Tìm hiểu lộ trình phát triển và cấu trúc mạng 3g WCDMA

CDMA sử dụng công nghệ trải phổ và được phát triển trên 30 nước,với ước tính trên khoảng 44 triệu thuê bao.Trong khi GSM và các hệ thống sử dụng hệ thống TDMA khác trở thànhcông nghệ vô

CHƯƠNG I CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ LỘ TRÌNH PHÁT

TRIỂN MẠNG 3G

1.1 Chặng đường phát triển của mạng 3G.

Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà IP đặt ra các yêu cầumới đối với công nghiệp viễn thông di động Thông tin di động thứ hai mặc dù sửdụng công nghệ số, nhưng vì băng thông hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyểnmạch kênh nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới này Trong bối cảnh đóITU (International Telecommunication Union: Liên minh viễn thông quốc tế) đãđưa ra tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT -

2000 IMT - 2000 (International Mobile Telecommunication: Viễn thông điện thoạiquốc tế) đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiềuphương tiện thông tin Mục đích của IMT - 2000 là đưa ra nhiều khả năng mới,nhưng cũng đồng thời phải đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thông thông tin diđộng thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000 Thông tin di động thế hệ thứ ba(3G) xây dựng trên cơ sở IMT - 2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Các hệthống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: Tiếng, số liệu tốc độbít thấp và bít cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc ở cả cácphương tiện công cộng lẫn tư nhân

Các tiêu chí xây dựng IMT - 2000 như sau:

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

- Đường lên: 1800MHz - 2025MHz

- Đường xuống: 2110MHz - 2200MHz

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vôtuyến

- Tích hợp các thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Tương tác cho mọi loại viễn thông

 Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau: Trong công sở, ngoàiđường trên xe, vô tuyến, vệ tinh

 Có thể hổ trợ các dịch vụ như:

- Chuyển mạng quốc tế

Hình 1.1 Chặng đường phát triển của mạng 3G

AMPS: Analog Mobile Phone System

GSM: Global System For Mobile

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access

3G: Third Generation

Hình 1.2 Lịch trình phát triển của mạng 3GPP

Tốc độ truyền trong các hệ thống được thể hiện bởi hình sau:

Hình 1.3 Tốc độ truyền trong các hệ thống di động

1.1.1.Công nghệ vô tuyến thế hệ thứ nhất.

Thế hệ đầu tiên của mạng thông tin di động dựa trên công nghệ truyền tínhiệu analog Hệ thống analog, đã từng được triển khai ở Bắc Mĩ và được biết đếnvới AMPS (Analog Mobile Phone Systems), nó hoạt động ở dải tần 800MHz Hệthống di động đầu tiên được triển khai vào những năm 1981 ở Thuỷ Điển, ĐanMạch, Nauy và Phần Lan sử dụng công nghệ NMT (Nordic Mobile Telephony)hoạt động ở dải tần 450MHz Phiên bản sau NMT hoạt động ở dải tần 900MHz vàđược biết đến với tên gọi NMT900 Năm 1985, Anh đã giới thiệu công nghệ TACS(Total Access Communication Systems) Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứnhất đã giải quyết hạn chế về dung lượng, mặc dù chỉ là hệ thống về tương tự, sửdụng công nghệ chuyển mạch kênh và chỉ được thiết kế cho truyền tiếng

1.1.2 Công nghệ vô tuyến thế hệ thứ hai.

Thế hệ thứ hai của thông tin di động dựa trên công nghệ truyền dẫn tín hiệu

số băng thấp Công nghệ vô tuyến 2G thông dụng nhất được biết đến là GSM(Global Systems Mobile for Communication) Các hệ thống GSM được triển khailần đầu tiên vào những năm 1991 và hiện nay vẫn còn khoảng trên 140 nước vàvùng lãnh thổ sử dụng công nghệ này GSM kết hợp sử dụng cả hai công nghệFDMA và TDMA Các hệ thống GSM đầu tiên sử dụng phổ tần 25MHz ở dải tần900MHz FDMA được sử dụng để chia băng tần 25MHz thành 124 kênh tần số vôtuyến (độ rộng mỗi kênh là 200kHz) Với mỗi tần số lại sử dụng khung TDMA với

triển ở Bắc Mỹ CDMA sử dụng công nghệ trải phổ và được phát triển trên 30 nước,với ước tính trên khoảng 44 triệu thuê bao.

Trong khi GSM và các hệ thống sử dụng hệ thống TDMA khác trở thànhcông nghệ vô tuyến 2G vượt trội, công nghệ CDMA cũng đã nổi lên với chất lượngthoại rõ hơn, ít nhiễu hơn, giảm rớt cuộc gọi, dung lượng hệ thống và độ tin cậy caohơn Các mạng di động 2G trên đây vẫn chủ yếu sử dụng công nghệ chuyển mạchkênh Các mạng di động sử dụng công nghệ số và có thể cung cấp một số dịch vụngoài thoại như fax hay bản tin ngắn có tốc độ tối đa 9,6kbps, nhưng vẫn chưa thểduyệt web và các ứng dụng đa phương tiện khác

Hình vẽ sau thể hiện tổng quan về ba công nghệ TDMA, CDMA và FDMA

Tần số Tần số Tần số

Thời gian Thời gian Mã Thời gian (a) (b) (c)

Hình 1.4 Các phương pháp đa truy nhập.

Hệ thống GSM được chia thành hệ thống trạm gốc BSS (Base StationSubsystems) và hệ thống chuyển mạch SS Mỗi hệ thống nói trên chứa một số khối

chức năng, ở đó thực hiện tất cả chức năng của hệ thống Các khối chức năng đượcthực hiện bởi các phần cứng khác nhau.

Hình 1.5.Hệ thống GSM

1.1.2.1 Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem).

Hệ thống được thực hiện như là một hệ thống gồm nhiều ô vô tuyến cạnhnhau để đảm bảo vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi ô có một trạm thu phát góc(BTS) làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến Các kênh này làm việc khác so với cáckênh của các ô kế cận để tránh nhiễu giao thoa BTS được điều khiển bởi bộ điềukhiển của BSC Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ diđộng MSC Một BSC có thể điều khiển nhiều BTS

BSS nối với MS thông qua giao diện vô tuyến và cũng nối đến SS Bộ phậnTRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit: Khối chuyển đổi mã thích ứng tốcđộ) thực hiện mã hoá và giải mã đồng thời điều chỉnh tốc độ cho việc truyền số liệu

 BTS (Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc): Một BTS bao gồm các

thiết bị thu, an ten và khối xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coiBTS là các model vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng Một bộ phận quantrong khác là TRAU, đây là thiết bị ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù

MSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể.Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao(Handover).

1.1.2.2 Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem).

Trong GSM thì SS là một mạng thông minh SS quản lý giao diện củangười sử dụng trong mạng của GSM với người sử dụng của mạng khác, bao gồm:

 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Service SwitchingCentre): Thực hiện chức năng chuyển mạch, nhiệm vụ chính của MSC là thiết lậpcuộc gọi đến người sử dụng trong mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với hệ thốngcon BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC giao tiếp với mạng ngoài làMSC cổng Việc giao tiếp với mạng ngoài là để đảm bảo thông tin cho người sửdụng GSM, đòi hỏi cổng thích ứng MSC thường là tổng đài lớn điều khiển trạmgốc (BSC)

 Chức năng tương tác IWF (Inter Working Function): Là cổng giao tiếp chongười sử dụng mạng GSM với mạng ngoài Để kết nối MSC với mạng ngoài kháccần phải thích ứng với các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này Cácchức năng này được gọi là các chức năng tương tác bao gồm một thiết bị để giaotiếp với giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với các mạng như PSPDN(Packet Switch Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói)hay CSPDN (Chanel Swicth Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyểnmạch kênh) IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng của MSC hay của thiết bịriêng, trong trường hợp hai giao tiếp MSC và IWF được để mở

 MSC cổng (GMSC: Gateway MSC): SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR.

Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải đượcđịnh tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiệnthời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí cácthuê bao ở thời điểm hiện thời (HLR tạm trú)

1.1.2.3.Phân hệ khai thác và hổ trợ (OSS: Operation Support Subsystem).

Hệ thống khai thác và hổ trợ được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyểnmạch và được nối đến BSC Nó cung cấp ít tốn kém cho khách hàng để bảo dưỡng

và khai thác tại chổ OSS có các tính năng chính như sau:

- Mô hình mạng logic được máy tính mã hoá

- Các khai thác định hướng theo hành động

- Các chức năng quản lý điều khiển theo thực đơn

- Các phương tiện thu thập số liệu và xử lý

Mục đích chính của OSS là đảm bảo theo dõi tổng quan về hệ thống và hổ trợcác hoạt động bảo dưỡng của các cơ quan khác và bảo dưỡng khác nhau

1.1.3 Lộ trình nâng cấp lên 3G.

Sự bùng nổ của mạng Internet đã có những ảnh hưởng to lớn đến nhu cầucủa các dịch vụ vô tuyến băng rộng Tuy nhiên, tốc độ của các hệ thống vô tuyếncủa chuyển mạch kênh tương đối thấp Vì thế, GSM đã phát triển dựa trên chuyểnmạch gói và tăng tốc truyền số liệu lên tới 384kbps Các hệ thống 2G+ dựa trên cáccông nghệ HSCSD (High Speed Circuit Switched Data): Truyền dữ liệu chuyểnmạch tốc độ cao, GPRS (Genaral Packet Radio Service): Dịch vụ gói vô tuyếnchung, EDGE (Echanced Data Rates for Global Evolution: Công nghệ di động đượcnâng cấp từ GSM cho phép truyền số liệu)

 HSCSD là một bước tiến dài tiến tới mạng di động 3G băng rộng công nghệ

chuyển mạch kênh này cải tiến tốc độ đạt tới 57.6kbps bằng cách kết hợp 4khe thời gian 14.4kbps

lõi của GPRS) và điểm hổ trợ GPRS cổng GGSN (Gateway GPRS Support Node:Một Gateway giữa mạng GPRS/UMTS với mạng ngoài (như Internet) trong cấutrúc của tế bào mạng) Chuyển vùng được điều tiết qua PLMN SGSN lấy các thôngtin về người sử dụng từ HLR (Home Localtion Register) để quản lý và thực hiệncuộc gọi GGSN cung cấp các kết nối với mạng ngoài như internet BTS thu và pháttín hiệu qua giao diện vô tuyến, cung cấp các kết nối số liệu và thoại với MS BSCđịnh tuyến các phiên giao dịch dữ liệu với PLMN qua liên kết Frame Reley (FR) vàcác cuộc gọi thông thường tới MSC MSC sẽ chuyển mạch các cuộc gọi tới cácmạng chuyển mạch kênh như PSTN (Public Switched Telephone Network) hayISDN (Integrated Services Digital Network: Mạng số đa dịch vụ) MSC điều tiếtVLR để lưu giữ thông tin của thuê bao chuyển mạng Đối với các phiên giao dịch

dữ liệu, nó được BSC định tuyến tới SGSN, sau đó nó được chuyển tới PSDN(Packet Data Network) qua GGSN hoặc tới thuê bao khác

Hình vẽ 1.6 chỉ ra giao thức được sử dụng ở BTS, BSC, GGSN, SGSN vàcác máy cầm tay khác.

SNDCP (Sub Network Dependent Convergence Protocol): Giao thức hội tụphụ thuộc mạng con, giao thức này nằm giữa LLC và lớp mạng SNDCP cũng cungcấp khác như nén, phân đoạn dồn các bản tin lớp mạng vào một kết nối ảo đơn nhất

LLC (Logical Link Control): Giao thức điều khiển kết nối logic, đây là giaothức lớp liên kết dữ liệu cho GPRS hoạt động như Link Access Protocol – D(LAPD)

GTP (GPRS Tunnel Protocol): Giao thức truyền đường hầm GPRS GTPhoạt động trên TCP/UDP (Tranmission Control Protocol/ Use Datagram Protocol)qua IP (Internet Protocol)

Dung xoa’

Hình 1.7.Các giao thức sử dụng ở GPRS

BSSGP (Base Station System GPRS Protocol): Giao thức GPRS hệ thốngtrạm góc Giao thức này xử lý định tuyến và thông tin QoS (Quality of Service) cho

Network Service: Giao thức dịch vụ mạng Giao thức này quản lý hội tụcủa các lớp con hoạt động giữa BSSGP và khung Relay Q.922 bằng cách ánh xạ cácyêu cầu dịch vụ BSSGP tới các dịch vụ Frame Relay thích hợp.

BSSAP+: Giao thức cho phép tìm gọi đối với kết nối thoại từ MSC quaSGSN, do đó tối ưu hóa tìm gọi cho thuê bao di động BSSAP+ cũng có chức năngđịnh vị và định tuyến cập nhật cũng như cảnh báo cho MS

SCCP, MTP2, MTP3: Là giao thức sử dụng để hổ trợ cho MAP vàBSSAP+ trong các mạng chuyển mạch kênh PLMN

Mobile Aplication Part (MAP): Hổ trợ báo hiệu giữa SGSN/GGSN vàHLR/Auc/EIR

EDGE: Sử dụng các hệ thống điều chế nhiều trạng thái hơn GPRS/GSMcho phép cung cấp tốc độ có thể lên tới 48kbps trên mỗi khe thời gian tương ứngcủa GSM Với việc phân bố khe thời gian động, EDGE có thể cung cấp tốc độ tối

đa theo lý thuyết là 384kbps (thậm chí là 473kbps trong tương lai khi sử dụng côngnghệ điều chế 16QAM) Do vậy nó cung cấp hầu hết các dịch vụ 3G, đây là lý do

mà đôi khi EDGE được xem là mạng 2.75G

EDGE có được sử dụng nhiều hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Thờigian, nhu cầu về các dịch vụ tốc độ cao của người sử dụng, mức độ sẵn sàng của cácthiết bị đầu cuối có khả năng EDGE và giá thành Về thời gian thì sự phát triển củaEDGE và UMTS trong cùng một khung thời gian Thực tế các tiêu chuẩn củaEDGE được thực hiện trong khuôn khổ của đề án 3GPP (Third Generation

tiêu chuẩn được gọi là phát hành tiêu chuẩn 3GPP 1999 (tập tiêu chuẩn của 3GPP).

Về triển vọng của yêu cầu của người sử dụng thì vẫn chưa rõ ràng các ứng dụng sẽquyết định đối với truyền số liệu vô tuyến: Thực sự phải cần tốc độ số liệu doUMTS cung cấp hay tốc độ số liệu EDGE cung cấp là đủ

Kiến trúc mạng EDGE:

Mạng EDGE có cấu trúc về mặt phẳng cơ bản tương tự giống như củamạng GPRS: Các phần tử mạng, các giao thức, các giao diện và các thủ tục đều rấtgiống nhau

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ thứ ba: Một là bỏ hẵn thế hệ cũthay thế bởi một hệ thống thông tin di động thứ ba; hai là nâng cấp GSM lên GPRS

và tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng lại hệ thống di động cũ GSM và có thời gian đểchuẩn bị nâng cấp lên thế hệ 3G WCDMA Giải pháp thứ hai là giải pháp có tínhkhả thi và tính kinh tế cao nên đây là một giải pháp tương đối phù hợp với nhữngnước đang phát triển (như nước ta hiện nay)

Hình 1.8 Các giải pháp nâng cấp từ 2G lên 3G

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ

số liệu tốt hơn, có hai chế độ dịch vụ số liệu là: Dịch vụ chuyển mạch kênh CS vàdịch vụ chuyển mạch gói PS Để kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sửdụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP: Wireless Application Protocol) WAPchứa các tiêu chuẩn hổ trợ truy cập Internet từ trạm di động Hệ thống WAP phải cócổng WAP và chức năng kết nối mạng

GPRS GSM

Hình 1.9 Lộ trình nâng cấp GSM lên WCDMA

Trong giai đoạn tiếp theo, để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ

số liệu chuyển mạch chuyển mạch kênh tốc độ cao như (HSCSD, GPRS, WAP)GPRS có thể hổ trợ WAP có tốc độ thu và phát số liệu lên tới 171,2Kbps

1.1.4 So sánh giữa mạng 2G và mạng 3G.

Như ta đã biết giữa mạng 2G và mạng 3G có nhiều điểm tương đồng (nhiềuthành phần của mạng 2G và mạng 3G được chia sẻ qua các chức năng tương tác),ngoài những đặc điểm đó vẫn có rất nhiều sự khác biệt giữa hai công nghệ này

Bảng 1.1 cho thấy sự khác biệt về mạng lõi, thành phần vô tuyến và một sốthành phần khác của các mạng di động 2G, 2.5G, 3G

TDM transport

SCCP, TCAP, MAP,ISUP, MTP3, MTP2,MTP1

TDM, Fram RelayTransport

TCAP, MAP, ISUP,MTP3, MTP2, MTP1,Q.2140, SSCOP

GMM/SM, MAC, RLC,PDCP, RRC, Q.2630.1(UNI + NNI), NBAP,

SCCP,MTPA3B,M3UA, SCTP, GTP-U,Q.2140, Q.2130,SSCOP,CIP

số liệu, hỗ trợ WAP,chưa hổ trợ đa dịchvụ

Hổ trợ WAP, chưa hổtrợ đa dịch vụ

Loại thiết bị mới, đachủng loại cho thoại, dữliệu truyền hình

Hổ trợ WAP và đa dịchvụ

Các chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói được thể hiện bằng một nhómđơn vị chức năng logic Trong thực tế các miền chức năng này được đặt vào cácthiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thực hiện các chức năng chuyển mạchkênh CS (MSC/GMSC) trong một nút duy nhất để được một hệ thống cho phépchuyển mạch và truyền dẫn các loại phương tiện khác nhau: Từ lưu lượng tiếng đếnlưu lượng số liệu số lượng lớn.

Hình 1.10 Cấu trúc tổng quát của mạng di động kết hợp CS và PS

RAN (Radio Acces Network): Mạng truy nhập vô tuyến

BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát góc

BSC (Base Station Controler): Điều khiển trạm góc

RNC (Radio Network Controler): Điều khiển mạng vô tuyến

CS (Circuit Switching): Chuyển mạch kênh

PS (Packet Switching): Chuyển mạch gói

Server: Máy chủ

PSTN (Public Swited Telephone Network): Mạng điện thoại chuyển mạch côngcộng

PLMN (Public Lend Mobile Network): Mạng di động công cộng mặt đất

3G UMTS (Universal Mobile Telecommunication System): Hệ thống thôngtin di động toàn cầu, có thể sử dụng hai mạng truy nhập vô tuyến (RAN: RadioAccess Network) Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ WCDMA (Wide band CodeDivision Multiple Access): Đa truy nhập phân chia thời gian theo mã băng rộng,

Như ta đã biết mạng thông tin di động (3G) cho phép truyền dẫn nhanh hơn,tốc độ truy cập Internet cao hơn, lưu lượng thông tin số liệu phát triển nhanh hơn.Ngoài các dịch gia tăng như trên mạng thông tin di động 3G cũng được sử dụng chocác dịch vụ thoại Nói chung thông tin di động 3G hổ trợ các dịch vụ truyền thông

đa phương tiện Vì thế mỗi loại lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS (Quality ofService: Chất lượng dịch vụ) nhất định, tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở W-CDMA được phân loại:

- Loại hội thoại: Thông tin tương tác yêu cầu trể nhỏ

- Loại luồng: Thông tin một chiều đòi hỏi dich vụ luồng với trể nhỏ

- Loại tương tác: Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ lệ lỗithấp (trình duyệt web, truy cập máy chủ)

- Loại nền: Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ sở (Email, Download video)

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

 Vùng một: Trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps

 Vùng hai: Thành phố, ô micro, Rb ≤ 384Kbps

 Vùng ba: Ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144Kbps

 Vùng bốn: Toàn cầu, Rb ≤ 12,2Kbps

Kiểu Phân loại Các dịch vụ chi tiết

Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥2Mbit/s)

Dịch vụ đa

phương tiện

Dịch vụ video (384kbit/s)Dịch vụ chuyển động (384kbit/s-2Mbit/s)Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥2Mbit/s)

đa phương tiện

Dịch vụ website đa phương tiện thời gian thực(≥2Mbit/s)

Bảng 1.2 Các dịch vụ của 3G-WCDMA UMTS

3G WCDMA UMTS được xây dựng trên ba phát hành chính được gọi là

R3, R4, R5 Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: Miền CS (CircuitSwitching: Chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switching: Chuyển mạch gói).Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụthời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ

hệ thứ ba (3G) Thông tin di động thế hệ thứ ba có khả năng cung cấp dịch vụ đaphương tiên multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao, đồng thờicung cấp cho người dùng nhiều dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp lên 3G dựa trênnhiều tiêu chí sau:

- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm vitoàn cầu Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu

- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hổ trợ một dảirộng các dịch vụ tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ truyền dữ liệu caokhi truyền các dịch vụ như video hay truyền file Có nghĩa là đảm bảo các kết nốichuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho số liệu.Ngoài ra nó còn hổ trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sửdụng mạng (chặng hạn như tốc độ bít cao ở đường xuống và tốc độ bít thấp ở đườnglên)

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

Tương thích với các hệ thống di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tụccủa thông tin di động Tương thích với các dịch vụ nội bộ IMT200 và với các mạngviễn thông cố định như PSTN/ ISDN Có cấu trúc mở cho phép đi vào dễ dàng cáctiến bộ cộng nghệ, các ứng dụng khác nhau cũng như khả năng cùng tồn tại và làmviệc với hệ thống cũ

1.4.1 3GR 1 : Kiến trúc mạng 3G UMTS chồng lấn.

Phát hành 3GP1 dựa trên phát hành 3GPP vào tháng 3 và các đặc tả kỹ thuậtnăm 2000 Phát hành đầu của 3GR1 chỉ hổ trợ UTRA-FDD và sẽ được triển khaichồng lấn lên GSM Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1được chia thành ba giai đoạn được ký hiệu là R1.1, R1.2 và R1.3 (R: Release: Pháthành) Trong các phát hành này các phần cứng và các tính năng mới được đưa ra.Các nút B được gọi là MBS (Multistanda Base Station: Trạm góc đa tiêu chuẩn).Tuy nhiên MBS - V1 chỉ đơn thuần là nút B, chỉ MBS V2 mới thực sự đa tiêuchuẩn và chứa các chức năng của cả nút B và BTS trong cùng một hộp máy Tương

tự RNC V2 và OMC-R V2 được đưa ra để phục vụ cho cả UMTS và GSM

Hình 1.11 Kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS

1.4.2 Tích hợp các mạng UMTS và GSM.

Trong giai đoạn triển khai UMTS thứ hai sự tích hợp đầu tiên giữa hai mạng

sẽ được thực hiện bằng cách đưa ra các thiết bị đa tiêu chuẩn như: Nút B kết hợpBTS (MBS V2) và RNC (Radio Network Control) kết hợp BSC (RNC V2) Cácchức năng khai thác và bảo dưỡng mạng vô tuyến cũng có thể được thực hiện chungbởi cùng một OMC-R(V2)

Hình 1.12 Cấu trúc mạng RAN tích hợp phát hành 3GR2 (R2.1)

Kiến trúc RAN thống nhất.

Trong kiến trúc RAN (Radio Access Network) của phát hành này được xâydựng trên cơ sở phát hành R5 vào tháng 9 năm 2000 của 3GPP Trong phát hành nàyRAN chung cho cả hệ thống UMTS và GSM Cả UTRA-FDD (UMTS TerrestrialRadio Access Network- Frequency Division Duplex) và UTRA-TDD (TimeDivision Duplex) đều được hổ trợ Giao thức truyền tải được thống nhất cho GSM,E-GPRS và UMTS, ngoài ra có thể ATM kết hợp IP GERAN (GSM/EDGE RAN)cũng sẽ được hổ trợ bởi phát hành này của mạng Cấu trúc RAN của 3GR1.3 đượcthể hiện ở hình sau

Hình 1.13 Cấu trúc RAN thống nhất 3GR3.1

1.5 Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động 3G

Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải được tổchức theo một cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi được vị trí của thuêbao

1.5.1 Phân chia theo vùng mạng.

Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, được gọi vào mộtvùng mạng nào đó, phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng diđộng 3G được đại diện bởi tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN Tất cả các cuộc gọiđến một mạng di động của một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC hoặcGGSN Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế cho mạng 3G Đây là nơithực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động.GMSC/GGSN cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đếnnơi nhận cuối cùng: Các trạm di động bị gọi

1.5.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN.

Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗivùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR Hay SGSN, ta gọi đây là phục vụcủa MSC/VLR hay SGSN

Hình 1.14 Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN.

Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền quamạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di dộng cần gọi Ở mỗi vùngphục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR Thông tinnày bao gồm hai loại:

 Thông tin về đăng ký và dịch vụ của thuê bao

 Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị hoặc vùngđịnh tuyến nào)

1.5.3 Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến.

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA(Location Area)

Hình 1.15 Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng định vị

(LA: Location Area) và định tuyến RA (Routing Area).

Vùng định vị mà một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cầncập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này Có thểnói vùng định vị là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần thiết để địnhtuyến cho một cuộc gọi đến nó Ở vùng định vị này thông báo tìm gọi sẽ được phátquảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vịbằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) Vùngđịnh vị (hay nhận dạng vùng định tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một haynhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay một SGSN).

1.5.4 Phân chia theo ô.

Vùng định vị hay vùng định tuyến được chia thành các ô

Hình 1.16 Phân chia RA và LA

Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàncầu (CGI: Cell Global Identity) Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạmgóc (BSIC: Base Station Identity Code) vùng phủ các ô thường được mô phỏngbằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế

ô nhận được từ phát xạ của ba anten với hướng phát xạ cực đại lệch nhau 1200

Hình 1.17 Các kiểu mẫu ô

Các anten này có búp sóng dạng nữa số 8 trong mặt ngang và trong mặt đứngbúp sóng của chúng chúc xuống mặt đất Trong một số trường hợp ô phân đoạn cóthể được tạo ra từ phát xạ nhiều hơn của ba anten Trong thực tế mẫu ô có thể rất đadạng tuỳ vào địa hình cần phủ sóng Nhưng ở hình 1.17 thường được thiết kế cho sơ

Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại được chia thành các vùng đăng kýUTRAN (URA: UTRAN Registration Area) Tìm gọi khởi xướng UTRAN sử dụngURA khi kênh báo hiệu đầu cuối đã được thiết lập URA không thể nhìn thấy được

ở bên ngoài UTRAN

Quan hệ giữa các vùng được phân cấp LA thuộc 3G SGSN URA thuộcRNC Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN được thực hiện khi có kết nốiRRC (Radio Resource Control: Điều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu

đầu cuối Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi và cập nhật thôngtin vị trí được thực hiện theo RA.

Hình 1.18 Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA UMTS.

1.6 Tổng kết.

Chương này trước hết xét tới một số vấn đề trong quá trình phát triển lênmạng 4G Nếu công nghệ đa truy nhập cho 3G là CDMA thì công nghệ đa truynhập cho 4G là OFDMA Sau đó kiến trúc mạng được xét Mạng lõi 3G bao gồmhai vùng chuyển mạch: Thứ nhất là vùng chuyển mạch các dịch vụ CS và thứ hai làvùng chuyển mạch các dịch vụ PS Các phát hành đánh dấu một móc quan trọngphát triển mạng 3G W-CDMA UMTS được xét: R3, R4, R5 R3 bao gồm hai miềnchuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong đó kết nối giữa các nút chuyển mạchgói là TDM (ghép kênh theo thời gian) R4 là sự phát triển của R3 trong đó miềnchuyển mạch kênh chuyển thành miền chuyển mạch mềm và kết nối giữa các nútmạng là IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói, mạng được bổ sung thêm phân hệ

đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Cốt lõi của IMS là CSCF khởiđầu kết nối đa phương tiện IP trên giao thức khởi đầu phiên Ngoài ra IMS vẫn cònchứa chuyển mạch mềm để hổ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGVF) Hiện naymạng 3G WCDMA UMTS đang ở giai đoạn chuyển mạch dần từ R4 sang R5

phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần của 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 băngtần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tầncần thiết cũng có giá trị với tốc độ bít của nguồn Độ rộng băng tần chính xác cầnthiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu điều chế (BPSK, QPSK,….).

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt SS: Spread Spectrum), độ rộngbăng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi phát Khichỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vây không hiệuquả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, những người sử dụng này có thểdùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hiệu quả sử dụng trải phổ được nâng cao

mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

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

 Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tốithiểu 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: Trải phổ chuổi trực tiếp (DSSS: Direct –Sequence Spreading Spectrum), trải phổ nhảy tần (FHSS: Frequency HoppingSpreading Spectrum) và nhảy thời gian (THSS: Time - Hopping SpreadingSpectrum) Hoặc là các hệ thống lai ghép các hệ thống nói trên WCDMA sử dụngDSSS DSSS đạt được bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ cótốc độ chíp (Rc =1/Tc, với Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bít (Rb=1/

Tb, với Tb là thời gian một bít) của một luồng số cần phát Ở hình 2.1.a minh hoạ

giản của bộ trải phổ DSSS, trong số luồng số cần truyền x có tốc dộ Rb được nhânvới 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

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

Hình 2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

x, y, c là ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t), c(t) ký hiệucho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f), C(f) ký hiệu chocác tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bít củaluồng cần phát Rc = 1/Tc là tốc độ chíp của mã trải phổ Rc = 15Rb và Tb = 15Tc

2.1.2 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:

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

Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: c×c = c

Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sởCDMA, thì sau khi trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập cáctín hiệu y như sau.

Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k Nhiệm vụ của máy thunày là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (tín hiệu này được gọi là nhiễuđộng kênh, vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk)

2.2 Điều khiển công suất.

Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (giả sử đếngần nút B), công suất của máy phát sẽ tăng cao dẫn đến MAI (Multi AccessInterferece: Can nhiễu đa truy nhập) tăng cao, tỷ số tín hiệu trên giảm mạnh và máythu không thể tách ra được tín hiệu của mình Hiện tượng này được gọi là hiệntượng gần và xa Để tránh hiện tượng này, hệ thống phải điều khiển công suất thutại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau Điều khiển công suất trong W-CDMAđược chia thành:

- Điều khiển công suất vòng hở

- Điều khiển công suất vòng kín

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thựchiện thủ tục xin truy nhập nút B, lúc này nút B chưa có kết nối với nút này Cònđiều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B Điềukhiển công suất vòng hở lại được chia thành:

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

- Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lậpcho nút B Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối(BLER: Block Error Radio) thu được với tỷ lệ đích

 HO nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA Có thể chia nhỏ

Có thể có có các thủ tục HO sau:

 Chuyển giao cứng (HHO) là thủ tục HO trong đó tất cả các đường truyền vôtuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập đường truyền vôtuyến mới

 Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn, là các thủ tục trong đó

UE luôn duy trì ít nhất một đường truyền vô tuyến nối đến UTRAN Trongchuyển giao mềm UE đồng thời được nối đến một hay nhiều ô thuộc các nút

B khác nhau của một RNC khác nhau (SHO giữa các RNC) Trong chuyểngiao mềm hơn UE được nối đến ít nhất là hai đoạn ô của cùng một nút B.SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang vàtrong cùng một hệ thống

Hình 2.2 Chuyển giao mềm (a) và chuyển giao mềm hơn (b).

Phụ thuộc vào sự tham gia của SHO, các ô trong hệ thống W-CDMA đượcchia thành các tập sau đây

 Tập tích cực bao gồm các ô (đoạn ô) hiện đang tham gia vào một kết nốiSHO và UE

 Tập lân cận hay (tập được giám sát) Tập này bao gồm tất cả các ô đượcgiám sát và hiện thời không có trong tập tích cực

 Tập được phát hiện Tập này bao gồm các ô được các UE phát hiện nhưngkhông thuộc các tập tích cực lẫn tập lân cận

SHO là một tích năng chung của hệ thống W-CDMA trong đó các ô lân cậnhoạt động trên cùng một tần số Trong chế độ kết nối, UE liên tục đo các ô phục vụ

và ô lân cận (do RNC chỉ dẫn) trên tần số sóng mang hiện thời UE so sánh các kếtquả đo với các ngưỡng HO do RNC cung cấp và gữi báo cáo kết quả đến RNC khithực hiện các tiêu chuẩn báo cáo Vì thế SHO là kiểu chuyển giao được đánh giá bởiđầu cuối di động (MEHO: Mobile Estimated HO) Tuy nhiên giải thuật quyết địnhSHO được đặt trong RNC Dựa trên báo cáo kết quả đo nhận được từ UE (hoặc định

kỳ hoặc được khởi động bởi một số các sự kiện nhất định), RNC lệnh cho UE bổsung hay loại bỏ một số tập tích cực của minh

2.4 Máy thu phân tập đa đường hay máy thu RAKE.

Phađinh đa đường trên kênh vô tuyến dẫn đến tán thời và chọn lọc tần số dẫnđến làm hỏng tín hiệu thu Để đánh giá hiện tượng tán thời trên đường truyền vô

Hình 2.3 Truyền sóng đa đường và lý lịch trể công suất

Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên được phát đi ở CDMA có thuộc tính là các phiênbản dịch thời của nó tại phía thu hầu như không có tương quan Như vậy một tínhiệu được truyền từ máy phát đến máy thu theo nhiều đường khác nhau (thời giantrể khác nhau) có thể được phân giải vào các tín hiệu phađinh khác nhau bằng cách lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên bản dịch thời của chuỗi giả ngẫunhiên Máy thu như vậy được gọi là máy thu phân tập đa đường

Hình 2.4 Máy thu RAKE

Trong máy thu RAKE để nhận được các phiên bản định thời của chuổi ngẫunhiên, tín hiệu thu phải đi qua đường trễ trước khi được lấy tương quan và được kếthợp đường trể bao gồm nhiều mắt trể có thời gian bằng thời gian một chíp TC Máythu dịch định thời bản sao mã trải phổ từng chíp cho từng ký hiệu thông tin để giảitrải phổ ký hiệu trong vùng ký hiệu và tạo nên lý lịch trể công suất Với tham khảo

lý lịch trể công suất được tạo ra, máy thu chọn các đường truyền có công suất vượtngưỡng để kết hợp ra RAKE trên cơ sở số lượng bộ tương quan, bộ ước tính kênh

và bộ bù trừ thay đổi pha (được gọi là các ngón thu RAKE) Trong trường hợp ápdụng thu phân tập không gian hay phân tập giữa các đoạn ô, lý lịch trể công suấtđược tạo ra cho mỗi nhánh và các đường truyền được chọn từ lý lịch trể công suấttổng hợp của tất cả các nhánh Trong thực tế, vì các tín hiệu trải phổ gồm nhiễu củacác người sử dụng khác và các tín hiệu đa đường của kênh người sử dụng, nên giátrị ngưỡng được lập dựa trên mức công suất tạp âm nên và các đường truyền có SIRhiệu dụng (có công suất thu vượt ngưỡng) được chọn Vì MS chuyển động (hoặcmôi trường truyền sóng thay đổi khi MS cố định), nên vị trí đường truyền (thời gian

gồm hai thao tác Đầu tiên là thao tác định kênh, trong đó mỗi ký hiệu số liệu đượcchuyển thành một số chíp, nhờ vậy tăng độ rộng phổ tín hiệu Số chíp trên một kýhiệu (hay tỷ số giữa tốc độ chíp 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 hiệucòn Rc là tốc độ chíp Hệ số trải phổ là giá trị khả biến, ngoại trừ đối với kênh chia

sẽ đường xuống vật lý tốc độ cao (HS – PDSCH: Hight Speech – PhysicalDownlink Shared Channel) trong đó HSDPA (Hight Speed Downlink PacketAccess: Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) có SF = 16 Thao tác thứ hai làthao tác ngẫu nhiên hoá để tăng tính trực giao trong đó một mã ngẫu nhiên hoá 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 thờigian với biên của ký hiệu Trong 3GPP, OVSF được sử dụng cho các tốc độ ký hiệukhác nhau và được ký hiệu là Cch,sf,k trong đo SF là hệ số trải phổ của mã và k là sốthứ tự mã (0 ≤ k ≤ SF-1) các mã định kênh có các tính chất trực giao và được sửdụng để phân biệt các thông tin được phát đi cùng từ một nguồn: (1) các kết nốikhác 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 mãOVSF trong một ô bị hạn chế vì thế cần được quản lý bởi RNC, tuy nhiên điều nàykhông xẩy ra đối với đường lên

2.6 Trải phổ và điều chế đường lên.

2.6.1.Trải phổ và điều chế các kênh riêng đường lên.

Nguyên lý trải phổ cho DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh sốliệu vật lý riêng, kênh để lưu truyền lưu lượng của người sử dụng) và DPCCH.

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

= SF/4 là số mã OVSF và k = SF/4 Nghĩa là hệ số trải phổ SF = 128 thì k = 32 Nếunhiễu DPCCH được phát, thì tất cả DPDCH đều có hệ số trải phổ là 4 (tốc độ bítkênh là 960kbps) và DPCCHn được trải phổ bằng mã Cd,n = Cch,4,k, trong đó k = 1nếu n ϵ {1,2}, k = 3 nếu n ϵ {3,4} và k = 2 nếu n ϵ {5,6} Để bù trừ sự khác nhaugiữa các hệ số trải phổ của số liệu, tín hiệu được đánh trọng số các hệ số khuếch đại

ký hiệu là βc cho DPCCH và βd cho DPDCH Các hệ số khuếch đại này được tínhtoán bởi SRNC (Serving Radio Networl Contronller: Bộ điều khiển mạng vô tuyếnphục vụ) và được gữi tới UE trong giai đoạn thiết lập đường truyền vô tuyến hay đặtlại cấu hình Các hệ số khuếch đại nằm trong giải thông từ 0 đến 1 và ít nhất mộttrong số các giá trị của βc và βd luôn bằng 1 Luồng chíp của các nhánh I và Q sau

đó được cộng phức vào nhau và ngẫu nhiên hoá bởi một mã ngẫu nhiên hoá phứcđược ký là Sdpch,n Mã ngẫu nhiên hoá được đồng bộ với khung vô tuyến, nghĩa làchíp thứ nhất tương ứng với đầu khung vô tuyến

Hình 2.5 Trải phổ và điều chế đường xuống DPDCH và DPCCH đường lên

Hình 2.6 Truyền dẫn và điều khiển kênh vật lý riêng đường lên và số liệu kênh vật

lý đường lên khi có/ không (DTX) số liệu của người sử dụng.

Các mã ngẫu nhiên hoá phức được tạo ra bằng cách quay pha giữa các chíptrong một chu kỳ ký hiệu trong giới hạn ±900 Bằng cách này hiệu suất của bộkhuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình) trong UEhầu như không phụ thuộc vào tỷ số β giữa DPDCH và DPCCH

Hình 2.7 Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hoá phức, β biểu

diễn cho tỷ số công suất giữa DPCCH và DPDCH.

DPCCH và DPDCH có thể được ngẫu nhiên hoá bằng các mã ngẫu nhiên dàihoặc ngắn Có 224 mã ngẫu nhiên hoá dài đường lên và 224 mã ngẫu nhiên ngắn

đường lên Vì có thể sử dụng được hàng triệu mã nên không cần quy hoặch mãđường lên.

2.6.2.Trải phổ và điều chế kênh chung đường lên PRACH

Phần này sẽ trình bày ấn định mã cho tiền tố và phần bản tin PRACH là mộtdạng kênh chung đường lên

Hình 2.8 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,265,m, trong đó m = 16.s + 15 và s (0 ≤ s ≤ 15) là chữ ký tiền tố và phần số liệuđược 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 hoá dài

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

8192 mã ngẫu nhiên hoá

2.7 Trải phổ và điều chế đường xuống.

2.7.1 Sơ đồ trải phổ và điều chế đường xuống.

Khái niệm trải phổ và ngẫu nhiên hoá đường xuống được minh hoạ bởi hìnhdưới Ngoại trừ các SCH (Synchronous Channel: Kênh đồng bộ), mỗi cặp hai bítkênh trước hết được biến đổi từ nối tiếp vào song song tương ứng một ký hiệu điềuchế, sau đó được đặt lên các nhánh I và Q được trải phổ đến tốc độ 3,84Mcps bằngcùng một mã định kênh Cch,SF,m Các chuổi chíp giá trị thực trên các nhánh I và Qsau đó được ngẫu nhiên hoá bằng mã ngẫu nhiên hoá phức để nhận dạng nguồn phát

đường xuống được kết hợp với nhau bằng cộng phức Chuổi nhận được sau trải phổ

và ngẫu nhiên hoá được điều chế QPSK

Hình 2.9 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho tất cả các kênh vật lý đường xuống

2.7.2.Các mã trải phổ đường xuống.

Trên đường xuống, cùng các mã định kênh như trên đường lên (OVSF) được

sử dụng Thông thường chỉ có một cây mã và mỗi cây mã được đặt giữa một mãngẫu nhiên hoá để dùng chung cho nhiều người sử dụng Theo quy định, các mãđịnh kênh dùng cho P-CPICH và P-CCPCH là Cch,256,0 và Cch,256,1 Bộ quản lý tàinguyên 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 Quy tắc thayđổi 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 thấpnhất này Nếu DSCH được sắp xếp lên nhiều TDSCH song song, thì quy tắc tương

tự được áp dụng, nhưng tất cả các nhánh mã được sử dụng bởi tất cả các mã nàytương ứng với hệ số trải phổ nhỏ nhất đều có thể sử dụng cho ấn định hệ số trải phổcao hơn

2.7.3 Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống

Trên đường xuống chỉ có các mã ngẫu nhiên hóa dài là được sử dụng Có cả thẩy 218

- 1= 262143 mã ngẫu nhiên được đánh số thứ tự từ 0 đến 262143 Các chuỗi mãngẫu nhiên được ký hiệu là Sdl,n được cấu trúc bằng các đoạn của chuỗi Gold Đểtăng tốc quá trình tìm ô, chỉ 8192 mã trong số 262143 được sử dụng trong thực tế vàđược cắt ngắn lấy đoạn đầu 38400 chíp để phù hợp với chu kỳ khung 10ms Chỉ cócác mã với n = 0,….,8191 được sử dụng Các mã này được chia thành 512 tập, mỗitập gồm 16 mã (i = 0….15 ) với một mã sơ cấp và 15 mã thứ cấp 8 tập (0….7) với

8 × 16 mã hợp thành một nhóm tạo nên 64 nhóm (j = 0….63)

Hình 2.10 Các mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp và thứ cấp

Vì thông thường ô được nhận dạng bằng một mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp, nênquá trình tìm kiếm ô cũng là quá trình tìm kiếm mã này Quá trình tìm kiếm ô đượcthực hiện theo các bước sau:

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

Hình 2.11 Truyền dẫn đa mã đường xuống

2.8 Tổng kết.

Các hệ thống CDMA được xây dựng trên cơ sở trải phổ trực tiếp (DSSS).Việc sử dụng trải phổ cùng với các mã trực giao cho phép nhiều đầu cuối di động cóthể dùng chung một tấn số Lúc này tính trực giao của các mã và trải phổ cho phépmột máy thu đầu cuối có thể dẽ dàng tách ra được tín hiệu của mình Do sử dụngchung một tần số nên có thể chuyển giao mềm cho CDMA Trong chuyển giaomềm một máy di động có thể kết nối đến nhiều trạm góc trên cùng một tần sốnhưng với mã trải phổ khác nhau Ưu điểm của chuyển giao mềm là không làm mấtcuộc gọi trong qúa trình chuyển giao mặc dù nó làm giảm phần nào dung lượng của

ô và tăng thêm tính phức tạp của hệ thống Nhưng cũng vì sử dụng chung một tần

số nên có thể xẩy ra hiện tượng gần xa, trong đó người sử dụng ở gần trạm góc cóthể gây ra nhiễu cho người sử dụng khác Để khác phục nhược điểm này phải ápdụng điều khiển công suất nhanh cho CDMA trong đó máy di động gần trạm gốc sẽđược điều chỉnh phát công suất máy di động ở xa trạm góc Điều khiển công suấtnhanh trong WCDMA được thực hiện 1500 lần trong một giây Một đặc điểm nữa