Quy hoạch mạng thông tin di động WCDMA

Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba.. Các hệ thống này đều sử dụ

Bộ Giáo dục và đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội 2010

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 11

MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 WCDMA UMTS 15

1.1 Sơ lược quá trình phát triển phát triển hệ thống thông tin di động 15

1.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA 16

1.3 Mô hình tham khảo mạng W-CDMA 18

1.3.1 Kiến trúc mạng 3G WCDMA phát hành 3GPP Release 1999 18

1.3.2 Kiến trúc mạng 3G WCDMA phát hành 3GPP Release 4 20

1.3.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP 22

1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ 24

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 27

2.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 27

2.2 Áp dụng DSSS cho CDMA 28

2.3 Các mã trải phổ sử dụng trong WCDMA 31

2.4.1 Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên 33

2.4.2 Trải phổ và điều chế kênh chung đường lên PRACH 35

2.5 Trải phổ và điều chế đường xuống 36

2.5.1 Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống 36

2.5.2 Các mã trải phổ đường xuống 36

2.5.3 Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống 37

2.6 Điều khiển công suất 38

2.7 Chuyển giao trong hệ thống CDMA 39

2.8 Máy thu phân tập đa đường RAKE 41

CHƯƠNG 3 CẤU TRÚC MẠNG WCDMA 44

3.1 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 44

3.1.1 Cấu trúc hệ thống 44

3.1.1.1 Các phần tử của UTRAN 44

3.1.1.2 Mạng lõi 46

3.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS, UTRAN 47

3.2.1 Các lớp ngang 48

3.2.2 Các mặt đứng 48

3.3 Giao diện vô tuyến Uu 49

3.4.1 Cấu trúc giao thức cho Iu-CS 50

3.4.2 Cấu trúc giao thức Iu-PS 52

3.5 Các giao diện trong UTRAN 53

3.5.1 Giao diện Iur 53

3.5.2 Giao diện Iub 54

3.6 Các loại kênh của WCDMA 55

3.6.1 Các kênh truyền tải 55

3.6.2 Kênh vật lý 56

CHƯƠNG 4 QUY HOẠCH MẠNG WCDMA 59

4.1 Mở đầu 59

4.2 Dự báo lưu lượng 60

4.2.1 Dự báo thuê bao 61

4.2.2 Dự báo sử dụng lưu lượng tiếng 61

4.2.3 Dự báo sử dụng lưu lượng số liệu 61

4.3 Dự phòng tương lai 62

4.4 Phân tích vùng phủ vô tuyến 62

4.4.1 Mở đầu 62

4.5 Phân tích dung lượng ô 65

4.5.1 Tải ô đường lên 66

4.5.2 Tải ô đường xuống 69

4.5.3 Dung lượng mềm 70

4.5.3.1 Dung lượng Erlang 70

4.6 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 73

4.6.1 Định cỡ Iub 74

4.6.2 Định cỡ BSC 74

4.6.3 Định cỡ RNC………74

4.7 Triển khai WCDMA chồng lấn lên GSM 76

4.8 Quy hoạch vùng phủ và dung lượng chi tiết 78

4.8.1 Dự đoán vùng phủ và dung lượng lặp chi tiết 78

4.8.2 Công cụ quy hoạch 79

4.8.2.1 Sự lặp lại trên đường lên và đường xuống 80

4.8.2.2 Mô hình hóa các chỉ tiêu liên kết 81

4.9 Minh họa 81

4.10 Tối ưu mạng 85

4.12 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ số liệu đến dung lượng mạng trong một mô hình cụ thể 89

4.12.1Giới thiệu 89

4.12.2.Mô hình Okumura-Hata 90

4.12.3.Mô hình Walfisch-Ikegami 91

KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 112

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng toàn bộ nội dung trong luân văn của tôi dưới dây không được sao chép y nguyên từ một bài luân văn của một tác giả khác

Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo, trích dẫn trong bài luận văn của tôi đều đã được ghi rõ nguồn trong mục Tà liêu tham khảo của luân văn

Nếu hội đồng phát hiện có những điều không đúng với những gì tôi đã cam đoan trên thì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiêm

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Người thực hiện

BÙI ĐÌNH HƯNG

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

tiến

chung

độ trải phổ của kênh)

CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh

xuống

theo

Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

xuống

Communication

Thông tin di động toàn cầu

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung

IMT-2000 International Mobile

TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất)

TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T)

TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)

Network

Mạng số đa dịch vụ

Telecommunication Union Radio

Sector

Liên minh viễn thông quốc tế -

bộ phận vô tuyến

Node B Là nút logic kết cuối giao diện

IuB với RNC

tin

Network

Mạng chuyển mạch thoại công cộng

Channel

Kênh điều khiển dành riêng

gian

Telecommunnication System cầu

WCDMA Wideband Code Division

Multiplex Access

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 4.2 Các tham số được sử dụng trong mô phỏng 82

Bảng 4.3 Phân bố người sử dụng ở các dịch vụ 83 Bảng 4.4 Thông lượng của ô, tải và bổ xung cho chuyển giao mềm 83

Bảng 4.5 Các kết quả xác suất vùng phủ 85 Bảng 4.6 Yêu cầu đối với hiệu năng kênh lân cận 88

Bảng 4.7 Giả định quỹ đường truyền của máy di động 99

Bảng 4.8 Giả định về quỹ đường truyền của trạm gốc 100

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 2.2 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K

tín hiệu

31

Hình 2.5 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số

liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của

người sử dụng

34

Hình 2.6 Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa

phức, β biểu diễn cho tỷ số công suất giữa DPDCH và DPCCH

35

Hình 2.8 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường

xuống

37

Hình 2.9 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp 38

Hình 2.11 Truyền sóng đa đường và lý lịch trễ công suất 41

Hình 3.2 Vai trò logic của SRNC và DRNC 46

Hình 4.3 Sự phụ thuộc tải ô đường lên vào số người sử dụng dịch vụ tiếng 68

Hình 4.4 Phụ thuộc dự trữ nhiễu vào số người sử dụng dịch vụ tiếng 68

Hình 4.5 Phụ thuộc tổn hao đường truyền cực đại cho phép vào số người

sử dụng dịch vụ tiếng ở đường lên

69

Hình 4.7 Quá trình tính toán vùng phủ và dung lượng lặp 78

Hình 4.9 Đo hiệu năng của mạng 87 Hình 4.10 Nhiễu kênh lân cận ở đường xuống 89

MỞ ĐẦU

Thông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, dịch vụ và cuộc sống hằng ngày Các kỹ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở, cần có thêm nhiều dịch vụ mới được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu của

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ CDMA và mạng CDMA em đã thực hiện luận văn: “Quy hoạch mạng thông tin di động WCDMA” Luận văn này bao gồm 4 chương đó là:

W-Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA UMTS

Chương 2: Công nghệ đa truy nhập của WCDMA

Chương 3: Cấu trúc mạng WCDMA

Chương 4: Quy hoạch mạng WCDMA

Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Nam Quân và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành luân văn này

Hà Nội, ngày tháng năm

Người thực hiện Bùi Đình Hưng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ

THỨ 3 WCDMA UMTS 1.1 Sơ lược quá trình phát triển phát triển hệ thống thông tin di động

Vào những năm 1980, hệ thống thông tin di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa phân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Các hệ thống thông tin di động tế bào nổi tiếng nhất là: hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone System –

hệ thống điện thoại di động tiên tiến), hệ thống AMPS băng hẹp, hệ thống TASC (Total Access Communication System – hệ thống thông tin truy nhập toàn diện) Hạn chế của các hệ thông này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, không đáp ứng được các dịch vụ mới…

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số Các hệ thống 2G là hệ thống GSM (Global System for Mobile Telecommucations – Hệ thống thông tin di động toàn cầu) ở Châu Âu, hệ thống D-AMPS (Mỹ) sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA, và IS-95 ở Mỹ và Hàn Quốc

sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA băng hẹp Mạng thông tin thế hệ 2 (2G) đã thành công trong việc cung cấp dịch vụ mới tới người dùng trên toàn thế giới, chất lượng thông tin được cải tiến Mặc dù vậy, hệ thống thông tin di động 2G vẫn gặp phải các hạn chế sau: tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp Do đó, cần phải chuyển đổi lên hệ thống thông tin di động tiếp theo để cải thiện chất lượng dịch vụ, nâng cao tốc độ…

Khác với hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ hai, hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ ba (3G) có xu hướng chuẩn hóa toàn cầu và có khả năng cung cấp các dịch vụ ở tốc độ cao ( có thể truy nhập internet, truyền hình và nhiều dịch

vụ khác) ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000, có nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và

cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều

sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ thứ ba

1.2 Hướng phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đich cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều loại dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tần dụng cơ sử hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian có thể được tóm tắt trong sơ đồ dưới đây:

vô tuyến của HSCSD có thể hỗ trợ tốc độ lên đến 8 x 14,4kps HSCSD còn hỗ trợ

cả kết nối đối xứng lẫn kết nối không đối xứng Kết nối đối xứng là số khe phát từ BTS đến MS bằng số khe phát từ MS đến BTS đối với người sử dụng HSCSD sử dụng điều chế 8-PSK, và cơ chế chuyển mạch kênh

GPRS ( General packet radio service - Dịch vụ dữ liệu vô tuyến gói chung):

một người sử dụng GPRS có thể sự dụng đến 8 khe thời gian để đạt được tốc độ đến hơn 100kbps Tuy nhiên đây là tốc độ đỉnh, khi có nhiều người sử dụng hơn thì tốc

độ bit sẽ giảm đi Mạng GPRS kết nối với mạng sô liệu công cộng như IP và mạng X25 Nút hỗ trợ GPRS (SGSN: Service General packet radio service Support Node)

và nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN: Gateway GPRS Support Node) thực hiện thu và phát các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị đầu cuối cố định của mạng số liệu

công cộng Các nút GGSN còn cho phép thu phát các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di động GSM khác

EDGE ( Enhanced data rate for GSM evolution – Tốc độ số liệu gói tăng

cường để phát triển GSM): nói chung, cấu trúc EDGE giống như GPRS nhưng sử dụng điều chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK chẳng hạn) vì thế có thể đạt được tốc độ truyền số liệu cao hơn

WCDMA ( Wideband code division multiple access – Đa truy nhập phân

chia theo mã băng rộng ) : WCDMA được phát triển từ GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ thứ ba WCDMA có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số ( FDD: Frequency division duplex ) và ghép song công phân chia theo thời gian ( TDD: Time division duplex ) Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp ( DS-CDMA: Direct spectrum Code division multiple access ) Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai sẽ được áp dụng cho các ô nhỏ ( micro và pico)

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190MHz; đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920MHz đến 1980MHz và đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110MHz đến 2170MHz Mặc dù 5MHz là độ rộng băng tần danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4MHz đến 5MHz với nấc tăng là 200KHz Việc chọn độ rộng băng tần đúng đắn cho phép tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900-1920MHz và 2025MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng cùng một băng tần

WCDMA sử dụng phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84Mcps Với WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN ( UTMS terrestrial radio access network ) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử

ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM Do vậy mà việc sử dụng lại các trạm BTS và BSC của GSM là rất hạn chế WCDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM,

GPRS hiện có cho mình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời cả WCDMA và GSM

1.3 Mô hình tham khảo mạng W-CDMA

1.3.1 Kiến trúc mạng 3G WCDMA phát hành 3GPP Release 1999

Hình 1.2 cho thấy cấu trúc mạng cơ sở WCDMA ở phát hành 3GPP Release

1999 (tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS)

Mạng lõi gồm trung tâm chuyển mạch kênh (MSC: Mobile service switching centre) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN Các kênh thoại và truyền số liệu chuyển mạch gói được kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC (không được chỉ

ra ở hình vẽ) và GGSN

Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: HLR, AUC và EIR

Mạng truy nhập chứa các phần tử sau: RNC (Radio Network Controller – Bộ điều khiển mạng vô tuyến): đóng vai trò như BSC ở các mạng thông tin di động.NB (Node B – Nút B): đóng vai trò như BTS ở các mạng thông tin di động UE (User Equipment): thiết bị của người sử dụng

UE bao gồm thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) USIM là một vi mạch chứa các thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khóa bảo

an (giống như SIM ở GSM) Uu là giao diện giữa UE và mạng Nút B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC RNC đóng vai trò như BSC ở GSM, RNC kết hợp với các nút B nối với nó được gọi là mạng con vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Giao diện giữa nút B và RNC được gọi là giao diện Iub Khác với giao diện Abis ở GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hóa hoàn toàn và để mở,

vì thế có thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của một nhà sản xuất khác

Khác với ở GSM các BSC không nối vói nhau, ở mạng truy cập vô tuyến của UMTS có cả giao diện giữa các RNC Giao diện này được gọi là Iur Mục đính trước tiên của giao diện này là hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyên giao giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao

UTRAN được kết nối với mạng lõi thông qua giao diện Iu Giao diện Iu có hai phận khác nhau Iu-CS và Iu-PS Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch gói được twhc hiện thông qua giao diện Iu-

PS, giao diện này nối RNC đến một SGSN

Từ hình 1.2 ta thấy tất cả các giao diện UTRAN của phát hành 3GPP Relaese

1999 đều được xây dựng trên cơ sở ATM ATM được chọn vì khả năng hỗ trợ nhiều loại dịch vụ khác nhau Từ hình này ta cũng có thể thấy rằng mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi có thể hỗ trợ công nghệ truy cập vô tuyến mới

Trong thực tế, các tiêu chuẩn UTMS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UTMS đến GSM và ngược lại Điều này rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trông trong vùng phủ của UMTS và

vì thế thuê bao UMTS phải có khả năng nhận được dịch vụ ở vùng phủ của GSM

Trong hầu hết thực hiện của các nhà sản xuất nhiều phần tử mạng được nâng cấp để hỗ trợ đồng thời cả GSM/GPRS và UMTS Các phần tử mạng này bao gồm

MSC/VLR, HLR, SGSN, GGSN Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc được triển khai cho GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cho cả GSM và UTMS Đối với một số hà sản xuất, BSC được nâng cấp để hoạt động như

cả hai GSM BSC và UMTS RNC Tuy nhiên, cấu hình này rất hiếm Yêu cầu các giao diện và các chức năng khác nhau (như chuyển giao mềm) của UMTS RNC chứng tỏ rằng công nghệ của nó hoàn toàn khác với GSM BSC Vì vậy, thông thường ta thấy các UMTS RNC và GSM BSC tách biệt nhau

1.3.2 Kiến trúc mạng 3G WCDMA phát hành 3GPP Release 4

Hình 1.3 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS Release 4 Sự khác nhau cơ

bản giữa Release 1999 và Release 4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như

ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển

và có thể đặt xa MSC Server

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time

Transport Protocol) trên Giao thức Internet (IP) Từ hình 1.3 ta thấy lưu lượng số

liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả

số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ

có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau

Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248 Giao thức này được ITU và IETF cộng tác phát triển Nó có tên là điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control) Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc) giao thức Điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent Call Control) được xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU

Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu

tư

Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSC Server

ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố

A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng

Từ hình 1.3 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ

sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng các phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn) Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP Bộ giao thức này được gọi là Sigtran

1.3.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện

IP (hình 1.4) Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu

Điểm mới của kiến trúc mạng 3GPP đa phương tiện IP của 3GPP là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP Từ hình 1.4 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng

Hình 1.4 Kiến trúc mạng 3GPP đa phương tiện IP của 3GPP

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway)

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng cường rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ

giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành một tác

nhân của người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều

CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến CSCF hoạt động như một đại diện Server /hộ tịch viên

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS Release 1999 và Release 4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn) Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp với chúng

Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi

được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng

MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện MGW ở kiến trúc mạng của UMTS này có chức năng giống như ở Release 4 MGW được điều khiển bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF) Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248

MGCF cũng liên lạc với CSCF Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP

1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ

Do thông tin di động 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra thông tin

3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở W-CDMA

được phân loại như sau:

Loại hội thoại (Conversationalt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng hạn)

Loại luồng (Streaming): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming)

Loại tương tác (Interactive): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ

lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn)

Loại nền (Background): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: video download)

Môi trường hoạt động của 3G WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb phục vụ như sau:

• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps

• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 kbps

• Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 kbps

• Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 9,6 kbps

Có thể tổng kết các dịch vụ do 3G WCDMA UMTS cung cấp ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở 3G WDCMA UMTS

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ

di động

vụ Dịch vụ thông tin

định vị

- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh

Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps)

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Internet

Dịch vụ internet

đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps)

3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là Release 1999, Release 4, kiến trúc mạng đa phương tiện IP Trong đó mạng lõi Release 1999, Release 4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA

2.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt Trong các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết

để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn này Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng tần này có thể bằng vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v )

rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

* Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

* Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum)

và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên WCDMA sử dụng DSSS Trong hệ thống DSSS tất cả các người sử dụng đều cùng dùng chung một băng tần

và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu khác xuất

hiện ở các dạng nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm.DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc

là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của

Rc=15Rb Hình 2.1a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng

số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào Các hình 2.1b và 2.1c biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số

Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c

2.2 Áp dụng DSSS cho CDMA

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập

mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:

1 Tích hai mã giống nhau bằng 1: ci×ci=1

2 Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck

1

1

0

N k k

C

số chip và Ck là giá trị chip k trong một mã

Bảng 2.1 cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7 Bảng 2.2 và 2.3 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 2.1 ta được một mã mới

Trong hình 2.1 x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc độ bit của luồng

số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc độ chip của

mã trải phổ Rc=15Rb và Tb=15Tc

Hình 2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Bảng 2.1 Thí dụ bộ tám mã trực giao

(2.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:

bộ lọc tần số trong miền tần số Hình 2.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k Hình 2.2a cho thấy

sơ đồ giải trải phổ DSSS Hình 2.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ

K máy phát sau trải phổ, hình 2.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb

Hình 2.2 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín

hiệu

Từ hình 2.2 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.2.b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.2.c: SIR=S1/S2 Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số

Rc/Rb vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain)

2.3 Các mã trải phổ sử dụng trong WCDMA

Khái niệm trải phổ được áp dụng cho các kênh vật lý, khái niệm này bao gồm hai thao tác Đâu tiên là thao tác định kênh, trong đó mỗi ký hiệu số liệu dược chuyển thành một số chip nhờ vậy tăng độ rộng phổ tín hiệu Số chip trên một ký hiệu (hay tỷ số giữa tốc độ chip và tốc độ ký hiệu) được gọi là hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói một cách khác SF=Rs/Rc trong đó Rs là tốc độ ký hiệu còn Rc là tốc đô chip Hệ số trải phổ là một giá trị khả biến, ngoại trừ đối với kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH ) trong HSDPA có SF=16 Thao tác thứ hai là thao tác ngẫu nhiên hóa để tăng tính trực giao trong đó một mã ngẫu nhiên hóa được ‘trộn’ với tín hiệu trải phổ Mã ngẫu nhiên hoá được xây dựng trên

cơ sở mã Gold

Trong quá trình định kênh, các ký hiệu số liệu được nhân với một mã OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor: mã trực giao hệ số khả biến) đồng bộ về thời gian với biên của ký hiệu Trong 3GPP, OVSF (hình 2.3) được sử dụng cho các tốc

độ ký hiệu khác nhau và được ký hiệu là Cch,SF,k trong đó SF là hệ số trải phổ của

mã và k là số thứ tự mã (0≤k≤SF-1) Các mã định kênh có các tính chất trực giao và được sử dụng để phân biệt các thông tin được phát đi cùng từ một nguồn: (1) các kết nối khác nhau trên đường xuống trong cùng một ô trên đường xuống và giảm nhiễu nội ô, (2) các kênh số liệu vật lý đường lên từ một UE Trên đường xuống các

mã OVSF trong mộ ô bị hạn chế vì thế cần được quản lý bởi RNC, tuy nhiên điều này không xẩy ra đối với đường lên

Cần lưu ý khi chọn mã định kênh để chúng không tương quan với nhau Chẳng hạn khi đã chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không được sử dụng mã Cch,16,8=+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1; vì hai mã này hoàn toàn giống nhau (tích của chúng bằng 1) và chúng sẽ gây nhiễu cho nhau

Các mã OVSF chỉ hiệu quả khi các kênh được đồng bộ hoàn hảo tại mức ký hiệu Mất tương quan chéo do truyền sóng đa đường được bù trừ bởi thao tác ngẫu nhiên hóa bổ sung Với thao tác ngẫu nhiên hóa, phần thực (I) và phần ảo (Q) của tín hiệu trải phổ được nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức Mã ngẫu nhiên hóa phức được sử dụng để phân biệt các nguồn phát: (1) các ô khác nhau đối với đường xuống và (2) các UE khác nhau đối với đường lên Các mã này có các tính chất tương quan tốt (trung bình hóa nhiễu) và luôn được sử dụng để ‘trộn’ với các

mã trải phổ nhưng không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu và băng thông truyền dẫn

Đường truyền giữa nút B và UE trong WCDMA chứa nhiều kênh Có thể chia các kênh này thành hai loại: (1) kênh riêng để truyền lưu lượng và (2) kênh chung mang các thông tin điều khiển và báo hiệu Đường truyền từ UE đến nút B được gọi là đường lên, còn đường ngược lại từ nút B đến UE được gọi là đường xuống Trước hết ta xét trải phổ cho các kênh đường lên

Hình 2.3 Cây mã định kênh 2.4 Trải phổ và điều chế đường lên

2.4.1 Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên

liệu vật lý riêng, kênh để truyền lưu lượng của người sử dụng) và DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: kênh điều khiển vật lý riêng; kênh đi cùng với DPDCH để mang thông tin điều khiển lớp vật lý) được minh họa trên hình 2.4

Một DPCCH và cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực có thể được trải phổ và phát đồng thời DPCCH luôn được trải phổ bằng mã Cc=Cch,256,0, trong đó

phổ với mã Cd,1=Cch,SF,k, trong đó k=SF/4 là số mã OVSF và k=SF/4 Nghĩa là nếu

hệ số trải phổ SF=128 thì k=32 Nếu nhiều DPDCH được phát, thì tất cả DPDCH

n∈{5,6} Để bù trừ sự khác nhau giữa các hệ số trải phổ của số liệu, tín hiệu trải phổ được đánh trọng số bằng các hệ số khuyếch đại ký hiệu là βc cho DPCCH và βdcho DPDCH Các hệ số khuyếch đại này được tính toán bởi SRNC và được gửi đến

UE trong giai đoạn thiết lập đường truyền vô tuyến hay đặt lại cấu hình Các hệ số khuyếch đại nằm trong dải từ 0 đến 1 và ít nhất một trong số các giá trị của βc và βdluôn luôn bằng 1 Luồng chip của các nhánh I và Q sau đó được cộng phức với nhau

trên hình 2.4 Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ với khung vô tuyến, nghĩa là chip thứ nhất tương ứng với đầu khung vô tuyến

gây nhiễu âm thanh cho thiết bị âm thanh đặt gần máy đầu cuối di động Thí dụ điển hình là trường hợp nhiễu tần số khung (217 Hz=1/4,615ms) gây ra do các đầu cuối GSM Để tránh hiệu ứng này, kênh DPCCH và các kênh DPDCH không được ghép theo thời gian mà được ghép theo mã I/Q (điều chế QPSK hai kênh) với ngẫu nhiên hoá phức Minh họa trên hình 2.5 cho thấy sơ đồ điều chế này cho phép truyền dẫn liên tục ngay cả trong các chu kỳ im lặng khi chỉ có thông tin điều khiển lớp 1 để duy trì hoạt động đường truyền (DPCCH) là được phát

Như minh họa trên hình 2.6, các mã ngẫu nhiên hóa phức được tạo ra bằng

cách này hiệu suất của bộ khuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình) trong UE hầu như không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số β giữa

DPDCH và DPCCH

Hình 2.4 Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên

Hình 2.5 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng

Hình 2.6 Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức, β

biểu diễn cho tỷ số công suất giữa DPDCH và DPCCH

DPCCH và các DPDCH có thể được ngẫu nhiên hóa bằng các mã ngẫu nhiên dài hoặc ngắn Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đường lên và 224 mã ngẫu nhiên ngắn đường lên Vì có thể sử dụng được hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đường lên Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,…., 16777215), cùng với SF thấp nhất được phép của mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 và 256) cho phần số liệu được ấn định bởi các lớp cao hơn, chẳng hạn khi thiết lập kết nối RRC hoặc khi điều khiển chuyển giao

2.4.2 Trải phổ và điều chế kênh chung đường lên PRACH

Phần này sẽ trình bầy ấn định mã cho tiền tố và phần bản tin của PRACH là một dạng kênh chung đường lên

Trải phổ và ngẫu nhiên hóa phần bản tin PRACH được minh họa trên hình 2.7

Hình 2.7 Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH

Phần điều khiển của bản tin PRACH được trải phổ bằng mã định kênh

Cc=Cch,256,m, trong đó m=16.s+15 và s (0 ≤s≤15) là chữ ký tiền tố và phần số liệu được trải phổ bằng mã định kênh Cd=Cch,SF,m, trong đó SF (có giá trị từ 32 đến 256)

là hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu và m=SF.s/16

Phần bản tin PRACH luôn luôn được trải phổ bằng mã ngẫu nhiên hóa dài

Độ dài của mã ngẫu nhiên hóa được sử dụng cho phần bản tin là 10ms Có tất cả là

8192 mã ngẫu nhiên hóa

2.5 Trải phổ và điều chế đường xuống

2.5.1 Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống

2.8 Ngoại trừ các SCH, mỗi cặp hai bit kênh trước hết được biến đổi từ nối tiếp vào song song tương ứng một ký hiệu điều chế, sau đó được đặt lên các nhánh I và Q Sau đó các nhánh I và Q được trải phổ đến tốc độ 3,84Mcps bằng cùng mỗi mã dịnh kênh Cch,SF,m Các chuỗi chip giá trị thực trên các nhánh I và Q sau đó được ngẫu nhiên hóa bằng mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát nút B, mã này

ngẫu nhiên hóa sử dụng cho P-CCPCH (kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp), trong

đó chíp phức đầu tiên của khung P-CCPCH được nhân với chip số 0 của mã ngẫu nhiên hóa này

Sau trải phổ, mỗi kênh vật lý đường xuống (trừ các SCH) được đánh trọng số bằng các hệ số trọng số riêng ký hiệu là Gi như trên hình 2.8 P-SCH và S-SCH giá trị phức được đánh trọng số riêng bằng các hệ số trọng số Gp và Gs Tất cả các kênh đường xuống được kết hợp với nhau bằng cộng phức Chuỗi nhận được sau trải phổ

và ngẫu nhiên hóa được điều chế QPSK

2.5.2 Các mã trải phổ đường xuống

Trên đường xuống, cùng các mã định kênh như trên đường lên (mã OVSF) được sử dụng Thông thường mỗi ô chỉ có một cây mã và mỗi cây mã được đặt dưới một mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều người sử dụng Theo quy đinh,

Cch,256,0 và Cch,256,1 Bộ quản lý tài nguyên trong RNC ấn định các mã định kênh cho tất cả các kênh khác với giới hạn SF=512 trong trường hợp sử dụng chuyển giao phân tập

Mã OVSF có thể thay đổi theo từng khung trên kênh PDSCH (kênh chia sẻ đường xuống vật lý) Quy tắc thay đổi như sau, mã (các mã) OVSF được sử dụng cho kết nối phía dưới hệ số trải phổ nhỏ nhất là mã từ nhánh cây, mã nhánh cây mã được chỉ ra bởi hệ số trải phổ thấp nhất này Nếu DSCH được sắp xếp lên nhiều PDSCH song song, thì quy tắc tương tự được áp dụng, nhưng tất các nhánh mã được sử dụng bởi các mã này tương ứng với hệ số trải phổ nhỏ nhất đều có thể sử dụng cho ấn định hệ số trải phổ cao hơn

Hình 2.8 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống 2.5.3 Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống

Trên đường xuống chỉ có các mã ngẫu nhiên hóa dài là được sử dụng Có tất

nhiên được ký hiệu là Sdl,n được cấu trúc bằng các đoạn của chuỗi Gold Để tăng tốc quá trình tìm ô, chỉ 8192 mã trong số 262143 được sử dụng trong thực tế và được cắt ngắn lấy đoạn đầu 38400 chip để phù hợp với chu kỳ khung 10 ms Như minh họa trên hình 2.9, chỉ có các mã với n=0,1,…, 8191 được sử dụng Các mã này được chia thành 512 tập Mỗi tập gồm 16 mã (i=0…15) với một mã sơ cấp và 15 mã thứ cấp 8 tập (i=0…7) với 8x16 mã hợp thành một nhóm tạo nên 64 nhóm (j=0…63)

Vì thông thường mỗi ô được nhận dạng bằng một mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp, nên quá trình tìm kiếm ô cũng là quá trình tìm kiếm mã này Quá trình tìm kiếm ô

có thể được thực hiện theo ba bước sau:

- Tìm P-SCH (kênh đồng bộ sơ cấp) để thiết lập đồng bộ khe và đồng bộ ký hiệu

- Tìm S-SCH (kênh đồng bộ thứ cấp) để thiết lập đồng bộ khung và nhóm mã

- Tìm mã ngẫu nhiên hóa để nhận dạng ô

Hình 2.9 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp 2.6 Điều khiển công suất

chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa Để tránh hiện tượng này hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng) Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:

- Điều khiển công suất vòng hở

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng hở lại được chia thành:

- Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích

- Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích

2.7 Chuyển giao trong hệ thống CDMA

Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình trong đó kênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn đối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ xét cụ thể trong phần dưới đây

Có thể chia chuyển giao thành các kiểu HO sau:

- Chuyển giao nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA Có thể

chia nhỏ chuyển giao này thành

WCDMA

WCDMA khác nhau

- Chuyển giao giữa các hệ thống (IS-HO) giữa các ô thuộc hai công nghệ truy

nhập vô tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau Trường hợp thường xuyên xẩy ra nhất đối với kiểu thứ nhất là HO giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE Tuy nhiên cũng có thể là IS-HO giữa WCDMA và