Tổng quan công nghệ WCDMA

Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 78 năm .Mặc dù các khái niệm tổong ,các kỹ thuật trải phổ ,điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã được biết đến hơn 50 năm trước đây

TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN

DI ĐỘNG THẾ HỆ BA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

Chương I :

TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA

W-CDMA

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động.

Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 78 năm Mặc dù các khái niệm tổong ,các kỹ thuật trải phổ ,điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác

đã được biết đến hơn 50 năm trước đây ,dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầunhững năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là cácsửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại di độngđầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuốicùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đathâm nhập phân chia theo tần số (FDMA ) đã xuất hiện vào những năm

1980 Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong

W-CDMA

Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN HÀ

Lớp 46K - ĐTVT Giảng viên hướng dẫn: KS ĐẶNG THÁI SƠN

Vinh 2010

tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao vào thế kỷ sau nếunhư không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của hệ thống này.

 Phân bổ tần số rất hạn chế ,dụng lượng thấp

 Tiến ồn khó chịu và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịchtrong môi trường fading đa tia

 Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng

 Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ

sở hạ tầng

 Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi

 Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau ,đặc biệt là ở Châu

Âu ,làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nướckhác

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sửdụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâmnhập mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chiatheo thời gian (TDMA ) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có têngọi là GSM GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đềnghị đến CEPT để quyết định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băngtần 900 Mhz Năm 1985 hệ thống số được quyết định Tháng 5 năm 1986 giảipháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn Ở Việt Nam hệ thống thông tin diđộng số GSM được đưa vào từ năm 1993

Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA đượctriển khai vào giữa những năm 1980 ,các vấn đề dụng lượng đã phát sinh ở cácthị trường di động chính như : New York ,Los Angeles và Chicago Mỹ đã cóchiến lược nâp cấp hệ thống này thành hệ thống số :chuyển tới hệ thống TDMAđược ký hiệu là IS -54 Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của

AMPS tốt hơn Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA ,AT & T là hãnglớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới :IS -

136 ,còn được gọi là AMPS số (D-AMPS ) .Nhưng không giống như

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc

và Hồng kông .CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở

Quốc ,Germany ,Irael ,Peru ,Philippins ,Thailand và Nhật ,Việt Nam …

Song song với sự phát triển của hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên,các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm taykhông dây số cũng được nghiên cứu phát triển Ngoài các hệ thống thông tin diđộng mặt đất ,các hệ thống thông tin di động vệ tinh :Global Star và Iridiumcũng được đưa vào thương mại trong năm 1998

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễnthông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tớithế hệ thứ ba Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được chập nhận cho IMT-2000 đó

là W-CDMA và CDMA2000 W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ thứ

2 và CDMA2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ thứ 2 Ở thế hệ này các hệthống thông tin di động có xu thế hòa nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và cókhả năng phụ 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 thứ

ba được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng

Hình 1.1 phát triển từ GSM lên W-CDMA

1.2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thứ hai (2G).

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ số nhưng làdịch vụ băng hẹp nên vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu chuyền tải tốc độ cao củamột số người sử dụng ,những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

 Không thể thực hiện trên toàn cầu do tiêu chuẩn phân tán và bảo hộkinh tế nên không thể thống nhất toàn cầu và chuyển mạch toàn cầu

1.3 Tiêu chuẩn của hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G).

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba ra đời cung cấp nhiều dịch vụ viễnthông như số liệu tốc độ thấp và cao ,đa phương tiện ,video cho người dùng làmviệc ở các phương tiện công cộng cũng như tư nhân Hệ thống thông tin di độngthế hệ ba không chỉ giải quyết những tồn tại của hệ thống thông tin di động thế

hệ hai mà còn phải đáp ứng được yêu cầu ngày càng tăng của khác hàng Do đó

hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng dựa trên các tiêu chí sau :

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 Ghz

o Đường lên (Uplink ) :1885 -2015 Mhz

o Đường xuống (Downlink ) :2110 -2200 Mhz

 Có tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vôtuyến tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến ,tương tác cho mọiloại dịch vụ viễn thông

 Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phươngtiện Nghĩa là hệ thống di động trong tương lai có thể thực hiện chuyển tải dịch

vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2 Mbit/s Môi trường đượcchia làm 4 vùng :

o Vùng 1 :Trong nhà ,ô picô có Rb ≤ 2 Mbit/s

o Vùng 2 :Thành phố ,ô macro có Rb ≤ 384 kbit/s

o Vùng 3 :Ngoại ô ,ô macro có Rb ≤ 144 kbit/s

o Vùng 4 :Toàn cầu có Rb ≤ 9,6 kbit/s

 Tăng dịch vụ chuyển mạch gói :Hệ thống thông tin di động thế hệ haichỉ có phương thức chuyển mạch kênh truyền thông ,hiệu suất kênh thấp Trongkhi đó hệ thống thông tin di động thế hệ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạchkênh và chuyển mạch gói

 Tăng phương thức truyền tải không đối xứng :Do dịch vụ số liệu mớiWWW có đặc tính không đối xứng :Truyền tải đường lên thường chỉ cần vàinghìn bit/s ,còn truyền tải đường xuống có thể cần vài trăm nghìn bit/s (Hệthống thông tin di động thế hệ hai chỉ hỗ trợ dịch vụ đối xứng)

 Khả năng tăng cường số liệu :Hệ thống thông tin di động tương lai sẽnâng cao hơn về phương diện WWW và khả năng truyền số liệu so với hệ thốngthông tin di động thế hệ hai

 Chất lượng truyền thông và chất lượng dịch vụ không thua kém mạngdịch vụ ,nhất là đối với tiếng Hệ thống thông tin di động trong tương lai làm

cho chất lượng truyền tải đạt đến hoặc gần đến chất lượng của hệ thống hữutuyến ,có thể cung cấp tốc độ truyền là 144 Kbps cho người đi xe ,384 kbps chongười đi bộ và 2 Mbps cho người sử dụng trong nhà.

 Mạng phải có khẳ năng sử dụng toàn cầu ,nghĩa là bao gồm cả phần tửthông tin vệ tinh

 Nâng cao tuổi thọ của pin :Công nghệ tích hợp tiêu hao công suất thấpđang được nghiên cứu và hy vọng có thể được ứng dụng trong hệ thống thôngtin di động thế hệ tiếp theo Kỹ thuật tích hợp Silic xạ tần là hướng phát triểnquan trọng khác có thể giảm thể tích trọng lượng và sự tổn hao năng lượng của

hệ thống

 Hiệu suất tần phổ cao hơn :Qua việc ứng dụng những kỹ thuật mớinhư điều khiển công suất nhanh ,chuyển giao mềm hệ thống Anten thông minh

…Đã nâng cao hiệu quả phổ của hệ thống mới một cách hiệu quả

 Hiệu suất kênh cao hơn

1.4 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 mộttiến 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 diđộng 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 đoạntrung 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 thể hệ 1G đến thế hệ 3G

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

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

 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 nângcao

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

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G)

Chương II :

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA

2.1 Giới thiệu công nghệ W-CDMA

W-CDMA (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 hỗtrợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảohình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170MHz

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 các kiểudịch 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 trong băngTDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ởcác 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 truyềndẫn 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 dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nócòn 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, từcác 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 cậptheo mã) và FRAMES (Future Radio Multiplex Access Scheme : Kỹ thuật đatruy cập vô tuyến trong tương lai) từ đầu thập niên 90 Các dự án này đã tiếnhành 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 W-

KBit/s

Đối xứng Không đối xứng Đa phương

Điểm đến điểm Đa điểm

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

CDMA Nhưng trên con đường đó, các nhà khai thác dịch vụ điện thoại di độngphải trải qua giai đoạn 2,5G Thế hệ 2,5G bao gồm những gì? Đó là: dữ liệuchuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS vàEnhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)

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 CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS Về mặt chức năng có thể chiacấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần : mạng lõi (CN) và mạng truy nhập

W-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 đượckết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ diđộng cổng (GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN) Để kết nối trungtâm chuyển mạch kênh với các mạng ngoài như ISDNm ,PSTN thì cần có thêmphần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài ra còn có các cơ sở dữliệu 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 mạngGSM

 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 diệnngười sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đềubao 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 mang tính toàn cầu trên cơ sở côngnghệ GSM

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

2.3.1 UE (User Equipment)

Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệthống 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 minh chứathông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưugiữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN.

PLMN,PSTN ISDN

Internet

Các mạng ngoài

MSC

GGSNSGSN

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều phân hệ mạng vôtuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện IU vàkết 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 haynhiều Node B Các Node B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub vàcác RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur

o Đảm bảo tính chung nhất với GSM

o Sử dụng cơ chế truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ởUTRAN

IUCS

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

o 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 vôtuyến (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 nhưđiều khiển công suất vòng trong về phần chức năng thì nó giống như trạm gốcGSM

o Bộ điều khiển mạng vô tuyến của (RNC) : RNC là phần tửmạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC kếtnối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) qua giao diện vôtuyến Iu RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắcngẽn cho các ô của mình Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vôtuyến 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 làRNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệuRANAP (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 SRNCcũng là CRNC của một node B nào đó được sử dụng để MS kết nối vớiUTRAN

 RNC trôi (Drif RNC) : DRNC là một RNC bất kỳ khác vớiSRNC để điều khiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiệnkết hợp và phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kếtnối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr Một UE có thểkhông có hoặc có một hay nhiều DRNC

2.3.3 Mạng lõi CN.

Các phần tử của mạng lõi CN thực hiện các chức năng liên quan đếnchuyển mạch định tuyến và kết nối số liệu Chức năng cụ thể của từng phần tửnhư sau :

 HLR (Bộ định vị thường trú ) là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thốngchủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sửdụng Lý lịch dịch vụ này bao gồm :Thông tin được phép về các dịch vụ ,cácvùng không được phép chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung nhưtrạng thái chuyển hướng cuộc gọi ,số lần chuyển hướng cuộc gọi … Các thôngtin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trong HLRkhông phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao HLR thường là một máy tínhđứng riêng không có khả năng chuyển mạng nhưng có khả năng quản lý hàngtrăm ngàn thuê bao

MSC/VLR (Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động /bộ ghi định vị tạmtrú ) :Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụchuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sửdụng các giao dịch chuyển mạch kênh ,chức năng của VLR là lưu trữ văn bảnsao 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/VLRthường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS

 GMSC (Gateway MSC ) :Là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTSPLMN và mạng CS bên ngoài (CS ext) GMSC trên thực tế thường được tíchhợp vào cùng MSC/VLR

 SGSN (Serving GPRS Support Node) :Điểm hỗ trợ GPRS đang phục vụSGSN trong W-CDMA UMTS khác với SGSN trong GPRS ở giao diện vớiRNC 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 khảnăng 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 vôtuyến bằng cách nén tiêu đề TCP/IP còn ở 3G người sử dụng :GTP-U Tunnelgiữa 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 coinhư là một Router mặc định Việc chọn GGSN dựa trên APN (Access PointName :tên điểm truy nhập) Khi UE yêu cầu thiết lập một PDP context ,APNđược đặt vào yêu cầu Trên cơ sở yêu cầu APN ,SGSN hỏi DSN để xác địnhGGSN đích để chuyển yêu cầu Trả lời DSN xác định GGSN và PDP contextđược thiết lập với GGSN này GGSN trong W-CDMA UMTS giống với GGSNtrong GPRS Nhưng cần lưu ý ,khác với GPRS GGSN có thể hỗ trợ một PDPcontext cho một người sử dụng ,nó cũng có khả năng ấn định một địa chỉ IP chonhiều PDP context của một UE ,điều này là không thể trong GPRS

2.3.4 Giao diện của W-CDMA

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 đểkết nối UTRAN với chuyển mạch gói

 Cấu trúc IU 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 vôtuyến, cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khácnhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

- Control Plane :Ngăn xếp giao thức phía điều khiển gồm RANAP trênđỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nốibáo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATMcho các giao diện mạng –mạng ( SAAL-NNI gồm SSCF ,SSCOP ,AAL5) LớpSSCF 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 khiểnmạng 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 nốiAAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS riêng

 Cấu trúc IU PS

Hình 2.5 Cấu trúc giao thức IU PS

Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phíangười 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 SS7MTP3 User Adaption Layer) ,SCTP (Simple Control TransmissionProtocol) ,IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn ,SCTP cóchức 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 địachỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụngtrong CS

- User Plane :Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS là luồng số liệugói được ghép trên một hay nhiều kết nối ảo AAL5 PVC (Permanent VirtualConnection) Phần người sử dụng giao thức tunneling GPRS là cung cấp nhiều

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 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 nay giaodiện 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, IUb

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

- Xử lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

2.4 Cấu trúc phân kênh của WCDMA

Cũng như trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh thôngtin trong WCDMA được chia ra làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìnnhận Theo quan điểm truyền dẫn ta sẽ có các kênh vật lý còn theo quan điểmthông 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 khảnăng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối Trên quanđiểm 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 đảmbảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai.

2.4.1 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 điềukhiển lớp vật lý Thông tin này gồm : các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênhcho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP : Transmit ControlPower), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) và một chỉ thị kết hợpkhuôn dạng truyền tải (TFCI)

Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên Mỗikhung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chipứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Như vậy độs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Như vậy độrộng khe gần bằng với độ rộng khe ở GSM (577μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Như vậy độs) Các bit FBI được sử dụngkhi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống Có tất cả 6 cấu trúc khe choDPCCH đường lên Có các tuỳ chọn sau : 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặckhông các bit TFCI Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit củachúng 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 thểthay 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 đượcphát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợpkhuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khungDPDCH hiện hành Nếu giải mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị

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

mất Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI.

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 mangRACH

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

- Phần tiền tố của RACH : Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm

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 chiathành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip Mỗi khe gồm hai phần : phần sốliệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1 Cả hai phầnđược phát đồng thời Phần số liệu gồm 10.2k bit với k = 0, 1, 2, 3 Phần điềukhiển gồm 8 bit hoa tiêu để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và haibit TFCI Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30 Giá trịcủa TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truynhập hiện thời.

Tiền tố Tiền tố Tiền tố

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

 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 thểdành 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 CPCHgồm 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 CPCHtương tự như của RACH Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗiđược sử dụng ở tiền tố RACH

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

- 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

Phần bản tin

0 hay 8 khe N.10ms Tiền tố truy nhập

Tiền tố phân giải va chạm

DPCCH DPDCH Hình 2.10 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH

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 điềukhiển mang thông tin các lớp thấp Phần số liệu và phần điều khiển được phátđồng thời.

c Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH)

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

d 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 đểmang 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

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 Tf = 10ms

tiêu chung thứ cấp, phân biệt về lĩnh vực sử dụng và các hạn chế đối với tínhnăng vật lý của chúng.

- Kênh hoa tiêu chung sơ cấp : Được ngẫu nhiên hóa bởi mã ngẫu nhiên sơcấp và luôn được sử dụng cùng một mã định kênh Mỗi ô có một kênh và chúngđược phát quảng bá trên toàn bộ ô

- Kênh hoa tiêu chung thứ cấp : Mã ngẫu nhiên hóa có thể là sơ cấp hoặcthứ cấp và sử dụng mã định kênh tuỳ ý Một ô có thể không có hoặc có nhiềukênh 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 đểmang BCH

 Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp sử dụng để mang thông tin FACH vàPCH Có hai kiểu kênh S-CCPCH là kiểu có mang TFCI và kiểu không mangTFCI

Số liệu 18 bit

Tslot = 2560 chip, 20 bit

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

Một khung vô tuyến T

f = 10ms

Tx tắt

256 chip

 Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ là kênh mang tín hiệu tìm ô ở đường xuống SCH gồm haikênh con là SCH sơ cấp và SCH thứ cấp Các khung 10ms của SCH sơ cấp vàthứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip

Số liệu N data bit

Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k = 0 6)

Hình 2.13 Cấu trúc khung của S-CCPCH

Một khung vô tuyến Tf = 10ms

SCH sơ cấp gồm một mã đồng bộ sơ cấp PSC (Primary Synchronization) đượcđiều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp như nhau trong mọi ô hệ thống SCH thứcấp gồm 15 chuỗi mã được điều chế có độ dài 256 chip Các mã đồng bộ thứcấp (Secondary Synchrization Code) phát đồng thời với SCH sơ cấp Mỗi SSCđược chọn từ tập của 16 mã dài 256 Chuỗi này ở SCH thứ cấp chỉ thị mã ngẫunhiên đường xuống của ô thuộc nhóm mã nào.

 Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH)

Kênh vật lý dùng chung đường xuống (PDSCH) được sử dụng để mangkênh dùng chung đường xuống PDSCH luôn được dùng chung với nhiều kênhkhác trên cơ sở ghép kênh theo mã

Một khung vô tuyến SCH 10ms

 Kênh chỉ thị bắt (AICH)

Kênh chỉ thị bắt được sử dụng để mang thông tin chỉ thị bắt Chỉ thị bắt AIs

tương ứng với một chữ ký s trên kênh PRACH hoặc PCPCH AICH gồm mộtchuỗi lặp của 15 khe truy nhập liên tiếp (AS = Access Slot), mỗi khe dài 40 bit.Mỗi khe gồm hai phần : phần chỉ thị bắt (AI) gồm 32 giá trị thực a0,a1, ,a31 vàmột phần không sử dụng gồm 8 giá trị thực a32,a33, a39

 Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Số liệu N data bit

Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k=0 6)

Hình 2.15 Cấu trúc khung của PDSCH Một khung vô tuyến Tf = 10ms

Kênh chỉ thị tìm gọi là kênh vật lý có tốc độ cố định được sử dụng đểmang các chỉ thị tìm gọi (PI) Một khung PICH dài 10ms chứa 300 bit, trong đó

288 bit được sử dụng để mang thông tin, 12 bit còn lại không được định nghĩa

2.4.2 Kênh truyền tải

Hình 2.18 Kênh truyền tải

a Kênh truyền tải riêng

Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh DCH được sử dụng để mang thôngtin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho người sử dụng Thông tin bao gồm sốliệu cho dịch vụ hiện thời và các thông tin điều khiển lớp cao Kênh truyền tảiriêng có các tính năng đặc trưng sau :

- Điều khiển công suất nhanh theo từng khung

- Thay đổi tốc độ số liệu theo từng khung và khả năng phát đến một phần ôhay một đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng

Hình 2.17 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi

Có sáu kiểu kênh truyền tải chung được định nghĩa trong UTRA Các kênhtruyền tải chung không có chuyển giao mềm, tuy vậy một số kênh có điều khiểncông suất So với hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh này có một sốđiểm khác như truyền dẫn gói ở các kênh chung, dùng chung một kênh đườngxuống để phát số liệu gói…

 Kênh quảng bá (BCH)

Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) là một kênh truyền tải được sửdụng để phát các thông tin đặc thù UTRA trong một ô

 Kênh truy nhập đường xuống (FACH)

Kênh truy nhập đường xuống FACH (Forward Access Channel) là mộtkênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trongmột ô cho trước Kênh FACH cũng có thể truyền các gói số liệu Khi có nhiềukênh FACH, các kênh bổ sung có thể có tốc độ bit cao hơn FACH không sửdụng điều khiển công suất nhanh và các thông tin được phát phải chứa thông tinnhận dạng trong băng

 Kênh tìm gọi (PCH)

Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) là một kênh truyền tải đường xuốngmang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi

 Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) là kênh truyềntải đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE Kênh này cũng

có thể sử dụng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE Để hoạt động đúng, hệthống phải thu được kênh truy cập ngẫu nhiên từ toàn bộ vùng phủ của ô

 Kênh gói chung đường lên (CPCH)

Kênh gói đường lên CPCH (Common Packet Channel) là một mở rộng củakênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trên đườnglên Kênh CPCH cùng với kênh FACH ở đường xuống tạo nên cặp kênh để

truyền số liệu.

 Kênh đường xuống dùng chung (DSCH)

Kênh đường xuống dùng chung DSCH (Dedicated Shared Channel) làkênh truyền tải để mang thông tin của người sử dụng, ngoài ra DSCh cũng cóthể mang thông tin điều khiển DSCH hỗ trợ điều khiển công suất nhanh và cóthể được dùng chung cho nhiều người sử dụng

c Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý

Trong quá trình truyền dẫn thông tin, các kênh truyền tải được đặt lên các kênh vật lý thể hiện ở sơ đồ sau :

Kênh riêng (DCH) được sắp xếp lên hai kênh vật lý Kênh số liệu vật lýriêng mang thông tin các lớp cao, còn kênh điều khiển vật lý riêng mang thôngtin của lớp vật lý cần thiết

từ trong dải tần 0.5 -3 Ghz đặc biệt có giá trị đối với nhiều dịch vụ cố định và diđộng.

Vấn đề là ở chỗ càng có nhiều công nghệ và các dịch vụ thông tintranh nhau chiếm đoạt từng phần của phổ tần vô tuyến giá trị này ,đặc biệt từkhi nhu cầu về phổ tần vô tuyến tăng nhanh ,chủ yếu cho các dịch vụ mới nhưcác thông tin cá nhân PCS (Personal Communication Servives ) và điện thoại tổong

Do đó việc quản lý phổ tần là một nhiệm vụ hết sức phức tạp bởi vì nó cóliên quan tới các dịch vụ và công nghệ Trước đây vấn đề này được giải quyếtbằng cách cấp phát các băng hay các khối phổ tần cho các dịch vụ khác nhaunhư :thông tin quảng bá ,di động ,các dịch vụ vệ tinh ,điểm đến điểm cố định vàthông tin hàng không

Giờ đây xuất hiện một phương pháp khác để giải quyết vấn đềnày Phương pháp này dựa trên khả năng một số phương pháp điều chế có thể

sử dụng chung tần số mà không gây ra mức độ nhiễu đáng kể Phương pháp nàygọi là điều chế trải phổ SS (Spread Spectrun ) ,đặc biệt khi được sử dụng kếthợp với kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo mã CDMA (Code Divided MultiAccess ) còn được gọi là kỹ thuật đa thâm nhập trải phổ SS –CDMA

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đềquan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộngbăng tần càng tốt Trong các hệ thống điều chế biên độ song biên ,độ rộng băngtần cần thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tầncủa nguồn này Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng tần này có thể bằngvài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tínhiệu số ,độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn Độrộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu điềuchế ( BPSK ,QPSK …)

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 băng tầncàng nhỏ càng tốt Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp

đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phươngpháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động ở băng tần rộng (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 sửdụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà hệ thống vẫn sử dụngbăng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ Ở phíathu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trìnhtrải phổ bên máy phát

Hình 3.1 Tín hiệu trải phổCác tính năng quan trọng nhất của điều chế trải phổ là :

 Chống lại các nhiễu, đây là một tính năng quan trọng cho thông tin

Có ba phương pháp trải phổ SS cơ bản sau :

- Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS :Direct Sequence Spreading Spectrum)

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

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

3.2 Trải phổ nhảy tần FHSS (FHSS : Frequency Hopping Spreading

Spectrum).

Nguyên tắc của trải phổ nhảy tần là điều chế gián tiếp tín hiệu sốvào mã trải phổ (sóng mang có tần số thay đổi theo mã trải phổ sẽ được điềuchế với tín hiệu thông tin cần truyền)

Bản tin được phân thành nhiều khối có kích thước cố định và mỗikhối được phát ở những tần số khác nhau Chuỗi nhảy tần (tức là thứ tự lựachọn các tần số để phát các phần của bản tin) đã được biết trước khi truyền bảntin ở cả máy phát và máy thu Máy phát sẽ phát một khối tin ở tần số riêng sau

đó sẽ nhảy đến tần số khác để phát khối kế tiếp và tiếp tục như vậy cho đến hếtbản tin ,muốn nhận được bản tin này thì máy thu cũng phải nhảy tần như ở máyphát

Để tránh hiện tượng giao thoa giữa những người sử dụng ,mỗi máyphát có một chuỗi nhảy tần riêng Hệ thống trải phổ này có thể áp dụng trong hệthống di động tế bào Phổ vô tuyến được chia thành các tần số vô tuyến đó làmột phần của chuỗi nhảy Trong hệ thống tế bào sẽ có nhiều máy di động thôngtin với trạm gốc ,mỗi máy có một chuỗi nhảy tần riêng nên khi nó muốn liên lạc

nó sẽ phát bản tin dưới dạng các khối ở tần số riêng tương ứng vớ chuỗi nhảytần Hiện tượng nhiễu gây ra chủ yếu do Fading Rayleigh và Fading đa đườngtruyền theo từng tần số Do đó sự mất hay lỗi bản tin chỉ xảy ra ở một khối củabản tin Ở phía thu các khối của bản tin được thu nhận và sắp xếp thành bản tinban đầu Những khối bị lỗi hay bị mất có thể dễ dàng sửa chữa bằng phươngpháp hiệu chỉnh lỗi FEC (Forwarf Error Coreection ) Hệ thống FHSS chỉ sửdụng một phần nhỏ băng tần tại một khoảng nhỏ của thời gian truyền dẫn Nhưvậy công suất mà hai hệ thống truyền đi trong một băng tần tính trung bình

Hình 3.2 Trải phổ nhảy tần ( FHSS )

Hệ thống FHSS đạt được trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên mộttập lớn các tần số Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên Tần số trong khoảngthời gian của một chip Tc giữ nguyên không đổi Tốc độ nhảy tần có thể nhanhhoặc chậm Trong hệ thống nhảy tần nhanh ,nhảy tần được thực hiện ở tốc độcao hơn tốc độ bit của bản tin ,còn ở hệ thống nhảy tần chậm thì ngược lại

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

Hình 3.3 Trải phổ nhảy thời gian (THSS)

Ta có độ rộng khe là:

T = Tf /M

trong đó:

M: là số khe thời gian trong một khung

Tf :là chu kỳ của một khung

Trong hệ thống THSS một khối các bit số liệu được nén và được phátngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một sốlượng lớn các khe thời gian Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thờigian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung

Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấnđịnh một mã giả ngẫu nhiên (hay mã giả tạp âm ) ,sao cho không có cặp máyphát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian ,như vậy các máy phát sẽtránh được xung đột

3.4 Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS :Direct Sequence Spreading

Spectrum)

Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence SpreadingSpectrum) :Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệugiả ngẫu nhiên có tốc độ chip Rc cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit Rb củaluồng số liệu cần phát

Hình 3.4 Trải phổ dãy trực tiếp ( DSSS )Trong đó :

Rc = 1/ Tc

Rb = 1/ Tb

Tn :Chu kỳ mã ngẫu nhiên dùng cho trải phổ

Tb :Thời gian của một bit luồng số cần phát

Tc : Thời gian một chip của mã trải phổ

3.4.1 Mã giả tạp âm sử dụng trong DSSS

Trong trải phổ trực tiếp ta dùng mã "ngẫu nhiên" để trải phổ bản tin ở phíaphát và giải trải phổ tín hiệu thu được ở phía thu Mã "ngẫu nhiên" đóng vai tròtrung tâm trong các hệ thống SS Tuy nhiên nếu mã này thực sự ngẫu nhiên thìthậm chí máy thu chủ định cũng không thể lấy ra bản tin vì không thể biết đượcphương pháp để đồng bộ với mã thực sự ngẫu nhiên, dẫn đến hệ thống trở nên vôdụng Vì thế phải thay thế bằng một mã giả ngẫu nhiên.Đây là một mã tất địnhbiết trước đối với máy thu chủ định Nhưng thể hiện giống tạp âm đối với cácmáy thu không chủ định Mã này thường được gọi là chuỗi giả tạp âm (PN:Pseudo-Noise) Chuỗi PN là một chuỗi các số được lặp lại theo một chu kỳ nhất