Giới thiệu hệ thống thông tin di động và xu thế phát triển truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS truy nhập mạng UMTS và triển khai hệ thống UMTS

Giới thiệu hệ thống thông tin di động và xu thế phát triển truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS truy nhập mạng UMTS và triển khai hệ thống UMTS Giới thiệu hệ thống thông tin di động và xu thế phát triển truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS truy nhập mạng UMTS và triển khai hệ thống UMTS luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Mục lục

Mục lục 1

Danh mục hình vẽ 3

Thuật ngữ viết tắt 5

Lời nói đầu 13

Chương 1 Hệ thống thông tin di động và xu thế phát triển 15

1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động 15

1.2 Hệ thống thông tin di động GSM 19

1.3 Hệ thống thông tin di động 3G phát triển từ GSM 22

1.4 Kết luận 24

Chương 2 Truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS 25

2.1 Kỹ thuật đa truy nhập 26

2.1.1 Kỹ thuật đa truy nhập băng hẹp 26

2.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập băng rộng 27

2.1.2.1 Kỹ thuật trải phổ và điều chế 30

2.1.2.2 Tác động của nhiễu băng hẹp 32

2.1.2.3 Mã định kênh 34

2.1.2.4 Mã giả ngẫu nhiên 35

2.2 Các hệ thống trải phổ 36

2.3 Dung lượng của mạng WCDMA 40

2.3.1 Dung lượng đường lên 41

2.3.2 Dung lượng đường xuống 43

2.4 Giao diện vô tuyến 44

2.4.1 Kênh truyền tải 45

2.4.1.1 Kênh riêng 45

2.4.1.2 Kênh chung 46

2.4.2 Kênh vật lý 48

2.4.2.1 Kênh Primary CCPCH 50

2.4.2.2 Kênh Second CCPCH 51

2.4.2.2 Kênh SCH 54

2.4.2.3 Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PRACH 55

2.4.2.4 Kênh PCHCH 58

2.4.2.5 Kênh DPDCH 60

2.4.2.6 Kênh CPICH 61

2.4.2.6 Kênh AICH 62

2.4.2.7 Kênh PICH 63

2.5 Kết luận 63

Chương 3 Truy nhập mạng UMTS 65

3.1 Sự phát triển từ GSM đến UMTS 65

3.2 Cấu trúc của mạng UMTS 68

3.2.1 UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access network 71

3.2.1.1 Cấu trúc của UTRAN 71

3.2.1.2 Giao thức vô tuyếndùng trong UTRAN 74

3.2.2 CN - Core Network 77

3.2.2.1 Thành phần chuyển mạch kênh 79

3.2.2.2 Thành phần chuyển mạch gói 82

3.3 Kết luận 84

Chương 4 Triển khai hệ thống UMTS 85

4.1 Nguyên lý cơ bản 87

4.1.1 Quy hoạch mạng vô tuyến 90

4.1.2 Quy hoạch mạng lõi 97

4.2 Đề xuất triển khai UMTS ở mạng VinaPhone 98

4.2.1 Hiện trạng mạng VinaPhone 99

4.2.2 Lộ trình triển khai nâng cấp mạng VinaPhone lên 3G 103

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

Danh m ục hình vẽ

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của GSM 19

Hình 1.2 Con đường phát triển từ GSM lên UMTS 23

Hình 2.1 TDMA, FDMA và CDMA 27

Hình 2.2.Nguyên tắc chung của trải phổ và điều chế 30

Hình 2.3 Sơ đồ khối khối trải phổ và giả trải phổ 32

Hình 2.4 Tác động quá trình giải trải phổ đến nhiễu băng hẹp 34

Hình 2.5 Cấu trúc cây mã định kênh 35

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của FDD và TDD 38

Hình 2.7 Dải tần số của GSM, UMTS 39

Hình 2.8 Tốc độ bit Rb thay đổi theo từng khung 10ms 50

Hình 2.9 Điều khiển công suất phát được thay đổi theo từng khe thời gian 50

Hình 2.10 Cấu trúc khung của kênh CCPCH sơ cấp 51

Hình 2.11 Cấu trúc của kênh CCPCH thứ cấp 52

Hình 2.12 Cấu trúc kênh đồng bộ SCH 54

Hình 2.13 Các khe truy nhập ngẫu nhiên 55

Hinh 2.14 Cấu trúc RACH 56

Hình 2.15 Cấu trúc phần bản tin truy nhập ngẫu nhiên 56

Hình 2.16 Cấu trúc của CPCH khi truyền 59

Hình 2.17 Cấu trúc bản tin CPCH 59

Hình 2.18 Cấu trúc khung kênh đường xuống DPCH 60

Hình 2.19 Cấu truck hung của kênh hoa tiêu 62

Hình 2.20 Cấu trúc kênh AICH 62

Hình 2.21Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi 63

Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động thế hệ 2 GSM 66

Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống mạng lõi UMTS 69

Hình 3.3 Cấu trúc giao thức vô tuyến của UTRAN 75

Hình 3.4 Thành phần UMTS phân chia theo lớp 78

Hình 3.5 Cấu trúc thành phần chuyển mạch kênh của GSM và UMTS 79

Hình 3.6 Quá trình chuyển giao trong GSM 81

Hình 3.7 Chuyển giao trong UMTS 82

Hình 4.1 Lưu lượng mềm trong WCDMA 88

Hình 4.2 Quan hệ giữa thuê bao và bán kính ô 89

Hình 4.3 Sự thay đổi kích thước, dung lượng theo tốc độ dịch vụ 89

Hình 4.4 Quy hoạch mạng UMTS 91

Hình 4.5 Số bản tin MMS trong giờ cao điểm 101

Hình 4.6 Số phiên truy nhập Internet trong 1 giờ cao điểm 102

Hình 4.7 Dự đoán số lượng thuê bao đến năm 2007 103

Hình 4.8 Lộ trình phát triển từ GSM đến WCDMA 104

Hình 4.9 Lộ trình phát triển của VinaPhone 107

Hình 4.10 Giải pháp UMTS cho mạng VinaPhone 109

Thuật ngữ viết tắt

2G 2th Generation Thông tin di động thế hệ thứ 2 3G 3Th Generation Thông tin di động thế hệ thứ 3

AC Admission Control Điều khiển cho phép

ACCH associated Control

AP Access Preamble Tiền tố truy nhập

ARQ Automatic Repeat

Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bite Error Rate Tỷ lệ lỗi bít

BMC Broadcast/Multicast

Control

Điều khiển quảng bá/đa quảng bá

BPSK Binnary phase ship

Kênh điều khiển chung

CCH Control Channel Kênh điều khiển

Kênh truyền tải hỗn hợp

CD-ICH Collision Detection

Indication Channel

Kênh chỉ thị tìm xung đột

CDMA Code division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CP Control Plane Phần điều khiển

CPCH Common Packet

Channel

Kênh gói chung

CPICH Common Pilot

DCA Dynamic Channel

Control

Kênh điều khiển động

DCCH Dedicated Control

Channel

Kênh điều khiển riêng

DCH Dedicated Channel Kênh dùng riêng

Thu không liên tục

DS-CDMA Direct Spreading

Code division Multiple Access

Mã hoá tốc độ nâng cao

EIRP Equivalent isotropic

Radiated Power

Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng

FACH Forward Access

FDD Frequency Division

Duplex

Ghép song công phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division

Multiplex Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FER Frame error rate Tỷ lệ lỗi khung

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

IETF Internet

Engineering Task Force

Nhóm đặc trách về kỹ thuật internet

IMSI International

Mobile Subscriber Identity

Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IMT-2000 International Mobile

Telecommunication-2000

Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu

2000

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-136 North American

TDMA

Chuẩn TDMA của Bắc Mỹ

IS-2000 New version of

CDMA

Chẩn 3G cho CDMA

IS-95 North American

version of CDMA standard

Chuẩn CDMA của Bắc Mỹ

ISDN Integrated Service

Digital Network

Mạng dịch vụ số thích hợp

L1 Physical layer Lớp vật lý

L2 Radio Data Link Layer Lớp truyền dữ liệu

L3 Radio Network Layer Lớp mạng

LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối logic

Control

Điều khiển truy nhập môi trường

Mcps Mega chips per second Tốc độ chip trong 1 giây

ME Mobile Equipment Thiết bị di động đầu cuối

NAS Non-Access Stratum Tầng không truy nhập

NBAP Node B application

Part

Giao thức ứng dụng của nút B

ODMA Opportunity Drive

MultipleAccess

Đa truy nhập theo cơ hội

OVSF Orthogonal Variable

Spreading Factor

Hệ số trải phổ trực giao khả biến

PACCH Packet Accociate Control

PCCCH Packet Common Control Kênh điều khiển chuyển mạch gói

Channel chung PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi

PCCPCH Primary CCPCH Kênh vật lý điều khiển chung sơ

cấp PCH Paging Control Channel Kênh tìm gọi

PCPCH Physical Common Packet

Channel

Kênh gói chung vật lý

PDSCH Physical DSCH Kênh dùng chung vật lý đường

xuống PDU Packet Data Unit Đơn vụ số liệu giao thức

PICH Page Idication CHannel Kênh chỉ thi tìm gọi

PLMN Public Land Mobile

PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha

QoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature/Quaternary

Phase Shift Keying

Khoá chuyển khoa vuông góc.Khoá dịch pha cầu phương

RACH Random Access CHannel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Hệ thống truy nhập vô tuyến

RANAP Radio Access Network

Application Part

Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến Báo hiệu mạng truy nhập vô tuyến tại Iu

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển đoạn nối vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến RRM Radio Resource

Management

Quản lý tài nguyên vô tuyến

RTCP RTP Control Protocol Giao thức điều khiển dịch vụ thời

gian thực RTP Real time Transport

Protocol

Giao thức truyền tải thời gian thực

S-CCPCH Secondary CCPCH Kênh điều khiển chung thứ cấp SCH Synchronisation Channel Kênh đồng bộ

SDU Service Data Unit Khối số liệu dịch vụ

SDCCH Standalone Dedicated

Control Channel

Kênh điều khiển riêng độc lập

SF Spreading Factor Hệ số trải phổ

SFN System Frame Number Số khung của hệ thống

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi đầu phiên

SMS Short Mesage Service Dịch vụ nhắn tin

SRNC Serving Radio Network

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo

thời gian

TDMA Time Division Multiplex

Tổ hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI Transport Format

Combination Indicator

Chỉ thị tổ hợp khuôn dạng truyền tải

TFI Transport Format Idicator Nhận dạng khuôn dạng truyền tải TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TDPCH Transmit Diversity Pilot

CHannel

Kênh hoa tiêu phân tập phát

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

USIM UMTS Subscriber Identity

Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

WCDMA Wideband Code Division

Multiplex Access

Đa truy nhập vô tuyến phân chia theo mã băng rộng WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây

Lời nói đầu

Từ những năm đầu của thập kỷ 1990, kỹ thuật thông tin di động đã có những bước chuyển mình rõ rệt: từ kỹ thuật tương tự sang số, từ các dịch vụ thoại đơn giản đến các dịch vụ đa phương tiện… Có được như vậy là do những phát triển vượt bậc của các công nghệ then chốt trong thông tin và nhu cầu ngày càng tăng về truyn nhập Internet qua vô tuyến, với các yêu cầu chất lượng cao

Để đáp ứng yêu cầu mới, chúng ta cần phát triển các hệ thống có dung lượng truyền dẫn đạt tốc độ cao, từ vài kb/s cho thoại đến tốc đỗ cỡ Mb/s cho các dịch vụ đa phương tiện, bao gồm truyền hình ảnh động, nhưng vẫn đảm bảo tiết kiệm phổ tần số tối đa Các hệ thống di động toàn cầu như GSM, CDMA

đã giúp cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu nhưng ở tốc độ thấp Chính vì vậy Liên minh Viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) đã đưa

ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thứ ba IMT-2000 (International Mobile Telephony 2000) năm 1992 nhằm đạt được các mục tiêu chính sau:

• Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông rộng như Internet và các dịch vụ đa phương tiện

• Linh hoạt để đảm bảo có khả năng cung cấp các dịch vụ mới, mở rộng khả năng thông tin của các hệ thống thông tin di động

• Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện

Và hệ thống UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) sẽ là bước phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC… Để đáp ứng đuợc các yêu cầu trên, UMTS

có nhiều thay đổi so với mạng GSM nhưng đồng thời vẫn phải tương thích với

hệ thống GSM đang hoạt động Luận văn sẽ đề cập đến công nghệ dùng trong mạng UMTS, thông qua đó đánh giá tình hình và đưa ra hướng phát triển cho quá trình quá độ lên 3G của các mạng thông tin di động tại Việt Nam

Luận văn bao gồm 4 chương chính:

• Chương một khái quát chung về hệ thống thông tin di động 3G và UMTS

• Chương hai sẽ đề cập đến công nghệ dùng trong UMTS, các nguyên lý cơ bản của nó như trải phổ, cấu trúc truy nhập vô tuyến

• Chương ba tập trung vào các thành phần mạng, giao thức truy nhập mạng

• Chương bốn sẽ nghiên cứu quá trình triển khai một mạng UMTS

và đưa ra một giải pháp cho quá trình tiến lên mạng 3G sử dụng công nghệ UMTS cho mạng di động trong nước

Tác giả cũng xin cám ơn sâu sắc tới thày giáo hướng dẫn của tôi PGS-TS Nguyễn Đức Thuận đã hướng dẫn tôi và đóng góp những ý kiến quí báu trong suốt thời gian làm luận văn

Bài luận văn không thể tránh khỏi các lỗi, tác giả xin tiếp thu các ý kiến của các giảng viên và các bạn

Chương 1

Hệ thống thông tin di động

và xu thế phát triển

1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động

Thông tin di động như chúng ta thấy ngày nay chỉ thực sự bắt đầu vào cuối những năm 70 của thế kỷ trước bằng việc triển khai một hệ thống thử nghiệm ở Chicago (Mỹ) năm 1978 Hệ thống dùng công nghệ AMPS (Advanced Mobile Phone Service), hoạt động ở băng tần 800 Mhz Anh quốc cũng giới thiệu một công nghệ khác vào năm 1985, công nghệ này là TACS (Total Access Communications System), hoạt động ở băng tần 900MHz, về cơ bản, nó chính là một phiên bản được sửa đổi từ AMPS Hệ thống của Châu Âu dùng công nghệ NMT (Nordic Mobile Telephony - Điện thoại di động Bắc Âu), hoạt động ở băng tần 450 Mhz Sau đó một phiên bản của NMT được phát triển

và hoạt động ở băng tần 900 Mhz gọi là NMT900 Đó là các hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ nhất với tính năng cơ bản là thoại Đặc điểm chính của các

hệ thống này đều sử dụng kỹ thuật tương tự Với thế hệ thứ nhất, thị trường thông tin di động đã phát triển tới gần 20 triệu thuê bao năm 1990

Thông tin di dộng nhanh chóng trở thành một phần quan trọng trong đời sống Và thế hệ thứ hai đã ra đời bởi yêu cầu tăng chất lượng truyền sóng, khả năng của hệ thống cùng với đòi hỏi mở rộng vùng phát sóng Không chỉ thoại vô tuyến mà giờ đây nhu cầu truyền dữ liệu như fax, tin nhắn và dữ liệu cũng đã tăng Thế hệ thứ hai bao gồm GSM, AMPS số (D-AMPS), CMDA (Code Division Multiple Access), PDC (Personal Digital Communication) Hai công

nghệ thành công nhất của thế hệ này là IS-95 CDMA và GSM (Global System for Mobile Communication) Mỗi công nghệ lại đi theo những hướng rất khác nhau

Mạng di động GSM là một ví dụ điển hình Nó đã phát triển nhanh chóng

ở Châu Âu và Châu Á GSM đã đạt tới 250 triệu thuê bao năm 1992 với 140 nước và 400 mạng GSM là tiêu chuẩn thông tin di động được ETSI xây dựng từ những năm 1990 Đây là tiêu chuẩn được ứng dụng nhiều nhất trong các mạng di động hiện nay Đặc trưng của công nghệ GSM là dùng kỹ thuật đa truy nhập phân phân chia theo thời gian Mỗi sóng mang được chia làm 8 khe thời gian, mỗi thuê bao di động trong ô được cấp một khe thời gian để liên lạc Theo chuẩn GSM, độ rộng băng tần của một sóng mang là 200 KHz Mỗi trạm thu phátBTS (Base Transceiver Station) có thể có một hay nhiều sóng mang Dải tần của GSM được phân bổ ở các tần số 800MHz, 900 MHz, 1800MHz, 1900MHz

Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng GSM đạt được:

- Các dịch vụ mang mới và cải thiện các dịch vụ liên quan

đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Swiched Data), dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS: General Packet Radio Service) và số liệu 14.4Kbps

- Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như: Codec

tiếng toàn tốc cải tiến (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng

- Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị

tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

- Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short

Massage Service) như: móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS

- Các công việc liên quan tới tính cước như: các dịch vụ trả

tiền trước, tính cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình

- Tăng cường công nghệ SIM

Bên cạnh đó, hệ thống CDMA cũng đạt được những thành công to lớn và đặc biệt là công nghệ mà nó dùng để truyền tải vô tuyên thông tin người dùng CDMA là kỹ thuật cho phép nhiều người sử dụng cùng lúc chia sẻ chung một tần số Rõ ràng là nếu nhiều người sử dụng một tần số vào cùng một thời điểm,

họ sẽ gây nhiễu lẫn nhau Vấn đề là làm sao để tách được tín hiệu của một người sử dụng ra khỏi các tín hiệu khác trên cùng một tần số Điều này có thể thực hiện nếu tín hiệu của mỗi người sử dụng được điều chế với một chuỗi mã duy nhất có tốc độ bít cao hơn rất nhiều tốc độ của thông tin được gửi Ở đầu thu, thông tin về chuỗi mã dùng để điều chế tín hiệu thông tin tương ứng cho phép thông tin cần thu được giải mã thành công Đây là một kỹ thuật tiên tiến

và có nhiều ưu điểm mà đặc biệt là tính bảo mật của chúng

Hiện nay, hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động của Việt Nam như VinaPhone, MobilePhone, Viettel đều sử dụng công nghệ GSM

Tuy nhiên cùng với sụ phát triển của công nghệ thông tin, và đòi hỏi của người dùng, các hệ thốn thông tin di động thứ hai đều gặp giới hạn Liên minh Viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) đã đưa ra đề

án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thứ ba IMT-2000 Các yêu cầu được đặt ra cho hệ thống thong tin di động thứ ba là:

• Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông rộng như Internet và các dịch vụ đa phương tiện

• Linh hoạt để đảm bảo có khả năng cung cấp các dịch vụ mới, mở rộng lhả năng thông tin của các hệ thống thông tin di động

• Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo

sự phát triển lien tục của thong tin di động

Thông tin di độngthế hệ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ xung các hình ảnh để trở thành thoại có hình Nó sẽ đòi hỏi có băng thông dữ liệu lớn hơn, chất lượng cuộc gọi tốt hơn, các dịch vụ đa phương tiện nhiều hơn và có khả năng phục vụ nhiều thuê bao hơn

Các yêu cầu đặt ra là tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông rộng như Internet và các dịch vụ đa phương tiện, linh hoạt để đảm bảo có khả năng cung cấp các dịch vụ mới, mở rộng khả năng thông tin của các hệ thống thông tin di động và tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện

cdma2000 ARIB /

Giao diện vô

tuyến 3G cdma2000 W-CDMA

UTRA (WCDMA/

TD-CDMA)

IS-136+/ HS/ 136+HS Giao diện

136-mạng 3G

ANSI-41 nâng cấp

MAP GSM nâng cấp

MAP GSM nâng

cấp

ANSI-41 nâng cấp Các cơ quan

tiêu chuẩn

TIA TR-45 (được CDG hỗ trợ)

TIA TR-45 (được UWCC

hỗ trợ)

Bảng 1.1 Các đề xuất IMT-2000

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thê hệ thứ ba đã đựoc đề xuất nhưng hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thong tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, … CDMA2000 là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thong tin di động thế hệ thứ hai sử dung công nghê CDMA như IS-95

1.2 Hệ thống thông tin di động GSM

Hệ thống GSM được chia làm hai phần chính: Hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc (BSS) Mỗi phần này lại được chia thành các khối chức năng, mỗi khối chức năng thực hiện một hoặc một tập các chức năng riêng Phần BSS bao gồm BTS, BSC và TRAU Phần SS bao gồm các khối chức năng còn lại

Hình 1.1 C ác thành phần cơ bản của GSM

SS: (Switching System)

AUC: (Authentication Center)

VLR: (Visitor Location Register) HLR:

(Home Location Reginster)

EIR: (Equipment Identity Register)

Hệ thống chuyển mạch Trung tâm nhận thực

Bộ ghi định vị tạm trú

Bộ ghi định vị thường trú

Bộ nhận dạng thiết bị

MSC: (Mobile Switching Center)

BSS: (Base Station System)

BTS: (Base Transceiver Station)

BSC: (Base Station Controller)

MS: (Mobile Station) Máy di động

OSS: (Operation and Support System)

ISDN: (Intergrated Services Digital

PLMN: ( Public Land Mobile Network)

Trung tâm chuyển

Hệ thống trạm gốc Trạm thu phát gốc

Bộ điểu khiển trạm gốc Máy di động

Hệ thống khai thác và hỗ trợ Mạng số tổ hợp đa dịch vụ Mạng chuyển mạch gói công cộng Mạng chuyển mạch kênh cộng cộng Mạng chuyển mạch thoại công cộng Mạng di động mặt đất công cộng

Cũng như các hệ thống thông tin di động khác, phần tử nguyên tố của hệ thống là ô, hay còn gọi là tế bào (cell), mỗi cell do một trạm thu phát gốc (BTS) điểu khiển BTS làm việc ở một hoặc một nhóm các kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh lân cận để tránh giao thoa Nhiệm vụ của BTS là thu phát tín hiệu từ/tới MS, quản lý tìm gọi và các yêu cầu về cấp kênh vô tuyến cho

MS MS có thể di chuyển giữa các cell và nó đwược chuyển giao để tránh làm gián đoạn cuộc gọi

Bộ điểu khiển trạm gốc (BSC) quản lý một số BTS BSC điểu khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất, quản lý tìm gọi và cấp kênh vô tuyến cho MS

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) điều khiển một số các BSC MSC điểu khiển các cuộc gọi từ/tới máy di động (MS) Các MSC có chức năng cổng (Gateway MSC) được kết nối với các mạng ISDN, PSTN để

có thể đảm bảo liên lạc giữa mạng di động và các mạng bên ngoài khác

Do đặc điểm của MS là luôn di chuyển, cần phải có một bộ phận luôn cập nhật vị trí của MS để khi các máy khác tìm gọi, hệ thống có thể tìm được vị trí của MS để thiết lập kênh liên lạc Cơ sở dữ liệu về MS được lưu trữ trong bộ định vị thường trú (HLR) Khi một cá nhân đăng ký thuê bao di động, dữ liệu của thuê bao sẽ được lưu giữ trong HLR Các dữ liệu này bao gồm các thông tin

về dịch vụ của thuê bao, các thông số nhận thực, vị trí của MS Khi MS di chuyển, nó sẽ gửi các thông tin vị trí của mình tới cơ sở dữ liệu gốc của nó đặt trong HLR Khi thuê bao ở nơi khác muốn gọi đến MS, hệ thống di động sẽ gửi yêu cầu tìm vị trí của MS tới HLR để xác định xem MS hiện đang ở vùng phục

vụ nào trong mạng di động, từ đó hệ thống di động sẽ điều khiển việc kết nối giữa thuê bao gọi với MS

HLR nối với trung tâm nhận thực (AUC) Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho việc bảo mật

MSC được nối tới bộ ghi định vị tạm trú (VLR) VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC Khi MS đi vào vùng phục vụ của một MSC mới, VLR của MSC này sẽ gửi yêu cầu về các thông số của MS tới HLR HLR khi đó sẽ thông báo cho VLR các thông số của MS Đồng thời HLR cũng được VLR thông báo vị trí hiện thời của MS (MS đang ở vùng phục vụ của MSC nào) Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông số cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần phải thông qua HLR Như vậy, có thể coi VLR như một HLR tạm thời của MS Do dung lượng trao đổi thông tin giữa MSC và VLR rất lớn nên hai khối này thường được đặt ở cùng một vị trí hoặc được tích hợp lại thành một thiết bị

Mỗi MS có một SIM (Subscriber Identity Module), SIM cùng với thiết bị trạm ME (Mobile Equipment) hợp thành máy di động MS Hệ thống đăng ký với MS chính là đăng ký với SIM, tức là một thuê bao đăng ký các thông số với

mạng thông qua SIM chứ không phải thông qua ME Do đó, thuê bao có thể dùng SIM của mình nối với một ME khác để gọi Tuy nhiên, để tránh trường hợp mất cắp máy di động, hệ thống di động sử dụng bộ nhận dạng thiết bị EIR

để quản lý ME Mỗi ME có một số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI Thông số này được đăng ký và kiểm soát qua EIR Bằng cách đó, EIR có thể cấm một thiết bị có thông số không được khai báo liên lạc với hệ thống Bộ nhận dạng thiết bị (EIR) được nối với MSC qua một đường báo hiệu

Nếu có một thuê bao cố định thuộc mạng PSTN muốn liên lạc với một thuê bao di động Mạng PSTN sẽ hướng cuộc gọi này tới một MSC có chức năng cổng (GMSC) GMSC sẽ tìm ra vị trí của MS cần liên lạc bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời về địa chỉ vùng MSC/VLR nơi MS đang hoạt động GMSC sau đó có đủ thông tin để định tuyến cuộc gọi đến vùng MSC hiện đang quản lý MS MSC này sẽ hỏi VLR của nó về vị trí vùng định vị cụ thể của MS Sau đó MSC ra lệnh cho BSC ở vùng định vị của MS phát thông báo tìm gọi MS

1.3 Hệ thống thông tin di động 3G phát triển từ GSM

Quá trình ra đời của GSM được tiến hành theo tương bước (Phase) Phase1 của GSM – GSM900 đã được ETSI hoàn thiện năm 1990, nó bao gồm đầy đủ các tính năng cho một hệ thống thông tin di động thế hệ hai Tất cả các dịch vụ viễn thông như thoại, tin nhắn, truyền dữ liệu (9,6 kbps) đều là những dịch vụ rất căn bản Đến năm 1996, ETSI triển khai Phase 2 và có một số kỹ thuật tương thích với thế hệ thứ ba

Phase 2 đã bước đầu đưa vào những thuộc tính cơ bản của 3G như mạng thông minh IN (Intelligent network), các dịch vụ với ứng dụng mới theo yêu cầu (CAMEL), bộ mã hóa tiếng nói cải tiến (CODEC), kỹ thuật mã hóa toàn tốc cải tiến EFR (Enhanced Full Rate), kỹ thuật mã hóa đa tốc tương thích AMR (Adaptive multirate), các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao như HSCSD, GPRS, EDGE

Và tại IMT-2000, chuẩn UMTS đã được coi là người kế thừa của GSM

và tương thích hoàn toàn với GSM

Theo IMT-2000, kỹ thuật WCDMA sẽ được ứng dụng vào UMTS UMTS cho phép triển khai nhiều ứng dụng hơn trên nền bản của GSM hiện tại với một sự nâng cấp nhất định Nó cũng có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng Internet cho các thuê bao Theo đó, băng thông lên tới 2M cho mỗi thuê bao và có thể giúp thuê bao thực hiện cuộc gọi và các dịch

vụ trên toàn cầu

Hình 1.2 Con đường phát triển từ GSM lên UMTS

UMTS sẽ có giao diện vô tuyến mới, được gọi là UTRA (UMTS terrestrial radio access), và kỹ thuật W-CDMA sẽ được sử dụng Bên cạnh đó, UTRA cũng hỗ trợ cả kỹ thuật đa truy nhật phân chia theo thời gian và tần số

1.4 Kết luận

Hệ thông thông tin di động đã phát triển từ thế hệ thứ nhất, thứ hai và thứ

ba Việc chuyển sang hệ thống thế hệ thứ ba đang là đòi hỏi đang đặt ra do nhu cầu về chất lượng cũng như dịch vụ mới GSM đã là một hệ thốnh phát triển

nhanh nhất và UMTS được coi là người kế thừa của hệ thống GSM Chúng ta

sẽ nghiên cứu kỹ hơn về hệ thống UMTS trong chương tiếp theo

Chương 2 Truy nhập vô tuyến hệ thống UMTS

Hệ thống thông tin di động thứ ba tập trung vào việc phát triển một nền tảng thống nhất có thể giao tiếp với các loại thiết bị khác nhau, ở nhiều mức trên cả nền tảng vô tuyến cũng như chuyển mạch Điều này khiến thế hệ mới sẽ phải áp dụng các kỹ thuật mới tối ưu cho việc đa truy nhập, có thể lamg việc với các giao thức khác nhau trên cả tầng vật lý cũng các tầng khác cao hơn Chương này sẽ trình bày về nền tảng kỹ thuật đa truy nhập - phần truy nhập vô tuyến của hệ thống UMTS

Trong hệ thống thông tin di động, thông tin được truyền trên sóng vô tuyến Tài nguyên sóng vô tuyến là có hạn nhưng số lượng người sử dụng lại rất lớn nên tài nguyên này cần được phân chia đều cho người sử dụng, kỹ thuật thực hiện việc này được gọi là đa truy nhập

Như ta đã biết, UMTS được nghiên cứu và phát triển bởi nhóm ETSI vào năm 1997 Đến tháng 1 năm 1998, ETSI đã đưa ra được những tiêu chuẩn khuyến nghị cho hệ thống UMTS Hệ thống truy nhập vô tuyến của UMTS được gọi là UTRA (UMTS Terresitrial Radio Access) Nó dựa trên kỹ thuật W-CDMA (Wideband Code Division Multi-Access - kỹ thuật đa truy nhập theo

mã băng thông rộng) và TD-CDMA (Time Division Code Division Access - kỹ thuật đa truy nhập theo mã và theo thời gian) Theo khuyến nghị của ETSI :

Multi Hệ thống sẽ sử dụng kỹ thuật W-CDMA cho dải băng tần kép ( 1 băng tần cho đường up-link và 1 băng tần cho đường xuống)

- Hệ thống sẽ sử dụng kỹ thuật TD-CDMA cho dải băng tần lên (1 tần số cho cả đường lên và đương xuống)

2.1 Kỹ thuật đa truy nhập

Các hệ thống vô tuyến đều dựa trên một tài nguyên chung, đó là sóng điện từ trường, thường được gắn với phổ Trên thực tế có nhiều người sử dụng cùng chia sẻ sử dụng một nguồn tài nguyên chung Điều này có thể gây ra sự tranh chấp Các kỹ thuật đa truy nhập có thể giúp ta tránh được sự tranh chấp tài nguyên dùng chung

2.1.1 Kỹ thuật đa truy nhập băng hẹp

Hai kỹ thuật truy nhập băng hẹp cơ bản nhất là bằng cách phân chia người dùng ứng với các thời điểm khác nhau (kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA - Time Division Multi-Access) hoặc theo các tần số khác nhau (kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian FDMA - Frequency Division Multi-Access)

Kỹ thuật TDMA phân chia tài nguyên vô tuyến thành các khe thời gian Các người dùng khác nhau được phân chia sử dụng tài nguyên trong các khe thời gian khác nhau Trong khi đó, kỹ thuật FDMA phân chia phổ thành nhiều phần khác nhau, chúng được gọi là “kênh vô tuyến” và được đặc trưng bởi một tần số vô tuyến Mỗi người dùng sẽ được sử dụng một kênh trong suốt thời gian thông tin

Ưu điểm của kỹ thuật FDMA nằm ở sự đơn giản của kỹ thuật và hiệu quả

mã hóa Nhưng nó có nhược điểm là có tỷ số tín hiệu trên nhiễu thấp và không linh hoạt - tốc độ thông tin cố định và thấp Kỹ thuật TDMA cung cấp dịch vụ với tốc độ thông tin linh hoạt hơn bằng cách sử dụng một hay nhiều khe thời gian Hoạt động với các khe thời gian ghép lại thành khung nên cho phép có thời gian xử lý các tín hiệu báo hiệu Tuy nhiên kỹ thuật này đòi hỏi khả năng

xử lý cao, lọc đồng bộ thông tin giữa các khe thời gian

Trên thực tế có sự kết hợp giữa hai kỹ thuật trên để tận dụng tối đa nguồn tài nguyên vô tuyến - kỹ thuật TDMA/FDMA Băng thông được phân chia thành nhiều kênh và mỗi kênh được chia thành nhiều khe thời gian Như vậy người dùng sẽ sử dụng các khe thời gian khác nhau và các tần số khác nhau Kỹ thuật này đã được dùng trong hệ thống thông tin GSM

Hình 2.1 TDMA, FDMA và CDMA

2.1.2 Kỹ thuật đa truy nhập băng rộng

Các nhược điểm và giới hạn của kỹ thuật đa truy nhập băng hẹp đã được khắc phục bằng thuật đa truy nhập băng rộng Ở đây, toàn bộ băng thông được dành cho người dùng, ngay cả khi nó lớn hơn băng thông tối thiểu cần thiết để truyền thông tin Đó chính là điểm chính của kỹ thuật CDMA – đa truy nhập phân chia theo mã

Kỹ thuật CDMA khác so với hai kỹ thuật cơ bản ở trên, nó cho phép người dùng sử dụng được ở cùng một tần số và cùng một thời điểm Hệ thống

sẽ phân chia người dùng bằng cách gán cho mỗi người một mã khác nhau Thông qua các mã khác nhau, thông tin người dùng sẽ được mã hóa duy nhất và

do đó phân biệt được với các người dùng khác Tài nguyên cơ bản ở đây là các

mã Các tín hiệu ứng với một người dùng sắp được truyền đi sẽ được nhân với

một đoạn mã đặc biệt duy nhất ứng với người đó Quá trình này được gọi là quá

trình trải phổ Tốc độ của đoạn mã được gọi là tốc độ chip, và tốc độ này cao

hơn tốc độ thông tin rất nhiều lần Các bit nhận được sau quá trình trải phổ

được gọi là chips Các mã gán cho các người dùng được lựa chọn sao cho có rất

ít sự tương quan giữa chúng Kết quả là với điều kiện lý tưởng, quá trình thu nhận lại thông tin người dùng, quá trình giải trải phổ, sẽ loại bỏ tất cả các hiệu ứng nhiễu và thu nhận lại dúng tín hiệu cần thiết

Hệ thống UMTS sẽ sử dụng phương thức CDMA Đây là một kỹ thuật cải tiến từ CDMA cho phép có nhiều ưu điểm hơn GSM Các đặc điểm của WCDMA bao gồm:

• Tốc độ bit có thể đạt được 2 Mbps

• Tốc độ bit thay đổi tuỳ theo yêu cầu độ rộng băng thông

• Các dịch vụ có yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau có thể ghép được lên trên một kết nối, như thoại, video, và dữ liệu gói

• Trễ được xử lý động từ các yêu cầu dịch vụ thoại với thời gian thực tới các dịch vụ chuyển mạch gói

• Yêu cầu chất lượng dịch vụ trong một khoảng rộng, từ 10% FER tới 10-6

• Hiệu quả sử dụng phổ cao

• Khả năng đồng qui hoạch giữa FDD và TDD

Ta có thể tham khảo bảng 2.1 để so sánh sự khác biệt chính giữa hai hệ thống GSM và WCDMA Có thể thất rõ ưu điểm nổi bật nhất của WCDMA là tốc độ bit dữ liệu cao, linh hoạt đáp ứng được không chỉ các nhu cầu dịch vụ

thoại mà còn cả các dịch vụ đa phương tiện như duyệt web, các dịch vụ số kliệu khác Ngoài ra hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ WCDMA còn có

hệ số sử dụng lại tần số là 1 Điều này không thể có trong hệ thống di động thế

Không hỗ trợ bởi chuẩn

Bảng 2.1 Sự khác nhau giữa W-CDMA và GSM

Đường lên là 800 Hz, cón đường xuống điều khiển chậm Đồng bộ BS Không yêu cầu Yêu cầu

Chuyển giao giữa các tần

số

Hỗ trợ Có thể nhưng không được

chuẩn hoá

Thuật toán quản lý tài

nguyên vô tuyến hiệu quả

Hỗ trợ Không yêu cầu do chỉ hỗ trợ

dịch vụ thoại

Dữ liệu gói D ựa vào tải T ruyền dẫn dữ liệu gói như

các cuộc gọi ngắn

Phân tập phát Hỗ trợ để tăng lưu

lượng đường xuống

Không hỗ trợ bởi chuẩn

Bảng 2.2 So sánh giữa W-CDMA và CDMA

2.1 2.1 Kỹ thuật trải phổ và điều chế

Nguyên tắc của trải phổ và điều chế được minh họa trên hình 2.2 Phần phát và phần thu được chia thành hai thành phần Phần phát bao gồm bộ điều chế và trải phổ Bộ điều chế có nhiệm vụ điều chế tín hiệu cơ sở băng hẹp Sn với độ rộng băng Wi, dãy tín hiệu cơ sở có độ dài n bit này được tạo thành các khối dấu hiệu (symbol) có độ dài 2n

bit và băng tần như tín hiệu cơ sở ban đầu Bước thứ hai là trải phổ, tại đây tín hiệu băng hẹp cơ sở sẽ được trải phổ thành tín hiệu băng rộng, mà độ rộng của Wc lớn hơn Wi rất nhiều bằng cách nhân tín hiệu thông tin với

Hình 2.2.Nguyên tắc chung của trải phổ và điều chế

Ta ký hiệu tín hiệu đã được trải phổ là sW, và quá trình trải phổ là ε() Sau đó tín hiệu được truyền trên kênh truyền dẫn và bị tác động bởi nhiễu và tạp âm, ở đây ta ký hiệu là i(t) và n(t) Điều quan trọng cần chú ý ở đây là dải thông để truyền tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với dải thông cần thiết

Ta gọi tỷ số giữa độ rộng băng tần của bộ diều chế và độ rộng băng tần của tín hiệu cần truyền là độ lợi xử lý (Processing Gain) – PG:

(2.1)

Ta thường biểu diễn PG theo dB = 10lg(PG) [dB]

Vì Wc lớn hơn Wi rất nhiều lần nên dải thông để truyền tín hiệu đi trên thực tế là rất lớn Giá trị của PGcó thể từ vài lần đến vài trăm lần

Tỷ số giữa số lượng chip được đưa vào bộ trải phổ ứng với một bit thông tin thực tế được định nghĩa là hệ số trải phổ (Spreading Factor) Trong hệ thống

UMTS, hệ số này tỷ lệ với độ dài của chuỗi số dùng để phân biệt các thuê bao với nhau

Chúng ta cần phân biệt độ lợi xử lý PG và hệ số trải phổ SF Hệ số trải phổ chỉ liên quan tới duy nhất quá trình trải phổ tức là quá trình nhân tín hiệu thông tin với một chuỗi bit duy nhất phân biệt giữa các người dùng Trái lại, độ lợi xử lý PG bao gồm cả các quá trình xử lý tín hiệu từ thông tin đầu vào băng hẹp đến tín hiệu băng rộng được phát ra trên anten Như vậy các thông tin như

mã sửa lỗi (Error Correction Codes), các thuật toán điều chế tín hiệu cùng với quá trình trải phổ đều nằm trong độ lợi xử lý PG Như vậy độ lợi xử lý có liên quan tới khả năng của kỹ thuật CDMA trong việc giảm nhiễu (interference), trong khi đó hệ số trải phổ lại liên quan tới số chuỗi số được dùng để phân biệt các thuê bao và do đó ảnh hưởng tới số thuê bao tối đa có thể phục vụ Một hệ

thống trải phổ có hệ số trải phố càng lớn thì khả năng lọc nhiễu của nó càng cao Trong WCDMA thì Wclà 3,84 Mcps và độ rộng băng tần là 5 MHz

Hình 2.3 Sơ đồ khối khối trải phổ và giả trải phổ

Tại đầu thu tín hiệu thu được đầu tiên sẽ được giải điều chế nén phổ Sau

đó tín hiệu sẽ được giải trải phổ, đây là quá trình ngược lại của quá trình trải phổ tại đầu phát, tín hiệu băng rộng Sw sẽ được nén ngược trở lại thành tín hiệu

có băng tần hẹp, quá trình nén này chúng ta kỹ hiệu là ε-1

()=ε() Quá trình này được thục hiện bằng cách nhân tín hiệu với chuỗi mã băng rộng Sau quá trình này sẽ thu được tín hiệu nguyên gốc ban đầu

Đầu tiên quá trình trải phổ và nén phổ chỉ có mục đích để tín hiệu có khả năng truyền dẫn theo phương pháp đa truy nhập theo mã CDMA, nhưng trong quá trình trải phổ tín hiệu chúng ta đã thu được tín hiệu băng rộng với nhiều tín năng khác với tín hiệu băng hẹp Ta sẽ đề cập tới ở những mục tiếp theo sau các đặc trưng của quá trình trải phổ

2.1.2.2 Tác động của nhiễu băng hẹp

Phương thức giải trải phổ có tác động tốt tới nhiễu băng hẹp, chúng ta có thể thấy thông qua hình 2.4 Giả sử có nhiễu băng hẹp phát sinh trong quá trình truyền tín hiệu Ở đầu thu, ta cần giải trải phổ để thu được tín hiệu thông tin cần lấy như đã đề cập ở trên, quá trình giải trải phổ thực chất là nhân tín hiệu thu

được với chuỗi mã nhận dạng duy nhất Quá trình này về nguyên lý giống hệt như quá trình trải phổ Như vậy tại quá trình trải phổ, cùng lúc tín hiệu mong muốn được giải trải phổ thì nhiễu lại được nhân với dòng bit tốc độ cao và do

đó được trải phổ và giảm mật độ phổ công suất Bằng cách sử dụng một bộ lọc thông thấp, ta có thể thu được tín hiệu thông tin đồng thời công suất nhiễu cũng được giảm đi tương đương với độ lợi xử lý PG Điều này được thể hiệu trên hình 2.4

Ta ký hiệu tín hiệu thu tại đầu thu là Sw bao gồm tín hiệu phát Sn và tín hiệu nhiễu băng hẹp in , khi đó quá trình nén tín hiệu tại đầu thu có thể được miêu tả như sau:

Như vậy quá trình nén tín hiệu tại đầu thu trong hệ thống trải phổ sẽ biến tín hiệu thu được thành tổng hai tín hiệu: tín hiệu mong muốn băng hẹp và tín hiệu nhiễu băng hẹp trên đường truyền băng rộng Do vậy nếu sau bộ nén tín hiệu ta cho tín hiệu di qua bộ lọc có độ rộng băng là độ rộng của tín hiệu mong muốn Withì kết quả thu được sẽ là:

Từ công thức trên ta nhận thấy chỉ có một phần rất nhỏ tín hiệu nhiễu băng hẹp được đi qua bộ lọc do độ rộng băng trải phổ tín hiệu Wc lớn hơn rất nhiều độ rộng băng tần của tín hiệu phát Tức là khả năng chống nhiễu trong hệ thống trải phổ đã được cải thiện đáng kể Ta gọi tỷ số giữa độ rộng băng tần của

bộ diều chế và độ rộng băng tần của tín hiệu cần truyền là độ lợi xử lý (Processing Gain) – PG:

(2.4)

Ta thường biểu diễn PG theo dB = 10lg(PG)

Hình 2.4 Tác động quá trình giải trải phổ đến nhiễu băng hẹp

Wc còn được gọi là tốc độ chip (Chip Rate) và Wi là tốc độ dữ liệu cần truyền (carrier raster) Độ lợi xử lý còn được gọi là hệ số trải phổ SF (Spreading Factor), nó có tầm quyết định quan trọng trong việc giảm nhiễu băng hẹp phát sinh trên đường truyền

2.1.2.3 Mã định kênh

Để phân biệt tín hiệu truyền dẫn từ các nguồn khác nhau như từ các đường lên và đường xuống của các thuê bao Trong WCDMA người ta dùng các mã định kênh, các mã này được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật hệ số trải phổ khả biến trực giao OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) Việc sử dụng

OVSF cho phép lựa chọn các hệ số trải phổ khác nhau và đảm bảo tính trực giao giữa các mã trải phổ có độ dài khác nhau (xem hình 2.4)

Hình 2.5 Cấu trúc cây mã định kênh

Các mã định kênh trong hình được ký hiệu là Cch, SK, k, trong đó ch là kênh, SF là hệ số trải phổ và k là số thứ tự mã nằm trong khoảng 0<= k <= SF-

1 Mỗi lớp của cây cung cấp các mã định kênh có hệ số trải phổ như nhau Khi kết nối sử dụng OVSF, nếu mã được lựa chọn đúng thì nén phổ sẽ được thực hiện theo hệ số trải phổ nhỏ nhất Để thực hiện điều này chỉ cần chọn các mã định kênh trên cây từ nhánh được chỉ thị bởi mã có hệ số trải phổ nhỏ nhất Cần phải chú ý khi chọn các mã định kênh để truyền dẫn cho một nguồn, là kênh vật

lý chỉ có thể sự dụng một mã trong cây nếu không có kênh vật lý nào khác đang

sử dụng một mã ở nhánh duới, nói một cách khác khi lựa chọn một mã định kênh trên cây thì cây phụ sẽ bị chặn tức là không thể sử dụng một hệ số trải phổ nhỏ hơn trên đường dẫn tới gốc mã

2.1.2.4 Mã giả ngẫu nhiên

Mã định kênh chỉ có thể sử dụng một cách hiệu quả khi khi các kênh được đồng bộ hóa chính xác tới mức bit Sự mất tương quan chéo, ví dụ có tác động đa đường, sẽ được bù lại trong WCDMA bằng quá trình ngẫu nhiên Mã ngẫu nhiên trong ô trên đường xuống và các thuê bao khác nhau trên đường lên

thì khác nhau Mã hóa ngẫu nhiên có tính tương quan tốt, chúng không ảnh hưởng đến độ rộng băng tần

2.2 Các hệ thống trải phổ

Có ba hệ thống trải phổ cơ bản: trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Diresct Sequence Spectrum System), trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum System) và hệ thống nhảy tần thời gian THSS (Time Hopping Spread Spectrum System) Ngoài ra còn có thể kết hợp các hệ thống trải phổ trên thành các hệ thống trải phổ lai Hệ thống trải phổ được sử dụng rộng rãi trong thông tin di động là hệ thống trải phổ trực tiếp DSSS, còn được viết tắt là DS-CDMA

Trong hệ thống DSSS tín hiệu được trải phổ thông qua hai bước, trước hết tín hiệu được điều chế với độ rộng băng tần là độ rộng băng tần cơ sở tín hiệu, sau đó tín hiệu đã được điều chế sẽ được trải phổ thành tín hiệu băng rộng bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chíp (Wc lớn hơn rất nhiều so với tốc độ của tín hiệu cơ sở cần phát Do hệ thống di động thế hệ thứ ba yêu cầu phải phục vụ được số lượng thuê bao lớn, nên quá trình trải phổ được thực hiện thông qua hai bước Trước hết tín hiệu cần được trải phổ được nhân với mã định kênh (Channelisation code) Các mã định kênh này được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật hệ số khá biến trực giao OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor) dựa vào ma trận mã Hadamard Đặc điểm của mã định kênh này là luôn tồn tại hai mã trên cùng một cây mã mà chúng hoàn toàn trực giao với nhau về mặt pha Do vậy chúng đảm bảo được số lượng thuê bao cực đại Sau đó tín hiệu được nhân với một dãy giả ngẫu nhiên Tín hiệu sau khi di qua bộ nhân này sẽ bằng phẳng về mặt phổ, không có những điểm lồi lõm trong phổ

Trong hệ thống DSSS, ta có thể dùng bộ thu RAKE để loại bỏ nhiễu do fading (nhiều tín hiệu đến đầu thu tại các thời điểm khác nhau) Thêm vào đó,

hệ thống DSSS có khả năng chống nhiễu cao hơn các hệ thống FDMA, TDMA

Điều này giúp cải thiện đáng kể việc quy hoạch tần số trong mạng và loại bỏ nhiễu giữa các cell lân cận Với DSSS, các cell lân cận có thể dùng chung một tần số, điều này không thể áp dụng cho hệ thống FDMA, TDMA Hơn nữa, hệ thống DSSS có lợi hơn cho việc truyền thoại do tối ưu với việc giao tiếp thoại

so với các hệ thống FDMA, TDMA

Để có thể tận dụng ưu điểm của các phương tức đa truy nhập cơ bản TDMA, FDMA và phương thức đa truy nhập băng rộng CDMA, người ta kết hợp các phương pháp trên để cho các phương pháp đa truy nhập lai Trong phần tới ta sẽ đề cập tới phương pháp WCDMA và TD/CDMA, đó là hai phương thức đa truy nhập được ETSI khuyến nghị dùng trong hệ thống UMTS

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba sử dụng công nghệ WCDMA có hai chế độ: chế độ ghép song công chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian TDD (Time Division Duplex)

Phương pháp FDD là phương phát được sử dụng phổ biến nhất trong các

hệ thống di động tổ ong FDD đòi hỏi các băng tần tách biệt cho đường lên và đường xuống Phương pháp TDD sử dụng chung một băng tần số nhưng luân phiên thay đổi phương truyền theo thời gian Chế độ ghép song công phân chia theo thời gian TDD cho phép hệ thống hoạt động ở phổ một tần số trong khi FDD sử dụng hai tần số Khác với FDD phải sử dụng cặp sóng mang truyền dẫn song công, TDD chỉ sử dụng một sóng mang cho truyền dẫn song công Sự khác nhau về phân bổ tần số ở FDD và TDD được thể hiện ở hình 2.7 Bản chất của việc phân chia hai chế độ này là lý do tạo cho nhà cung cấp khả năng linh hoạt về tần số vì trên thực thế tài nguyên tần số có hạn và ngày càng được sử dụng TDD giúp cho nhà cung cấp có thể hoạt động mà ít tốn băng tần số hơn

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của FDD và TDD

Phương pháp đa truy

nhập

Khái niệm đa tốc độ Đa mã, đa khe thời gian và hệ

số trải phổ khả biến OVSF