Công nghệ w CDMA và quy hoạch mạng w CDMA luận văn tốt nghiệp đại học

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THễNG

đồ án tốt nghiệp

Đề Tài:

CễNG NGHỆ W- CDMA VÀ QUY

HOẠCH MẠNG W- CDMA

VINH - 2011

LỜI NÓI 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

Hệ thống viễn thông di động thế hệ hai là GSM và IS 95 Những công nghệ này ban đầu được thiết kế để truyền tải giọng nói và nhắn tin 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,… Truyền thông di động ngày nay đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống Việc vẫn có thể giữ liên lạc với mọi người trong khi di chuyển đã làm thay đổi cuộc sống riêng tư và công việc của chúng ta

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)

“Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoàn thành công trình là một việc làm cần thiết,

có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thi trong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tất yếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet)

Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ CDMA và mạng CDMA em đã thực hiện đồ án: “Công nghệ W-CDMA và qui hoạch mạng W- CDMA”.

W-Đồ án này em trình bày 5 chương, với nội dung chính là chương3, chương 4, chương 5, gồm có :

Chương 1: Tổng quan về thông tin di động

Chương 2: Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM

Chương 3: Công nghệ di động thế hệ ba W-CDMA

Chương 4: Các giải pháp kỷ thuật trong W_CDMA

Chương 5: Quy hoạch mạng W-CDMA

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 thầy giáo Thạc Sỹ NGUYỄN ANH QUỲNH

và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này !

Vinh, ngày 20 tháng 4 năm 2011 Người thực hiện

LÊ TIẾN TRƯỜNG

sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian(TDMA) và phân chia theo mã (CDMA) Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sựnhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước

đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đangđược triển khai ở một số quốc gia trên thế giới

Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới đượcthể hiện sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS: Cellular MobileTelephone System) và nhắn tin (PS: Paging System) tiến tới một hệ thốngchung toàn cầu trong tương lai

Hình 1.1 thể hiện một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạmgốc(BTS)

Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động

1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1

Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chiatần số Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chiatheo tần số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹthuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng VớiFDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênhtrong lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi

MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dànhriêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh vềkênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp nếu sốthuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lạikhông được truy cập

Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sửdụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần rathành nhiều đoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ Mỗi dảitần số được gán cho một kênh liên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướnglên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướngxuống

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 thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cậpđơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng củangười dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta

đưa ra hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dunglượng và các dịch vụ được cung cấp

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chấtlượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời sốlượng 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 Vàchúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

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

- Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access-CDMA)

1.3.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóngmang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành

cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo Phổ quy định cho

liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc nàydùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trongchu 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

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 cácmáy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy diđộng đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máyphát 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 Communications - GSM).

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuậtFDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng

xử lý không quá 106 lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khảnăng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nênnhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành cáccuộc gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trênđược phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ

ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và nhữngkênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (PseudoNoise - PN)

Đặc điểm của CDMA:

-Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

-Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

-Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độtrường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA

-Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết

bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn

đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt

1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba Công nghệ này liên quan đếnnhững cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dâycho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiệnnay Đầu tiên là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượngthiết bị cầm tay được thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra làphải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng

hơn Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợviệc gửi nội dung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại

di động

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từthế hệ 2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation) Để đáp ứng nhu cầu ngày càngtăng và các dịch vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ

90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di độngthế hệ ba ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thôngtin di động toàn cầu IMT-2000 Ở châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩnhóa phiên bản này với tên gọi là UMTS (Universal MobileTelecommunnication System) Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2GHz

Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệutốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của người sử dụng có thểlên đến 2Mbps Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vôtuyến thế hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT –

2000 với các tiêu chí sau:

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz

1885 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vôtuyến, tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến, đồng thời tươngtác với mọi loại dịch vụ viễn thông

- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khácnhau

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường thông tin nhà ảo (VHE –Vitual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân vàchuyển mạch 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 liệuchuyển mạch theo gói

- Dể dàng hỗ trợ các dich vụ mới xuất hiện

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiệnnay là: GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong quá trình thiết

kế hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quanchuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợpvới mỗi vùng

1.5 Kết luận chương

Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thốngthông tin di động Với nhu cầu không ngừng tăng lên của người sử dụng cả vềchất lượng và số lượng, nhu cầu trao đổi thông tin ở trình độ cao và đa dạng

sự phát triển ấy là tất yếu Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng mộtcách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới với các dịch vụ tiện ích như điện thoạitruyền hình, truy nhập internet, …

Chương 2

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

2.1 Giới thiệu chương

Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thốngthông tin di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phương pháp đa truy cập trongGSM, các thủ tục thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiếtphải nâng cấp mạng GSM lên thế hệ 3G

Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 củaNordic Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post andTelecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhucầu ngày càng tăng của mạng di động Châu Âu

Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thànhviên sử dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz Việntiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấpnhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số

Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành vàquản lý của nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU

“Club”, với ngày khởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991

GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệthống thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào sốtích hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóngphát triển trên toàn thế giới, mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN

và các dịch vụ mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDNchuẩn

Hình 2.1: Mạng tế bào vô tuyến

GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và

935-960 MHz, hiện nay là 1.8GHz Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệthống :

• Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt

• Giá dịch vụ và thuê bao giảm

• Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế

• Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay

• Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới

• Năng suất quang phổ

• Khả năng tương thích ISDN

Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thốngthương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992 Tổ chức MoU(Memorandum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lýGSM được cấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay

đã có 191 thành viên ở khắp thế giới Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, đượcquyền định chuẩn GSM

2.2 Cấu trúc mạng GSM

Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau Hình dưới cho thấycách bố trí của mạng GSM tổng quát Mạng GSM có thể chia thành ba phầnchính Trạm di động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ Hệ thống con

trạm gốc (Base Station Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động.

Hệ thống mạng con (Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm

chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile services Switching Center), thựchiện chuyển mạch cuộc gọi giữa những người sử dụng điện thoại di động, vàgiữa di động với thuê bao mạng cố định MSC xử lý các hoạt động quản lý diđộng Trong hình không có trình bày trung tâm duy trì và điều hành(Operations and Maintenance Center_OMS), giám sát điều hành và cơ cấucủa mạng Trạm di động và hệ thống con trạm gốc thông tin dùng giao tiếp

Um, còn được gọi là giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyến Hệ thốngcon trạm gốc liên lạc với trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động dùng giaotiếp A

Hình 2.2: Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào

2.2.1 Trạm di động

Trạm di động (Mobile Station_MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) vàmột card thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber IdentityModule_SIM) SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụngtruy cập vào các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối.Bằng cách gắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi vànhận các dịch vụ thuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này

Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị diđộng quốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI) SIM card

chứa số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile SubscriberIdentity_IMSI) sử dụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xácđịnh chủ quyền và thông tin khác Số IMEI và IMSI độc lập nhau SIM card

có thể được bảo vệ chống lại việc sử dụng trái phép bằng password hoặc sốnhận dạng cá nhân

2.2.2 Hệ thống con trạm gốc

Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: Trạm gốc thu phát (BTS) và

trạm gốc điều khiển (BSC) Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis

chuẩn hoá, cho phép điều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuấtkhác nhau

Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điềukhiển các giao thức liên kết vô tuyến với trạm di động Trong một thành phốlớn, có nhiều khả năng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chínhxác, tin cậy, di chuyển được và giá thành thấp

Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS.Trạm điều khiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay

BSC là kết nối giữa trạm di động và tổng đài di động (MSC).

cố định (như PSTN hoặc ISDN) Báo hiệu giữa các bộ phận chức năng trong

hệ thống mạng con là hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) sử dụng cho báo hiệutrung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử dụng trong mạng công cộng hiệntại

Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùngvới MSC cung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động củaGSM HLR chứa tất cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trongmạng GSM tương ứng, cùng với vị trí hiện tại của di động Vị trí của di độngthường ở dưới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR chứa trạm di động

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR,cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗithuê bao hiện tại nằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR Mặc dù mỗi bộphận chức năng chung có thể được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sảnxuất thiết bị chuyển mạch cho đến nay đều sản xuất VLR với MSC, vì thếvùng địa lý điều khiển bởi MSC sẽ tương ứng với điều khiển bởi VLR đó, do

đó đơn giản hóa báo hiệu cần thiết Lưu ý rằng MSC không chứa thông tincác trạm di động – thông tin này lưu trữ trong các thanh ghi vị trí

Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật Bộ ghinhận thực thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả cácthiết bị di động hợp lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng sốnhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI) Số IMEI bị đánh dấu là không hợp

lệ nếu được thông báo mất cắp hoặc không được chấp thuận Trung tâm nhậnthực AuC là cơ sở dữ liệu được bảo vệ chứa bản sao khóa mã trong SIM cardcủa thuê bao, sử dụng để nhận thực và mã hóa trên kênh vô tuyến

2.2.4 Đa truy cập trong GSM

Mạng GSM kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA.Dải tần 935 – 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 – 915MHz chođường xuống (GSM 900) Dải băng thông tần một kênh là 200KHz, dải tầnbảo vệ ở biên cũng rộng 200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA là 124.Một dải thông TDMA là một khung có tám khe thời gian, một khung kéo dàitrong 4.616ms Khung đường lên trễ 3 khe thời gian so với khung đườngxuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sử dụng một khe thời gian có cùng sốthứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công

Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định900Mhz xác định theo công thức sau:

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa

hàng trăm bit đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thờigian 577μs ở trong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên Mỗi mộtkênh tần số cho phép tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khungbao gồm 8 khe thời gian từ 0 – 7 (TS0, TS1, TS7)

2.2.5 Các thủ tục thông tin

2.2.5.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng

Khi một thuê bao không ở trạng thái gọi, nó sẽ quét 21 kênh thiết lập trêntổng số 416 kênh Sau đó nó chọn một kênh mạnh nhất và khóa ở kênh này.Sau 60s quá trình tự định vị được lặp lại

Khi thuê bao bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển Sau

đó, thiết bị đo cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại Cuối cùng chuyểnsang kết nối với kênh có tín hiệu mạnh nhất

2.2.5.2 Chuyển vùng

Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệGSM tại hầu hết các mạng GSM trên thế giới Trong khi di chuyển thiết bịliên tục dò kênh để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất Khi tìm thấy

trạm có tín hiệu mạnh hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang trạm mới, nếutrạm mới nằm trong vùng phủ khác thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mớicủa mình.

Riêng trong chế độ chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạngcủa hai nhà khai thác dịch vụ khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏiphải có sự chấp thuận và hổ trợ từ cấp nhà khai thác dịch vụ

2.2.5.3 Thực hiện cuộc gọi

a Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định

Trình tự thiết lập cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định nhưsau:

- Thiết bị gửi yêu cầu một kênh báo hiệu

- BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu

- Thiết bị gửi yêu cầu cuộc gọi cho MSC/VLR Thao tác đăng ký trạngthái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị, gửi

số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi rađều được thực hiện trong bước này

- Nếu hợp lệ MSC/VLR báo cho BSC/TRC một kênh đang rỗi

- MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN

- Nếu máy được gọi trả lời, kết nối sẽ thiết lập

b Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động

Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết

bị không được biết chính xác Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thựchiện công việc xác định vị trí của thiết bị di động

- Từ điện thoại cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.Mạng sẽ phân tích và nếu phát hiện ra từ khóa gọi mạng di động, mạng PSTN

sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp

- GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trongHLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ

- HLR phân tích số di động gọi đến để tìm ra MSC/VLR đang phục vụcho thiết bị Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽđược trả về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến

- HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ

- MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC

- GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR

- MSC/VLR biết địa chỉ LAI của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSCquản lý LAI này

GSM/PLMN PSTN

1 2 3

1 2 3 4

Thiết bị đầu cuối

Hình 2.3: Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định

- BSC phát thông điệp ra toàn bộ vùng các ô thuộc LAI.

- Khi nhận được thông điệp thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại

- BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin

- Phân tích thông điệp của BSC gửi đến để tiến hành thủ tục bật trạng tháicủa thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị

- MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông Nếu thiết

bị di động chấp nhận trả lời, kết nối được thiết lập

c Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động

Quá trình diễn ra tương tự như gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị diđộng, chỉ khác điểm giao tiếp với mạng PSTN của điện thoại cố định sẽ đượcthay thế bằng MSC/VLR khác

d Kết thúc cuộc gọi

Khi MS tắt máy phát, một tín hiệu đặc biệt (tín hiệu đơn tone) được phátđến các trạm gốc và hai bên cùng giải phóng cuộc gọi MS tiếp tục kiểm tratìm gọi thông qua kênh thiết lập mạnh nhất

Hình 2.4: Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động

GSM/PLMN PSTN

BSC/TRC MSC/VLR

Tổng đài nội bộ

2 5

2.3 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G

2.3.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trênphạm vi toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nângcấp từng bước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cungcấp dịch vụ truyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc

độ cao đồng thời cho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng.Việc nâng cấp GSM lên 3G được thực hiện theo các tiêu chí sau:

- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trênphạm vi toàn cầu Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thíchtrên toàn cầu

- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợmột dải rộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc

độ dữ liệu cao khi truyền video hoặc truyền file Đảm bảo các kết nối chuyểnmạch cho thoại, các dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ

số liệu Ngoài ra nó còn hỗ trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tănghiệu suất sử dụng mạng (chẳng hạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc

độ bit thấp ở đường lên)

- Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau để đảm bảo cácdịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năngnày sẽ cho phép mở rộng đáng kể vùng phủ sóng của các hệ thống di động

- Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sựphát triển liên tục của thông tin di động Tương thích với các dịch vụ trongnội bộ IMT-2000 và với các mạng viễn thông cố định như PSTN/ISDN Cócấu trúc mở cho phép đưa vào dễ dàng các tiến bộ công nghệ, các ứng dụngkhác nhau cũng như khả năng cùng tồn tại và làm việc với các hệ thống cũ

2.3.2. Các giải pháp nâng cấp

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba: Một là bỏ hẳn hệ thống cũ,thay thế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba; hai là nâng cấp GSM lênGPRS và tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thờigian chuẩn bị để tiến lên hệ thống 3G W-CDMA Giải pháp thứ hai là mộtgiải pháp có tính khả thi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưachuộng ở những nước đang phát triển như nước ta

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ sốliệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạchkênh (CS: Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS: PacketSwitched) Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụnggiao thức ứng dụng vô tuyến (WAP: Wireless Application Protocol) WAPchứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truy cập internet từ trạm di động Hệ thống WAPphải có cổng WAP và chức năng kết nối mạng

Hình 2.5: Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng côngnghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed CircuitSwitched Data) và dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet RadioProtocol Services) GPRS sẽ hỗ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên đến171.2Kbps Một ưu điểm quan trọng của GPRS nữa là thuê bao không bị tínhcước như trong hệ thống chuyển mạch kênh mà cước phí được tính trên cơ sởlưu lượng dữ liệu sử dụng thay vì thời gian truy cập.

Dịch vụ GPRS tạo ra tốc độ cao chủ yếu nhờ vào sự kết hợp các khe thờigian, tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào phương thức điều chế nguyên thuỷGMSK nên hạn chế tốc độ truyền Bước nâng cấp tiếp theo là thay đổi kỹthuật điều chế kết hợp với ghép khe thời gian ta sẽ có tốc độ truyền dữ liệucao hơn, đó chính là công nghệ EDGE

EDGE vẫn dựa vào công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch góivới tốc độ tối đa đạt được là 384Kbps nên sẽ khó khăn trong việc hỗ trợ cácứng dụng đòi hỏi việc chuyển mạch linh động và tốc độ truyền dữ liệu lớnhơn Lúc này sẽ thực hiện nâng cấp EDGE lên W-CDMA và hoàn tất việcnâng cấp mạng GSM lên 3G

2.4 Kết luận chương

Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặpnhiều cản trở và sẽ sớm được phát triển bằng những công nghệ tiên tiến hơn,

hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình

Với công nghệ 3G, các nhà khai thác mạng có thể cung cấp nhiều dịch

vụ số liệu cho các khách hàng của mình, các dịch vụ hấp dẫn này làm chocuộc sống của họ dễ dàng hơn Nhờ đó, các nhà khai thác mạng có thể tăngdoanh thu trung bình trên một thuê bao Ngoài ra, 3G còn tạo khả năng chocác nhà khai thác cung cấp các dịch vụ đặc biệt dành riêng cho các thuê baocủa mình để có được sự trung thành của khách hàng

Chương 3

CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W_CDMA 3.1 Giới thiệu công nghệ W_CDMA

Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạngW_CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến và đặctrưng riêng của chúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng W_CDMA 3G W_CDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đaphân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khảnăng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cậpInternet, hội thảo hình W_CDMA 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 bằngcách 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 sựủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ cáckiểu 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 sóngmang

- 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 trongbăng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chốngnhiễu 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 đađiểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cungcấp dể dàng các dịch vụ 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 cácdịch 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 truycập 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 đãtiến hành thử nghiệm các hệ thống W_CDMA để đánh giá chất lượng đườngtruyền

Theo các chuyên gia trong ngành viễn thông, đường tới 3G của GSM là

KBit/s

Đa phương tiện di động Quảng bá

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

W_CDMA Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại diđộng 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 chungGPRS và Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)

3.1.1 Cấu trúc mạng W_CDMA

Hệ thống W_CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặtchức 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 sử dụng toàn

bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phầnnâng cấp của W_CDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W_CDMAcòn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệthống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giaothức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W_CDMA, trái lại mạnglõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thốngW_CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

 UE (User Equipment)

PLMN,PSTN ISDN

Internet

Các mạng ngoài

MSC/

VLR GMSC

GGSN SGSN

HLR

CN

RNC Node B

Node B

RNC Node B

Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với

hệ thống UE gồm hai phần:

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến được

sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là một thẻ thông minhchứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực,lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầucuối

UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quanđến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử:

- Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu

Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiểncác tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNCcòn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõiCN

CN (Core Network)

- HLR (Home _ocation Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữthông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này baogồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng

và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, sốlần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor LocationRegister): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụchuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng cácgiao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch

người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.

- GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

- SGSN (Serving GPRS): Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sửdụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng như GMSCnhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài

- Mạng CS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh

- Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các giao diện vô tuyến

- Giao diện CU: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giaodiện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện UU: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố địnhcủa hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện IU: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho cácnhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khácnhau

- Giao diện IUr: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sảnxuất khác nhau

- Giao diện IUb: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUbđược tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

3.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (RadioNetwork Subsystem) Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC

và các node B Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nốivới node B bằng giao diện Iub

3.2 Đặc trưng của UTRAN

Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng nhưcác giao thức UTRAN có các đặc tính chính sau:

- Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm

và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh vàchuyển mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từUTRAN 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

3.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyếncủa UTRAN RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và mộtSGSN) qua giao diện vô tuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệmđiều khiển tải và tránh tắc ngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sửdụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai

Node B Node B

RNC

Node B Node B

RNC RNS

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 (phầnứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi SRNC cũng là kếtcuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến Nó thực hiện xử lý số liệutruyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng làCRNC 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 đểđiều 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 sốliệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr Một UE có thểkhông có hoặc có một hay nhiều DRNC

3.2.2 Node B

Chức năng chính của node B là thực hiện xữ lý trên lớp vật lý của giaodiện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũngthực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển côngsuất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

3.2.3 Giao diện vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần

tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giaodiện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logicvới nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trongkhi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

3.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, 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

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

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: Gồm RANAP trên đỉnh giao diệnSS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệuSCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho cácgiao diện mạng SAAL-NNI

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: Gồm các giao thứcbáo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnhcác giao thức SS7 băng rộng

Giao thức ứng dụng

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng: Gồm một kết nối AAL2 đượcdành trước cho từng dịch vụ CS.

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS: Phía điềukhiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS Các phần tử thông tin sửdụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tửthông tin được sử dụng trong CS

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS: Luồng số liệu gói đượcghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection).Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng chotừng luồng số liệu gói Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nốithông và đánh địa chỉ IP

3.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầugiao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trongquá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến naygiao 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.

3.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, I Ub

Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trongbăng 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 vôtuyến 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

Theo báo điện tử Vietnamnet (bài viết ngày 11/3/2005) thì ngày

10/3/2005 vừa qua, Bộ Bưu Chính Viễn Thông đã tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động WCDMA (UTRA-FDD)

mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G.

Theo đánh giá của các thành viên phản biện, việc xây dựng và hoànthành công trình là một việc làm cần thiết, có ý nghĩa và đặc biệt là độ khả thitrong giai đoạn hiện nay, khi nhu cầu phát triển lên 3G là một xu hướng tấtyếu ở Việt Nam, nhất là các nhà di động mạng GSM

Chương 4

CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA 4.1 Giới thiệu

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu các kỹ thuật trong WCDMA, các

kỹ thuật mã hóa, điều chế, nguyên lí trải phổ, cấu trúc phân kênh và kỹ thuậttruy nhập gói trong W - CDMA

4.2 Mã hóa

4.2.1 Mã vòng

Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin(message) có k bit Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhịphân u = (u1,u2, ,un), u được gọi là vector thông tin Có tổng cộng 2k vectorthông tin khác nhau Bộ mã hóa sẽ chuyển vector thông tin u thành một bộ nthành phần v = (v1,v2, ,vn) được gọi là từ mã Như vậy ứng với 2k vectorthông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi

là một mã khối (n,k) Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bitthông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền Do n bit ra chỉ phụ thuộcvào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ và có thể được thực hiệnbằng mạch logic tổ hợp Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính

Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC –Cyclic Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin

Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước:

(1) Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k.(2) Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x).(3) Hình thành từ mã b(x) + xn-k

Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x)

(n- Sơ đồ mạch mã hóa vòng :

 Nguyên lý hoạt động:

Bước 1: Cổng đóng cho thông tin qua mạch, k chữ số thông tin

u0, u1, ,un-k được dịch vào mạch từ thiết bị đầu cuối để nhân trước u(x)với xn-k Ngay sau khi thông tin được đưa vào mạch thì n-k chữ số cònlại trong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn lẻ

Bước 2: Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho cáccổng gi hở (không cho thông tin qua)

Bước 3: Dịch các con số kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đườngtruyền Các chữ số kiểm tra này kết hợp với k chữ số thông tin tạothành vector mã

b2

b2

b2b

2

+ + + +

bn-k-1

bn-k-1b

n-k-1

bn-k-1

Thông tin

x n+k u(x) Thông tin

x n+k u(x)

Thông tin

x n+k u(x) Thông tin

x n+k u(x)

Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ

Các số kiểm tra chẵn lẻ

Các số kiểm tra chẵn lẻ

Cổng XOR Cổng XOR Cổng XOR Cổng XOR

Mối liên kết

g = 1: Có liên kết

g = 0: Không liên kết

g g g g

Hình 4.1: Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh

g(x) = 1 + g1x + g2x2 + + gn-k-1xn-k-1 + xn-k

Cổng Cổng Cổng Cổng

4.2.2 Mã xoắn

Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu ra, k đầu vào như

mã khối (n,k) nhưng n đầu ra của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vàotại thời gian đó mà còn phụ thuộc vào m khối bản tin trước đó Mã xoắn(n,k,m) được xây dựng bởi mạch dãy Mạch này dùng thanh ghi dịch m bitlàm bộ nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ được cộng với nhau theo quy luậtnhất định để tạo nên chuổi mã, sau đó các chuổi này được ghép xen với nhau

để tạo nên chuổi mã đầu ra

4.2.3 Mã Turbo

Mã hóa Turbo chỉ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế

hệ ba khi hoạt động ở tốc độ bit cao với yêu cầu tỉ số lỗi bit BER nằm trongkhoảng 10-3 đến 10-6 Bộ mã hóa turbo thực chất là bộ mã xoắn móc nối songsong PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóathành phần 8 trạng thái được sử dụng

4.3 Điều chế BIT/SK và QPSK

4.3.1 Điều chế BIT/SK

Trong một hệ thống điều chế BIT/SK (BPSK – Binary Phase ShiftKeying) cặp tín hiệu s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các giá trị nhịphân Ta có:

( )[ π + θ + θ]

T

E t

Một cặp sóng sin đối pha 1800 như trên gọi là một cặp tín hiệu đối cực.

Luồng số tốc độ bit Rb được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ(0→1, 1→-1), sau đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BIT/SK Chọn một tín hiệu là cơ sở là trực chuẩn:

( f t)

T t

b

π

2 cos 2 ) (

Ta có :

( ) ( )t u t d

E t

Khoảng cách giữa hai tín hiệu :

Xác suất lỗi trong BPSK:

1

N

E erfc

c b

f T

b

E

.2cos

− +

=

T t t

T t i

tf T

E t

QPSK

;0 ,0

0, 4 1 2 2 cos

2

(4.5)

Trong đó

E b : Năng lượng một bit.

T b : Thời gian một bit.

E = 2E b : Năng lượng tín hiệu phát đi trên một ký hiệu.

T = 2T b : Thời gian của một ký hiệu

f c : Tần số sóng mang, θ : góc pha ban đầu

T t tf

i T

E t

QPSK

;0 ,0

0, 2

cos 4

.1 2 cos

T t t f T

t Q

0 , 2 sin 2

4 1 2 cos

4 1 2 sin

i E Q

Cặp bit vào

0 ≤ t ≤ T

Pha của tínhiệu QPSK

2

N

E Q

QPSK e

Ta thấy xác suất lỗi của BPSK và QPSK là như nhau Tuy nhiên, vớiQPSK thì hiệu suất băng thông gấp 2 lần BPSK Băng thông của QPSK xấp

Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đềđược quan tâm hàng đầu Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băngtần càng nhỏ càng tốt Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phươngpháp đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằngphương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động ở băng tầnrộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ Đối với các hệ thống thông

tin trải phổ (SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở

rộng trước khi được phát Tuy độ rộng băng tần tăng lên rất nhiều nhưng lúc

này nhiều người sử dụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà

hệ thống vẫn sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưuđiểm của trải phổ Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cáchnén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát

Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau:

- Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum) :Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫunhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit

- Trải phổ nhảy tần (FHSS: Frequency Hopping Spreading Spectrum) :

Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tậpcác tần số Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên Tần số trong khoảng thờigian một chip TC được cố định không đổi Tốc độ nhảy tần có thể thực hiệnnhanh hoặc chậm, trong hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độcao hơn tốc độ bit của bản tin, còn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại

- Trải phổ nhảy thời gian (THSS: Time Hopping Spreading Spectrum) :

Thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quảngtrong một hay nhiều khe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định cáckhe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung

Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung mộtbăng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫunhiên chính xác để lấy ra tín hiệu bằng cách nén phổ Các tín hiệu khác xuấthiện ở dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm Trong các hệ thốngFHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấn định một mã ngẫu nhiên sao chokhông có cặp máy phát nào dùng chung tần số hoặc khe thời gian, như vậycác máy phát sẽ tránh bị xung đột Nói cách khác DSSS là kiểu hệ thống lấytrung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột Hệ thống thôngtin di động công nghệ CDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹ thuật trảiphổ DSSS

4.4.2 Nguyên lý trải phổ DSSS

Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum) :Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫunhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit.

Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo côngthức sau :

TC : thời gian một chip

Tb : thời gian một bit

Tb : Thời gian một bit của luồng số cần phát

Tn : Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ

TC : Thời gian một chip của mã trải phổ

Hình 4.4 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)