Hệ thống trải phổ rộng WCDMA

Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói, tiếp theo là EDGE tiêu chuẩn 3G trên băng tần

Hệ thống trải phổ băng rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày Các kĩ 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 và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình

Để tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì

nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch

vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,…

Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA)

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA và mạng W-CDMA

em đã thực hiện đồ án: “Hệ thống trải phổ băng rộng WCDMA ”

Đồ án này gồm có 5 chương:

Chương 1 : Gới thiệu các hệ thống thông tin di động

Chương 2 :công nghệ di đông thế hệ 3 WCDMA

Chương 3 : Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống 3G-WCDMA

Chương 4 : Quy hoạch mạng WCDMA và so sánh hệ thống UMTS với GSM2GChương 5 :Hướng phát triển của WCDMA

Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các quý thầy (cô) và sự góp ý của các bạn bè để

em hoàn thiện đồ án này hơn nữa

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ks.NGUYỄN PHÚC NGỌC đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Vinh ngày … tháng ….năm 2009

Nguyễn Việt Bắc

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 4

DANH SÁCH HÌNH VẼ 7

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT 8

CHƯƠNG 1 15

1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 15

1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 17

1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 17

1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 18

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 20

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo 21

1.5 Tổng kết quá trình đi lên của hệ thống thông tin di động thế hệ ba 22

CHƯƠNG 2 25

2.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA 25

2.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống W-CDMA 27

2.3 Chức năng của các thành phần trong hệ thống W-CDMA 28

2.3.1 UE (User Equipment) 28

2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 28

2.3.3 Mạng lõi CN 30

2.4 Giao diện của W-CDMA 31

2.5.Cấu trúc phân kênh của WCDMA 34

2.5.1 Kênh vật lý 35

2.5.2Kênh truyền tải 44

CHƯƠNG 3 47

3.1.Trải phổ trong W-CDMA 47

3.1.1.Giới thiệu 47

3.1.2.Nguyên lý trải phổ DSSS 48

3.1.3.Mã trải phổ 49

3.2.Truy nhập gói 51

3.2.1.Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA 51

3.2.2.Lưu lượng số liệu gói 52

3.2.3.Các phương pháp lập biểu gói 53

3.3 Kỹ thuật chuyển giao 54

3.3.1 Mục đích và trình tự của chuyển giao 54

3.3.2 Phân loại và quá trình chuyển giao 57

3.4 Điều khiển công suất trong hệ thống W-CDMA 62

3.4.1 Ý nghĩa của điều khiển công suất 62

3.4.2 Một số loại nhiều và một số thuật ngữ liên quan 63

3.4.3 phân loại điều khiển công suất 68

3.4.4 Nguyên lý trong điều khiển công suất 70

3.4.5 Điều khiển công suất đường lên 73

CHƯƠNG 4 82

4.1 Quy hoạch mạng WCDMA 82

4.1.1 Suy hao đường truyền trong quá trình truyền lan tín hiệu 83

4.1.2 Mô hình tính suy hao đường truyền 83

4.1.2.1 Mô hình Hata - Okumura 83

4.1.2.2 Mô hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231) 85

4.1.2.3 Quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng 88

4.1.2.4 Một số khái niệm cần quan tâm 88

4.1.3 Dung lượng kết nối vô tuyến 90

4.1.4 Suy giảm đường truyền lớn nhất cho phép 91

4.2 So sánh hệ thống UMTS với hệ thống GSM 2G 92

CHƯƠNG 5 93

5.1 Giới thiệu 93

5.2 HSDPA (3.5G) 94

5.3 Supper 3G (LTE) 95

5.4 Xu hướng phát triển và các yếu tố thúc đẩy 4G 99

5.4.1 Xu hướng phát triển 99

5.4.2 Những yếu tố thúc đẩy 4G 102

TỔNG KẾT CHUNG 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình vẽ Trang

Hình 1.1 Khái niệm về hệ thống FDMA 14

Hình 1.2 Khái niệm về hệ thống TDMA 15

Hình 1.3 Khái niệm về hệ thống CDMA 17

Hình 1.4 Lộ trình phát triển từ 2G đến 3G 18

Hình 1.5 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G) 21

Hình 2.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba 23 Hình 2.2 Cấu trúc của W-CDMA UMTS 25

Hình 2.3 Cấu trúc UTRAN 26

Hình 2.4 Cấu trúc giao thức IU CS 29

Hình 2.5 Cấu trúc giao thức IU PS 30

Hình 2.6 Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên 33

Hình 2.7 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng 34

Hình 2.8 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 35

Hình 2.9 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH 35

Hình 2.10 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH 36

Hình 2.11 Cấu trúc khung của DPCH đường xuống 37

Hình 2.12 Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 38

Hình 2.13 Cấu trúc khung của S-CCPCH 38

Hình 2.14 Cấu trúc khung kênh đồng bộ 39

Hình 2.15 Cấu trúc khung của PDSCH 39

Hình 2.16 Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH 40

Hình 2.17 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi 40

Hình 2.18 Kênh truyền tải 41

Hình 3.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 46

Hình 3.2 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN 46

Hình 3.3 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao 48

Hình 3.4 Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói 49

Hình 3.5 Trình tự thực hiện chuyển giao 52

Hình 3.6 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 53

Hình 3.7 chuyển giao mềm hai đường 54

Hình 3.8 Chuyển giao mềm ba đường 55

Hình 3.9chuyển giao mềm hơn 56

Hình 3.10.chuyển giao mềm – mềm hơn 57

Hình 3.11 Chuyển giao cứng cùng tần số 58

Hình 3.12 Chuyển giao cứng khác tần số 58

Hình 3.13 Nhiễu đường lên 60

Hình 3.14 Nhiễu đường xuống 60

Hình 3.15 Các loại nhiễu trong hệ thống 61

Hình 3.16 Vấn đề gần – xa (điều khiển công suất đường lên) 62

Hình 3.17 Bù nhiễu ở kênh lân cận (điều khiển công suất đường xuống) 62

Hình 3.18 Quá trình thiết lập cuộc gọi 64

Hình 3.18 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín 67

Hình 3.19 Điều khiển công suất vòng kín bù trừ fading nhanh 68

Hình 3.20 Điều khiển công suất vòng ngoài 68

Hình 3.21 Kiến trúc logic chức năng UL PC vòng ngoài cho dịch vụ nhiều kênh 71 Hình 3.22 UL PC vòng trong khi chuyển giao mềm 73

Hình 3.23 Dịch công suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống 75

Hình 3.24 DL PC vòng trong khi chuyển giao mềm 76

Hình 3.25 Cấu trúc máy thu RAKE 77

Hình 3.26 phương pháp chọn đường truyền để kết hợp với RAKE 77

Hình 4.2 Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami 81

Hình 4.3 Quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng 84

Hình 5.1 Sự phát triển từ 3G lên 4G 90

Hình 5.2 phát triển từ W-CDMA lên 4G 92

Hình 5.3 sự phát triển của W-CDMA so với Wimax 94

Hình 5.4: Mạng lõi IP thống nhất 98

BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT

A

ACCH Associated Control Channels

Kênh điều khiển liên kết

AI Acquisition Indicator

Chỉ thị bắt

AMPS Advanced Mobile Phone System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ARQ Automatic Repeat Request

Yêu cầu lặp lại tự động

AS Access Stratum

Tầng truy nhập

B

BCCH Broadcast Control Channel

Kênh quảng bá điều khiển

BPSK Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

CCCH Common Control Channel

Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple Access

Đa truy cập chia theo mã

C/I Carrier to Interference ratio

Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CCCH Common Control Chanel

Kênh điều khiển chung

CCPCH Common Control Physical Chanel

Kênh vật lý điều khiển chung

CPCC Common Power Control Chanel

Kênh điều khiển công suất chung

CPCH Common Packet Chanel

Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Chanel

Kênh hoa tiêu chung

DCCHDedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Chanel

Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel

Kênh số liệu vật lý riêng

DTCH Dedicated Traffic Chanel

Kênh lưu lượng riêng

DTE Data Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối số liệu

DSCH Downlink Shared Chanel

Kênh dùng chung đường xuống

E

EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution

Tăng tốc độ truyền dẫn…

ETSI European Telecommunications Standards Institute

Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

F

FACCH Fast Associated Control Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh

FACH Forward Access Chanel

Kênh truy nhập đường xuống

FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel

Kênh báo hiệu đường lên nhanh

FCCCH Forward Common Control Chanel

Kênh điều khiển chung đường xuống

FCCH Frequency Correction Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số

FDD Frequency Division Duplex

Ghép kênh song công phân chia theo tần số

FDMA Frequence Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần sốFDCCH Forward Dedicated Control Chanel

Kênh điều khiển riêng đường xuống.

FSK Frequency Shift Keying

Khoá điều chế dịch tần

G

GOS Grade Of Service

Cấp độ phục vụ

GSM Global System for Mobile Communication

Thông tin di động toàn cầuGPS Global Position System

Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS General Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung

H

Handover Chuyển giao

Chuyển giao cứng

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data

Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao

I

IMT-2000 International Mobile Telecommunication

Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu

IMSI International Mobile Subscriber Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IP Internet Protocol

Giao thức Internet

IS-54 Interim Standard 54

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất)

IS-136 Interim Standard 136

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T)

IS-95A Interim Standard 95A

Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)ISDN Integrated Servive Digital Network

Mạng số đa dịch vụ

ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector

Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến

IWF InterWorking Function

Chức năng tương tác mạng

L

LAC Link Access Control

Điều khiển truy nhập liên kết

LAI Location Area Indentify

Nhận dạng vùng vị trí

LLC Logical Link Control

Điều khiển liên kết logic

NAS Non-Access Stratum

Tầng không truy nhập

Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC

NSS Network and Switching Subsystem

Hệ thống chuyển mạch

O

ODMA Opportunity Driven Multiplex Access

Đa truy cập theo cơ hội

OM Operation and Management

Khai thác và bảo dưỡng

P

PAGCH Paging and Access

Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin

PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code

Mã xoắn móc nối song song

PCCH Paging Contrlo Chanel

Kênh điều khiển tìm gọi

PCH Paging Channel

Kênh nhắn tin

PCPCH Physical Common Packet Chanel

Kênh gói chung vật lý

PCS Personal Communication Services

Dịch vụ thông tin cá nhân

PLMNPublic Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công cộng

PSTN Public Switched Telephone Network

Mạng chuyển mạch thoại công cộng

QPSK

Khóa dịch pha vuông góc

R

RACHRandom Access Channel

Kênh truy cập ngẫu nhiên

RRC Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

S

SCH Synchronization Channel

Kênh đồng bộ

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

SDMA Space Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo không gian

T

TACH Traffic and Associated Channel

Lênh lưu lượng và liên kết

TCH Traffic Channel

Kênh lưu lượng

TDMA Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo thời gianTDD Time Division Duplex

Ghép song công phân chia thời gian

U

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu

UMTSUniversal Mobile Telecommunnication System

WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access

Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng

JPD Japannish personal Digital Cellular System

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1

Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Hình 1.1 mô tả phương pháp đa truy cập FDMA với 5 người dùng Hình 1.1(a) là phổ của hệ thống FDMA Ở đây, băng

thông của hệ thống được chia thành các băng có độ rộng Wch Giữa các kênh kề nhau có một khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tần số sóng mang Khi một người dùng gởi yêu cầu tới BS, BS sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và giành riêng cho người dùng đó trong suốt cuộc gọi Tuy nhiên, ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lại cho người khác Khi có năm người dùng xác định và duy trì cuộc gọi như hình 1.1(b), có thể ấn định kênh như trên hình 1.1(c)

Đặc điểm:

- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS)

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ

2 ưa điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

Phổ

Tần số

Băng tần hệ thống Khoảng bảo vệ

Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh N

Kênh 1 Kênh 3

Thời gian

Người dùng 1 và 4

Người dùng 2 và 5 Người dùng 3

Băng tần

1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ

2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung Hình 1.2 cho thấy quá trình truy cập của một hệ thống TDMA 3 kênh với 5 người dùng

Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công NghệHình 1.2 Khái niệm về hệ thống TDMA: 17

Thời gian

Băng tần hệ thống Phổ

Đặc điểm :

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

- Giảm số máy thu phát ở BTS

- Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM)

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại

mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

Băng tần hệ thống Phổ

Người dùng 4

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ

ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được

đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thế kỷ này 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 di động thế hệ 3

- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các

hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136

- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

Hình 1.4 trình bày lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ 2G đến 3G

UMTS WCDMA

Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2

- Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

+ 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

+ 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

- Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

+ Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

 Đường lên : 1885-2025 MHz

 Đường xuống : 2110-2200 MHz

+ Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

 Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

 Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

+ Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh

+ Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

 Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ

sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

 Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

 Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

+ Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA Thế hệ 4 là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối

đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầu tiên cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giây khi di chuyển và tới 1Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác

Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần

số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

1.5 Tổng kết quá trình đi lên của hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Các công nghệ của thông tin di động ngày càng phát triển và ngày một tiến xa hơn ,bây giờ thì chúng ta đã có thể nhìn lại các giai đoạn phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu

Ta xét tổng kết các nề tảng công nghệ chính của hệ thống thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba và quá trình tiến hóa của các nền tảng của thế hệ ba Và để tiến tới thế hệ ba có thể thế hệ thứ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian ,giai đoạn này được gọi là thể hệ 2.5 G

Bảng 1.1 Tổng kết một số nét chính của các công nghệ thông tin di động từ

Thế hệ 2 (2G) GSM,IS-136,

IS-95

Chủ yếu cho dịch vụ tiếng và bản tin ngắn

TDMA hoặc CDMA,

số, băng hẹp (8-13 kbps)

Trung gian(2.5G) GPRS,EDGE,

cdma200-1x

Trước hết là dịch vụ tiếng có đưa thêm các dịch vụ gói

TDMA,CDMA, sử dụng trồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới,tăng cường truyền

số liệu cho thế hệ haiThế hệ ba (3G) CDMA200,

WCDMA

Các dịch vụ tiếng và

số liệu gói được thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiện Là nền tảng thực sự của thế

hệ ba

CDMA, CDMA kết hợp với TDMA,băng rộng,

sử dụng trồng lấn lên hệ thống hai hiện có nếu không sử dụng dải tần mới

Thông tin di động đã trải qua các thế hệ sau :

 1G :First generation (analog cellular) Mạng di động thế hệ 1 (chuẩn analog)

 2G :Second generation (digital cellular) Mang di đông thê hê thư 2 (chuẩn kỹ thuật số)

 2.5G :Enhanced digital cellular Mạng di động chuẩn kỹ thuật số nâng cao

 3G :Third generation (multimedia cellular) Mạng di động thế hệ thứ 3 (đa phương tiện)

Hình 1.5 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G)

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA

2.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình

WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng

kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt

là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng

và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịchvụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khácvụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch

vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

Công trình nghiên cứu của các nước châu Âu cho W-CDMA bắt đầu từ đề án CODIT (Code Division Multiplex Testbed : Phòng thí nghiệm đa truy cập theo mã)

và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đa truy cập

vô tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90 Các dự án này đã tiến hành thử nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là WCDMA Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di động phải trải qua giai đoạn 2,5G Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)

KBit/s

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nhập cơ sở dữ liệu

Mua hàng theo Catalog Video

Video theo yêu cầu

Báo điện tử

Karaoke ISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Các dịch vụ phân phối thông tin

Tin tức

Dự báo thời tiết Thông tin lưu lượng Thông tin nghỉ ngơi

Truyền hình di động

Truyền thanh di động

Tiếng

Số liệu H.ảnh

2.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống W-CDMA.

Cấu trúc tổng quan gồm các phần tử logic và các giao diện Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN).Trong đó mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN) Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN) Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với các mạng ngoài như ISDNm ,PSTN thì cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài ra còn có các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin di động như :HLR ,AUC và EIR

Mạng truy nhập vô tuyến gồm các phần tử sau :

 RNC :Bộ điều khiển mạng vô tuyến có vai trò như BRC ở mạng GSM

 NB :Nút B đóng vai trò như BTS ở mạng GSM

 MS :Trạm di động

 TE :Thiết bị đầu cuối

Giao diện giữa MSC và RNC là IU CS ,giao diện giữa SGSN và RNC là IU PS , giao diện giữa các RNC là Iur ,giao diện giữa RNC và nút B là Iub

Trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người

sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển

Hình 2.2 Cấu trúc của W-CDMA UMTS

2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN.

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện IU và kết nối với nhau trên giao diện Iur Mỗi một RNS bao gồm các nút B (Node B) và một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC ,mỗi RNC có thể nối với một hay nhiều Node B Các Node B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub và các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur

UTRAN có các đặc tính chính sau :

-Quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

+Đảm bảo tính chung Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các thuật toán quản nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối

từ UTRAN đến cả hai vùng của mạng lõi

+Đảm bảo tính chung nhất với GSM

+Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

-Chức năng của các phần tử trong hệ thống con mạng vô tuyến

+Nút B để chuyển đổi dòng dữ liệu giữa các giao diện Iub và Uu Chức năng chủ yếu của nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện vô tuyến (mã hóa kênh ,đan xen ,thích ứng tốc độ ,trải phổ ,điều khiển công suất …) Ngài ra nút B còn tham gia khai thác và quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong về phần chức năng thì nó giống như trạm gốc GSM

+Bộ điều khiển mạng vô tuyến của (RNC) : RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc ngẽn cho các ô của mình Khi một

Node B Node B

RNC

Node B Node B

RNC RNS

IUCS

MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt

+RNC phục vụ (Serving RNC) : SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường nối IU để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được

sử dụng để MS kết nối với UTRAN

RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các

ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

• MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động /bộ ghi định vị tạm trú ) :Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh ,chức năng của VLR là lưu trữ văn bản sao lưu về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống

đang phục vụ Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS.

• GMSC (Gateway MSC ) :Là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN và mạng CS bên ngoài (CS ext) GMSC trên thực tế thường được tích hợp vào cùng MSC/VLR

• SGSN (Serving GPRS Support Node) :Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụ SGSN trong W-CDMA UMTS khác với SGSN trong GPRS ở giao diện với RNC Các giao diện IU PS được đưa vào W-CDMA UMTS để tăng cường cho Gb là giao diện nối giữa BSS và SGSN trong GPRS Giao diện IU PS có khả năng hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực Một điểm khác giữa 2,5G và 3G SGSN là chức năng nén và mật mã ,2.5G SGSN tối ưu có sự sử dụng đoạn nối vô tuyến bằng cách nén tiêu đề TCP/IP còn ở 3G người sử dụng :GTP-U Tunnel giữa GGSN và SGSN và một Tunnel khác giữa SGSN và RNC còn ở GPRS chỉ có một Tunnel giữa GGSN và SGSN

GGSN (Gateway SGSN) :GGSN là điểm neo cho UE và có thể được coi như là một Router mặc định Việc chọn GGSN dựa trên APN (Access Point Name :tên điểm truy nhập) Khi UE yêu cầu thiết lập một PDP context ,APN được đặt vào yêu cầu Trên

cơ sở yêu cầu APN ,SGSN hỏi DSN để xác định GGSN đích để chuyển yêu cầu Trả lời DSN xác định GGSN và PDP context được thiết lập với GGSN này GGSN trong W-CDMA UMTS giống với GGSN trong GPRS Nhưng cần lưu ý ,khác với GPRS GGSN có thể hỗ trợ một PDP context cho một người sử dụng ,nó cũng có khả năng

ấn định một địa chỉ IP cho nhiều PDP context của một UE ,điều này là không thể trong GPRS

2.4 Giao diện của W-CDMA

Giao diện I u

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu có hai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

• Cấu trúc I U CS

Hình 2.4 Cấu trúc giao thức IU CS

IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Control Plane :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng –mạng ( SAAL-NNI gồm SSCF ,SSCOP ,AAL5) Lớp SSCF và SSCOP được thiết kế để vận chuyển báo hiệu trong mạng ATM ,quản lý kết nối báo hiệu ,AAL5 giúp phân đoạn dữ liệu tới những cell ATM

- Transport Network Control Plane :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng

- User Plane :Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS riêng

• Cấu trúc I U PS

Hình 2.5 Cấu trúc giao thức IU PSPhương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía người sử dụng

- Control Plane :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển IU PS là chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7.Ngoài ra cũng có thể định nghĩa vật mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP bao gồm :M3UA ( có SS7 MTP3 User Adaption Layer) ,SCTP (Simple Control Transmission Protocol) ,IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn ,SCTP có chức năng vận chuyển báo hiệu trong Internet

- Transport Network :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS

là không hiệu quả với IU PS Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong CS

- User Plane :Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS là luồng số liệu gói được ghép trên một hay nhiều kết nối ảo AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection) Phần người sử dụng giao thức tunneling GPRS là cung cấp nhiều nhận dạng cho từng luồng dữ liệu gói riêng Mỗi luồng số liệu sử dụng truyền tải không kết nối thông UDP và đánh địa chỉ IP

• Giao diện RNC – RNC, IUr

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

• Giao diện RNC – Node B, I Ub

Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của IUb :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

- Xử lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

2.5.Cấu trúc phân kênh của WCDMA

Cũng như trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh thông tin trong WCDMA được chia ra làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn nhận Theo quan điểm truyền dẫn ta sẽ có các kênh vật lý còn theo quan điểm thông tin ta sẽ có các kênh truyền tải

Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng

xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối Trên quan điểm các hệ thống thông tin di động thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì vậy không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai

2.5.1 Kênh vật lý

Kênh vật lý đường lên gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH)

a Kênh vật lý riêng đường lên

 Kênh điều khiển vật lý (DPCCH)

Kênh điều khiển vật lý đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển lớp vật lý Thông tin này gồm : các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênh cho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP : Transmit Control Power), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) và một chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI)

Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên Mỗi khung

có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip ứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Như vậy độ rộng khe gần bằng với

độ rộng khe ở GSM (577μs) Các bit FBI được sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên Có các tuỳ chọn sau : 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không các bit TFCI Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH

 Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH

Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung Thông thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành Nếu giải

mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI

Hoa tiêu TFCI FBI TCP

Npilot bit NTFCI bit NFBI bit

NTPC bit

Số liệu Ndata bit

Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6)

Một khung vô tuyến : Tf = 10ms

DPDCH

DPCCH

Hình 2.6 Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên

b Kênh vật lý chung đường lên

 Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH

Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) được sử dụng để mang RACH

- Phát RACH : Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh Cứ hai khung thì có 15 khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng là là 5120 chip Các lớp cao cung cấp thông tin về khe truy nhập sử dụng

Hình 2.7 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng

Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên

- Phần bản tin của RACH : Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia thành

15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip Mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1 Cả hai phần được phát đồng thời Phần số liệu gồm 10.2k bit với k = 0, 1, 2, 3 Phần điều khiển gồm 8 bit hoa tiêu

để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và hai bit TFCI Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30 Giá trị của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy nhập hiện thời

 Kênh gói chung PCPCH

Kênh gói chung vật lý được sử dụng để mang CPCH PCPCH thực chất là sự

mở rộng của RACH Sự khác nhau cơ bản so với RACH là kênh này có thể dành

tố

Tiền

tố

Tiền tố

Phần bản tin Phần bản tin

4096 chip

4096 chip

10ms (Một khung vô tuyến)

20ms (Hai khung vô tuyến)

Hình 2.8 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên

Tiền tố

Số liệu Ndata bit

Khung vô tuyến phần bản tin TRACH = 10

Hoa tiêu Npilot bit

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k=0 3)

Số liệu

Điều khiển

Hình 2.9 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH

trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển công suất

- Phát CPCH : Phát CPCH dựa trên nguyên tắc DSMA – CD (DSMA – Collision Detection) với chỉ thị bắt nhanh Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập (AP : Access Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố phát hiện tranh chấp (CDP : Collisiion Detection Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố điều khiển công suất (PCP : Power Control Preamble) dài từ 0 đến 8 khe và một bản tin có

độ dài khả biến Nx10ms

- Phần tiền tố truy nhập CPCH : Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương

tự như của RACH Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi được sử dụng ở tiền tố RACH

- Phần tiền tố phát hiện tranh chấp : Phần này giống như phần tiền tố RACH

- Phần tiền tố điều khiển công suất : Là các tiền tố điều khiển công suất có độ dài lấy giá trị từ 0 đến 8 khe được thiết lập bởi các bit cao

- Phần bản tin CPCH : Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này do lớp cao hơn quy định Mỗi khung 10ms được chia ra 15 khe dài 2560 chip, mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin các lớp cao và phần điều khiển mang thông tin các lớp thấp Phần số liệu và phần điều khiển được phát đồng thời

Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH)

Kênh riêng đường xuống được tạo bởi lớp hai và các lớp trên Một khung kênh riêng đường xuống dài 10ms được chia ra làm 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Cấu trúc khung của kênh riêng đường

Phần bản tin

Tiền tố truy nhậpTiền tố phân giải va chạm

DPCCHDPDCH

Hình 2.10 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH

xuống được thể hiện ở hình sau :

Kênh vật lý chung đường xuống

 Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

Kênh hoa tiêu chung là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định để mang chuỗi bit/ký hiệu đã được định nghĩa trước

Có hai kiểu kênh hoa tiêu chung là kênh hoa tiêu chung sơ cấp và kênh hoa tiêu chung thứ cấp, phân biệt về lĩnh vực sử dụng và các hạn chế đối với tính năng vật lý của chúng

- Kênh hoa tiêu chung sơ cấp : Được ngẫu nhiên hóa bởi mã ngẫu nhiên sơ cấp

và luôn được sử dụng cùng một mã định kênh Mỗi ô có một kênh và chúng được phát quảng bá trên toàn bộ ô

- Kênh hoa tiêu chung thứ cấp : Mã ngẫu nhiên hóa có thể là sơ cấp hoặc thứ cấp

và sử dụng mã định kênh tuỳ ý Một ô có thể không có hoặc có nhiều kênh Chúng chỉ được phát trong một phần ô

 Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

Là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s) đưọc sử dụng để mang BCH

Số liệu 1 TPC TFCI Số liệu 2 Hoa tiêu

Ndata bit NTPC bit NTFCI bit Ndata2 bit Npilot bit

DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0 7)

Hình 2.11 Cấu trúc khung của DPCH đường xuống

Một khung vô tuyến T

f = 10ms