại hình dịch vụ khác nhau

T-ơng tự nh- GSM, phần chuyển mạch kênh bao gồm các phần tử:

- Tổng đài chuyển mạch di động MSC với chức năng VLR

- Tổng đài cổng GMSC

- Thiết bị HLR

- Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

T-ơng tự GPRS, phần chuyển mạch gói gao gồm các phần tử:

- SGSN: Với chức năng t-ơng tự nh- MSC nh-ng quản lý các dữ liệu gói

- GGSN: Kết nối hệ thống mạng lõi với các mạng ngoài

Cấu trúc cơ bản của mạng lõi theo phiên bản 3GPP 1999 đ-ợc trình bày trên sơ đồ hình 1.4

Hình 1.4 Cấu trúc mạng lõi CN theo 3GPP 1999

Iu-cs Iu-ps

HLR SCP

PS domain UE

Iu-cs Iu-ps

HLR SCP

PS domain UE

2.2.2 Mạng lõi theo Release 4

Cải tiến lớn nhất của Release 4 so với Release 99 là chức năng MSC đã đ-ợc chia thành MSC Server và Media Gateway MSC Server giữ vai trò điều khiển mọi kết nối, di động của thuê bao Media Gateway chỉ giữ nhiệm vụ chuyển mạch và kết nối trung kế, bao gồm cả chức năng chuyển đổi dữ liệu dạng gói sang kết nối kênh trung kế thông th-ờng Một MSC Server có thể quản lý nhiều Media Gateway thông qua giao thức H248

Hình 1.5 Cấu trúc mạng lõi theo 3GPP Release 4

2.2.3 Mạng lõi theo Release 5

Phiên bản thứ 5 - Release 5 bổ xung nhiều phần tử so với phiên bản cũ 1999 Thứ nhất là phân hệ đa dịch vụ IP - IP multimedia subsystem (IMS) cho phép các dịch vụ trên nền IP có thể kết nối qua mạng dữ liệu PS Trong phiên bản 6 - Release

6, tính năng này đ-ợc tiếp tục cải tiến cho phép cung cấp các dịch vụ t-ơng tự nh-

đã cung cấp trên mạng CS Các phần tử thuộc IMS gồm:

- Chức năng đa ph-ơng tiện MRF

- Chức năng quản lý phiên truy nhập CSCF, giống nh- một proxy giữa máy

đầu cuối và mạng multimedia IP Giám sát các phiên truy nhập của ng-ời

GMSC server

HSS/HLR

Iu-cs Iu-cs

GMSC server

HSS/HLR

Iu-cs Iu-cs

Iu-ps

Ngoài ra, trong phần chuyển mạch kênh CS, Release 5 cũng đ-a ra những khuyến nghị sửa đổi sau:

- MSC/GMSC lúc này chỉ giữ vai trò điều khiển Mọi luồng l-u l-ợng (thoại, dữ liệu) khi đó sẽ đi qua cổng đa ph-ơng tiện MGW - Media Gateway Một MSC/GMSC có thể điều khiển nhiều MGW

- Cổng đa ph-ơng tiện MGW có chức năng chuyển mạch dữ liệu

Sơ đồ kết nối mạng lõi CN theo khuyến nghị của Release 5 đ-ợc trình bày trên sơ đồ hình 1.6 d-ới đây:

Hình 1.6 Cấu trúc mạng lõi theo 3GPP Release 5

2.3 Giao diện Iu (giữa UTRAN và CN)

Iu là giao diện chuẩn giữa hệ thống mạng truy nhập UTRAN và hệ thống mạng lõi CN Giao diện Iu đ-ợc phân ra thành hai phần: phần kết nối chuyển mạch gói CS và phần kết nối chuyển mạch kênh PS

UTRAN

UE

MSC server

GMSC server

HSS Services & Application

Iu-ps

UTRAN

UE

MSC server

GMSC server

HSS Services & Application

Iu-ps

2.3.1 Cấu trúc thủ tục trên Iu-cs

Cấu trúc thủ tục tổng quát Iu-cs đ-ợc trình bày trên hình 1.7, trong đó lớp vận chuyển ATM đ-ợc sử dụng chung cho mọi kết nối Về mặt vật lý, việc kết nối ATM

có thể qua truyền dẫn quang, dây đồng hoặc truyền dẫn radio

2.3.1.1 Các thủ tục ở lớp điều khiển giao diện Iu-cs

- RANAP: thủ tục báo hiệu băng rộng trong hệ thống báo hiệu số 7

- SCCP và MTP3B: các lớp báo hiệu SS7 băng rộng

- SAAL-NNI là lớp trung gian cho phép kết nối báo hiệu SS7 qua mạng ATM (Signalling ATM Addaptation Layer fỏ Network to Network Interface) Lớp này đ-ợc chia thành ba lớp con là lớp chức năng phối hợp dịch vụ SSCF (Service Specific Coordination Function), lớp thủ tục kết nối dịch vụ SSCOP (Service Specific Connection Oriented Protocol) và lớp t-ơng thích ATM 5 (AAL5) SSCF và SSCOP có nhiệm vụ chuyển các thông tin báo hiệu qua mạng ATM và lớp ALL5 có nhiệm vụ đóng gói dữ liệu báo hiệu để truyền trên mạng ATM

2.3.1.2 Các thủ tục ở lớp quản lý mạng truyển tiếp giao diện Iu-cs

- Thủ tục báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (theo khuyến nghị Q.2630.1

và Q.2150.1) qua mạng báo hiệu băng rộng

2.3.1.3 Các thủ tục ở lớp ng-ời sử dụng giao diện Iu-cs

- Mỗi một dịch vụ chuyển mạch kênh sẽ đ-ợc dành riêng một kết nối AAL2 qua mạng ATM

- Các ứng dụng của ng-ời sử dụng sử dụng trực tiếp AAL2 để truyền dữ liệu qua mạng

Hình 1.7 Cấu trúc giao diện Iu-cs

2.3.2 Cấu trúc thủ tục trên Iu-ps

Cấu trúc giao diện Iu-ps đ-ợc trình bày trên hình 1.8 Trên giao diện này, ph-ơng thức vận chuyển ATM lại đ-ợc sử dụng để kết nối cho ng-ời sử dụng và cả phần điều khiển

2.3.2.1 Các thủ tục trên lớp điều khiển giao diện Iu-ps

- RANAP nh- đã trình bày trên giao diện Iu-ps

- SCCP

- Trên giao diện Iu-ps, ph-ơng thức chuyển tiếp báo hiệu trên nền IP có thể

đ-ợc sử dụng nh- một lựa chọn thay thế cho ph-ơng thức cũ Đ-ợc thể hiện ở các lớp: M3UA (SS7 MTP3 - user adaptation layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol) đ-ợc thiết kế riêng để cho phép truyền báo hiệu SS7 qua mạng internet, IP

- AAL5 đ-ợc sử dụng chung để kết nối báo hiệu qua mạng ATM

2.3.2.2 Các thủ tục ở lớp vận chuyển giao diện Iu-ps

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b SCCP

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b Q.2150.1

Transport network user plane

Q.2630.1

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b SCCP

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b Q.2150.1

Transport network user plane

Q.2630.1

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

Việc thiết lập kết nối đ-ợc thực hiện trên cơ chế ống truyền dẫn GTP tunnel với mỗi kết nối sẽ đ-ợc ấn định một mã nhận dạng tunnel riêng kèm theo địa chỉ IP của hai đầu kết nối GTP tunnel đ-ợc đã đ-ợc ứng dụng trên hệ thống GPRS backbone

2.3.2.3 Các thủ tục ở lớp ng-ời sử dụng giao diện Iu-ps

Trong lớp này, dữ liệu ng-ời sử dụng thuộc nhiều nguồn khác nhau đ-ợc ghép trên một hoặc vài kênh ảo AAL5 PVC Chức năng GTP-U có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu và cấp mã nhận dạng cho mỗi nguồn dữ liệu đó Trên giao diện này, ph-ơng thức truyền UDP đ-ợc sử dụng kết hợp với địa chỉ IP

Hình 1.8 Cấu trúc giao diện Iu-ps

2.3.3 Thủ tục RANAP

Nh- đã trình bày trong các mục 2.3.1 và 2.3.2, trên giao diện Iu, thủ tục RANAP có chức năng điều khiển việc kết nối báo hiệu giữa mạng truy nhập

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b SCCP

Transport network user plane

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

Physical Layer ATM

AAL5 IP UDP GTP-U IP

SCTP M3UA AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b SCCP

Transport network user plane

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

Physical Layer ATM

AAL5 IP UDP GTP-U IP

SCTP M3UA

UTRAN và mạng lõi CN RANAP chứa đựng toàn bộ các thủ tục điều khiển của mạng vô tuyến Các chức năng của RANAP đ-ợc định nghĩa bao gồm:

- Tái phân bổ: quản lý việc ấn định RNC phục vụ và chuyển giao giữa RNC

và chuyển giao với hệ thống 2G

- Quản lý kênh truy nhập vô tuyến (RAB - Radio Access Bearer Management): thiết lập kênh truy nhập, thay đổi tham số kênh truy nhập, xoá kênh đã thiết lập

- Giải phóng kết nối Iu: giải phóng mọi kết nối về báo hiệu, dữ liệu ng-ời

- Điều khiển an toàn

- Giám sát quá tải

- Định vị ng-ời sử dụng

2.4 Giao diện Iur và Iub (nội bộ UTRAN)

2.4.1 Giao diện Iur - kết nối giữa RNC và RNC

Các thủ tục trên giao diện RNC-RNC đ-ợc trình bày trên hình 1.9 Ban đầu, giao diện này đ-ợc thiết kế để cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC với nhau Trong quá trình phát triển các phiên bản tiếp theo của 3G UMTS, ng-ời ta đã đ-a thêm nhiều tính năng bổ xung cho giao diện này Hiện nay giao diện Iur có 4 chức năng riêng biệt sau:

- Hỗ trợ các thủ tục cơ bản chuyển giao giữa các RNC Cung cấp các chức năng chuyển giao cho phép máy đầu cuối di chuyển giữa các RNC Tuy nhiên, không hỗ trợ việc chuyển l-u l-ợng

- Hỗ trợ truyền l-u l-ợng trên kênh riêng

- Hố trợ truyền l-u l-ợng trên kênh chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên chung

Vì lý do này, thủ tục báo hiệu RNSAP đ-ợc chia thành bốn module Tuỳ thuộc yêu cầu của nhà khai thác, các module này có thể đ-ợc trang bị nh- các tuỳ chọn

Hình 1.9 Cấu trúc giao diện Iur

2.4.2 Giao diện Iub - kết nối giữa RNC và NodeB

Các thủ tục trên giao diện RNC-NodeB đ-ợc trình bày trên hình 1.10 Để hiểu đ-ợc cấu trúc giao diện này, tr-ớc hết cần xem xét vắn tắt cấu trúc logic của trạm thu phát NodeB Cấu trúc logic bao gồm một cổng điều khiển chung và một tập các điểm kết cuối l-u l-ợng Mỗi điểm kết cuối l-u l-ợng đ-ợc điều khiển bởi một cổng điều khiển riêng Một điểm kết cuối l-u l-ợng điều khiển một số trạm đầu cuối

di động sử dụng chung tài nguyên của trạm NodeB và l-u l-ợng của từng ng-ời sử dụng t-ơng ứng đ-ợc kết nối đến một cổng riêng Cổng dữ liệu chung đ-ợc sử dụng

để truyền dữ liệu các kênh RACH, FACH và PCH Một điểm cần l-u ý rằng, về mặt logic không có mối quan hệ giữa giữa điểm kết cuối l-u l-ợng và ô vô tuyến (cell)

Transport network user plane

Q.2630.1

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b SCCP

IP SCTP M3UA

SSCOP SSCF-NNI MTP3b

IP SCTP M3UA

CCH FP

Transport network user plane

Q.2630.1

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

AAL5 SSCOP SSCF-NNI MTP3b SCCP

IP SCTP M3UA

SSCOP SSCF-NNI MTP3b

IP SCTP M3UA

CCH FP

Nghĩa là một điểm kết cuối l-u l-ợng có thể quản lý một hoặc nhiều cell và một cell

có thể đ-ợc quản lý bởi nhiều điểm kết cuối l-u l-ợng

Thủ tục báo hiệu trên giao diện Iub (NBAP - Node B Application Part) đ-ợc chia thành hai phần chính:

- NBAP chung: các thủ tục báo hiệu chung

- NBAP riêng: các thủ tục báo hiệu riêng

Lớp ng-ời sử dụng trên giao diện Iub quy định cấu trúc các khung và các thủ tục điều khiển cơ bản liền kênh cho mọi kênh vận chuyển Thủ tục báo hiệu Q.2630.1 đ-ợc sử dụng để quản lý kết nối AAL2 trên lớp ng-ời sử dụng

Hình 1.10 Cấu trúc giao diện Iub

3 Truy nhập vô tuyến UMTS

Transport network user plane

Q.2630.1

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

Transport network user plane

Q.2630.1

Physical Layer ATM

User Plane

Transport network User plane

MSS Uplink

IMT-2000TDD

IMT-2000Downlink

MSS Downlink

IMT-2000DownlinkPHS

IMT-2000Uplink

IMT-2000Uplink

IMT-2000Downlink

ID95Downlink

H×nh 1.11 Ph©n bæ tÇn sè cho c¸c hÖ thèng xung quanh d¶i tÇn 3G WCDMA

Hình 1.11 minh hoạ ấn định tần số vô tuyến cho các hệ thống xung quanh dải tần dành cho thông tin di động WCDMA 3G tại các khu vực và quốc gia trên thế giới ở Châu Âu và phần lớn các quốc gia Châu á hai dải tần 60Mhz (đ-ờng lên

1920 - 1980 Mhz và đ-ờng xuống 2110 - 2170 Mhz) đã sẵn sàng cung cấp cho các

hệ thống 3G WCDMA FDD Tại Nhật Bản và Hàn Quốc, băng tần cho IMT-2000 trên cũng đã đ-ợc dọn dẹp và sẵn sàng Chỉ có ở Mỹ là băng tần ấn định cho 3G là không sẵn sàng do hệ thống PCS đang khai thác tại n-ớc này trùng với dải tần 3G, vì vậy các giải pháp công nghệ khác thay thế 3G có thể đ-ợc xem xét ví dụ nh- EDGE, CDMA2K Bên cạnh dải tần đã ấn định cho IMT-2000 trên, vào 5/2000 ITU-R đ-a

ra một số băng tần bổ xung cho 3G nh- sau:

2110 - 2170 Mhz (60Mhz)

Dự kiến phân bổ tần số 3G tại Việt nam đ-ợc trình bày trên hình 1.12

Hình 1.12 Quy hoạch tần số cho 3G tại Việt Nam

2010

Private System

2025

A B C D

2125 2140 2155 2170

MSS IMT-2000

IMT-2000 FDD, Downlink

2010

Private System

2025

A B C D

2125 2140 2155 2170

MSS IMT-2000

IMT-2000 FDD, Downlink

Theo quy hoạch, sẽ có 4 nhà khai thác (A, B, C, D) thông tin di động WCDMA IMT-2000 đ-ợc cấp phép tại Việt nam với băng tần cho mỗi nhà khai thác

đ-ợc phân định trên hình 1.12 Mỗi nhà khai thác đ-ợc cấp một dải tần 15Mhz trên băng tần FDD WCDMA t-ơng ứng với 3 sóng mang và 1 tần số 5Mhz trên băng tần TDD WCDMA t-ơng ứng với 1 sóng mang Việc quy hoạch và ấn định tần số nh- vậy hoàn toàn tuân thủ các khuyến nghị của ITU-R về tần số cho hệ thống thông tin

ở phía thu, quy trình là ng-ợc lại với phía phát B-ớc đầu tiên là chuyển đổi tín hiệu đã trải phổ về tín hiệu băng hẹp với hàm giải trải phổ -1() =  () Tín hiệu

Sw đ-ợc chuyển về tín hiệu Sn và sau đó đ-ợc giải điều chế với ph-ơng pháp giải

điều chế tín hiệu số tiêu chuẩn

Hình 1.13 Sơ đồ khối hệ thống trải phổ tín hiệu

Trải phổ và giải trải phổ là nguyên lý cơ bản của thông tin WCDMA D-ới

đây tôi xin nghiên cứu và trình bày các cơ sở lý thuyết cơ bản của công nghệ này

3.2.1 Giảm ảnh h-ởng của tín hiệu nhiễu băng hẹp

Giả thiết rằng tín hiệu băng rộng Sw thu đ-ợc có chứa các thành phần tín hiệu nhiễu băng hẹp In nh- minh hoạ tại hình hình 1.x (a) và (b) Quá trình giải trải phổ có thể đ-ợc biểu diễn:

-1(Sw + In) = -1[-1(Sn)] + -1(In) = Sn + Iw

Quá trình giải trải phổ đã biến đổi tín hiệu vào thành tổng của tín hiệu băng hẹp có ích và tín hiệu nhiễu băng rộng Sau khi giải trải phổ, tín hiệu đ-ợc đ-a qua một bộ lọc băng hẹp (hàm F()) với băng thông Bn đúng bằng độ rộng Wi của tín hiệu Sn

F(Sn + Iw) = Sn + F(Iw) = Sn + Iwr

Nh- vậy chỉ có một phần nhỏ năng l-ợng của tín hiệu nhiễu đi qua bộ lọc và tồn tại trong tin hiệu thu đ-ợc do độ rộng phổ Wc của Iw lớn hơn rất nhiều so với

Wi Tỷ lệ giữa độ rộng điều chế phía phát và độ rộng băng tần của tín hiệu đ-ợc gọi

Đối với các hệ thống không có mã hoá sửa lỗi, độ lợi tính theo công thức trên

là thuần tuý áp dụng cho việc trải phổ tín hiệu Độ lợi này là một thuộc tính rất mạnh trong việc giảm ảnh h-ởng của tín hiệu nhiễu Từ công thức ta có thể thấy để

đạt đ-ợc việc chống nhiễu cao nhất, thì độ lợi càng lớn càng tốt Tuy nhiên băng thông truyền dẫn cũng phải tăng t-ơng ứng

3.2.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp

Có rất nhiều kỹ thuật để thực hiện trải phổ tín hiệu bằng việc sử dụng tín hiệu mã Ví dụ: kỹ thuật trải phổ trực tiếp, kỹ thuật nhảy tần, kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian Kỹ thuật đ-ợc sử dụng phổ biến trong thông tin di động nhất là trải phổ trực tiếp (ví dụ WCDMA, các hệ thống theo chuẩn IS-95)

Trong hệ thống trải phổ trực tiếp, tín hiệu dữ liệu đã điều chế đ-ợc thực hiện

điều chế lần hai bởi tín hiệu trải phổ rộng Tín hiệu trải phổ là chuỗi giả ngẫu nhiên

PN Việc trải phổ đ-ợc thực hiện qua hai b-ớc Đầu tiên, tín hiệu của ng-ời sử dụng

đ-ợc trải phổ bằng mã hoá kênh (chanelization code) gọi là mã trả phổ trực giao OVSF Sau đó, tín hiệu đ-ợc tiếp tục trộn với chuỗi trộn, đây là chuỗi mã hoá riêng của ô vô tuyến Việc trộn này không làm thay đổi độ rộng phổ tín hiệu mà chỉ đảm bảo các tín hiệu thuộc các nguồn khác nhau sẽ không thể bị lẫn đ-ợc

Hình 1.15 Mối quan hệ giữa trải phổ và trộn tín hiệu

Mỗi cuộc thoại hoặc kết nối số liệu nào đều đ-ợc phân biệt bằng mã hoá kênh trên đ-ờng xuống và đ-ờng lên của kênh vô tuyến

3.2.2.1 Nguyên lý trải phổ

Data

Channelization Code

ScramblingCode

Chip rateChip rate

Bit rate

Hình 1.15 mô tả nguyên lý trải phổ và giải trả phổ trong hệ thống trải phổ trực tiếp DS-CDMA

Dữ liệu ng-ời sử dụng giả định là chuỗi bít đã điều chế BPSK có tốc độ R với hai giá trị +/- 1 Khi trải phổ, ng-ời ta tiến hành nhân từng bít dữ liệu ng-ời sử dụng với một chuối liên tiếp 8 bít gọi là chip Chúng ta cũng giả thiết rằng chuỗi liên tiếp này cũng là tín hiệu điều chế BPSK Kết quả của phép nhân này sẽ cho ta dữ liệu với tốc độ 8xR và có cùng tính ngẫu nhiên (giả tạp âm) nh- chuỗi trải phổ Trong tr-ờng hợp này, việc trải phổ đ-ợc thực hiện với hệ số trải phổ = 8 Tín hiệu băng rộng sau trải phổ sẽ đ-ợc truyền đến phía thu qua kênh vô tuyến

Trong quá trình giải trải phổ, chuỗi bít thu đ-ợc sẽ đ-ợc nhân với cùng chuỗi

8 bít trải phổ ở phía phát Nh- trên hình vẽ, tín hiệu nguyên thủy đã đ-ợc khôi phục hoàn hảo miễn là giữa phía phát và phía thu phải đồng bộ với nhau

Hình 1.16 Mối quan hệ giữa tín hiệu gốc và tín hiệu trải phổ

Cơ sở hoạt động của bộ thu t-ơng quan trong thông tin CDMA đ-ợc trình bày trên hình 1.16 Nửa trên của hình cho ta thấy tín hiệu mong muốn đ-ợc giải trải phổ và nhận đ-ợc ở phía thu

Nửa d-ới của hình 1.16 cho ta thấy hiệu quả của quá trình giải trải phổ khi ứng dụng trong CDMA Các tín hiệu không mong muốn khác khi đó sẽ đ-ợc giải