Mạng thông tin di động 3g IMTS

PICH PLMN Forward Access Channel Frequency Division Duplex Frequency Division Multiplex Access Frequency Hopping-CDMA Fast Power Control Gateway GPRS Support Node Gateway MSC General Pak

- PROEUNG NIENG

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix

LỜI NÓI ĐẦU x

TÓM TẮT LUẬN VĂN xii

Chương 1 Tổng quan về hệ thống 3G-UMTS 1

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống TTDĐ 3G 1

1.1.1 Thế hệ thứ nhất 1

1.1.2 Thế hệ thứ hai 2

1.1.3 Thế hệ thứ ba 3

1.2 Tiêu chuẩn IMT-2000 cho mạng 3G-UMTS 4

1.3 Cấu trúc mạng UMTS 10

1.3.1 Thiết bị đầu cuối mạng UE 11

1.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 11

1.3.3 Mạng lõi CN 17

Chương 2 Kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA 21

2.1 Kỹ thuật trải phổ 21

2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ 21

2.1.2 Mã PN 24

2.1.3 Các phương thức trải phổ 25

2.2 Công nghệ CDMA 30

2.2.1 Khái niệm CDMA 30

2.2.2 Các đặc tính CDMA 31

2.2.3 CDMA băng rộng 35

Chương 3 Giao diện vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến 38

3.1 Giao diện vô tuyến 38

3.1.2 Các kênh truyền tải và sắp sếp chúng lên các kênh vật lý 41

3.1.3 Cấu trúc kênh vật lý 45

3.1.4 Cấu trúc vật lý trong W-CDMA 54

3.2 Kỹ thuật vô tuyến 63

3.2.1 Vấn đề điều khiển công suất 63

3.2.2 Vấn đề chuyển giao 68

Chương 4 Định cỡ mạng 3G-UMTS 74

4.1 Cơ sở của việc định cỡ mạng 74

4.2 Nguyên lý của việc định cỡ mạng 74

4.3 Các tham số cho lưu lượng đa dịch vụ 76

4.4 Vấn đề lập kế hoạch cho vùng phủ sóng 77

4.4.1 Ý tưởng về vùng phủ sóng 77

4.4.2 Những giả định về tham số mạng vô tuyến 78

4.5 Đặc tính của mạng di động tế bào UMTS 78

4.5.1 Dung lượng lý thuyết 78

4.5.2 Ảnh hưởng của tải lân cận 79

4.5.3 Tính toán suy hao đường truyền 80

4.5.4 Phân tích vùng phủ sóng 85

4.6 Định cỡ giao diện RNC 87

4.6.1 Định cỡ giao diện Iub 87

4.6.2 Dung lượng RNC 89

Chương 5 Vấn đề quản lý tài nguyên mạng 3G-UMTS 91

5.1 Quản lý công suất 91

5.2 Quản lý mạng 93

5.2.1 Giới thiệu chung về quản lý mạng 93

5.2.2 Đặc điểm trong quản lý mạng 93

5.2.3 Chức năng của một hệ thống quản lý mạng 94

5.2.4 Tối ưu hoá mạng 95

Chương 6 Triển khai mạng 3G ở Cămpuchia 97

6.1 Tổng quan 97

6.2 Cơ hội 98

6.2.1 Công nghệ 3G 98

6.2.2 Dịch vụ giá trị gia tăng (VAS) 97

6.2.3 Cung cấp mạng Internet 98

6.2.4 Một số nhà đầu tư gần đây 98

6.3 Đặc điểm của thị trưởng Cămpuchia 99

6.3.1 Các nhà khai thác mạng di động 100

6.3.2 Các nhà khai thác điện thoại cố định 104

6.4 Các phương pháp kinh doanh 107

KẾT LUẬN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

Học viên: Proeung Nieng       iv       Lớp cao học KTĐT 2008‐

American National Standard Institute Association of Radio Industries

Asynchronuos Transfer Mode

Authennication Centre Broadcast Channel Broadband-ISDN Base Station System Common Control Physical Channel CPCH collision Detection Indicator Channel

Code Division Multiple Access

Core Network Common Packet Channel Common Pilot Channel Cyclic Redundancy Check

Controlling RNC Circuit Switch Dedicated Channel Dedicated Physical Channel

Dedicated Physical Control Chanell Dedicated Physical Data Channel

Drift RNC Direct Sequence-CDMA Dowlink Shared Channel Enhanced Data Rates for GSM Evolution

Equipment Identity Centre

Enviroment

Hệ thống TTDĐ thế hệ 1

Hệ thống TTDĐ thế hệ 2

Hệ thống TTDĐ thế hệ 3 Kênh chỉ thị bắt

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ Hiệp hội viễn thông công nghiệp Chế độ truyền dẫn không đồng bộ

Trung tâm nhận thực Kênh quảng bá Mạng ISDN băng rộng Phân hệ trạm gốc Kênh vật lý điều khiển chung

Kênh chỉ thị và phát hiện va chạm CPCH

Đa truy nhập phân chia theo mã

Mạng lõi Kênh gói chung Kênh hoa tiêu chung

Mã kiểm tra dư thừa

Bộ điều khiển truy nhập vô tuyến Chuyển mạch kênh

Kênh dành riêng Kênh vật lý dành riêng Kênh vật lý điều khiển dành riêng Kênh vật lý dữ liệu dành riêng

Bộ điều khiển mạng vô tuyến CDMA-chuỗi trực tiếp Kênh chia sẻ đường xuống Tốc độ bit tăng cường sử dụng cho nhánh tiến hoá GSM

Trung tâm chỉ thị thiết bị

PICH PLMN

Forward Access Channel Frequency Division Duplex

Frequency Division Multiplex Access Frequency Hopping-CDMA

Fast Power Control Gateway GPRS Support Node

Gateway MSC General Paket Radio Sevice

Global System for Mobile

Home Location Register International Mobile Telecommunications Internet Protocol Integrated Sevice Digital Network

International Telecommunication Union

UMTS Interface Between 3G-MSC/SGSN and RNC

UMTS Interface Between RNC and BS

UMTS Interface Between RNCs

Mobile Switch Centre Microwave

Narrow-CDMA Network Enviroment

Primary-CCPCH Paging Channel Primary-CPICH Physical Dowlink Shared Channel Pilot Channel

Public Land Mobile Network Kênh truy nhập đường xuống Song công phân chia theo tần số

Đa truy nhập phân chia theo tần số CDMA-nhảy tần

Điều khiển công suất nhanh Nút hỗ trợ GPRS cổng

MSC cổng Dịch vụ vô tuyến gói chung

Hệ thống thông tin di động toàn cầu Thanh ghi định vị thường trú

Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc

tế 2000 Giao thức Internet Mạng số liệu đa dịch vụ Hiệp hội viễn thông quốc tế

Giao diện giữa MSC/SGSN với RNC

Giao diện giữa RNC và BTS Giao diện giữa các RNC

Trung tâm chuyển mạch di động Sóng vi ba

CDMA băng hẹp Môi trưòng mạng ISDN băng hẹp

TDD TDMA TFI TIA TTC

TTI UMTS

Pseudo Noise Physical Random Access Channel

Packet Switch Public Switched Telephone Network Quadrature Phase Shift Keying

Radio Access Bearer Random Access Channel Radio Frequency

Radio Network Controller Radio Network Subsystem Radio Resource Management Secondary-CCPCH Synchronous Channel Secondary-CPICH Synchronous Digital Hierachy

System Frame Number

Serving RNC Serving RNS Total Access Communication System

Time Division Duplex Time Division Multiple Access Transport Format Indicator Telecommunication Industry Association

Telecommunication Technology Committee

Transport Time Interval Universal Mobile Telecommunication System

Mã giả ngẫu nhiên Kênh truy nhập ngẫu nhiên

Chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Khoá dịch pha cầu phương

Kênh mang truy nhập vô tuyến Kênh truy nhập ngẫu nhiên Tần số vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến Quản lý tài nguyên vô tuyến

Kênh CCPCH thứ cấp Kênh đồng bộ

Kênh CPICCH thứ cấp Phân cấp số đồng bộ

Số khung hệ thống Nút phục vụ hỗ trợ GPRS

Universal Terrestrial Radio Access

Radio Interface for UTRA Value Added Service Platform Visitor Location Register Wideband-CDMA

Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Các yêu cầu về mặt vô tuyến 5

Bảng 3.1: Các tham số cơ bản của UTRAN IMT-2000 38

Bảng 3.2: Các đặc điểm của hai loại kênh hoa tiêu 47

Bảng 4.1: Những yêu cầu cần thiết khi định cỡ mạng 75

Danh mục các hình vẽ

Trang

Hình 1.1: Mô hình cấu trúc mạng UMTS……….10

Hình 1.2: Cấu trúc UTRAN……….12

Hình 1.3: Cấu trúc mạng lõi CN……… 18

Hình 2.1: Mô hình hệ thống thông tin trải phổ………22

Hình 2.2: Khả năng loại trừ nhiễu……….23

Hình 2.3: Bộ tạo mã PN chiều dài cực đại (M=5, N= 31)………24

Hình 2.4: Hàm tự tương quan liên tục……… 25

Hình 2.5: Sơ đồ khối phát và thu FH-CDMA……… 26

Hình 2.6: Sơ đồ khối phát và thu DA-CDMA……… 28

Hình 2.7: Nguyên lý phát và thu CDMA……… 31

Hình 2.8: Hệ thống búp hướng ănten linh hoạt……… 36

Hình 3.1: Mô hình liên kết các hệ thống mở OSI………40

Hình 3.2: Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý……… 45

Hình 3.3: Cấu trúc khung cảu DPCH đường xuống……… 46

Hình 3.4: Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung………47

Hình 3.5: Cấu trúc khung của kênh CCPCH sơ cấp……… 48

Hình 3.6: Cấu trúc khung của kênh CCPCH thứ cấp……… 49

Hình 3.7: Cấu trúc khung của kênh đồng bộ………49

Hình 3.8: Cấu trúc khung của kênh PDSCH………50

Hình 3.9: Cấu trúc khung của AICH……….51

Hình 3.10: Cấu trúc khung PICH……… 51

Hình 3.11: Cấu trúc khung DPDCH/DPCCH……… 52

Hình 3.12: Cấu trúc truyền dẫn truy nhập ngẫu nhiên……… 52

Hình 3.13: Cấu trúc kênnh CPCH……….54

Hình 3.14: Sơ đồ biểu diễn khối phát – BTS………56

Hình 3.15: Sơ đồ biểu diễn khối thu - MS……… 62

Hình 3.16: Điều khiển công suất vòng hở cho tuyến lên………64

Hình 3.17: Điều khiển công suất vòng kín cho tuyến lên……… 66

Hình 3.18: Điều khiển công suất vòng kín cho tuyến xuống……….67

Hình 3.19: Chuyển giao cứng cùng tần số và khác tần số……….69

Hình 3.20: Chuyển giao mềm……… 69

Hình 3.21: Chuyển giao mềm hơn……… 70

Hình 3.22:Trình tự thực hiện chuyển giao………71

Hình 3.23: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao……… 72

Hình 4.1: Các giao diện trong cấu hình UTRA……… 88

Hình 4.2: Lưu lượng tải RNC……… 89

Hình 5.1: Sự điều khiển công suất gần-xa giữa MS và BTS……….92

Hình 5.2: Các lớp kiến trúc của hệ thống quản lý……… 94

Lời nói đầu

Trong xã hội hiện đại, trao đổi thông tin là một nhu cầu thiết yếu, nó đóng vai trò rất quan trọng và quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các giá trị văn hóa, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất

ra đời đã tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi Trong những năm gần đây, 3G (hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3) được nhắc đến nhiều với những ưu điểm nổi bật về các tính năng và các dịch vụ mới, đáp ứng được phần nào nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao Trong đó, phải kể tới hệ thống 3G-UMTS, không những đem lại những thuận lợi cho các nhà khai thác mạng mới mà còn mang tới cho các nhà khai thác mạng thế hệ 2G – GSM (mạng đã được triển khai rộng khắp trên thế giới) khả năng nâng cấp dễ dàng hơn thông qua việc sử dụng công nghệ WCDMA – công nghệ phát triển trên nền tảng GSM

Trên cơ sở những kiến thức đã được tích lũy trong 2 năm học chuyên ngành

Kỹ thuật-Điện tử tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, sau một thời gian

nghiên cứu tài liệu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài : “Mạng

thông tin di động 3G-UMTS”

Em xin chân thành cảm ơn PGS Đoàn Nhân Lộ, người đã tận tình giúp đỡ và

hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án này

Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Học viên thực hiện

PROEUNG NIENG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài: Mạng thông tin di động 3G - UMTS

Tác giả luận văn: Proeung Nieng Khóa: 2008 - 2010

Người hướng dẫn: PGS Đoàn Nhân Lộ

Nội dung tóm tắt:

Chương 1 Tổng quan về hệ thống 3G-UMTS

Chương 2 Kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA

Chương 3 Giao diện vô tuyến và kỹ thuật vô tuyến

Chương 4 Định cỡ mạng 3G-UMTS

Chương 5 Vấn đề quản lý tài nguyên mạng 3G-UMTS

Chương 6 Triển khai mạng 3G ở Cămpuchia

1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 3G

Thông tin di động trên thế giới tính đến nay đã phát triển qua các thế hệ khác nhau

1.1.1 Thế hệ thứ nhất

Thế hệ thứ nhất được xây dựng từ những năm 80 của thế kỉ XX, cung cấp chủ yếu các dịch vụ thoại và các dịch vụ khác liên quan đến thoại Đặc điểm của hệ thống này là:

• Công nghệ truyền dẫn tương tự

• Chất lượng thoại thấp

• Tính bảo mật kém

• Phương thức truy nhập là FDMA

Quá trình phát triển:

1946: dịch vụ thoại đầu tiên được giới thiệu bởi AT&T tại Mỹ

1979: thử nghiệm hệ thống thoại di động tiên tiến (AMOBILE PHONES) ở Mỹ, và MSC-L1 được giới thiệu ở Nhật bởi NTT (dựa trên AMOBILE PHONES với các kênh 25Mhz)

1981: NMT 450 được đưa ra thị trường (Ả Rập và Thụy Điển)

1983: AMOBILE PHONES (Chicago) được đưa ra thị trường

1985: System C450 được đưa ra thị trường Đức, hệ thống TACS (dựa trên AMOBILE PHONES) được đưa ra thị trường tại Anh

Các hệ thống thông tin 1G phát triển trong phạm vi quốc gia, những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu được xây dựng trên cơ sở thỏa thuận giữa các nhà điều hành viễn thông của chính phủ với các công ty cung cấp các dịch vụ viễn thông mà không có hệ tiêu chuẩn phổ biến rộng rãi Do vậy, các hệ thống thông tin di động 1G không có khả năng tương thích lẫn nhau

1.1.2 Thế hệ thứ hai

Do yêu cầu thông tin di động ngày càng tăng, đặc biệt là nhu cầu cần có một hệ thống thông tin di động toàn cầu Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã bắt đầu xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai - 2G Mục tiêu của 2G là khả năng tương thích

và đồng nhất trong môi trường quốc tế Hệ thống 2G hấp dẫn hơn 1G vì:

• Sử dụng công nghệ truyền dẫn số

• Dung lượng tăng và chất lượng thoại tốt hơn

• Phương thức đa truy nhập: TDMA, N-CDMA

• Phương thức chuyển mạch kênh

Ngoài các dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ sung khác

Quá trình phát triển:

1982: Nhóm đặc trách di động (GSM) ra đời ở châu Âu

1988: Viện tiêu chuẩn châu Âu thành lập tại châu Âu

1992: Hầu hết các nhà vận hành ở châu Âu đều đưa mạng GSM vào khai thác thương mại

1993: Hệ thống DSCS 1800 đầu tiên được đưa ra thị trường Anh

1994: D-AMOBILE PHONES (IS-54) được đưa ra thị trường Mỹ

1995: DSCS 1900 (d-ASMOBILE PHONE tại băng tần 1900Mhz, IS 136)

1.1.3 Thế hệ thứ ba

Do các tiêu chuẩn chỉ thực hiện được trong phạm vi khu vực nên khái niệm thông tin

di động toàn cầu không thực hiện được Bên cạnh đó, sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động mà phổ biến là GSM đã bắt đầu bộc lộ những khiếm khuyết của nó khi nhu cầu truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng trở nên cấp thiết

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba - 3G ra đời với mục tiêu là hình thành một

hệ thống di động duy nhất trên toàn thế giới Khác với các dịch vụ được cung cấp bởi những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại (công nghệ tương tự là đặc trưng của hệ thống 1G, công nghệ số là đặc trưng của 2G), hệ thống 3G nhằm vào các dịch vụ băng rộng như truy cập Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượng cao tương đương với mạng hữu tuyến

Quá trình phát triển:

Chính do sự thành công to lớn trên phạm vi toàn thế giới của GSM, các nhà vận hành mạng viễn thông châu Âu và các nhà sản xuất đã không chú ý đến một hệ thống mới (3G) cho đến tận giữa thập niên 90

Chỉ sau khi ITU đưa ra định hướng về một hệ thống di động mới cần phát triển cho những năm đầu của thế kỷ 21, các nhà hoạt động cụ thể đối với UMTS của ETSI mới được thực thi năm 1995

Hệ thống 3G tương lai sau đó đã được ITU đặt tên là IMT-2000, hệ thống viễn thông quốc tế thế kỷ 21.Thời hạn chót để các tiêu chuẩn khu vực đệ trình các dự thảo kỹ thuật của mình cho IMT-2000 đã được ITU đặt ra là tháng 7 năm 1998

Đến tháng 1 năm 1998, ETSI chọn hai kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến cho truy nhập vô tuyến đối với UMTS là UTRA FDD và UTRA TDD, chính là hai kỹ thuật dùng cho IMT-2000

Một loạt các kỹ thuật truyền dẫn vô truyến mặt đất được đề xuất với ITU vào tháng 1 năm 1998 Trong đó có một số đề xuất về kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến theo mã băng rộng của ETSI, TTC/ARIB (Nhật), TTA (Hàn Quốc), ANSI T1(Mỹ) và TIA (Mỹ) có thể phân làm hai nhóm Một nhóm đề xuất đòi hỏi các trạm gốc đồng bộ và được xây dựng trên cơ sở IS-95 2G và đề xuất còn lại không dựa trên cơ sở trạm gốc đồng bộ

Đến cuối năm 1998, cả hai đề xuất đều được hỗ trợ bởi các tổ chức tiêu chuẩn khu vực gọi là 3GPP và 3GPP2 Mục đích của cả 3GPP và 3GPP2 đều là kết hợp các đề xuất cơ bản và CDMA băng rộng thành một đề xuất duy nhất Đây là hai tiêu chuẩn đươc chấp nhận cho IMT-2000

Quá trình phát triển lên 3G không thể không nhắc đến công nghệ thế hệ 2,5G Đây là một giải pháp quá độ, một bước phát triển đệm giúp cho các nhà khai thác công nghệ

cũ (2G-GSM) mở rộng các dịch vụ mới trên cơ sở kỹ thuật hệ thống đã có Hai công nghệ điển hình là: GPRS (General Packet Radio Service) nâng cấp từ mạng GSM nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói tốc độ 172kbps; EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) hỗ trợ tốc độ bit cao hơn (384kbps) GPRS trên nền GSM

1.2 Tiêu chuẩn IMT-2000 cho mạng UMTS

Đối với bất kỳ công nghệ nào, điều kiện tiên quyết cho việc phát triển trên phạm vi toàn thế giới là phải xây dựng được một bộ tiêu chuẩn cho công nghệ này và việc tuân thủ theo chuẩn là một yêu cầu bắt buộc đối với nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai thác và nhà sản xuất thiết bị

Các chuẩn 3G được ITU khuyến nghị với tên gọi IMT-2000 IMT-2000 được tạo ra nhằm thỏa mãn việc phát triển các tiêu chuẩn cho phép một cơ sở hạ tầng thông tin vô tuyến toàn cầu bao gồm các hệ thống mặt đất và vệ tinh, các truy nhập cố định và di động cho các mạng công cộng cá nhân

Một số yêu cầu chính về IMT-2000 cho UMTS được ITU đề ra như sau:

- Dải tần quy định là 2Ghz với đường lên nằm trong khoảng 1920 -1975Mhz, đường xuống 2110 - 2165Mhz

- Cung cấp khả năng truy nhập mạng trong nhiều loại môi trường khác nhau như trong nhà, ngoài trời, trên xe…

- Chất lượng thoại tương đương mạng hữu tuyến

- Hỗ trợ cả chuyển mạch kênh và gói, truyền dữ liệu không đối xứng

- Có thể cung cấp cả dịch vụ di động và cố định

- Có khả năng chuyển vùng quốc gia và quốc tế, hỗ trợ cấu trúc cell nhiều lớp

- Cơ cấu tính cước mới theo dung lượng truyền thay cho thời gian như hiện nay

- Dễ dàng hỗ trợ cho các loại hình dịch vụ mới xuất hiện trong tương lai

Trong hệ thống thông tin di động nói chung và UMTS nói riêng vấn đề truy nhập vô tuyến là rất quan trọng Yêu cầu về hệ thống truy nhập vô tuyến của UMTS dựa trên những yêu cầu về mặt dịch vụ Bảng 1.1 dưới đây tổng kết các yêu cầu đối với khối truy nhập vô tuyến của UMTS như sau:

Bảng 1.1: Các yêu cầu về mặt vô tuyến

- Vùng ngoại ô: tốc độ truyền từ 384Kbps tới 512Kbps, tốc độ di chuyển cực đại của thiết bị là 120km/h

- Vùng nội ô: tốc độ truyền thấp nhất là 2Mbps, tốc

độ di chuyển cực đại của thiết bị là 10km/h

- Phạm vi tốc độ băng thông rộng có khả năng cung cấp đầy đủ các loại hình dịch vụ

- Cung cấp khả năng thay đổi tốc độ bit cho dịch vụ thời gian thực

- Có khả năng chuyển giao mềm giữa UMTS và mạng

di động thế hệ thứ 2 (GSM)

Về khai thác mạng

Khả năng tương thích với - Dịch vụ chuyển mạch ATM

các mạng hiện tại - Các loại hình dịch vụ trong GSM

Đối với các nhà khai thác

mạng riêng tư

- Hệ thống truy cập mạng vô tuyến rất thích hợp với các dịch vụ giảm giá thành, nơi mà khả năng di động, phạm vi hoạt động và tốc độ truy nhập người dùng đạt tới giới hạn của nó

- Các hệ thống không đồng bộ có thể cùng tồn tại trong môi trường

- Hệ thống có khả năng lắp đặt các trạm gốc mà không cần sự sắp xếp theo thứ tự

-Việc liên kế hoạch cho tần số sử dụng trong mạng là không cần thiết

Về hiệu quả trong trải phổ

Hiệu quả của trải phổ

- Khả năng trải phổ cao đối với các đặc trưng hỗn hợp cho các dịch vụ khác nhau

- Hiệu quả trải phổ đem lại thấp nhất cũng đạt hiệu quả giống như trong mạng GSM đối với tốc độ kênh thoại thấp nhất

Sự không đối xứng của

băng thông sử dụng

- Sự phân chia khác nhau của tài nguyên mạng vô tuyến giữa đường lên và đường xuống từ một nguồn tài nguyên vô tuyến chung (trong mạng băng hẹp sự phân chia đó thể hiện ở mặt tần số, thời gian, mã miền)

Sự tận dụng trong trải phổ

- Các nhà khai thác mạng sử dụng băng thông đã được phân định cho UMTS mà không cần sắp xếp trước

- Hệ thống có thể điều khiển khối truy nhập vô tuyến sao cho phù hợp với bất kỳ một băng thông về tần số nào tương tự như băng thông sử dụng cho mạng di động thế hệ thứ nhất, thứ hai

Độ rộng phủ sóng và dung

lượng

- Khả năng mềm dẻo của hệ thống có thể cung cấp một cách đa dạng trong việc thiết lập cấu hình về độ phủ sóng cũng như dung lượng ban đầu và thuận tiện trong sự phát triển sau này

- Sử dụng linh hoạt nhiều loại tế bào và các mối quan

hệ giữa các tế bào trong cùng một vùng địa lý mà không lãng phí tài nguyên vô tuyến (các tế bào trong nhà, các tế bào phân cấp)

- Có thể cung cấp chi phí cho vùng phủ một cách hợp

Giá thành và khuôn dạng

mạng

- Chi phí phát triển mạng và thiết bị cần được giữ ở một mức thích hợp, quan tâm tới chi phí về trạm, liên kết, quá tải về lưu lượng và tải báo hiệu

Các loại đầu cuối

- Có thể cung cấp nhiều loại đầu cuối với khuôn dạng phong phú, chi phí và dung lượng tuỳ theo nhu cầu khác nhau của người dùng

Các yêu cầu chính ngoài SMG

Tương thích với IMT

-2000

- UTRA sẽ đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu về kỹ thuật và trở thành ứng cử cho kỹ thuật IMT - 2000 Phân chia băng tần nhỏ

Các ảnh hưởng bức xạ RF

- UMTS chia sẻ hoạt động tốt ở các mức công suất bức xạ thích hợp với các yêu cầu liên quan tới bức xạ điện từ

Bảo mật - Giao diện vô tuyến UMTS tối thiểu cũng có thể đảm

bảo mức bảo vệ như giao diện vô tuyến GSM

Cùng hoạt động với các

hệ thống khác

- Hệ thống truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS có thể cùng hoạt động với các hệ thống khác trong cùng một băng tần hoặc ở dải băng tần kề cận tuỳ thuộc vào từng hệ thống

- Có thể thực hiện theo nhiều chế độ

- Có thể đáp ứng được đồng thời hai loại đầu cuối UMTS/GSM với giá thành hợp lý

1.3 Cấu trúc mạng UMTS

Hệ thống UMTS được xây dựng trên cơ sở GSM, do vậy hệ thống này có xu hướng tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng GSM Cấu trúc mạng 3G được thể hiện ở hình II.1, gồm

có 3 khối cơ bản:

¾ Thiết bị đầu cuối mạng UE

¾ Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

¾ Mạng lõi CN

Hình 1.1: Mô hình cấu trúc mạng UMTS

1.3.1 Thiết bị đầu cuối mạng UE

UE (User Equipment) là một máy đầu cuối di động, có nhiều hình dạng khác nhau: máy cầm tay, xách tay, hay đặt trên ôtô Nó bao gồm hai phần: thiết bị di động (ME)

và môđun nhận dạng dịch vụ UMTS (USIM)

- ME (Mobile Equipment) bao gồm cả phần cứng và phần mềm, thực hiện chức năng

hỗ trợ truy nhập vô tuyến di động vào hệ thống

- USIM (Universal Subscriber Identity Module) thực hiện chức năng hỗ trợ bảo mật người dùng và các dịch vụ người dùng, lưu giữ các thông tin nhận thực thuê bao và mật mã hoá/ giải mật mã hoá, gồm có các thông tin nhận dạng thuê bao (như: IMSI, TMSI, P-TMSI, TLLI ), các thủ tục nhận thực, khoá nhận thực lưu trữ và khóa bảo mật

Về phương thức hoạt động UE của UMTS có thể hoạt động theo một trong ba hình thức sau:

- Chế độ PS/CS: một UE được hỗ trợ để sử dụng cả hai loại chuyển mạch PS (chuyển mạch gói) và CS (Chuyển mạch kênh), và có thể đồng thời thực hiện các ứng dụng dựa trên PS, CS

- Chế độ PS: UE chỉ thực hiện được ứng dụng trong phạm vi PS

- Chế độ CS: UE chỉ thực hiện được các dịch vụ trên nền CS

1.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

1.3.2.1 Cấu trúc UTRAN

UTRAN được miêu tả trong hình 1.2 gồm phân hệ mạng vô tuyến giao tiếp với mạng lõi thông qua giao diện Iu Các RNS chứa một bộ điều khiển mạng vô tuyến tới một hoặc một vài node B Các node B (3G-BTS) được nối tới RNC thông qua giao diện Iub, giao diện Iub cũng có thể hỗ trợ hoặc là FDD hoặc là TDD hoặc kiểu hoạt động nhóm kép gồm cả hai phương thức truy nhập trên

RNC đưa ra các quyết định chuyển giao yêu cầu báo hiệu tới UE, nó gồm chức năng kết hợp hay chia cắt để hỗ trợ tính đa dạng của tế bào marco Các node B ở hai RNC khác nhau được kết hợp với nhau thông qua giao diện logic Iur Sau đó có thể truyền tới một kết nối vật lý trực tiếp kết nối giữa các RNC hoặc thông qua một số mạng truyền dẫn thích hợp

Hình 1.2: Cấu trúc UTRAN

Tất cả các UE kết nối giữa UTRAN có thông qua một kết nối tới RNS Khi dịch vụ định vị lại yêu cầu mỗi RNS hỗ trợ kết nối tới UE bằng cách cung cấp tài nguyên vô tuyến mới

1.3.2.2 Chức năng của UTRAN

Thông qua hệ thống truy nhập 3G, các thuê bao được kết nối tới mạng UMTS để sử dụng các dịch vụ và các tiện ích Hệ thống thuê bao truy nhập có thể được khởi tạo hoặc từ phía MS như tạo các cuộc gọi di động hoặc từ phía mạng như các cuộc gọi kết cuối di động Các nguyên tắc chính của chức năng điều khiển truy nhập hệ thống: 1) Điều khiển vào ra và điều khiển tắc nghẽn

Điều khiển vào ra quyết định việc nhận vào hay từ chối cung cấp tài nguyên cho một người sử dụng mới, truy nhập vô tuyến mới có hiệu lực hay các liên kết tuyến mới được thiết lập như các sự kiện chuyển giao, mục đích là nhằm ngăn ngừa tình trạng

quá tải và dựa trên sự can thiệp và tài nguyên của các phép đo Nó cũng đáp ứng trong suốt quá trình khởi tạo truy nhập của UE, nhiệm vụ định lại cấu hình RAB và chuyển giao phụ thuộc vào sự kiện các yêu cầu, cuối cùng các chức năng phụ thuộc vào sự can thiệp tới đường UL và định vị thông tin công suất trên đường DL trong RNC RNC thực hiện việc điều khiển vào ra hướng tới giao diện Iu

Điều khiển tắc nghẽn là quản lý, phát hiện và xử lý các tình huống khi hệ thống gần chạm tới giá trị quá tải trong khi những người sử dụng còn lại đã kết nối, vì vậy khi

đó một vài nơi trong mạng chất lượng dịch vụ suy giảm hay còn gọi là suy biến, quá trình điều khiển nghẽn đưa hệ thống trở lại và trả lại trạng thái bình thường mà không làm gián đoạn

2) Mã hoá và quảng bá kênh vô tuyến

Chức năng này nhằm bảo vệ dữ liệu truyền qua mạng vô tuyến chống lại người thứ

ba, cách sử dụng mã hoá và quảng bá có thể phụ thuộc vào khoá phiên nhận được từ tín hiệu báo hiệu và thông tin phiên độc lập Tín hiệu mã hoá và quảng bá kênh vô tuyến được sử dụng thông qua giao diện Iub, nó thiết lập liên kết giữa các MS và CN nhằm mục địch cập nhật thông tin vị trí của MS và đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của

UE hoặc trong cả hai Chức năng chuyển giao được thực hiện khi MS chuyển từ một

tế bào này sang một tế bào khác trong cùng một mạng, hay từ một vùng này sang một vùng khác, hay từ một mạng này sang một mạng khác (UMTS sang GSM)

¾ Xác định lại SRNS

Chức năng này kết hợp các sự kiện khi vai trò SRNS này chuyển sang RNS khác, nó quản lý giao diện Iu kết nồi lưu động từ RNS này sang RNS khác SRNC khởi tạo xác định lại vị trí của SRNS để tìm một vị trí trong RNC và CN Khi MS di chuyển từ vùng này sang vùng khác, các thông tin về vị trí của nó sẽ được cập nhật lại nhằm đảm bảo cho MS một khả năng liên kết với mạng lõi thông suốt Đây cũng là một vấn

đề quan trọng giúp cho các nhà khai thác mạng có đủ khả năng quản lý thông tin về thuê bao và đảm bảo tính cước được một cách chính xác

4) Quản lý tài nguyên vô tuyến và các chức năng điều khiển

Quản lý tài nguyên vô tuyến là khả năng phân phối và duy trì tài nguyên vô tuyến, nguồn tài nguyên này được chia sẻ trong tất cả các dịch vụ trong UMTS CS và PS Không phải tất cả các chức năng đều được áp dụng cho cả 2 loại mô hình FDD và TDD Ví dụ như tính đa dạng của tế bào macro chỉ được áp dụng đối với FDD trong khi kênh động lại chỉ đươc áp dụng cho TDD Quản lý tài nguyên vô tuyến là một chức năng quan trọng trong quá trình tối ưu hoá mạng, nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng dung lượng cuộc gọi và đảm bảo cho quá trình thông tin được thông suốt

¾ Cấu hình tài nguyên vô tuyến

Đây là cấu hình tài nguyên mạng vô tuyến, các tế bào và các kênh chung (ví dụ BCH, RACH, FACH, PCH) và đưa ra tài nguyên vào trong hoặc bên ngoài của quá trình hoạt động Đề cập tới cấu hình tài nguyên vô tuyến là đề cập tới các kênh liên kết logic hay các kênh truyền tải các tín hiệu điều khiển, quảng bá, báo hiệu sẽ được phân phối trên các kênh này để luôn luôn duy trì một mối liên hệ giữa MS và CN Nghiên cứu về tài nguyên vô tuyến là thực hiện đánh giá chất lượng và đo trễ các kênh vô tuyến từ các tế bào hiện tại và các tế bào phụ cận, các chức năng này được đặt trong

UE và UTRAN bao gồm:

- Công suất thu tín hiệu (đối với các tế bào hiện tại và tế bào phụ cận)

- Đánh giá tỉ lệ lỗi bit (đối với các tế bào hiện tại và các tế bào phụ cận)

- Đánh giá các môi trường truyền (tốc độ cao, tốc độ thấp, vệ tinh…)

- Vùng truyền (ví dụ: thông qua thời gian thông tin)

- Hiệu ứng Doppler

- Tình trạng đồng bộ

- Mức độ nhiễu

- Tổng công suất truyền trên đường DL đối với mỗi tế bào

¾ Điều khiển tính phân tập macro FDD

Trong FDD, điều khiển tính phân tập của macro là quản lý sự sao chép của dòng thông tin để thu/phát thông qua nhiều kênh vật lý (hoặc các tế bào khác nhau) đi hoặc đến từng thiết bị đầu cuối riêng lẻ Chức năng này cũng điều khiển việc kết hợp dòng thông tin chung thành một nguồn tài nguyên nhưng truyền thông qua một số kênh vật

lý song song Tính phân tập macro điều khiển sự tác động lẫn nhau thông qua sự điều khiển mã hoá kênh để giảm bớt tỉ lệ lỗi bit khi kết hợp nhiều nguồn tin khác nhau nghĩa là tín hiệu thu/phát được sẽ được đưa vào khố so sánh và lựa chọn tín hiệu tốt nhất phục vụ cho quá trình thiết lập, duy trì và điều khiển nối thông tin Tính phân tập phụ thuộc vào cấu hình vật lý của mạng, việc kết hợp hay phân chia có thể xuất hiện tại SRNC, DRNC hoặc tại node B

¾ Sự phân phối kênh động DCA trong TDD

Mô hình TDD sử dụng phân phối kênh động nhanh hoặc chậm DCA (Dynamic Channel Allocation), DCA nhanh đưa ra để ấn định tài nguyên tới sóng vô tuyến liên quan tới việc điều khiển còn DCA chậm đưa ra để ấn định tài nguyên sóng vô tuyến gồm các khe thời gian Phụ thuộc vào dung lượng của từng tế bào khác nhau sẽ có các tế bào TDD khác nhau nghĩa là giả sử như trong một vùng dân cư đông đúc sẽ cần một tế bào TDD dung lượng lớn để có thể cung cấp một số lượng thuê bao lớn, còn tại vùng dân cư mật độ thấp thì chỉ cần một tế bào TDD cung cấp một dung lượng vừa đủ

¾ Định vị, không định vị và điều khiến sóng vô tuyến

Chức năng định vị trí hay không định vị trí được đặt trong CRNC và SRNC được xem là thành phần kết nối cài đặt các yêu cầu vào kênh vô tuyến vật lý định vị trí theo QoS của người truy nhập vô tuyến Chức năng này được kích hoạt trong suốt quá trình tiến hành cuộc gọi khi dịch vụ người sử dụng có yêu cầu thay đổi hoặc trong quá trình phân tập macro Chức năng điều khiển sóng vô tuyến được đặt cả trong UE

và trong RNC, để thực hiện quản lý kết nối các thành phần được thiết lập và giải phóng kết nối đầu cuối tới đầu cuối, cũng như việc quản lý và bảo dưỡng kết nối đầu cuối tới đầu cuối được đặt trong chức năng truy nhập vô tuyến mạng con

¾ Chức năng các giao thức vô tuyến

Chức năng này cung cấp dữ liệu người sử dụng và khả năng truyền báo hiệu kết nối chéo trong giao diện vô tuyến của UMTS bằng cách thích ứng các dịch vụ (theo QoS của sóng vô tuyến) tới chuyển giao sóng vô tuyến Chức năng này bao gồm:

- Thiết lập nhiều dịch vụ và nhiều UE trên sóng vô tuyến

- Phân loại và tách rời

- Thừa nhận hay không thừa nhận sự phân phát theo truy nhập sóng vô tuyến QoS

¾ Điều khiển công suất RF

Điều khiển công suất là quản lý mức công suất một cách hợp lý để có được mức nhiễu nhỏ nhất và chất lượng kết nối được bảo đảm trong suốt quá trình thiết lập kết nối

¾ Mã hoá kênh và điều khiển

Chức năng này được đặt trong cả UE và UTRAN nhằm chỉ ra sự thừa vào nguồn dữ liệu do đó phải quản lý tỉ lệ này bằng cách đưa thêm thông tin đã tính toán từ nguồn

dữ liệu Chức năng này cho phép phát hiện hoặc sửa tín hiệu lỗi bằng cách truyền trung gian Thuật toán mã kênh và mức dư thừa có thể thay đổi với các kiểu khác nhau của các kênh logic và các kiểu dữ liệu khác nhau Điều khiển việc mã hoá kênh được đặt trong cả UE và UTRAN, thông tin điều khiển chung được qui định bởi các

chức năng thực hiện việc mã hoá và giải mã kênh ví dụ như kiểu mã hoá, tốc độ mã hoá…

¾ Giải mã kênh vô tuyến

Giải mã kênh vô tuyến mục đích là khôi phục lại nguồn thông tin sử dụng khi đưa thêm vào bởi chức năng mã hoá kênh để phát hiện hoặc có thể tiến hành sửa lỗi trong lưu lượng dữ liệu nhận được Ngoài chức năng này có thể ưu tiên các lỗi có khả năng xảy ra đối với thông tin phát ra bởi chức năng mẫu để tăng hiệu suất của quá trình hoạt động giải mã Chức năng giải mã hoá kênh được đặt trong cả UE và UTRAN bổ sung cho chức năng mã hoá kênh

¾ Truy nhập ngẫu nhiên

Chức năng này được đặt trong UTRAN, có nhiệm vụ phát hiện khi MS truy nhập và trả lời phù hợp nghĩa là khi MS đưa ra yêu cầu kết nối thì chức năng này sẽ là cầu nối liên kết giữa UTRAN và MS, nó sẽ chỉ ra UTRAN có chấp nhận cho MS truy nhập mạng hay không Quá trình truy nhập này có thể gồm nhiều thủ tục được kết hợp với nhau để giải quyết các xung đột Khi quá trình truy nhập thành công MS sẽ thu được tài nguyên yêu cầu

¾ Chức năng định thời trong TDD

Chức năng này sắp xếp tín hiệu vô tuyến đường lên UL từ UE tới UTRAN dựa trên

cơ sở thông tin trên đường UL, UTRAN sẽ đo lường tính toán thời gian được thực hiện bởi node B và các câu lệnh Timing Advance UTRAN có thể xác định được khoảng cách từ MS tới các node B là bao nhiêu Điều này hỗ trợ thêm cho quá trình

vị trí và tái xác định vị trí MS cho hệ thống

1.3.3 Mạng lõi CN

Như trong hình vẽ mô tả cấu trúc mạng UMTS, một mạng CN (Core Network) gồm 5 thành phần, được kết nối với mạng truy nhập qua giao diện Iu và kết nối với mạng ngoài( PSTN,PLMN…).Cấu trúc mạng lõi được đưa ra với các tiêu chuẩn khác nhau, trong phần này sẽ đưa ra cấu trúc mạng theo tiêu chuẩn 3GGP R99 - đây là hệ tiêu

chuẩn đầu tiên, trong đó thể hiện một hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng với mạng lõi CN được nâng cấp từ GSM Mạng lõi sử dụng hạ tầng GSM và phần mở rộng GPRS để sử dụng cho các dịch vụ gói

+ Trung tâm chuyển mạch di động (MSC/VLR)

+ Trung tâm chuyển mạch di động cổng (GMSC)

MSC/VLR chịu trách nhiệm quản lý các hoạt động kết nối chuyển mạch kênh, quản

lý di động như: cập nhật vị trí, tìm gọi và các chức năng bảo mật Ngoài ra, MSC/VLR còn chứa bộ chuyển mã (sử dụng để chuyển mã thoại) Đây là một khác biệt so với hệ thống GSM truyền thống, ở hệ thống này bộ chuyển mã là một phần của mạng truy nhập vô tuyến

GMSC phụ trách kết nối với các mạng bên ngoài Theo quan điểm quản lý kết nối, GMSC thiết lập đường kết nối đến các MSC/VLR đang phục vụ mà tại đó có thể tìm thấy thuê bao cần tìm Theo quan điểm quản lý di động, GMSC khởi tạo thủ tục phục hồi thông tin vị trí với các mục đích để tìm MSC/VLR phục vụ để thực hiện kết nối cuộc gọi

- Khối chức năng chuyển mạch gói trong UMTS được nâng cấp từ hệ thống GPRS bao gồm hai phần tử mạng cơ bản:

+ Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN)

+ Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN)

SGSN hỗ trợ thông tin chuyên mạch gói tới mạng truy nhập vô tuyến: SGSN giao tiếp với GSM BSS qua giao diện Gb và UTRAN qua giao diện Iu Chức năng chủ yếu của SGSN liên quan đến việ quản lý di động: cập nhật khu vực định tuyến, đăng kí tìm gọi, tìm gọi và điều khiển cơ chế bảo mật trong chuyển mạch gói

GGSN duy trì kết nối tới các mạng chuyển mạch gói khác như: mạng Internet GGSN thực hiện chức năng quản lý di động giống như GMSC Ngoài ra, nó còn thực hiện chức năng quản lý phiên

Ngoài hai khối trên, một mạng CN còn có khối thanh ghi bao gồm: thanh ghi thường trú (HLR), trung tâm nhận thực Au và thanh ghi chỉ thị thiết bị EIR Khối thanh ghi chứa thông tin địa chỉ và thông tin nhận thực cho cả hai khối chức năng chuyển mạch kênh và khối chức năng chuyển mạch gói để thực hiện quản lý di động HLR chứa các dữ liệu cố định về thuê bao Thông thường một thuê bao chỉ được phép đăng kí với một HLR Au là một cơ sở dữ liệu tạo ra các véctơ nhận thực Các vectơ này chứa các tham số bảo mật mà VLR và SGSN sử dụng để thực hiện các chức năng bảo mật

ở giao diện Iu Thông thường Au được tích hợp với HLR và chúng cùng sử dụng giao tiếp thủ tục MAP (Mobile Application Part) để truyền thông tin EIR duy trì các thông chỉ thị liên quan đến phần cứng của UE

Ngoài các các thanh ghi trong khối thanh ghi, CN còn có thêm một thanh ghi nữa là VLR Ở GSM thanh ghi này hoạt động độc lập nhưng ở 3G, VLR được coi như một phần chức năng của MSC phục vụ VLR tham gia vào các thủ tục liên quan đến quản

lý di động như: cập nhật vị trí, tìm gọi và các hoạt động bảo mật Cơ sở dữ liệu của VLR chứa các bản sao tạm thời của các thuê bao tích cực, thuê bao này đã cập nhật vị trí trong vùng phục vụ của VLR

Kết luận: Chương 1 đã trình bày sơ lược về một hệ thống 3G Chương 2 đi vào

nghiên cứu kỹ thuật thông tin trải phổ là nền tảng căn bản của các phương thức đa truy nhập được sử dụng rộng rãi trong thông tin di động thế hệ thứ 3 Phần tiếp theo tìm hiểu công nghệ CDMA và nguyên nhân tại sao 3G – UMTS lựa chọn W-CMDA làm công nghệ đa truy nhập

Chương 2

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ CÔNG NGHỆ CDMA

Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng kỹ thuật truyền dẫn thông thường

và công nghệ đa truy nhập băng hẹp đã dẫn tới nhiều hạn chế trong việc nâng cao tốc

độ dữ liệu cũng như dung lượng hệ thống Những nhược điểm này sẽ được khắc phục trong hệ thống 3G thông qua việc áp dụng kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA

2.1 Kỹ thuật trải phổ

Tần số vô tuyến được coi là tài nguyên thiên nhiên quan trọng của quốc gia, việc bảo

vệ và sử dụng hiệu quả tài nguyên này ngày càng trở nên quan trọng hơn Bởi vì, phổ tần vô tuyến là hữu hạn, đối với mỗi dịch vụ ta chỉ có thể sử dụng một dải tần số nhất định Tuy vậy, ngày càng có nhiều công nghệ và dịch vụ thông tin tranh nhau chiếm đoạt từng phần phổ tần vô tuyến quý giá này, đặc biệt nhu cầu về phổ tần vô tuyến càng tăng khi ra đời các dịch vụ mới Do đó, việc quản lý và sử dụng tần số là rất quan trọng và không kém phần phức tạp vì tính đa dạng của các dịch vụ và các công nghệ liên quan Trước đây, vấn đề này được giải quyết bằng cách cấp phát các băng tần khác nhau cho các dịch vụ khác nhau như thông tin quảng bá, di động…Nhưng đây không phải là giải pháp tối ưu, và phương pháp trải phổ ra đời cho phép các loại dịch vụ khác nhau (sử dụng các phương pháp điều chế khác nhau, mục đích là phân

bố năng lượng trên một băng tần rộng) sử dụng chung băng tần mà không gây nhiễu đáng kể Phương pháp này đặc biệt phát huy tác dụng khi kết hợp với kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo mã CDMA

2.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin trải phổ

Hệ thống thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ của các tín hiệu số liệu thông tin thông qua điều chế tín hiệu gốc với mã trải phổ, trong đó mã trải phổ (mã PN) có độ rộng băng lớn hơn nhiều lần các tín hiệu số liệu thông tin gốc Mã trải phổ trong trường hợp này độc lập với tín hiệu số liệu thông tin

ε ε ε

Hình 2.1: Mô hình hệ thống thông tin trải phổ

Nguyên lý:

• Máy phát:

Bước 1: điều chế sơ cấp tín hiệu băng hẹp Sn

Bước 2: điều chế cấp 2, sử dụng kỹ thuật trải phổ ký hiệu ε() Kết quả là máy thu mở rộng tín hiệu đến băng tần rộng Sw

• Máy thu:

Bước 1: quá trình nén phổ được thực hiện ký hiệu ε-1(), thực chất của quá trình nén phổ là sự tương quan tín hiệu thu được Sw với bản sao mã trải phổ được đồng bộ, do vậy ε-1() = ε()

Bước 2: tín hiệu trải phổ băng rộng được khôi phục về dạng gốc Sn của tín hiệu băng hẹp, đến đây tín hiệu băng hẹp được giải điều chế về tín hiệu ban đầu

Tín hiệu trải phổ có nhiều thuộc tính khác biệt so với các tín hiệu băng hẹp thông thường, cụ thể:

1) Khả năng đa truy nhập

Nếu nhiều người truyền tín hiệu trải phổ cùng một thời điểm, máy thu vẫn có khả năng phân biệt tín hiệu đối với mỗi người sử dụng do mỗi người có một dãy mã duy nhất và các dãy mã này có mức tương quan chéo đủ nhỏ Việc tương quan giữa tín hiệu thu được với một dãy mã trải phổ ứng với một người sử dụng nào đó sẽ chỉ làm cho phổ của tín hiệu người sử dụng đó co hẹp trong khi các tín hiệu của người sử dụng khác vẫn trải rộng trên băng tần truyền dẫn Do đó, trong băng tần thông tin chỉ

có công suất tín hiệu của người sử dụng đang quan tâm là lớn

2) Khả năng chống nhiễu đa đường

Tín hiệu tới máy thu qua nhiều đường khác nhau ngoài đường trực tiếp còn do nguyên nhân phản xạ Các tín hiệu đa đường này có biên độ và pha khác nhau làm tăng tín hiệu tổng ở một vài tần số và làm giảm tín hiệu tổng ở các tần số khác Trong miền tần số, hiện tượng này làm cho tín hiệu bị giãn rộng

Đối với tín hiệu băng rộng, chính hiện tượng này tạo nên sự phân tập tần số một cách

tự nhiên, có tác dụng chống fading chọn lọc

3) Khả năng bảo mật

Tín hiệu được truyền đi chỉ có thể được nén phổ và dữ liệu ban đầu được khôi phục khi máy thu biết mã trải phổ đã sử dụng cho thông tin đó

4) Khả năng loại trừ nhiễu

Việc tương quan chéo giữa mã trải phổ và một tín hiệu băng hẹp sẽ làm trải rộng công suất của tín hiệu băng hẹp Nhờ vậy, có thể giảm công suất nhiễu trong băng tần thông tin

Tín hiệu trải phổ (s) chịu ảnh hưởng của nhiễu băng hẹp (i) Tại máy thu, tín hiệu trải phổ được nén trong khi tín hiệu băng hẹp lại bị trải phổ, làm nó xuất hiện như một tạp

âm nền so với tín hiệu mong muốn

Hình 2.2: Khả năng loại trừ nhiễu

5) Xác xuất phát hiện thấp

Vì mật độ công suất của tín hiệu thấp nên tín hiệu trải phổ khó có thể bị phát hiện

2.1.2 Mã PN

Trong hệ thống thông tin trải phổ, chuỗi mã giả ngẫu nhiên – PN được sử dụng

để điều chế trực tiếp tín hiệu nhằm đạt được tín hiệu có băng tần rộng.Việc tạo chuỗi PN được thực hiện bằng cách sử dụng một thanh ghi M bit với các đường hồi tiếp như hình vẽ dưới đây (trường hợp M= 5)

Hình 2.3: Bộ tạo chuỗi PN chiều dài cực đại (M=5, N=31)

Chiều dài chuỗi số liệu đầu ra có thể đạt cực đại (Lmax):

N= Lmax =2M -1

Chuỗi PN có chiều dài cực đại được gọi là các chuỗi mã tuyến tính cực đại

Chuỗi PN có đặc điểm sau:

• Cân bằng mã: số lượng bit 1 và 0 chỉ khác nhau một đơn vị

• Tự tương quan: với giá trị tín hiệu ±1, hàm tự tương quan của chuỗi PN nhận giá trị bằng -1 với tất cả các tín hiệu có độ sai pha lớn hơn 1bit Với tín hiệu không có sai pha, hàm tự tương quan đạt giá trị bằng N (chiều dài chuỗi PN) (như hình 2.4)