Quy hoạch mạng w CDMA cho tỉnh nghệ an giai đoạn 2010 2015

DANH SÁCH CHŨ VIẾT TẮTAAGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập AICH Accquitstion Indicationchannel Kênh chỉ thị bắt AMPS Advance Mobile Phone System Hệ thống điện thoại tiên ti

MỤC LỤC

Mục lục 1

Danh sách hình vẽ 4

Danh sách bảng 6

Thuật ngữ viết tắt 7

Lời mở đầu 13

Chương 1 Tổng quan về mạng W-CDMA 15

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động 15

1.2 Những hạn chế của hệ thống thông tin di động thứ 2 19

1.3 Tiêu chuẩn của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 20

1.4 Giới thiệu về mạng thông tin di động W-CDMA 22

1.5 Tổng kết quá trình đi lên của hệ thống thông tin thế hệ thứ ba 24

Chương 2:Cấu trúc hệ thống mạng W-CDMA 25

2.1 Cấu trúc hệ thống W-CDMA 25

2.2 Sơ đồ cấu trúc 27

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

2.3.1 Thiết bị người sử dụng UE 28

2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN 28

2.3.2.1.Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) 29

2.3.2.2 Node B (Trạm gốc) 29

2.3.3.3 Các chức năng điều khiển của UTRAN 30

2.3.3 Mạng lõi - CN 31

2.3.4 Các mạng ngoài 31

2.3.5 Các giao diện vô tuyến 31

2.4 Cấu trúc kênh và phương thức sắp xếp kênh trong W-CDMA 32

2.4.1 Các kênh vật lý 32

2.4.1.1 Kênh vật lý đường lên 32

2.4.1.2 Kênh vật lý đường xuống 34

2.4.2 Các kênh truyền tải 36

2.4.3 Các kênh logic 37

2.4.4 Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 38

2.4.5 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 39

Chương 3: Kỹ thuật trải phổ và chuyển giao trong mạng W-CDMA 40

3.1 Trải phổ 40

3.1.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 40

3.1.2 Các hệ thống DS/SS-BPSK 42

3.1.2.1 Máy phát DS/SS – BPSK 42

3.1.2.2.Máy thu DS/SS – BPSK 44

3.1.3 Các hệ thống DS/SS-QPSK 46

3.1.3.1 Máy phát DS/SS-QPSK 47

3.1.3.2.Máy thu DSSS-QPSK 47

3.2 Kỹ thuật chuyển giao trong W-CDMA 48

3.2.1 Khái niệm .48

3.2.1.1.Mục đích của chuyển giao 48

3.2.1.2.Trình tự chuyển giao 48

3.2.2.Các loại chuyển giao 51

3.2.2.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn 51

3.2.2.2 Chuyển giao cứng 53

Chương 4: Quy hoạch mạng W-CDMA cho tỉnh Nghệ An giai đoạn 2010-2015 55

4.1 Giới thiệu 55

4.2 Khởi tạo quy hoạch 55

4.2.1 Sơ đồ khối quá trình định cỡ mạng 55

4.2.2 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền vô tuyến 57

4.2.2.1 Quỹ năng lượng đường lên 58

4.2.2.2 Quỹ năng lượng đường xuống 60

4.2.3 Độ nhạy máy thu 61

4.3 Tính suy hao đường truyền cho phép 61

4.4 Xác định kích thước Cell 63

4.4.1 Mô hình Hata – Okumura 63

4.4.2 Mô hình Walfsch – Ikegami 64

4.4.3 Tính toán bán kính và dung lượng cell 66

4.5 Quy hoạch dung lượng và vùng phủ 69

4.6 Quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 71

4.6.1 Định cỡ các giao diện 71

4.6.1.1 Định cỡ giao diện Iub 72

4.6.1.2 Định cỡ giao diện Iur 72

4.6.1.3.Định cỡ giao diện Iu 72

4.6.2 Định cỡ các phần tử 73

4.6.2.1 Định cỡ BSC 73

4.6.2.2 Định cỡ RNC 73

4.6.3 Quy hoạch mạng truyền dẫn 73

4.7 Quy hoạch chi tiết 74

4.7.1 Tính Số BTS 75

4.7.1.1 Tính số BTS dựa theo bán kính phục vụ của BTS và diện tích vùng cần phủ sóng 75

4.7.1.2.Tính số BTS dựa vào khả năng dung lượng của BTS và số lượng thuê bao dự kiến phục vụ 79

4.7.2 Chọn vị trí đặt trạm 82

4.7.3 Tính chọn số BSC, RNC 82

4.8 Tối ưu hóa mạng 82

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các phương pháp đa truy cập 17

Hình 1.2: Lộ trình phát triển từ GSM lên W-CDMA 18

Hình 1.3:Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba 23

Hình 1.4: Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G) 25

Hình 2.1: Tổng quan hệ thống W-CDMA 27

Hình 2.2: cấu trúc mạng W- CDMA 28

Hình 2.3: Các kênh vật lý đường lên 33

Hình 2.4: Các kênh vật lý đường xuống 35

Hình 2.5: Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 38

Hình 2.6: Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 39

Hình 3.1: Tín hiệu trải phổ 40

Hình 3.2: Sơ đồ khối của máy phát DS/SS-BPSK 43

Hình 3.3: Các dạng sóng ở hệ thống DS/SS-BPSK 44

Hình 3.4: Sơ đồ khối của máy thu DS/SS-BPSK 45

Hình 3.5: Các dạng sóng ở hệ thống thu DS/SS-BPSK 45

Hình 3.6: Sơ đồ khối máy phát DSSS-QPSK 46

Hình 3.7: các dạng sóng máy phát DSSS-QPSK 46

Hình 3.8: Sơ đồ khối của máy thu DSSS-QPSK 47

Hình 3.9: Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 51

Hình 3.10: chuyển giao mềm hai đường 51

Hình 3.11: Chuyển giao mềm ba đường 52

Hình 3.12: Chuyển giao mềm hơn 53

Hình 3.13: Chuyển giao mềm – mềm hơn 53

Hình 3.14: Chuyển giao cứng cùng tần số 54

Hình 3.15: Chuyển giao cứng khác tần số 54

Hình 4.1: Các tham số đầu vào và đầu ra trong quá trình định cỡ mạng RAN W-CDMA 56

Hình 4.2: Lược đồ quá trình định cỡ mạng vô tuyến W-CDMA 57

Hình 4.3: Các thành phần nhiễu tại trạm gốc đường lên 58

Hình 4.4: Thành phần nhiễu tại thuê bao di động đường xuống 60 Hình 4.5: Sơ đồ quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến 72

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Một số nét chính của nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba 24Bảng 4.1:Số liệu dân số, diện tích và mật độ tỉnh Nghệ An 74Bảng 4.2: Bảngdự kiến số liệu thuê bao của tỉnh Nghệ An năm 2010 81

DANH SÁCH CHŨ VIẾT TẮTA

AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập

AICH Accquitstion Indicationchannel Kênh chỉ thị bắt

AMPS Advance Mobile Phone System Hệ thống điện thoại tiên tiến

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

AP Access Preamble Tiền tố truy nhập

AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

B

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BSC Base Staion Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BER Bit Error Ratio Tỷ số lỗi bít

BTS Base Transceiver Staion Trạm thu phát gốc

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch pha nhị phân

BS Base Staion Trạm gốc

C

CAMEL Customized Application for

Mobile network Enhanced Logic

Ứng dụng tùy chọn cho logic nâng cao của mạng di động

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core Network Mạng lõi

C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang/nhiễu kênh lân

C/I Carier to Interference Ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CDP Collisiion Detection Preamble Tiền tố phát hiện tranh chấp

CPCH Common Physical Channel Kênh vật lý chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CS Circuit Switching Chuyển mạch kênh

CRNC Controlling RNC RNC điều khiển

D

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCCH Downlink Physical Channel Kênh vật lý đường xuống

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý số liệu riêng

DRNC Drift Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôiDSSS Direct Sequence Spread

Spectrum

Trải phổ chỗi trực tiếp

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DC Dedicated Control Điều khiển riêng

DRNC Drift RNC RNC trôi

E

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung

FBI Feedblack Information Thông tin phản hồi

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần sốFDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FH/SS Frequency Hopping Spreading

Spectrum

Trải phổ kiểu nhảy tần

G

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GMSC Gateway Mobile Service

Switching Center

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

di động cổngGPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Global System for Mobile

Commmunication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GC General Control Điều khiển chung

Gp Processing Gain Độ lợi xử lý

GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian

H

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSCSD Hight Speed Circuit Switched

Data

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

I

IWF Interworking Function Chức năng tương tác mạng

ISDN Integrated Service Digital

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-136 Interim Standard 136 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

cải tiến của Mỹ(AT&T)IS-95A Interim Standard 95A Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

cải tiến của Mỹ(Qualcomm)

MAI Multiple Access Interfree Nhiễu đa truy nhập

ME Mobile Equipment Thiết bị di động

PCP Power Control Preamble Tiền tố điều khiển công suất

PCCH Paging Controll Channel Kênh điề khiển tìm gọi

PDCP Packet Data Convergence

Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PN Pseudo Noise Giả tạp âm

PS Paket Switching Chuyển mạch gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộngPSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

Q

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha vuông góc

Q0S Quality of Service Chất lượng phục vụ

R

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RAB Radio Access Bearer Kênh mang truy nhập vô tuyến

RNC Radio Network Control Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyếnRAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLB Radio link budgets Quỹ năng lượng đường truyền vô

tuyến

RB Radio bearer Kênh mạng vô tuyến

RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến

S

SCH Synchronisation Channel Kênh đồng bộ

SIM Subcriber Indentity Module Modun nhận thực thuê bao

SGSN Serving GPRS Support Node Node cung cấp dịch vụ gói vô

tuyến chung SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SS7 Signaling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7

SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

T

TH/SS Time Hopping Spreading

Spectrum

Trải phổ nhảy thời gian TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TFI Transport Format Indication Bộ chỉ thị khuôn dạng truyền dẫn TAF Terminal Adaptation Function Chức năng thích ứng đầu cuối TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Bộ thích ứng tốc độ và chuyển mã TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TRX Tranceiver Bộ thu – phát U UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu USCH Uplink Shared Channel Kênh chia sẽ đường lên UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu USCH Uplink Shared Channel Kênh dùng chung đường lên V VLR Visister Location Register Thanh ghi định vị tạm trú VHE Virtual Home Environmet Môi trường thường trú ảo W WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tin di động ngày nay trở thành một trong những nghành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh và mang lại nhiều lợi nhuận nhất cho các nhà khai thác

Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu

và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai Hệ thống di động thế hệ hai (2G), với GSM và CDMA là ví dụ điển hình đã phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, thị trường viễn thông càng ngày mở rộng càng ngày càng thể hiện rõ những hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Sự ra đời của hệ thống di động thế hệ ba là một tất yếu, theo hướng cung cấp các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ có thể lên tới 2Mbit/s như: điện thoại thấy hình, video streaming, hội nghị truyền hình, tin nhắn đa phương tiện nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và đa dạng của người sử dụng Đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3(3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới

Hiện nay, Việt Nam đang nghiên cứu và triển khai khai thác mạng thông tin di

động thế hệ ba W-CDMA.Tỉnh Nghệ An là tỉnh có diện tích lớn nhất Việt Nam, là vùng trọng điểm kinh tế thương mại du lịch dịch vụ của Bắc Trung Bộ, với số lượng thuê bao di động lớn và được dự đoán sẽ còn tăng nhanh trong vài năm tới cần thiết phải lập kế hoạch thiết kế và triển khai mạng thông tin di động 3G nhằm khắc phục

sự cố nghẽn mạng do quá tải của các mạng thông tin di động thế hệ 2 hiện tại và đáp ứng kịp thời nhu cầu về các dịch vụ số liệu tốc độ cao của người tiêu dùng Xuất phát

từ định hướng này nên em chọn đề tài nghiên cứu ” Quy hoạch mạng W-CDMA cho tỉnh Nghệ An giai đoạn 2010 - 2015” làm đồ án tốt nghiệp.

Nội dung chính của đồ án gồm 4 chương

Chương 1: Tổng quan mạng W-CDMA: Nội dung chương đưa ra lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động, các đặc điểm và dịch vụ của mạng thông tin di động W-CDMA

Chương 2: Cấu trúc hệ thống W-CDMA: Chương này sẽ trình bày cấu trúc hệ thống W-CDMA, cấu trúc kênh và các phương thức sắp xếp kênh trong W-CDMA

Chương 3: Kỹ thuật trải phổ và chuyển giao trong mạng W-CDMA: Chương này sẽ trình bày các giải pháp kỹ thuật: trải phổ và các thủ tục chuyển giao đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng hệ thống W-CDMA

Chương 4: Quy hoạch mạng W-CDMA cho tỉnh Nghệ An giai đoạn 2010 -2015 Nội dung chương trình bày các bước cơ bản của quá trình quy hoạch mạng W-

CDMA, các mô hình tính toán cho từng vùng khác nhau, và ứng dụng quy hoạch mạng W-CDMA cho tỉnh Nghệ An giai đoạn 2010-2015

Trong quá trình thực hiện làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của

thầy giáo hướng dẫn KS.Nguyễn Anh Quỳnh Mặc dù đã cố gắng trong việc hoàn

thành đồ án nhưng với thời gian và trình độ có hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót

Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của quý thầy (cô) cùng sự đóng góp ý kiến của các bạn giúp em hoàn thiện đồ án tốt hơn

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo KS.Nguyễn Anh Quỳnh đã

giúp em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh , Ngày … Tháng … Năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Minh Trang

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG W-CDMA

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động

Ngày nay, thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội loài người Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin của con người ngày càng tăng đòi hỏi các hệ thống thông tin liên lạc nói chung, các hệ thống viễn thông nói riêng không ngừng phát triển và cải tiến để đáp ứng nhu cầu đó Thông tin di động là một ứng dụng có nhu cầu lớn nhất và đạt được sự phát triển mạnh mẽ nhất trong những năm gần đây Trước nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng, thông tin di động sẽ phát triển theo xu hướng nào Để hiểu rõ cũng như có những cái nhìn chính xác về xu hướng phát triển tiếp theo của thông tin di động, trước hết cần phải nhìn lại lịch sử phát triển của nó từ khi mới ra đời đến nay

Năm 1924 điện thoại vô tuyến di động đầu tiên ra đời nhưng mới chỉ sử dụng như là phương tiện thông tin liên lạc giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ

Đến những năm 1960 hệ thống điện thoại di động đầu tiên sư dụng phương pháp điều tần mới xuất hiện nhưng chúng có dung lượng rất thấp so với hiện nay và ít tiện lợi

Đầu những năm 1980 đánh dấu sự ra đời của các hệ thống di động tổ ong điều tần song công sử dụng kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA với chỉ duy nhất phục vụ thoại Hệ thống tổ ong tương tự có một số hạn chế sau :

- Chất lượng thấp

- Vùng phủ sóng hẹp

- Phân bổ tần số rất hạn chế , dung lượng thấp

- Tiếng ồn khó chụi và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường fading đa tia.

- Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hang

- Không có tính bảo mật thông tin

- Các thiết bị cho người sử dụng rất nặng và đắt tiền

- Không tương thích giữa các hệ thống với nhau

Người ta nhận thấy rằng, các hệ thống tổ ong tương tự không đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng Điều này dẫn đến sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G)

Thông tin di động thế hệ hai là hệ thống thông tin di động số Sự ra đời của thông tin di động số thay thế cho thông tin di động tương tự là một bước phát triển lớn, việc số hóa giúp cho các hệ thống có thể đưa ra các dịch vụ mới với chất lượng cao, dung lượng lớn mà giá thành và kích thước giảm Đây là các hệ thống di động số

sử dụng các công nghệ đòn bẩy để tăng dung lượng, thực thi và mở rộng khái niệm

“mạng thông minh”, tăng cường khả năng chống lỗi và thêm một số dịch vụ mới nhưng chỉ giới hạn trong thoại và dữ liệu tốc độ thấp Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

- Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit là 8-13kbps Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit

và tính di động

• Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA-Time Division Multiple Access) phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần này dùng chung cho N kênh liên lạc Mỗi kênh là một khe thời gian trong một khung và mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile)

GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz

Năm 1991, hệ thống chính thức được thử nghiệm với 8 người sử dụng cho 200Khz và GSM đã đạt được nhiều thành công trên thị trường châu Âu ( hiện nay chiếm 59% thuê bao) và châu Á (33%), trở thành một tiêu chuẩn chiếm ưu thế vượt trội trên thế giới Sau này hệ thống mở rộng đến băng tần 1800 MHz

Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả Hiện nay trên thế giới 70% thuê bao sử dụng hệ thống này và thực hiện roaming quốc tế trên 140 nước với 400 mạng

• Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Hệ thống thông tin di động CDMA (Code Division Multiple Access) là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên nền tảng của kỹ thuật trải phổ Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống phadinh hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA, cho phép nhiều người sử dụng có thể đồng thời chiếm cùng kênh vô tuyến để tiến hành cuộc gọi, mỗi người sử dụng đó được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN (Pseudo Noise) đặc trưng không trùng với bất cứ ai Phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS-95A Đến nay các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và đã thu được nhiều thành công

Hình 1.1: Các phương pháp đa truy cập

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất còn có các hệ thống thông tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được chấp 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 Sự phát triển từ 2G lên 2,5 G (hay còn gọi

là thế hệ hai cộng): với giải pháp này yêu cầu chi phí thấp nhưng ngắn hạn Ví dụ như phát triển từ GSM lên

HSCSD, GPRS, EDGE Một số ưu thế mà thế hệ 2,5 G đạt được :

- Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói đa năng

- Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như : mã hoá và giải mã tiếng toàn tốc cải tiến, mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng

- Các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

- Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn SMS như móc nối SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS

- Các công việc liên quan đến tính cước như các dịch vụ trả tiền trước, tính cước nóng…

- Tăng cường công nghệ SIM

- Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL

- Các cải thiện chung như : chuyển mạng GSM-AMPS, các dịch vụ định vị tương tác với các hệ thống thông tin vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu

- Thiết kế một chuẩn mới hoàn toàn 3G: giải pháp này có chi phí cao, dài hạn nhưng lại có một số lượng lớn các dịch vụ tiềm năng mới

Ở thế hệ này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ lên tới 2Mbps Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ

ba gọi là hệ thống thông thin di động băng rộng

Hình 1.2: Lộ trình phát triển từ GSM lên W-CDMA

GPRS: General Packet Radio Services: Dịch vụ gói vô tuyến chung.

EDGE:Enhanced Data Rates for GSM Evolution : Tốc độ số liệu tăng cường để

phát triển GSM

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo

mã băng rộng

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

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ số nhưng là dịch

vụ băng hẹp nên vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu chuyền tải tốc độ cao của một số người sử dụng, những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 là :

- Cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu trên cơ sở chuyển mạch kênh Đối với dịch vụ số liệu, GSM phải mô phỏng bằng Modem giữa thiết bị của người sử dụng

và mang số liệu Băng.Truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s Tốc độ này chỉ phù hợp cho các dịch vụ số liệu giai đoạn trước

- Quản lí tài nguyên không hiệu quả vì mỗi thuê bao cần có một TCH trong suốt thời gian kết nối Mỗi cuộc gọi chỉ có chiếm một khe thời gian, không có phân

bổ động khe thời gian

- GSM sử dụng kỹ thuật điều chế GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying :

điều chế dịch pha cực tiểu Gaussian) nguyên thuỷ làm hạn chế tốc độ truyền

- Thuê bao phải sử dụng mạng điện thoại PSTN làm mạng chuyển tiếp và phải trả tiền cho kết nối chuyển mạch kênh.

- Thời gian thiết lập cuộc gọi tăng khi phải sử dụng Modem để kết nối với mạng Internet Không có SMS –Internet Tnterworking (chức năng tương tác giữa SMS và Internet) Độ dài của tin nhắn SMS bị hạn chế

- Các nhà điều hành mạng PLMN không thể trực tiếp cung cấp các dịch vụ Internet, GSM là mạng kết nối mang tính chất truyền thống (không chỉ kết nối giữa các thuê bao với nhau)

- Dịch vụ còn đơn nhất chủ yếu là dịch vụ thoại, chỉ có thể truyền tải những thông tin ngắn và đơn giản

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

- Vẫn xảy ra nghẽn mạng do đó cần phải tăng dung lượng hệ thống

- Do tồn tại nhiều hệ thống di động cũng như nhiều mạng di động nên nó giới hạn phạm vi di động của các thuê bao trên khắp thế giới, do đó cần phải một chuẩn quốc tế

- Các hệ thống này còn cung cấp ít các dịch vụ mà trong đó nhu cầu về các dịch vụ mới nhất là Internet ngày càng tăng, do đó cần phải có thêm nhiều dịch vụ và ứng dụng đa phương tiện mới

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

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba ra đời cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông như số liệu tốc độ thấp và cao, đa phương tiện, video cho người dùng làm việc ở các phương tiện công cộng cũng như tư nhân Hệ thống thông tin di động thế 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

+ Đường lên (Uplink ) : 1885 -2015 Mhz

+ Đường xuống (Downlink ) : 2110 -2200 Mhz

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

- Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện 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 được chia làm 4 vùng :

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

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

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

+ Vùng 4: Toàn cầu có Rb ≤ 9,6 kbit/s

- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

+ Môi trường thông tin nhà ảo (VHE:Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

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

+ Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống thông tin di động thế hệ hai chỉ

có phương thức chuyển mạch kênh truyền thống, hiệu suất kênh thấp Trong khi đó

hệ thống thông tin di động thế hệ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Tăng phương thức truyền tải không đối xứng: Do dịch vụ số liệu mới WWW

có đặc tính không đối xứng: Truyền tải đường lên thường chỉ cần vài nghìn bit/s, còn truyền tải đường xuống có thể cần vài trăm nghìn bit/s (Hệ thống 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 sẽ nâng cao hơn về phương diện WWW và khả năng truyền số liệu so với hệ thống thông tin

di động thế hệ hai

- Chất lượng truyền thông tin và chất lượng dịch vụ không thua kém mạng dịch 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 hữu tuyến, có thể

cung cấp tốc độ truyền là 144 Kbps cho người đi xe, 384 kbps cho người 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 tử thông tin vệ tinh

- Nâng cao tuổi thọ của pin: Công nghệ tích hợp tiêu hao công suất thấp đang được nghiên cứu và hy vọng có thể được ứng dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo Kỹ thuật tích hợp Silic xạ tần là hướng phát triển quan 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 mới như 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 Giới thiệu mạng thông tin di động 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 hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz.W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch

vụ tốc độ bit thấp và trung bình

W-CDMA có các tính năng cơ sở sau :

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

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

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

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

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

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các 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 các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

KBit/s

Y tế từ xa

Thư tiếng

Truy nhập cơ sở dữ liệu

Mua hàng theo Catalog Video

Video theo yêu cầu

Báo điện tử

Karaoke ISDN

Xuất bản điện tử

Thư điện tử FAX

Các dịch vụ phân phối thông tin

Tin tức

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

Truyền hình di động

Truyền thanh di động

Tiếng

Số liệu H.ảnh

1.5.Tổng kết quá trình đi lên của hệ thống thông tin thế hệ thứ ba

Công nghệ thông tin di động càng ngày phát triển nhanh chóng, bây giờ chúng ta nhìn lại các giai đoạn phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu.Thế hệ thông tin di

Thế hệ 1 (1G) AMPS,

TACS, NMT

Tiếng thoại FDMA, tương tự

Thế hệ 2 (2G) GSM,

IS-136, IS-95

Chủ yếu cho thoại kết hợp với dịch vụ bản tin ngắn

TDMA hoặc CDMA, số, băng hẹp (8-13Kbit/s)

Thế hệ trung gian

(2,5G)

GPRS, EDGE, cdma200-1x

Trước hết là tiếng thoại có đưa thêm các dịch vụ số liệu gói

TDMA (kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số), CDMA, sử dụng chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, tăng cường truyền số liệu gói cho thế

hệ hai

Thế hệ 3 (3G) Cdma2000,

W-CDMA

Các dịch vụ tiếng và số liệu gói được thiết kế

để truyền tiếng

và số liệu đa phương tiện là nền tảng thực sự của thế hệ ba

CDMA, CDMA kết hợp TDMA, băng rộng (tới 2Mbps), sử dụng chồng lấn lên thế hệ hai hiện có nếu không sử dụng phổ tần mới

Bảng 1.1: Một số nét chính của nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ

một đến thế hệ ba

t

Hình 1.4: Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G)

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

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

- 2G :Second generation (digital cellular): Mạng di động thế hệ thứ 2(chuẩn kỹ thuật số)

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

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

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA

Các tháp vô tuyến W-CDMA (cell sites) bao gồm một hệ thống anten và thiết

bị vô tuyến ( trạm gốc) Các trạm gốc CDMA bao gồm một hay nhiều kênh số CDMA hay kênh vô tuyến GSM Trạm gốc chuyển đổi các tín hiệu vô tuyến từ các thiết bị di động sang các tín các tín hiệu điện để có thể truyền được đến hệ thống kết nối tế bào( tiêu biểu như trung tâm chuyển mạch di động)

W-Ở hệ thống tế bào tiêu biểu, mỗi kênh vô tuyến W-CDMA rộng thay thế hai kênh vô tuyến GSM Các cell sites kết với nhau thông qua hệ thống chuyển mạch trung tâm gọi là trung tâm chuyển mạch di động (MSC) hay bộ định tuyến dữ liệu gói MSC là hệ thống chuyển mạch cho phép kết nối giữa thiết bị di động và cell sites Node phục vụ dữ liệu gói (PDSN) là một bộ định tuyến gói nhận và chuyển các gói đến đích

Hình 2.1 là một sơ đồ đơn giản của một hệ thống W-CDMA Sơ đồ này cho

thấy hệ thống W-CDMA bao gồm nhiều kiểu thiết bị thông tin di động (UE) giao tiếp với nhiều trạm gốc (Node B) và một trung tâm chuyển mạch di động (MSC) hay mạng định tuyến dữ liệu để kết nối với các máy điện thoại di động khác, điện thoại công cộng, hay kết nối với mạng Internet thông qua mạng lõi (CN) Sơ đồ này cho thấy hệ thống W-CDMA tương thích với cả kênh vô tuyến W-CDMA rộng 5MHz và các kênh GSM hẹp 200 KHz Ví dụ này còn cho thấy mạng lõi về cơ bản được chia thành hệ thống thoại (chuyển mạch kênh) và dữ liệu gói (chuyển mạch gói)

Hình 2.1: Tổng quan hệ thống W-CDMA

2.2 Sơ đồ cấu trúc

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 chia cấu trúc mạng W-CDMA làm ra 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 phần nâng cấp của W-CDMA Ngoài ra để hoàn thiện giao tiếp của người sử dụng với hệ thống

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

triển mạng tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM W-CDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin di động, nó sẽ là công nghệ xây dựng cơ sở hạ tầng và kiến trúc mạng tế bào của hầu hết mạng 3G trên thế giới, hình thành kết nối giữa thiết bị di động của người sử dụng cùng với mạng lõi

Giao diện giữa ME và USIM là Cu, giao diện này tuân theo một khuôn dạng theo tiêu cho các thẻ thông minh

2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) kết nối tới mạng lõi trên giao diện Iu và kết nối với nhau trên giao diện Iur Mỗi một RNS bao gồm nhiều Node B và một bộ điều

Nút B Nút B

Nút B Nút B

RNC

GGSN SGSN

HLR

PLMN, PSTN,ISDN…

khiển mạng vô tuyến RNC, mỗi RNC có thể kết nối với một hay nhiều node B Các Node B được kết nối thông qua giao diện Iub và các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur.

2.3.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

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

Khi một kết nối MS-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt:

- RNC phục vụ (Serving RNC): thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối

số liệu tới các tài nguyên vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được MS sử dụng để kết nối với UTRAN

- RNC trôi (Drift RNC): là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các cell được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện Iub và Iur Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

2.3.2.2 Node B (Trạm gốc)

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

2.3.2.3.Các chức năng điều khiển của UTRAN

Để có thể điều khiển và quản lý các kênh mang vô tuyến (RB), UTRAN thực hiện các chức năng khác ngoài chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến RRM

* Các chức năng đó bao gồm:

- Phát quảng bá thông tin hệ thống

- Thiết lập các kênh mang báo hiệu và truy cập ngẫu nhiên

- Quản lý kênh mang vô tuyến (RB)

- Các chức năng an toàn trong mạng UTRAN

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM.

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

* Nhiệm vụ của UTRAN là:

- Tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN) UTRAN nằm giữa hai giao diện mở

Uu và Iu

- Phối hợp với mạng lõi thực hiện các dịch vụ mạng qua các giao diện này.UTRAN bao gồm nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Mỗi RNS bao gồm một số trạm gốc (node B), giao diện Uu và một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC RNC kết nối với node B bằng giao diện Iub Các RNS giao tiếp với nhau sử dụng giao diện mở Iur mang cả thông tin báo hiệu và lưu lượng

2.3.3 Mạng lõi - CN

Các phần tử chính của mạng lõi như sau :

- HLR (Home Location Register) : Là thanh định vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm: thông tin

về ghi 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, số lần chuyển hướng cuộc gọi Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí chuyển mạng nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao hiện thời của thuê bao HLR thường là một máy tính đứng riêng không

có khả năng

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :

Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao 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 Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS - GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng kết nối với mạng ngoài GMSC trên thực tế thường được tích hợp vào cùng MSC/VLR

- SGSN (Servicing GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS (dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ, có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GSN (Gateway GPRS Support Node): Node hỗ trợ GPRS cổng, có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

- Để kết nối MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng ( IWF ) Ngoài ra, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: AuC, EIR

2.3.5 Các giao diện vô tuyến

- Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện 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 định của

hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

- Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN Iu là một giao diện mở để chia hệ thống thành UTRAN đặc thù và CN, CN chịu trách nhiệm chuyển mạch, đinh tuyến

và điều khiển dịch vụ Iu có thể có hai trường hợp khác nhau:

+ Iu CS: để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh

+ Iu PS: để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch gói

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

+ Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

+ Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

+ Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

+ Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

- Giao diện Iub là giao diện giữa RNC – Node B Iub định nghĩa cấu trúc khung

và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải

*Các chức năng chính của Iub :

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

+ Khởi tạo và báo cáo các đặc thù cell, 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 kênh và phương thức sắp xếp kênh trong W-CDMA

Hệ thống W-CDMA có ba kiểu kênh cơ bản: các kênh vật lý, các kênh truyền tải, và các kênh logic Các kênh này còn được phân thành các kênh chung và các kênh riêng:

- Các kênh chung được sử dụng và phân chia cho nhiều thiết bị truyền thông khác nhau Hệ thống W-CDMA sử dụng các kênh chung để gửi đi các lệnh hay chỉ dẫn như thông tin nhận dạng hệ thống hay thiết bị đến tất cả các thiết bị di động đang hoạt động trong một vùng phủ vô tuyến

- Các kênh riêng được sử dụng bởi một hay một vài thiết bị xác định Hệ thống W-CDMA sử dụng các kênh riêng để gửi đến một thiết bị riêng biệt (thông tin thoại hay dữ liệu)

2.4.1 Các kênh vật lý

Các kênh vật lý là các kênh truyền các tín hiệu điện, tín hiệu vô tuyến, hay tín hiệu quang và được nối giữa máy phát và máy thu Các kênh vật lý có thể phân biệt với các kênh khác bằng tần số, mã, hay thời gian truyền.

2.4.1.1 Kênh vật lý đường lên

Hình 2.3: Các kênh vật lý đường lên

a.Kênh vật lý riêng đường lên

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

và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH)

- Kênh số liệu vật lý dành riêng (DPDCH): truyền dữ liệu người dùng giữa

thiết bị di động và trạm gốc, tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung Thông thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành Nếu giải mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI

- Kênh điều khiển vật lý (DPCCH): Kênh điều khiển vật lý đường lên được

sử dụng để mang thông tin điều khiển lớp vật lý Thông tin này gồm : các bit hoa tiêu

để hỗ trợ đánh giá kênh cho tách sóng nhất quán, các lệnh điều khiển công suất (TCP : Transmit Control Power), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) và một chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI)

b Kênh vật lý chung đường lên

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

- Phát RACH: Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh

- Phần tiền tố của RACH: Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp một chữ ký

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

15 khe

 Kênh gói chung PCPCH

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

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

- Phần tiền tố truy nhập CPCH: Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương tự như của RACH Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi được

sử dụng ở tiền tố RACH

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

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

- Phần bản tin CPCH: Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này do lớp cao hơn quy định

2.5.1.2 Kênh vật lý đường xuống

Hình 2.4: Các kênh vật lý đường xuống

a.Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH)

Kênh riêng đường xuống được tạo bởi lớp hai và các lớp trên

b.Kênh vật lý chung đường xuống

- Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

Là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định để mang chuỗi bit/ký hiệu đã được định nghĩa trước

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

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

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

+ Kênh hoa tiêu chung thứ cấp : Mã ngẫu nhiên hóa có thể là sơ cấp hoặc thứ cấp và sử dụng mã định kênh tuỳ ý Một ô có thể không có hoặc có nhiều kênh Chúng chỉ được phát trong một phần ô

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

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

- 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 và PCH Có hai kiểu kênh S-CCPCH là kiểu có mang TFCI và kiểu không mang TFCI

• Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ là kênh mang tín hiệu tìm ô ở đường xuống SCH gồm hai kênh con là SCH sơ cấp và SCH thứ cấp

• 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

• Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Kênh chỉ thị tìm gọi là kênh vật lý có tốc độ cố định được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI)

2.4.2 Các kênh truyền tải

Các kênh truyền tải là các kênh truyền thông sử dụng một hoặc nhiều kênh vật

lý theo một cách riêng (như các mã kênh riêng) để truyền thông tin Các kênh truyền tải xác định rõ bao nhiêu, khi nào, và các kênh vật lý nào được sử dụng

Có hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung Điểm khác nhau giữa chúng là: Kênh chung, tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm người sử dụng trong cell, còn tài nguyên kênh riêng được ấn định bởi một mã và một tần số nhất định để dành riêng cho một người sử dụng duy nhất

a.Kênh truyền tải riêng:

Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh riêng (DCH – Dedicated Channel) Kênh truyền tải riêng mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người

sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điều khiển lớp cao

Kênh truyền tải riêng 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 ô hay một đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng

- Hỗ trợ chuyển giao mềm

b.Các kênh truyền tải chung:

- Kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH – Random Access Channel): là kênh truyền tải đường lên, mang thông tin điều khiển từ thiết bị di động, như yêu cầu thiết lập một kết nối.

- Kênh gói chung (CPCH – Common Packet Channel): là kênh truyền tải đường lên, dùng để gửi các gói dữ liệu từ thiết bị di động đến trạm gốc CPCH được sử dụng cho các gói quá lớn để gửi trực tiếp trên RACH CPCH có cả điều khiển công suất RF làm cho nó thích hợp để gửi một lượng lớn các gói tin với một mức nhiễu tối thiểu đến các thuê bao khác

- Kênh truy cập đường xuống (FACH – Forward Access Channel): mang thông tin điều khiển và số liệu đến các thiết bị di động đã đăng ký với hệ thống

- Kênh đường xuống dùng chung (DSCH – Downlink Shared Channel): là một kênh đường xuống sử dụng một hệ thống lập biểu gói để ấn định động các khe thời gian cho các thuê bao riêng có các gói truyền hoặc nhận

- Kênh dùng chung đường lên (USCH – Uplink Shared Channel): Kênh dùng chung đường lên và kênh đường lên ở hệ thống W-CDMA cho phép nhiều thiết bị thuê bao gửi số liệu điều khiển hay số liệu thuê bao trên một kênh dùng chung

- Kênh quảng bá (BCH – Broadcast Channel): để truyền liên tục thông tin hệ thống và thông tin truy nhập đến các thiết bị di động đang hoạt động trong vùng phủ của nó Mỗi trạm gốc phải có một kênh quảng bá Kênh quảng bá được phát liên tục

và nó cho phép các thiết bị di động đo và kiểm tra cường độ tín hiệu từ các kênh quảng bá khác nhau, từ đó xác định cell sites nào là thích hợp để truyền thông tin

- Kênh tìm gọi (PCH – Paging Channel): là một kênh truyền tải đường xuống,

nó mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi( báo hiệu có một cuộc gọi đến hay yêu cầu cho một phiên truyền thông )

- Kênh đường xuống tốc độ cao (HS-DSCH – High Speed Downlink Shared Channel): cho phép nhiều thiết bị cùng chia sẻ một kênh thông tin tốc độ cao thông qua việc chỉ định các mã riêng trong các bộ mã kênh

2.4.3 Các kênh logic

Các kênh logic là một phần của kênh truyền thông vật lý, được dùng cho một mục đích đặc biệt Hệ thống W-CDMA định nghĩa các kênh logic liên quan với các kênh vật lý

- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH).

- Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH)

- Kênh điều khiển chung (CCCH)

- Kênh điều khiển riêng (DCCH)

- Kênh điều khiển dùng chung (SHCCH)

- Kênh truyền tải riêng (DTCH)

- Kênh truyền tải chung (CTCH)

2.4.4 Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

Hình 2.5: Sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải

2.4.5 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các 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 :

Hình 2.6: Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ CHUYỂN GIAO TRONG

W-CDMA

3.1 Trải phổ

Trong W-CDMA với băng tần 5MHz thì chỉ tồn tại duy nhất phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp DS với tốc độ chip là 3.84 Mcps

3.1.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

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 phương pháp đa truy cập CDMA hoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt

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

Hình 3.1: Tín hiệu trải phổ

• Các 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 ở các vùng

+ Đảm bảo mức độ tư hữu nhất định nhờ sử dụng các mã trải phổ giải ngẫu nhiên nên khó bắt trộm tín hiệu.

• Một hệ thống thông tin số được coi là trải phổ nếu:

- Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin (hình 3.1)

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

• Có ba kiểu hệ thống trải phổ cơ bản:

+ Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence Spreading Spectrum) Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip Rc cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit Rb của luồng số liệu cần phát

+ Trải phổ kiểu nhảy tần (FH/SS: Frequency Hopping Spreading Spectrum) Nguyên tắc của trải phổ nhảy tần là điều chế gián tiếp tín hiệu số vào mã trải phổ (sóng mang có tần số thay đổi theo mã trải phổ sẽ được điều chế với tín hiệu thông tin cần truyền)

+ Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS: Time Hopping Spreading Spectrum).Trong hệ thống THSS một khối các bit số liệu được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung

Ngoài ra cũng có thể tổng hợp các hệ thống trên thành hệ thống lai ghép

Ở máy phát, bản tin được trải phổ bởi mã giả ngẫu nhiên Mã giả ngẫu nhiên phải được thiết kế để có độ rộng băng lớn hơn nhiều so với độ rộng băng của bản tin Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát

Trong hệ thống DS/SS tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách nén phổ Trong các hệ thống FH/SS và TH/SS mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột Như vậy, FH và TH là các kiểu hệ thống tránh xung đột, trong