Đồ án Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động

MỤC LỤC Mục lục I Danh sánh hình vẽ V Danh sánh bảng biểu VIII Tóm tắt đồ án tốt nghiệp(tiếng Việt) IX Tóm tắt đồ án tốt nghiệp(tiếng Anh) XI Thuật ngữ viết tắt XIII Lời mở đầu 1 Chương 1: Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động 3 1.1 Giới thiệu chung 3 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ I 4 1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ II 6 1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 6 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 8 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ III 10 1.5 Kết luận chương 1 14 Chương2:Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA 15 2.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA 15 2.2 Cấu trúc mạng WCDMA 18 2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 21 2.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN 22 2.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN 22 2.2.1.3 NodeB 23 2.2.2 Giao diện vô tuyến 23 2.2.2.1 Giao diện UTRAN-CN, Iu 24 2.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 25 2.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 26 2.3 Kết luận chương 2: 26 Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA 27 3.1 Giới thiệu 27 3.2 Mã hóa 27 3.2.1 Mã vòng hay mã phát hiện lỗi 27 3.2.2 Mã xoắn 29 3.2.3 Mã Turbo 30 3.3 Kỹ thuật trải phổ 30 3.3.1 Giới thiệu 30 3.3.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp DSSS 31 3.3.3 Mã trải phổ và quá trình đồng bộ mã trải phổ 33 3.3.3.1 Trải phổ và ngẫu nhiên hóa 33 3.3.3.2 Đồng bộ mã trải phổ 39 3.4 Truy nhập gói trong WCDMA 41 3.4.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA 41 3.4.2 Các phương pháp lập biểu gói 42 3.4.2.1 Lập biểu phân chia theo thời gian 42 3.4.2.2 Lập biểu phân chia theo mã 43 3.5 Tìm nhận ô 43 3.5.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước 45 3.5.2 Tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực 45 3.5.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi 46 3.6 Phân tập đa đường 47 3.6.1 Kỹ thuật thu RAKE 50 3.7 Cấu trúc phân kênh của WCDMA 51 3.7.1 Kênh vật lý 52 3.7.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên 52 3.7.1.2 Kênh vật lý chung đường lên 55 3.7.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) 59 3.7.2 Kênh truyền tải 64 3.7.2.1 Kênh truyền tải riêng 64 3.7.2.2 Kênh truyền tải chung 64 3.7.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 66 3.8 Kỹ thuật chuyển giao 67 3.8.1 Mục đích của chuyển giao 67 3.8.2 Chuyển giao mềm 67 3.8.3 Chuyển giao mềm hơn 69 3.8.4 Chuyển giao mềm-mềm hơn 70 3.8.5 Chuyển giao cứng 71 3.8.6 Trình tự của chuyển giao 73 3.9 Điều khiển công suất 75 3.9.1 Điều chỉnh công suất đường lên 75 3.9.1.1.Thăm dò truy nhập 75 3.9.1.2 Vòng điều khiển mở 76 3.9.1.3 Vòng điều khiển khép kín 77 3.9.1.4 Quá trình thực hiện vòng điều khiển mở và vòng điều khiển khép kín 80 3.9.2 Điều chỉnh công suất trên đường truyền xuống 82 3.9.3 Phương pháp điều khiển công suất theo bước động DSSPC 82 3.9.3.1 Khái niệm và lợi ích của Độ dự trữ, cửa sổ công suất 82 3.9.3.2 Sự hoạt động của mạng 85 3.9.3.3 Sự hoạt động của UE 86 3.9.4Phương pháp điều khiển công suất phân tán DPC 89 3.9.4.1 Mô hình hệ thống 89 3.9.4.2 Thuật toán điều khiển công suất phân tán 90 3.10 Kết luận chương3 91 Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA 92 4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình VB 6.0 92 4.2 Các module 92 4.3 Kết luận chương 4 97 Chương 5: Công nghệ HSDPA 98 5.1 Giới thiệu về HSDPA 98 5.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 100 5.3 Nguyên lý hoạt động của HSDPA 102 5.4 Cấu trúc HSDPA 104 5.4.1 Mô hình giao thức HSDPA 104 5.4.2 Cấu trúc kênh 105 5.4.2.1 Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao: HS-PDSCH 105 5.4.2.2 Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao: HS-DPCCH 109 5.5 Các kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 111 5.5.1 Điều chế và Mã hoá thích ứng-Kỹ thuật truyền dẫn đa mã  111 5.5.2 Kỹ thuật H- ARQ 113 5.6 Kết luận chương 5 : 116 Kết luận 117 Tài liệu tham khảo 119 Phụ lục DANH SÁCH HÌNH VẼ ----o0–&—0o---- Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Hệ thống điện thoại di động 3 1.2 Khái niệm về hệ thống FDMA 5 1.3 Khái niệm về hệ thống TDMA 7 1.4 Khái niệm về hệ thống CDMA 9 1.5 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động lên 3G 10 2.1 Cấu trúc mạng WCDMA 18 2.2 Cấu trúc của UMTS 22 2.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 24 3.1 Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = 1 + g1x + g2x2 + ...+ gn-k-1xn-k-1 + xn-k 28 3.2 Quá trình trải phổ và giải trải phổ 32 3.3 Mã OVSF 33 3.4 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN 36 3.5 Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói 42 3.6 Lưu đồ tìm nhận ô theo 3 bước 45 3.7 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao theo chế độ rỗi 47 3.8 Các loại phân tận trong WCDMA 49 3.9 Máy thu quét (Rake receiver) 51 3.10 Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên 53 3.11 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng 56 3.12 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 56 3.13 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH 57 3.14 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH 58 3.15 Cấu trúc khung của DPCH đường xuống 59 3.16 Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 60 3.17 Cấu trúc khung của S-CCPCH 61 3.18 Cấu trúc khung kênh đồng bộ 62 3.19 Cấu trúc khung của PDSCH 63 3.20 Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH 63 3.21 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi 64 3.22 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 66 3.23 Chuyển giao mềm 2 đường 68 3.24 Chuyển giao mềm 3 đường 69 3.25 Chuyển giao mềm hơn 70 3.26 Chuyển giao mềm –mềm hơn 71 3.27 Chuyển giao cứng cùng tần số 72 3.28 Chuyển giao cứng khác tần số 73 3.29 Quá trình chuyển giao 75 3.30 Vòng điều khiển trong và vòng điều khiển ngoài 79 3.31 Điều chỉnh công suất đường truyền lên được thực hiện bởi trạm gốc 81 3.32 Điều chỉnh công suất đường truyền lên được thực hiện bởi máy di động 82 3.33 Dự trữ SIR đối với các chất lượng dịch vụ khác nhau 83 3.34 Thuật toán tạo lập TPC trong DSSPC 85 3.35 Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công suất đường lên 87 4.1 Module Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA-HSDPA 92 4.2 Module Cấu trúc mạng WCDMA 93 4.3 Module Road to 3G 94 4.4 Module Thủ tục thực hiện cuộc gọi 95 4.5 Module Quá trình chuyển giao mềm 96 5.1 Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ 99 5.2 Các tính năng cơ bản của HSDPA khi so sánh với WCDMA 100 5.3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA 102 5.4 Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH 104 5.5 Giao diện vô tuyến của HSDPA 105 5.6 Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH 106 5.7 Trạng thái kênh của các user 107 5.8 Hệ thống trong trường hợp 1 kênh HS-SCCH và phân chia đa thời gian 109 5.9 Cấu trúc kênh HS-DPCCH 109 5.10 Hoạt động của giao thức SAW 4 kênh 114 5.11 Quá trình truyền lại khối dữ liệu IR 115 DANH SÁCH BẢNG BIỂU ----o0–&—0o---- Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Từ GSM lên 3G 11 1.2 Từ CDMAOne lên 3G 12 1.3 Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu 13 2.1 Các thông số chính của WCDMA 17 3.1 Bảng tạo ra mã ngẫu nhiên với đa thức tạo mã G(x) = 38 3.2 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC 54 3.3 Cấu trúc các trường của DPDCH 55 3.4 Các trường số liệu của phần bản tin RACH 57 3.5 Trường điều khiển phần bản tin RACH 57 3.6 Bảng tra cứu ứng dụng DSSPC 87 5.1 Lược đồ mã hoá điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã 113 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Tiếng Việt) ----o0–&—0o---- Đồ án gồm có 5 chương: Chương 1 : Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động Chương này em trình bày quá trình phát triển của các hệ thống di động: Hệ thống thông tin di động ra đời vào cuối năm 1940, đến nay thì trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ di động thứ I là hệ thống thông tin tương tự sử dụng - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Thế hệ di động thứ II ra đời đáp ứng kịp thời số lượng thuê bao di động dựa trên công nghệ điều chế số với việc sử dụng 2 phương pháp đa truy nhập: - Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA - Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Thế hệ di động thứ III là bước đột phá trong công nghệ di động nó nâng tốc độ bit từ 9.5 Kbps lên 2Mbps dựa trên nền tảng là công nghệ trải phổ trực tiếp Chương 2: Công nghệ di động WCDMA Nội dung chương này em sẽ trình bày khái quát về công nghệ WCDMA cũng như thay đổi cơ bản về cấu trúc mạng so với GSM. Hệ thống WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mang GPRS với cách thêm mạng truy nhập vô tuyến UTRAN. Chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần trong cấu trúc mang WCDMA đồng thời cũng trình bày một cách khái quát về các giao diện vô tuyến cơ bản trong WCDMA. Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA Chương này em sẽ đền cập đến các giải pháp kĩ thuật được sử dụng để mang tới cho WCDM những ưu điểm so với thế hệ di động trước đây. Đó là các kỹ thuật mã hóa , truy nhập gói, tìm nhận ô và đặc biệt các kỹ thuật trải phổ, chuyển giao và điều khiển công suất. Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA Trình bày chương trình mô phỏng quá trình chuyển giao mềm và quá trình thực hiện cuộc gọi được sử dụng trong WCDMA… Chương 5 : Công nghệ HSDPA Nội dung chương này em trình bày khái quát về HSDPA cũng như những thay đổi của công nghệ HSDPA so với WCDMA. Công nghệ HSDPA là công nghệ dựa trên nền tảng WCDMA nhưng được tối ưu hóa cho các ứng dụng dữ liệu chuyển mạch gói. Công nghệ HSDPA nâng tốc độ truyền dữ liệu lên 14.4Mbps. Để làm được những thay đổi đó thì các công nghệ chuyển giao mềm, điều khiển công suất, truyền với tốc độ thay đổi được thay bằng các công nghệ như điều chế mà mã hóa thích ứng, khe thời gian giảm xuống còn 2ms, Truyền dẫn đa mã, yêu cầu gửi tự động phối hợp HARQ. Abstract Graduation Project (English) ----o0–&—0o---- The project includes 5 chapters: Chapter 1: The development process of mobile communications system The content of 1st chapter about The development process of mobile communications system The mobile communications system was born in 1940 and now it has gone through many generations. The first Generation is analog communitions system and it uses: - Frequency division multiple access FDMA The second Generation adapts for increase of subscriber based on digital modulation technique with using two multiple access solutions - Time division multiple access TDMA - Code division multiple access CDMA The third Generation breaks through about mobile technology ,it increases bit rate from 9.5 Kbps to 2Mbps based on Direct Sequence Spreading Spectrum technique. Chapter 2: WCDMA mobile technology The content of 2nd chapter about basic problem of third generation mobile communications system :w-cdma and the basic change about network architecture compared with GSM WCDMA system have been constructed on basis GPRS network with adding UMTS Terrestrial Radio Acces Network(UTRAN) Let’s learn about components of WCDMA network architecture and presented about radio interface and layers in WCDMA Chapter 3 : Technical Solutions in WCDMA The content of this chapter studies about Technical Solutions in WCDMA with unique advantages compared with previous mobile generations: coding technique, access package…and special is Direct Sequence Spreading Spectrum technique and handover, power control Chapter 4: Emolution progam about handover and calls process are used in WCDMA… The Chapter presents emolution progam about handover and calls process are used in WCDMA… Chapter 5:HSDPA technology The content is about basic HSDPA anh changes in technology compared to WCDMA . HSDPA technology based on the WCDMA platform optimized for applications data transfer circuit package. HSDPA technology improves speed data transfer up to 14.4Mbps. To make the changes that the technology handover, power control, with transmission speed of change is replaced by technologies such as Transmission Time Interval reduced to 2ms,transmission multicode, Hybrid Automatic Repeat Request -HARQ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1G 1 Generation Thế hệ di động thứ 1 2G 2 Generation Thế hệ di động thứ 2 3G 3 Generation Thế hệ di động thứ 3 3.5G 3.5 Generation Thế hệ di động thứ 3.5 A AMC Adaptive Modulation and Coding Điều chế và mã hóa thích ứng AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động. B BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi. BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân. BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc. C CC Chase Combining Kết hợp khuôn CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung CCH Common chanel Kênh truyền tải chung CDMA Code Division Multiple Acces Đa truy cập chia theo mã CN Core network Mạng lõi CPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung. CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung. CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh CTCH Common Traffic Chanel Kênh lưu lượng chung D DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng. DCH Dedicate channel Kênh truyền tải riêng DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý riêng. DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh số liệu vật lý riêng. DRNS Drift RNS RNS trôi DSCH Downlink Shared Chanel Kênh dùng chung đường xuống DSS Dynamic Step-Size Bước điều khiển công suất DSSPC Dynamic Step-Size power control Điều khiển công suất theo bước động DSSS Direct Sequence Spreading Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng riêng DTX Discontinuous Transmission Phát không liên tục E EMI Electromagnetic interference Sự nhiễu điện từ F FACH Forward Access Channel Kênh thâm nhập đường xuống FBI Feedback Information Thông tin hồi tiếp FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chi theo tần số FER Forward Error Rate Tỉ lệ lỗi khung G FHSS Frequency Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy tần GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng vào GPRS GMSC Gateway MSC Cổng vào MSC GOS Grade Of Service Cấp độ phục vụ GPRS General Packet Radio System General Packet Radio System GPRS General Packet Radio System Hệ thống vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu H HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Yêu cầu gửi tự động phối hợp HDLA History Data Analyzer Logic Bộ phân tích dữ liệu gốc HLR Home Location Register Đăng ký khu vực thường trú HSDPA High-Speed Downlink Packet Access Công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HS-DPCCH HS-Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý tốc độ cao HS-DSCH HS-Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-PDSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-SCCH HS-Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao I IMT-2000 International Mobile Telecommunication – 2000 Thông tin di động toàn cầu-2000 IR Incremental Redundancy Tăng độ dư M MAC Medium Access Control Điều khiển thâm nhập môi trường MAC-hs Medium Access Control high speed Điều khiển thâm nhập môi trường ME Mobile Equipment Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MAI Multi Access Interference Nhiễu đa truy nhập O OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor Mã trực giao độ dài khả biến P PCB Power control Bit Bít điều chỉnh công suất PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển tìm gọi P-CCPCH Primary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh vật lý chia sẻ đường xuống PICH Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi PMRM Power Measument Report Bản tin báo cáo phép đo công suất PN Pseudo Noise Nhiễu giả ngẫu nhiên PRACH Physical Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên vật lý PS Packet Scheduler Lập biểu gói R RACH Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng mạng thâm nhập vô tuyến RLC Radio Link Control Điều khiển đoạn nối vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống con mạng vô tuyến S S-CCPCH Secondary Common control physical channel Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp SCH Synchro channel Kênh đồng bộ SF Spreading Factor Hệ số trải phổ SGSN Serving GPRS Dịch vụ GPRS SS Spread Spectrum Trải phổ T TCP Transmit Control Power Điều khiển công suất truyền dẫn TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time division multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị tổ hợp khuân dạng truyền tải TFI Transport Format Indicator Nhận dạng khuân dạng truyền tải THSS Time Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy thời gian TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian truyền U UE User Equipment Thiết bị người sử dụng USIM UMTS Subcriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao UMTS UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Acces Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS V VLR Visitor Location Register Đăng ký khu vực thường trú W WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa thâm nhập vô tuyến phân chia theo mã băng rộng T LỜI MỞ ĐẦU ---o0–&—0o--- hông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Máy di động ngày nay đã trở thành một vật dụng không thể thiếu với mỗi người, nó đáp ứng những nhu cầu liên lạc của người dùng. Tuy nhiên nhu cầu con người luôn luôn được nâng cao và công nghệ di động phổ biến nhất hiện giờ là GSM không đáp ứng được những nhu cầu mới như nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ cao và đặc biệt nhu cầu sử dụng các ứng dụng đa phương tiện như: Điện hoại thấy hình, Video trực tuyến, E-mail, World wide web... đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao và băng thông lớn. Vì thế công nghệ 3G ra đời như một bước đột phá công nghệ di dộng, nó cung cấp băng thông rộng hơn cho mỗi người sử dụng qua đó đáp ứng được những nhu cầu mới của người sử dụng. Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới và đặc biệt cũng đang được triển khai và ứng dụng ở nước ta. Các công ty viễn thông sẽ đươc triển khai công nghệ 3G trên băng tần 1900-2100 MHz dựa trên công nghệ WCDMA. Công nghệ WCDMA tuy nâng cao được tốc độ cũng như dung lượng đường truyền nhưng nó vẫn còn một số hạn chế không tận dụng các ưu thế của dữ liệu gói vốn rất phổ biến đối với đường trục hữu tuyến. Thiết kế dịch vụ 2Mbps hiện nay là không hiệu quả và cũng chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng dịch vụ số liệu vì thế công nghệ HSDPA đã ra đời dựa trên nền tảng là công nghệ WCDMA nâng lên 14.4 Mbps. Xuất phát từ ý tưởng tìm hiểu về các công nghệ sử dụng trong WCDMA và HSDPA và đặc biệt được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của cô Đặng Thị Từ Mỹ em đã hoàn thành đồ án với đề tài : “Các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong WCDMA –HSDPA” Đồ án này em xin trình bày 5 chương : Chương 1 : Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động Chương 2: Công nghệ di động thế hệ 3 WCDMA Chương 3: Các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA Chương 4: Mô phỏng quá trình chuyển giao và thủ tục thực hiện cuộc gọi trong WCDMA Chương 5: Công nghệ HSDPA Trong đồ án này em có viết một phần mềm được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 , được em trình bày ở chương 4. Phần mềm này sẽ mô phỏng cấu trúc mạng, quá trình chuyển giao mềm và quá trình thực hiện cuộc gọi được sử dụng trong WCDMA đồng thời đưa ra con đường tiến lên 3G. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ những người đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin cảm ơn cô Đặng Thị Từ Mỹ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, ngày…tháng…năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Hải Quân CHƯƠNG 1 : SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ----o0–&—0o---- Giới thiệu chung Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ không dây thứ 1G là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA). Thế hệ thứ 2G sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA). Thế hệ thứ 3G-3,5G ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới. Hình 1.1 Hệ thống điện thoại di động 1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ I Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần số. Hệ thống di động thế hệ I sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng.Với FDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng. Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập. Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn. Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống . Đặc điểm : - Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến - Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể . - BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS . Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống thông tin di động thế hệ I sử dụng phương pháp đa truy nhập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà người ta đưa ra hệ thống thông tin di động thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Phổ Tần số Băng tần hệ thống Khoảng bảo vệ Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh N .......... Người dùng 2 Người dùng 1 Người dùng 3 Người dùng 5 Người dùng 4 Thời gian Kênh 2 Tần số Kênh 1 Kênh 3 Thời gian Người dùng 1; 4 Người dùng 2; 5 Người dùng 3 Hình 1.2. Khái niệm về hệ thống FDMA: (a) Phổ tần của hệ thống FDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh. Băng tần Hình 1.2 mô tả phương pháp đa truy cập FDMA với 5 người dùng. Hình 1.2(a) là phổ của hệ thống FDMA. Ở đây, băng thông của hệ thống được chia thành các băng có độ rộng W. Giữa các kênh kề nhau có một khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tần số sóng mang. Khi một người dùng gởi yêu cầu tới BS, BS sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và giành riêng cho người dùng đó trong suốt cuộc gọi. Tuy nhiên, ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lại cho người khác. Khi có năm người dùng xác định và duy trì cuộc gọi như hình 1.2(b), có thể ấn định kênh như trên hình 1.2(c). 1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ II Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất lượng, hệ thống thông tin di động thế hệ II được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ II sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy nhập : ● Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Divison Munltip Acess_TDMA) ● Đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -CDMA). 1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung. Hình 1.3 cho thấy quá trình truy cập của một hệ thống TDMA 3 kênh với 5 người dùng. Hình 1.3. Khái niệm về hệ thống TDMA: (a) Phổ tần của hệ thống TDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh (khe), với giả thiết dùng TDMA 3 kênh. Thời gian Băng tần hệ thống Phổ Thời gian Tần số Người dùng 2 Người dùng 1 Người dùng 3 Người dùng 5 Người dùng 4 Thời gian chiếm kênh Đặc điểm : - Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. - Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau. - Giảm số máy thu phát ở BTS. - Giảm nhiễu giao thoa. Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM). Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây. 1.3.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN). Băng tần hệ thống Phổ Tần số Hình 1.4. Khái niệm về hệ thống CDMA: (a) phổ tần; (b) mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) phân bố kênh. Tần số Thời gian Người dùng 1 Người dùng 5 Người dùng 2 Người dùng 3 Người dùng 4 Thời gian Người dùng 2 Người dùng 1 Người dùng 3 Người dùng 5 Người dùng 4 Thời gian chiếm kênh Đặc điểm: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. - Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA. - Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt. 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ III Công nghệ thông tin di động số thế hệ III. Công nghệ này liên quan đến những cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Khi số lượng thiết bị cầm tay được thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Hình 1.5 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động lên 3G Có 2 hướng chính để phát triển lên 3G: Bảng 1.1 Từ GSM lên 3G YÊU CẦU THIẾT TRUYỀN GSMCSD GPRS EDGE WCDMA Các máy di động cầm tay. Các máy di động đơn mốt (một chế hoạt động) không có khả năng xử lý gói. Các máy di động cầm tay mới. Các máy di động cầm tay GPRS cho phép làm việc trên mạng GPRS và trên mạng GSM tốc độ số liệu 9,6Kbit/s,đây là các máy CSD 2 chế độ họat động. Các máy di động cầm tay mới. Các máy cầm tay EDGE họat động ở tốc độ 384Kbit/s trên mạng EDGE và 9.6 Kbit trên mạng GSM-đây là cá máy CSD 3 chế độ họat động Các máy di động cầm tay mới. Các máy cầm tay CDMADS sẽ làm việc với tốc độ lên tới 2Mbit/s đối với mạng 3G Đây là các máy CSD 4 chế độ họat động Cơ sở thiết bị hạ tầng Không có khả năng xử lý số hiệu gói Cần lắp thêm các modum số hiệu gói trên nền mạng chuyển mạch kênh Cần thay đổi cơ sở hạ tầng mạng nhiều hơn Cơ sở hạ tầng mới kết nối với mạng hiện có Nền tảng công nghệ Công nghệ GSM TDMA hiện có Công nghệ GSM TDMA có bổ phần xử lý gói số liệu Cần thay đổi nền tảng GSM TDMA Cơ sở hạ tầng CDMA mới *Tốc độ cao nhất trên lý thuyết với GPRS là 171,2Kbit/s tuy nhiên thực tế đạt tốc độ trên dưới 50Kbit/s. *Tốc độ cao nhất trên lý thuyết với EDGE là 384Kbit/s tuy nhiên thực tế đạt tốc độ tối đa là 144 Kbit/s. *Tốc độ cao nhất trên lý thuyết với WCDMA là 2M tuy nhiên trong thực tế chỉ đạt được tốc độ 384Kbit/s. Bảng 1.2:Từ CDMAONE lên 3G YÊU CẦU THIẾT TRUYỀN CDMAOne-IS95A CDMAOne-IS95B CDMA đa sóng mang 1X CDMA đa sóng mang 3X Các máy di động cầm tay Các máy di động chuẩn IS95A sẽ làm việc trên tất cả các mạng tương lai. Đây là các máy làm việc ở 1 chế độ Các máy di động chuẩn IS95A làm việc trên IS95 B và cá mạng tương lai. Đây là các máy làm việc ở 1 chế độ Làm việc trên cả IS95A-IS95B,trên mạng 1X và 3X lên tới 307Kbit/s. Đây là các máy làm việc ở 1 chế độ Làm việc trên cả IS95A-IS95B,trên mạng 1X lên tới 307Kbit/s.3X lên 2Mbit/s. Đây là các máy làm việc ở 1 chế độ Cơ sở hạ tầng thiết bị Tiêu chuẩn Đưa thêm phần mềm mới vào BSC 1X yêu cầu phần mềm mới trong mạng chính và các card kênh mới tại trạm gốc Cần sửa đổi cấu trúc mạng chính và các card kênh mới tại trạm gốc Nền tảng công nghệ CDMA CDMA CDMA CDMA *Tốc độ cao nhất lý thuyết của IS95B là 144 Kbit/s tuy nhiên thực tế tốc độ tối đa chỉ đạt 64Kbit/s. * Tốc độ cao nhất lý thuyết của cdma2000 1X là 307 Kbit/s,tuy nhiên thực tế chỉ đạt tốc độ tối đa 144Kbit/s. Bảng 1.3 :Bảng so sánh các công nghệ di động và tốc độ truyền dữ liệu Công nghỆ tỐC ĐỘ Tính năng 1G AMPS Không có Analog (chỉ có chức năng thoại) 2G - GSM - CDMA - iDen Nhỏ hơn 20Kbps - Thoại - SMS - Gọi hội nghị - Caller ID - Push – to – talk 2.5G - GPRS - 1xRTT - EDGE Từ 30Kbpsà90Kbps - MSM - Ảnh - Trình duyệt Web - Audio/Video clip+tải nhạc - Game 3G - UMTS - 1xEV-DO -2Mbit/s trong điều kiện văn phòng -384Kbit/s khi đi đường chậm. -144Kbit/s khi đi nhanh - Video chất lượng cao - Nhạc “streaming” - Game 3D - Lướt web nhanh 3.5G - HSDPA - 1xEV-DV Từ 384Kbpsà14.4Mbps - Video theo yêu cầu (VOD) - Video hội họp 1.5 Kết luận chương 1 : Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã được nghiên cứu và được đưa vào sử dụng ở một số nước. Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 ( số), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ ở tốc độ bít lên tới 2 Mb/s (có thể sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác). Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng. Từ năm 2001, các hệ thống IMT-2000 sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) bắt đầu được đưa vào khai thác. Trong các phần tiếp theo của đồ án em sẽ trình bày công nghệ và kỹ thuật được sử dụng trong WCDMA. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 WCDMA …….š@?›…… Giới thiệu công nghệ WCDMA Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng WCDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, các giao diện vô tuyến và đặc trưng riêng của chúng, ta sẽ có cái nhìn tổng quan về mạng WCDMA. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình... WCDMA là hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp. Nghĩa là luồng thông tin được trải trên một băng thông rộng bằng việc nhân luồng dữ liệu này với một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN. Để có thể hỗ trợ việc truyền dữ liệu ở tốc độ cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi và kết nối dựa trên nhiều mã trải phổ được hỗ trợ trong WCDMA. Tốc độ chip sử dụng trong WCDMA có tốc độ 3.84 Mc/s tương ứng với băng tần truyền dẫn WCDMA là 5 MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn có thể là 3x1.25 Mhz hoặc 3.75 MHz). Băng thông truyền dẫn lớn của WCDMA ngoài việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao còn mang lại một vài ưu điểm khác như: tăng hệ số phân tập đa đường. WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác là khái niệm sử dụng băng thông theo nhu cầu có thể được thực hiện. Trong một khung truyền dẫn thì tốc độ dữ liệu là cố định. Tuy nhiên tốc độ dữ liệu giữa các khung truyền dẫn khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau. WCDMA có hai chế độ hoạt đông đó là FDD và TDD. Đối với FDD thì các cặp tần số sóng mang với độ rộng 5 MHz được sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng lên và hướng xuống một cách tương ứng. Trong khi đó ở chế độ TDD thì chỉ có một sóng mang độ rộng 5 MHz được sử dụng cho cả đường lên và đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian. TDD được sử dụng ở giải băng tần không chia cặp được. Các BS trong WCDMA hoạt động ở chế độ không đồng bộ. Do đó không cần cung cấp một nguồn đồng hồ đồng bộ cho tất cả các BS trong mạng ví dụ như sử dụng GPS. Chế độ làm việc không đồng bộ này giúp cho WCDMA trở nên dễ triển khai ở cấu hình indoor và micro cell. WCDMA sử dụng tách sóng nhất quán trên cả hai hướng lên và xuống sử dụng các ký hiệu dẫn đường. Chế độ tách sóng này đã được sử dụng trên đường xuống đối với mạng 2G IS-95. Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thể lựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thống ănten thích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của các trạm thu phát. WCDMA được thiết kế để có thể triển khai bên cạnh hệ thống GSM thế hệ 2. Nghĩa là WCDMA có thể hỗ trợ chuyển giao giữa hai hệ thống WCDMA và GSM nhằm đảm bảo có một sự dịch chuyển mềm dẻo khi triển khai mạng 3G-WCDMA. Bảng 2.1 Các thông số chính của WCDMA Băng tần kênh 5Mhz Cấu trúc kênh hướng xuống Trải phổ trực tiếp Tốc độ chip 3.84 Mc/s Lặp 0,22 Độ dài khung 10 ms Điều chế trải phổ QPSK cân bằng (hướng xuống) QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp Điều chế dữ liệu QPSK (hướng xuống) BPSK (hướng lên) Phát hiện kết nối Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và hướng xuống) Không có kênh pilot chung hướng xuống. Ghép kênh hướng lên Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời gian. Ghép kênh I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển. Đa tốc độ Trải phổ đa mã và khả biến Hệ số trải phổ 4 – 256 Điều khiển công suất Vòng hở và vòng khép kín (tốc độ 1,6KHz) Trải phổ (hướng lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã Gold 218 Trải phổ (hướng xuống) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã Gold 241 Chuyển giao Chuyển giao mềm (Soft handoff) Chuyển giao khác tần số Cấu trúc mạng WCDMA Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM. Hình 2.1 Cấu trúc mạng WCDMA — UE (User Equipment) Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống. UE có thể là các thiết bị cầm tay hoặc thiết bị được lắp đặt bên trong ô tô. Càng ngày thì UE càng được chế tạo càng nhỏ gọn, hiện đại tiện lợi cho người sử dụng. 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 chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối. — UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử : -Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. - Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN. — CN (Core Network) - HLR (Home Location Register): Là thanh ghi 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 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. - 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. - GMSC(Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng ): Làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài. Do vậy GMSC được đặt tại điểm kết nối UMTS với mạng chuyển mạch kênh bên ngoài. - IWF (chức năng tương tác): bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF cho phép mạng WCDMA kết nối với các mạng khác như: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh (CSPND), mạng PSTN, mạng ISDN và các mạng PLMN khác. - EIR: thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE. EIR lưu tất cả các dữ liệu liên quan đến UE. EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. -AUC (Trung tâm nhận thực ): Quản lý các thông tin nhận thực và mật mã hoá liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật. Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. Khoá này được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE. -SGSN (Node hỗ trợ GPRS phục vụ): cung cấp việc định tuyến gói tin từ/tới một vùng dịch vụ của SGSN. Nó phục vụ tất cả các thuê bao sử dụng dịch vụ gói nằm trong vùng phục vụ của mình. Một thuê bao sử dụng dịch vụ gói có thể được bất cứ SGSN nào trong mạng phục vụ tuỳ thuộc vào vị trí của thuê bao. Phần mạng được thâm nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS. -GGSN (Node hỗ trợ GPRS cổng ): GGSN được nối tới các mạng ngoài như mạng Internet, mạng X.25. Nhìn từ mạng ngoài thì GGSN đóng vai trò như bộ định tuyến cho các mạng ngoài tới được mạng WCDMA. GGSN tiếp nhận số liệu (có địa chỉ của một người sử dụng nhất định) thì nó sẽ kiểm tra, nếu địa chỉ này là tích cực thì GGSN gửi số liệu đó tới SGSN tương ứng để phục vụ UE. Trong trường hợp địa chỉ này là không tích cực thì số liệu thu được bị loại bỏ. Các gói tin từ UE nguồn được định tuyến đến đúng mạng đích thông qua GGSN. — Các mạng ngoài - Mạng CS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. - Mạng PS: Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. — Các giao diện vô tuyến - Giao diện CU: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. 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: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. - Giao diện IUr: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. - Giao diện IUb: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn. 2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN UTRAN bao gồm nhiều hệ thống mạng con vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem). Một RNS gồm một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC và các node B. Các RNC được kết nối với nhau bằng giao diện Iur và kết nối với node B bằng giao diện Iub. Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói Các mạng ngoài MSC/VLR GMSC GGSN SGSN HLR CN RNC Node B Node B RNC Node B Node B IUb IUr UTRAN IU USIM USIM CU UE UU Hình 2.2 Cấu trúc của UMTS 2.2.1.1 Đặc trưng của UTRAN Các đặc tính của UTRAN là cơ sở để thiết kế cấu trúc UTRAN cũng như các giao thức. UTRAN có các đặc tính chính sau: Hỗ trợ các chức năng truy nhập vô tuyến, đặc biệt là chuyển giao mềm và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù của W-CDMA. Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng cách sử dụng giao thức vô tuyến duy nhất để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng của mạng lõi. Đảm bảo tính chung nhất với GSM 2.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển tài nguyên vô tuyến của UTRAN. RNC kết nối với CN (thông thường là với một MSC và một SGSN) qua giao diện vô tuyến Iu. RNC điều khiển node B chịu trách nhiệm điều khiển tải và tránh tắc ngẽn cho các ô của mình. Khi một MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên vô tuyến từ nhiều RNC thì các RNC này sẽ có hai vai trò logic riêng bịêt - RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ mạng lõi. SRNC cũng là kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến. Nó thực hiện xử lý số liệu truyền từ lớp kết nối số liệu tới các tài nguyên vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một node B nào đó được sử dụng để MS kết nối với UTRAN. - RNC trôi (Drif RNC): DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được MS sử dụng. Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân tập vĩ mô. DRNC không thực hiện xử lý số liệu trong lớp kết nối số liệu mà chỉ định tuyến số liệu giữa các giao diện IUb và IUr. Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC. 2.2.1.3 NodeB 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. 2.2.2 Giao diện vô tuyến Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic. Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại. Giao thức ứng dụng Mạng báo hiệu Mạng số liệu Mạng báo hiệu ALCAP Luồng số liệu Phía điều khiển mạng truyền tải Phía người sử dụng mạng truyền tải Phía người sử dụng mạng truyền tải Lớp vật lý Lớp mạng vô tuyến Lớp mạng truyền tải Hình 2.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 2.2.2.1 Giao diện UTRAN-CN, Iu Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN. Iu có hai kiểu: Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói. · Cấu trúc IU CS IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng. Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý. - Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI. - Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng. - Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng: Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS. · Cấu trúc IU PS Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía người sử dụng. - Ngăn xếp giao thức phía điều khiển IU PS: 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 (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn. - Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS: Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS. Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong CS. - Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS: Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection). Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói. Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP. 2.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến. Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau: Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC. Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng. Hỗ trợ kênh lưu lượng chung. Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu. 2.2.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải. Các chức năng chính của IUb: Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng. Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến. Xử lý các kênh riêng và kênh chung. Xử lý kết hợp chuyển giao .Quản lý sự cố kết nối vô tuyến 2.3 Kết luận chương 2: Chương này đã giới thiệu được công nghệ W-CDMA , cấu trúc mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và giao diện vô tuyến. Với những đổi mới về phần cứng trên giúp cho việc ứng dụng các giải pháp kỹ thuật trong WCDMA được trình bày trong chương tiếp theo sau đây. CHƯƠNG 3 : CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG WCDMA …….š@?›…… 3.1 Giới thiệu Trong chương này chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu các giải pháp kỹ thuật được sử dụng trong công nghệ WCDMA. Lần lượt em sẽ trình bày các kỹ thuật mã hóa, trải phổ trực tiếp, truy nhập gói, truy nhập ngẫu nhiên… trong WCDMA. Đồng thời tìm hiểu phương pháp tìm nhận ô cũng như các công nghệ thỏa mãn các yêu cầu khác nhau trong truyền dẫn đa tốc độ, các phương pháp chống nhiễu, phadinh, cũng như các phương pháp chuyển giao được sử dụng trong công nghệ WCDMA. 3.2 Mã hóa Có hai phương pháp để sửa lỗi: mã hóa kênh và yêu cầu phát lại tự động (AQR).Trong WCDMA sử dụng phương pháp mã hóa kênh do có băng thông rộng nhờ quá trình trải phổ tín hiệu bằng mã trải phổ việc làm này làm tăng độ lợi xử lý. Có 3 loại mã kiểm soát lỗi sử dụng trong WCDMA là mã vòng, mã xoắn và mã turbo. Trong đó mã vòng dùng để phát hiện lỗi, còn hai mã còn lại sử dụng để sửa lỗi (mã hóa kênh). 3.2.1 Mã vòng hay mã phát hiện lỗi Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k bit. Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1,u2,..,un), u được gọi là vector thông tin. Có tổng cộng 2k vector thông tin khác nhau. Bộ mã hóa sẽ chuyển vector thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2,...,vn) được gọi là từ mã. Như vậy ứng với 2k vector thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau. Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi là một mã khối (n,k). Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền. Do n bit ra chỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ hợp. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính. Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin. Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước: (1). Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k. (2). Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x). (3). Hình thành từ mã b(x) + xn-k Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x). G1 G1 G1 G1 b1 b1 b1 b1 + + + + b0 b0 b0 b0 + + + + b2 b2 b2 b2 + + + + G2 G2 G2 G2 Gn-k-1 Gn-k-1 Gn-k-1 Gn-k-1 + + + + bn-k-1 bn-k-1 bn-k-1 bn-k-1 Thông tin xn+k.u(x) Thông tin xn+k.u(x) Thông tin xn+k.u(x) Thông tin xn+k.u(x) Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ Các số kiểm tra chẵn lẻ + + + + Một khâu của thanh ghi dịch Một khâu của thanh ghi dịch Một khâu của thanh ghi dịch Một khâu của thanh ghi dịch Cổng XOR Cổng XOR Cổng XOR Cổng XOR Mối liên kết g = 1 : Có liên kết g = 0 : Không liên kết g g g g Hình 3.1 Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = 1 + g1x + g2x2 + ...+ gn-k-1xn-k-1 + xn-k Cổng Cổng Cổng Cổng — Sơ đồ mạch mã hóa vòng : — Nguyên lý hoạt động: Bước 1 : Cổng đóng cho thông tin qua mạch, k chữ số thông tin u0, u1,...,un-k được dịch vào mạch từ thiết bị đầu cuối để nhân trước u(x) với xn-k. Ngay sau khi thông tin được đưa vào mạch thì n-k chữ số còn lại trong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn lẻ. Bước 2 : Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở (không cho thông tin qua). Bước 3 : Dịch các con số kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đường truyền. Các chữ số kiểm tra này kết hợp với k chữ số thông tin tạo thành vector mã. Trong WCDMA ,các đa thức sinh có thể được sử dụng là : 3.2.2 Mã xoắn Các mã vòng được gọi là các mã không có sự ghi nhớ, với ý nghĩa là từ mã hoặc các bít dư thêm vào chỉ là một hàm của khối bít hiện tại. Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu ra, k đầu vào như mã vòng (n,k) nhưng n đầu ra của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vào tại thời gian đó mà còn phụ thuộc vào m khối bản tin trước đó. Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng bởi mạch dãy. Mạch này dùng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ được cộng với nhau theo quy luật nhất định để tạo nên chuổi mã, sau đó các chuổi này được ghép xen với nhau để tạo nên chuổi mã đầu ra. Đường truyền xuống (trạm gốc tới máy di động) trong WCDMA sử dụng mã xoắn tỷ lệ 1/2 ( một bít đầu vào cho ra hai bít đầu ra) và độ dài giới hạn K = 9. Hệ thống WCDMA sử dụng một hệ thống mã hoá xoắn khác trên đường truyền lên ( máy di động tới trạm gốc). Vì máy di động có một công suất phát hạn chế nên đôi khi đường truyền lên có thể là đường truyền bị giới hạn. Do vậy, một mã xoắn hiệu suất cao hơn có tỷ lệ 1/3 và độ dài giới hạn K= 9 được sử dụng. 3.2.3 Mã Turbo Mã hóa Turbo chỉ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ ba khi hoạt động ở tốc độ bit cao với yêu cầu tỉ số lỗi bit BER nằm trong khoảng 10-3 đến 10-6. Bộ mã hóa turbo thực chất là bộ mã xoắn móc nối song song PCCC (Parallel Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóa thành phần 8 trạng thái được sử dụng. 3.3 Kỹ thuật trải phổ 3.3.1 Giới thiệu Tín hiệu sau trải phổ chiếm một độ rộng băng truyền dẫn lớn hơn gấp nhiều lần độ rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền thông tin đi. Sự trải phổ được thực hiện bởi tín hiệu trải phổ được gọi là mã trải phổ, mã trải phổ này độc lập với dữ liệu. Tại phía thu, việc nén phổ (khôi phục lại thông tin ban đầu) được thực hiện bởi sự tương quan giữa tín hiệu thu được với bản sao đồng bộ của mã trải phổ sử dụng ở phía phát. Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Trong WCDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy nhập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy nhập 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 sử dụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà hệ thống vẫn sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ. Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát. Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau : ●Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit. ●Trải phổ nhảy tần (FHSS: Frequency Hopping Spreading Spectrum): Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian một chip TC được cố định không đổi. Tốc độ nhảy tần có thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, còn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại. ●Trải phổ nhảy thời gian (THSS: Time Hopping Spreading Spectrum): Thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian. Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung. Trong hệ thống DSSS, 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 bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấn định một mã ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào dùng chung tần số hoặc khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh bị xung đột. Nói cách khác DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột. Hệ thống thông tin di động công nghệ WCDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹ thuật trải phổ DSSS. 3.3.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp DSSS Trong các hệ thống trải phổ trực tiếp một số liệu băng gốc dạng nhị phân lưỡng cực điển hình có tốc độ ký hiệu Rs=1/Ts sẽ được nhân với một chuỗi nhị phân lưỡng cực giả ngẫu nhiên có tốc độ “chip” Rc=1/Tc lớn hơn nhiều so với tốc độ ký hiệu (Ts=NTc). Trong đó: RC : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên. Rb : tốc độ bit. TC : thời gian một chip. TS : thời gian một bit. Hình 3.2 Quá trình trải phổ và giải trải phổ Hiệu quả của quá trình này là trải rộng độ rộng băng tức thời của dạng sóng theo hệ số N, với cùng một mức công suất tín hiệu làm cho mật độ phổ công suất của tín hiệu trở nên khá thấp và “giống như tạp âm”. Tại máy thu “quá trình giải trải phổ” (nhân với cùng một chuỗi nhị phân được dùng để trải phổ ở phía phát) và giải điều chế sẽ khôi phục lại được số liệu băng gốc nguyên thủy, cho phép máy thu lọc bỏ phần lớn nhiễu băng rộng. Một độ lợi xử lý N=W/B= tỷ số của tốc độ chip/tốc độ ký hiệu và còn được gọi là hệ số trải phổ (SF) thể hiện mức độ chống nhiễu băng rộng sẽ đạt được nhờ sử dụng quá trình trộn (nhân) và lọc (tương quan). Nếu thu được một bản sao bị trễ của tín hiệu cần thu (tức là một thành phần sóng trong hiệu ứng nhiều tia), quá trình trộn bởi các sóng trải phổ ở máy thu không làm giảm độ rộng băng tần của tín hiệu này nếu hàm tương quan của dạng sóng trải phổ có các thuộc tính mong muốn nhất định thỏa mãn bởi các chuỗi giả ngẫu nhiên. Như vậy hệ thông trải phổ DSSS thu được một độ lợi xử lý chống nhiễu do hiện tượng nhiều tia từ tín hiệu cần thu cũng như chống hiện tượng Jamming hoặc nhiễu từ các thuê bao khác. 3.3.3 Mã trải phổ và quá trình đồng bộ mã trải phổ: 3.3.3.1 Trải phổ và ngẫu nhiên hóa: Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với dữ liệu nhằm tăng độ rộng băng tần của tín hiệu phát và chống nhiễu, còn quá trình ngẫu nhiên hoá được sử dụng để phân biệt các UE và các trạm cơ sở BS. WCDMA, quá trình trải phổ được thực hiện bằng các mã định kênh OVSF (dùng để trải phổ lần đầu, thay đổi tốc độ bitrate -> chiprate). Các mã này là mã trực giao độ dài khả biến (OVSF-Orthogonal Variable Spreading Factor), nên phân biệt được các kênh của cũng một user. Quá trình ngẫu nhiên hoá được thực hiện bằng các mã ngẫu nhiên hoá PN. Ngẫu nhiên hoá được thực hiện sau khi trải phổ nên độ rộng băng tần của tín hiệu không thay đổi nhưng cho phép phân biệt các tín hiệu từ các nguồn khác nhau. ● Các mã định kênh OVSF Hình 3.3 Mã OVSF Hai code được gọi là trực giao nếu tích trong của chúng bằng 0. Trong trường hợp 2 code có dạng 1, -1 ví dụ như (1, 1, 1, 1) và (1, 1, -1, -1) là trực giao: (1*1)+(1*1)+(1*-1)+(1*-1)=0 Nói chính xác hơn rằng 2 codes trực giao với nhau là 2 codes có hàm tương quan giữa chúng bằng 0. Nghĩa là chỉ nhân với nhau thì chưa đủ mà còn phải lấy tích phân trên cả chu kỳ của tín hiệu mang tin (Ts) nữa. Truyền dẫn từ các nguồn khác nhau như: các kết nối đường xuống trong một đoạn ô và kênh vật lý đường lên của một UE được phân biệt bằng các mã định kênh. Các mã định kênh được xem như các mã hệ số trải phổ khả biến trực giao (OVSF). Việc sử dụng các mã OVSF cho phép thay đổi các hệ số trải phổ khác nhau và đảm bảo tính trực giao giữa các mã trải phổ có độ dài khác nhau. Các mã định kênh Cch,SF,k (ch là kênh, SF là hệ số trải phổ và 0£k£SF-1) được chọn từ cây mã và cấu trúc cây mã được cho trong hình 3.2. Bắt đầu với Cch,1,0=(1),các mã OVSF có thể được tạo ra một cách liên tục trong các lớp kế tiếp (tức là SF gấp đôi). Ở lớp SF=k ,số mã OVSF đã tạo ra là k và độ duy trì giữa các mã có tổng số bằng k. Đặc biệt tính trực giao có thể được đảm bảo ngay cả giữa hai mã OVSF trong các lớp khác nhau chỉ khi không mã nào được lấy ra từ mã khác (tức là chúng có mối tương quan phân cấp trong mã cây). Ví dụ: tính trực giao luôn được duy trì giữa Cch,2,0 và Cch,4,2 không phụ thuộc vào mẫu ký hiệu của số liệu tin tức. Khi mã Cch,2,0 được ấn định không một từ mã nào được tạo ra từ tầng thấp hơn của cậy mã Cch,2,0 có thể áp dụng được. Ở đường xuống, các tín hiệu phát trên các kênh từ BS đến MS là các tín hiệu truyền lan đa đường và có thời gian truyền lan khác nhau do hiện tượng phản xạ bởi các công trình xây dựng , tào nhà...trên các đường truyền là khác nhau. Các kênh vật lý chia sẻ cùng một đường truyền lan sẽ có cùng phương pháp điều chế pha và biên độ. Vì thế việc sử dụng các mã OVSF giữa các kênh ghép (các kênh vật lý) chia sẻ chung một đường truyền tạo ra khả năng đảm bảo tính trực giao giữa các kênh ngay cả khi chúng không cùng SF đến khi nào chúng còn sử dụng cùng đường truyền lan. Đây là một cách hiệu quả để đạt được các đặc tính thu chất lượng cao. Việc ưu tiên sử dụng SF biến thiên giúp đạt được tỷ số công suất đỉnh trung bình ở phía phát thấp hơn so với phương pháp truyền đa mã và cũng tạo ra khả năng xậy dựng một cấu hình máy thu RAKE một dãy tại đầu cuối thu. Trong trường hợp truyền số liệu tốc độ cao, khi đó không thể đạt được độ tin cậy ngay cả khi SF được giảm xuống đến 4 hoặc 8, lúc này phương pháp truyền dẫn đã mã sử dụng các kênh mã ghép của SF được ứng dụng. Các phương pháp truyền dẫn SF biến thiên và truyền dẫn đa mã tạo ra cho WCDMA khả năng truyền tin một cách linh hoạt trên một phạm vi rộng từ các thông tin tốc độ thấp đến thông tin tốc độ cao. Ví dụ: 1 user có thể sử dụng đến 6 kênh DPDCH nên gọi là đa mã, mỗi kênh DPDCH có hệ số trải phổ từ 4 đến 256 nên gọi là khả biến. Các mã này là mã trực giao độ dài khả biến (OVSF), nên phân biệt được các kênh của cũng một user. Tốc độ 2 Mbps sẽ có được nhờ hệ số trải phổ = 4, dùng 6 kênh DPDCH và mã kênh truyền là mã chập tốc độ 1/3: 3,84 Mc/s x 1/4 x 6 x 1/3 = 1,92 Mb/s. Mã ngẫu nhiên Mã ngẫu nhiên hay còn gọi là các chuỗi mã giả tạp âm PN được sử dụng để phân biệt các đường truyền dẫn từ các người sử dụng khác nhau. Mã ngẫu nhiên do có các tính chất thống kê của tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) và có biểu hiện ngẫu nhiên, bất xác định. Tuy nhiên máy thu cần biết mã này để tạo bản sao một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin. Vì thế mã ngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định nên được gọi là mã giả ngẫu nhiên Mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bằng các bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR: Linear Feedback Shift Register) và các cổng XOR. ci Si(1) Si(2) g1 g2 gm-1 ci-m Đến bộ điều chế Si(m) Hình 3.4 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tính bậc m (m > 0) : (với gm = g0 = 1) (3.1) xm : Đơn vị trễ. Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho thanh ghi dịch : S0 = {S0(1), S0(1), …S0(m)} Giá trị đầu ra trong (m -1) xung đồng hồ đầu tiên là : C0 = S0(m) C1 = S0(m-1) …. Cm-1 = S0(1) Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta có trạng thái của thanh ghi dịch: Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) (3.2) Si-m+1(1) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (gm = 1) => Si(m) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (3.3) Áp dụng công thức (3.3), ta có : Si(m) = g1.Si-1(m) + g2.Si-2(m) + …+ Si-m(m) (3.4) Giá trị đầu ra tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ Si(m) của thanh ghi dịch : => Ci = g1.Ci-1 + g2.Ci-2 + …+ Ci-m (3.5) Hay : Ci+m = g1.Ci+m-1 + g2.Ci+m-2 + …+ Ci Thí dụ, xét đa thức tạo mã g(x) =. Sử dụng (3.5) ta được hồi quy ci = ci-1 + ci-3 + ci-4 + ci-5 (mod 2). Vì bậc của g(x) bằng m = 5, nên có 5 đơn vị nhớ ( năm phần tử thanh ghi dịch) trong mạch. Đối với mọi trạng thái khởi đầu khác không (s0 ≠ {0, 0, 0, 0, 0}), trạng thái của thanh ghi dịch thay đổi theo điều kiện hồi quy được xác định bởi đa thức tạo mã g(x). Trong thí dụ này chuỗi ra tuần hoàn là cột cuối cùng ở hình dưới: c = 111101000100101011000011100110.... Tình cờ chuỗi này có chu kỳ cực đại và bằng N = - 1. Các đa thức tạo mã khác có thể tạo ra chu kỳ ngắn hơn nhiều. Lưu ý rằng ở cấu hình mạch được xét này, m bit đầu tiên của chuỗi ra bằng các bit được nạp ban đầu vào thanh ghi dịch: s0 = 11111. Đối với nạp ban đầu khác, chẳng hạn s0 = 00001, đầu ra của chuỗi tương ứng trở thành 1000011100110111110100010010101...., là dịch (sang phải N-i = 31 -18 =13đơn vị) của chuỗi c. Bảng 3.1:Bảng tạo ra mã ngẫu nhiên với đa thức tạo mã g(x) = Xung thứ i Trạng thái Xung thứ i Trạng thái 1 11111 17 00011 2 01111 18 00001 3 10111 19 10000 4 01011 20 11000 5 00010 21 11100 6 10001 22 01100 7 01000 23 01110 8 00100 24 01110 9 10010 25 00111 10 01001 26 01100 11 10100 27 10110 12 01010 28 10110 13 10101 29 11101 14 11010 30 11110 15 01101 31 11111(lặp lại) 16 00110 32 01111 Các chuỗi mã này nếu các số 0 được thay bằng các số -1 và được gọi là các mã Gold trực giao. Uplink: Các mã hướng lên sử dụng một thanh ghi dịch 24 bit, do đó số mã có được là 2^24 - 1 = 16.777.232. Phân biệt các đầu cuối user trong cùng một cell. Downlink: Các mã hướng lên sử dụng một thanh ghi dịch 18 bit, nên có 2^18 - 1 = 262143 mã. Tuy nhiên chỉ có 8192 mã đầu tiên được dùng. Các mã ngẫu nhiên này được chia thành 512 nhóm mã, mỗi nhóm có 16 mã gồm một mã sơ cấp (primary srambling code) và 15 mã thứ cấp (secondary srcambling code). Mỗi cell chỉ được cấp một mã sơ cấp. Do đó cần phải quy hoạch mã PN ở chiều xuống. Dùng phân biệt các sector (cell) khác nhau. Cần nói rõ thêm rằng các PN codes do con người tạo ra không có loại nào đạt được tính trực giao đầy đủ trong một chu kỳ hữu hạn cả mà chỉ gần như trực giao với nhau thôi và đó là bản chất của MAI. Nếu ta có thể tạo ra các PN codes hoàn toàn trực giao trong một chu kỳ hữu hạn thì dung lượng của cell về lý sẽ có thể đạt vô cùng lớn, chỉ còn bị giới hạn bởi tạp âm nhiệt mà thôi. 3.3.3.2 Đồng bộ mã trải phổ Trong WCDMA, kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) được sử dụng. Mỗi một người sử dụng được cấp một code để phân biệt với người khác. Code được sử dụng thường là một chuỗi giả ngẫu nhiên (PN), có tốc độ rất lớn hơn tốc độ symbol dữ liệu, tức là phần tử của chuỗi có độ rộng thời gian rất nhỏ hơn độ rộng của symbol (hay bit) dữ liệu và được gọi là chip. Việc đồng bộ định thời chip trong WCDMA là đặc biệt quan trọng vì nó cho phép đồng bộ bản sao chuỗi PN của người sử dụng đã trữ sẵn tại máy thu với chuỗi PN hàm chứa trong tín hiệu thu được, nhờ vậy việc giải trải phổ bằng cách nhân chuỗi PN đã đồng bộ định thời tại máy thu với tín hiệu thu được sẽ tách được tín hiệu cần thu khỏi nền nhiễu bao gồm cả nhiễu tự nhiên lẫn nhiễu do nhiều người dùng khác sử dụng chung tần số gây ra. Nếu đồng bộ định thời không hoàn hảo thì hoặc là không thể tách được tín hiệu dữ liệu,hoặc là tỷ số SNR sẽ thấp. Phần trên ta đã biết về các đặc tính cơ bản của các chuỗi PN. Có nhiều loại chuỗi PN, được tạo ra từ các thanh ghi dịch có hồi tiếp. Một đặc điểm cơ bản của chuỗi m là có hàm tự tương quan dạng thumb-nail, một chu kỳ của nó có hai phần chính: -Trị của hàm tự tương quan chuẩn hóa giảm tuyến tính từ 1 xuống còn 1/N khi biến tau tăng từ 0 tới Tc (Tc là độ rộng một chip). -Trị của hàm tự tương quan là 1/N (không đổi) khi biến tau tăng từ Tc tới (N-1).Tc. Nếu N rất lớn thì trong đoạn sau, hàm tự tương quan có thể xem=0. Nguyên lý đồng bộ định thời chip (đồng bộ chuỗi PN) bao gồm hai giai đoạn: ● Quá trình tìm nhận Khi bắt đầu quá trình đồng bộ, do chuỗi PN hàm chứa trong tín hiệu thu được (do quá trình nhân trực tiếp dãy dữ liệu d(t) với chuỗi PN khi trải phổ ở phần phát) và chuỗi PN ở máy thu lệch pha nhau, sai pha này là một giá trị ngẫu nhiên, phân bố đều trong khoảng từ 0 tới N.Tc, do vậy khả năng rất cao là sai pha đó lớn hơn Tc. Khi đó quá trình tìm nhận diễn ra với mục tiêu là kéo cho sai pha giữa chuỗi PN của máy thu và chuỗi PN trong tín hiệu thu giảm xuống còn dưới một Tc. Về bản chất, quá trình này thực hiện tính tương quan giữa chuỗi PN của máy thu với chuỗi PN có trong tín hiệu thu được. Nếu giá trị tương quan chéo này (và cũng là giá trị hàm tự tương quan với biến tau chính là lượng sai pha) vẫn còn bằng 0 hoặc rất nhỏ thì máy thu tiếp tục dịch mã PN của mình cho tới khi giá trị tương quan chéo tính được vượt quá một mức cho trước (một điện áp ngưỡng nào đó, ấn định rằng tau đã nhỏ hơn Tc) thì dừng quá trình tìm nhận, chuyển sang quá trình bám đồng bộ (tinh chỉnh để sai pha tau được kéo về 0). ● Quá trình bám đồng bộ Để thực hiện điều tinh chỉnh, một mạch đồng bộ sớm-muộn gồm 2 nhánh thường được sử dụng. Về bản chất, đây là 2 PLL (Phase locked loop) nhận cùng một tín hiệu lối vào, song trên hai nhánh thì tín hiệu lối vào được tính tương quan với hai chuỗi PN tạo ra cùng từ cùng một bộ tạo mã PN song có pha đầu được làm lệch đi +Tc/2 và -Tc/2 một cách tương ứng. Trên đầu ra của 2 bộ tính tương quan trên hai nhánh sẽ có các điện áp khá lớn (do sai pha tau lúc này đã nhỏ dưới một Tc) và khác nhau. Hiệu của 2 điện áp này, sau bộ lọc mạch vòng, sẽ được sử dụng để điều khiển dịch mã PN (tức là sẽ điều chỉnh chính bộ tạo mã PN nói trên của máy thu), cực tính của điện áp hiệu sẽ quyết định chiều dịch mã nhanh pha lên hay chậm pha đi. Trong suốt quá trình điều chỉnh này, giá trị tuyệt đối của hiệu điện áp nói trên sẽ giảm dần, giảm cho tới 0 thì chuỗi PN của máy thu đã hoàn toàn đồng bộ với chuỗi PN trong tín hiệu thu được. Kết thúc quá trình đồng bộ mã PN (hay đồng bộ chip). 3.4 Truy nhập gói trong WCDMA 3.4.1 Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA Truy nhập gói trong WCDMA cho phép các vật mang không phải thời gian thực sử dụng động các kênh chung, riêng và dùng chung. Việc sử dụng các kênh khác nhau được điều khiển bởi bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler). Bộ lập biểu gói thường được đặt ở RNC vì tại đây việc lập biểu gói có thể thực hiện hiệu quả cho nhiều ô, ngoài ra ở đây cũng xem xét các kết nối chuyển giao mềm. Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau: Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người sử dụng. Phân chia các kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu của từng người sử dụng. Giám sát các phân bổ gói và tải hệ thống. Truy nhập gói sử dụng cho các dịch vụ không theo thời gian thực, nhìn từ quan điểm giao diện vô tuyến nó có các thuộc tính điển hình sau: Số liệu gói có dạng cụm, tốc độ bit yêu cầu có thể biến đổi rất nhanh. Số liệu gói cho phép trễ lớn hơn các dịch vụ thời gian thực. Vì thế số liệu gói là lưu lượng có thể điều khiển được xét theo quan điểm mạng truy nhập vô tuyến. Các gói có thể được phát lại bởi lớp điều khiển kết nối vô tuyến (RLC). Điều này cho phép sử dụng chất lượng đường truyền vô tuyến kém hơn và tỷ số lỗi khung cao hơn so với các dịch vụ thời gian thực. Lưu lượng gói được đặc trưng bởi các thông số sau: Quá trình đến của phiên. Số cuộc gọi đến phiên. Thời gian đọc giữa các cuộc gọi. Số gói trong một cuộc gọi gói. Khoảng thời gian giữa hai gói trong một cuộc gọi gói. Kích thước gói. Phiên dịch vụ gói Hình 3.5 Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói Cuộc gọi gói Thời gian đọc Thời gian Kích thước gói 3.4.2 Các phương pháp lập biểu gói Chức năng lập biểu gói là phân chia dung lượng giao diện vô tuyến khả dụng giữa các người sử dụng. Bộ lập biểu gói có thể quyết định tốc độ bit phân bổ và thời gian phân bổ. Thuật toán lập biểu gói trong WCDMA được thực hiện theo hai phương pháp: phân chia theo mã và phân chia theo tần số. Trong phương pháp phân chia theo mã, khi có nhu cầu tăng dung lượng thì tốc độ bit phân bổ cho người sử dụng sẽ giảm đi. Trong phương pháp phân chia theo thời gian biểu dung lượng được dành cho một số ít người theo từng thời điểm, như vậy người sử dụng có thể có tốc độ bit cao nhưng chỉ có thể sử dụng trong thời gian ngắn. Trong trường hợp số người sử dụng tăng thì phải đợi truyền dẫn lâu hơn. Thực tế quá trình lập biểu gói là sự kết hợp của hai phương pháp trên. 3.4.2.1 Lập biểu phân chia theo thời gian Khi bộ lập biểu phân chia thời gian phân bổ các tốc độ gói, cần xét đến hiệu năng vô tuyến. Thông thường các dịch vụ tốc độ bit cao đòi hỏi ít năng lượng bit hơn, vì thế phân chia theo thời gian có ưu điểm là Eb/No thấp hơn. Ngoài ra thời gian trễ trung bình trong phương pháp này là ngắn hơn so với phương pháp phân chia theo mã. Nhược điểm chính của phương pháp phân chia thời gian là: Thời gian truyền dẫn ngắn trong khi việc thiết lập và giải phóng kết nối đòi hỏi thời gian dài thậm chí đến vài khung. Việc sử dụng phân bổ theo thời gian bị hạn chế bởi dải tốc độ cao do hạn chế công suất của MS ở đường lên. Phương pháp này sử dụng các tốc độ bit cao và tạo ra lưu lượng dạng cụm, điều này dẫn đến sự thay đổi cao ở các mức nhiễu so với lập biểu phân chia theo mã. 3.4.2.2 Lập biểu phân chia theo mã Trong lập biểu phân chia theo mã tất cả người sử dụng được ấn định một kênh khi họ cần chúng. Nếu nhiều người sử dụng gói yêu cầu lưu lượng thì tốc độ bit phải thấp hơn ở lập biểu theo thời gian. Các ưu điểm chính của phương pháp này là: Trong lập biểu phân chia theo mã, việc thiết lập và giải phóng sẽ gây ra ít tổn thất dung lượng hơn do tốc độ bit thấp và thời gian truyền dẫn lâu hơn. Do tốc độ bit thấp việc phân bổ tài nguyên ở lập biểu gói phân chia theo mã đòi hỏi nhiều thời gian hơn ở lập biểu gói phân chia theo thời gian. Điều này cho phép dự báo được mức nhiễu. Lập biểu phân chia theo mã có thể là tĩnh hoặc động. Trong lập biểu tĩnh, tốc độ bit được phân bổ duy trì cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong lập biểu động, tốc độ bit có thể thay đổi để phù hợp với lưu lượng gói. Phương pháp lập biểu này đòi hỏi các khả năng của MS thấp hơn. 3.5 Tìm nhận ô Trong WCDMA khi thiết lập một đường truyền vô tuyến giữa BS và MS , đầu tiên MS sẽ thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường xuống và sau đó giải mã tin tức kênh quảng bá (BHC) nằm trong kênh vật lý điều khiển chung cơ bản (P-CCPCH) ở đường xuống. Các tín hiệu được phát trên kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) ở đường lên theo một định thời được xác định trước. Sau đó BS thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường lên và giải mã tin tức RACH, để thiết lập đường truyền vô tuyến ở cả đường lên và đường xuống. Ngay sau khi bật nguồn hoặc trước khi bước vào quá trình chuyển giao mềm hay khi ở trong chế độ thu không liên tục ( chế độ chờ ), MS cần tìm ra ô có suy hao đừờng truyền nhỏ nhất. Quá trình này sẽ tìm ra một ô với một mã ngẫu nhiên ở kênh hoa tiêu chung (CPICH) có công suất thu lớn nhất ở đừờng xuống. Quá trình này được gọi là quá trình tìm nhận ô vì nó liên quan đến việc tìm ra các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến. Mỗi khi đường truyền vô tuyến được thiết lập bằng cách thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường xuống, MS sẽ phát RACH tại một thời điểm xác định trước có tham chiếu với định thời ở đường xuống, như vậy BS có thể nhanh chóng thiết lập đồng bộ mã trải phổ bất chấp độ dài của mã trải phổ, đơn giản bằng cách tách định thời ở quá trình đồng bộ mã trải phổ trong khoảng thời gian không cố định (khoảng thời gian của cửa sổ tìm kiếm đường lên) được xác định bởi thời gian trễ truyền lan. Có ba chế độ tìm nhận ô: thứ nhất là chế độ tìm nhận ô ban đầu là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến khi MS bật nguồn, thứ hai là chế độ tìm nhận ô đích chuyển giao trước khi thực hiện chuyển giao mềm và cuối cùng là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến trong trường hợp thu không liên tục ở chế độ chờ. Nói chung, việc đồng bộ các mã trải phổ yêu cầu tách ra mức tương quan trong quá trình tính toán định thời đối với độ dài (số chip) của mỗi và mọi mã trải phổ để tìm và tách ra các điểm đồng bộ. Ở đường xuống, số các mã đồng bộ là một bộ mã có giá trị đủ lớn ,512, để đảm bảo ấn định các mã ngẫu nhiên một cách linh hoạt. Do đó, trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, MS cần xử lý tìm kiếm liên tiếp trên 512 loại mã ngẫu nhiên để tìm ra mã ngẫu nhiên của ô có suy hao đường truyền nhỏ nhất yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến, thông thường đó là một quá trình cực kỳ tốn thời gian. Ngược lại, một hệ thống đồng bộ giữa các BS có thể thực hiện tìm nhận ô nhanh chóng bằng cách áp dụng một loại mã ngẫu nhiên tới mỗi ô nhờ quá trình dịch thời ở những khoảng thời gian nhất định. Với ý tưởng như vậy, phương pháp tìm nhận ô ba bước đã được đề xuất để đảm bảo tìm nhận ô nhanh chóng trong các hệ thống BS dị bộ. 3.5.1 Phương pháp tìm nhận ô theo ba bước: Bắt đầu tìm nhận Bước 1: tách định thời SCH Kiểm tra đồng bộ lần thứ 2 Bước 2: tách nhóm mã ngẫu nhiên và tách định thời mã ngẫu nhiên Đúng Bước 3 Sai Nhận dạng mã ngẫu nhiên Kiểm tra (kiểm tra đồng bộ…) Sai Đúng Kết thúc tìm nhận Hình 3.6 Lưu đồ tìm nhận ô theo 3 bước 3.5.2 Tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực Quá trình tìm nhận ô lân cận trong thời gian thông tin ở chế độ tích cực diễn ra trước khi thực hiện chuyển giao mềm và nó khác với quá trình tìm nhận ô ban đầu. Tuy nhiên, cũng giống như trong trường hợp tìm nhận ô ban đầu, quá trình tìm nhận ô theo ba bước cũng có thể được áp dụng trong trường hợp này. Dựa trên định thời thu và công suất thu trên kênh CPICH, quá trình này cho phép tìm ra được ô lân cận có công suất thu lớn thứ hai và mã ngẫu nhiên của ô đó. Nếu không tìm được ô như vậy sau một số lần tìm kiếm xác định trước thì quá trình tìm nhận ô ba bước sẽ được thực hiện. Trong quá trình tìm nhận ô lân cận ở chế độ tích cực, mặc dù số ô tham gia vào quá trình này là nhỏ hơn (khoảng 20) số ô trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, nhưng nhiễu từ kênh chung và DPCH từ ô nguồn chuyển giao có ảnh hưởng cực kỳ lớn đối với quá trình tìm ra ô có công suất thu lớn thứ hai. Do đó, quá trình tìm nhận ô lân cận này chiếm nhiều thời gian tìm nhận ô hơn quá trình tìm nhận ô ban đầu khi phải tốn rất nhiều thời gian xử lý trung bình trong mỗi bước để cố gắng làm giảm ảnh hưởng của nhiễu. 3.5.3 Tìm nhận ô lân cận trong chế độ rỗi Trong chế độ thu không liên tục (chế độ rỗi), một thuật toán đã được sử dụng để đạt được quá trình tìm nhận ô nhanh hơn phương pháp tìm nhận ô ba bước.. Ô (k) là ô mà qua đó đường truyền vô tuyến hiện đang được thiết lập, còn các ô xung quanh Ô (k) được biểu diễn bằng Ô1 (k) , Ô2 (k) v.v…Độ lệch định thời phát của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và các ô lân cận được biểu diễn bằng Δk1 , Δk1 v.v… Trước khi chuyển đến chế độ chuyển giao mềm, MS sẽ đo độ lệch định thời của mã ngẫu nhiên phát bởi CPICH giữa ô nguồn chuyển giao và ô đích chuyển giao và thông báo tới ô nguồn chuyển giao. Thông thường, tại vị trí mà MS đo độ lệch định thời của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa các ô liên quan đến MS chính là vị trí mà tại đó độ lệch giữa mức thu CPICH của ô hiện đang thiết lập đường truyền vô tuyến và các ô lân cận rớt xuống dưới ngưỡng chuyển giao. Vì thế, do những chênh lệch về thời gian trễ truyền lan, định thời thu của mã ngẫu nhiên giữa các ô được chỉ định đo bởi MS cũng thay đổi. Để khắc phục vấn đề này, Ô (k) sẽ tính độ lệch trung bình về định thời mã ngẫu nhiên CPICH với Ôi (k) dựa trên số liệu thu được từ nhiều MS, để xác định độ lệch định thời mã ngẫu nhiên trung bình giữa Ô (k) và Ôi (k). Hình minh họa lưu đồ hoạt động của quá trình tìm nhận ô tốc độ cao ở MS trong chế độ rỗi. Trong chế độ rỗi, MS thực hiện tìm nhận ô thông qua quá trình tìm ra một ô có CPICH với mức thu lớn nhất và thu kênh tìm gọi (PCH) từ ô đó theo cách không liên tục. Nhờ PCH, MS thu nhận thông tin liên quan đến loại mã ngẫu nhiên cuả Ô (k) hoặc Ôi (k) (giá trị cực đại của i= 20) cũng như thông tin liên quan đến độ lệch trong định thời mã ngẫu nhiên CPICH giữa Ô (k) và Ôi (k). Khi loại mã ngẫu nhiên của ô lân cận cần tìm và định thời thu trung bình CPICH tại MS là đã biết thì quá trình tìm nhận ô lân cận có thể được thực hiện rất nhanh (trường hợp này tương ứng với trường hợp pha của mã cần tìm đã biết bởi hệ thống đồng bộ giữa các BS). Thu CCPCH Đo công suất tín hiệu thu được từ các ô trong khu vực chuyển giao Thu các thông tin sau từ các ô lân cận -Bảng mã ngẫu nhiên -Độ dịch định thời tương đối giữa các mã ngẫu nhiên Nhận diện: -Mã ngẫu nhiên -Định thời tín hiệu thu của ô có công suất thu cực đại Mã ngẫu nhiên đã nhận diện và định thời tín hiệu thu (đăng ký định vị) Hình 3.7 Thuật toán tìm nhận ô tốc độ cao theo chế độ rỗi 3.6 Phân tập đa đường Trong các hệ thống điều chế băng hẹp như hệ thống FM tương tự đã sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất thì hiện tượng truyền lan đa đường (nhiều tia sóng truyền theo các đường khác nhau, hiện tượng này còn được gọi là hiện tượng truyền lan nhiều tia) gây ra nhiều hiện tượng phadinh nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của phadinh nhiều tia được giảm đi trong điều chế băng rộng WCDMA vì các tín hiệu truyền qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Nhưng hiện tượng phadinh vẫn thường xảy ra trong hệ thống này do không thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng phadinh nhiều tia, vì khi hiện tượng phadinh nhiều tia thường xuyên xảy ra thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập. Phân tập là một biện pháp tốt để làm giảm phadinh, có ba loại phân tập: Phân tập thời gian Phân tập tần số Phân tập không gian Phân tập thời gian được thực hiện nhờ việc sử dụng phương pháp đan xen và các mã sửa lỗi. Pha định lựa chọn tần số thường chỉ có ảnh hưởng trong một độ rộng băng tần 200-300kHz và trong hệ thống WCDMA thực hiện phân tập tần số bằng cách trải năng lượng tín hiệu ra một băng tần rộng (5Mhz). Phân tập không gian hay phân tập theo đường truyền có thể được thực hiện theo 3 cách: Đặt nhiều anten tại BS Thiết lập nhiều đường tín hiệu (chuyển giao mềm)để kết nối máy di động với hai hay nhiều BS Sử dụng môi trường truyền làn đa đường nhờ chức năng trải phổ như máy thu quét (RAKE receiver) sẽ thu và tổ hợp các tín hiệu phát với các thời gian trể phát khác nhau. Hình 3.8 Các loại phân tận trong WCDMA Phạm vi rộng của phân tập không gian có thể được cung cấp bởi đặc tính duy nhất của chuỗi trực tiếp ở hệ thống WCDMA và mức độ phân tập cao sẽ đem lại chất lượng tốt hơn trong môi trường nhiễu di động (EMI) lớn. Bộ điều khiển đa đường tách ra dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng ba bộ tương quan, còn BS sử dụng bốn bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét (máy thu RAKE), nó tìm thu tín hiệu qua mỗi đường, tổ hợp và giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được. Hiện tượng phadinh có thể xảy ra trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy, tổ hợp của các tín hiệu thu được có độ tin cậy rất cao, vì khả năng xảy ra hiện tượng pha đinh đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu là cực kỳ thấp. Nhiều bộ tách tương quan cho phép thông tin đồng thời với hai BS để quá trình chuyển giao mềm có sự hỗ trợ của máy di động có thể thực hiện được. Phần dưới đây sẽ giới thiệu chi tiết hơn về kỹ thuật phân tập không gian được sử dụng trong WCDMA là kỹ thuật thu RAKE . 3.6.1 Kỹ thuật thu RAKE Trong các hệ thống WCDMA, đường truyền từ trạm gốc trong ô tới máy di động sử dụng một máy thu quét gồm các bộ tương quan song song và đường truyền từ máy di động đến trạm gốc cũng sử dụng một máy thu như vậy nhưng có số bộ tương quan song song nhiều hơn. Thuật ngữ quét "n bộ tương quan " (n finger ), cho biết số các đường truyền có thể được tổng hợp là n. Các máy thu quét làm nhiệm vụ phát hiện và đo các thông số của các tín hiệu đa đường để có thể được sử dụng cho thu phân tập hoặc cho các mục đích chuyển giao và kết hợp các đường tín hiệu một cách nhất quán (tức là đồng bộ tín hiệu) sau khi giải điều chế mỗi tín hiệu truyền theo một đường riêng (tổng hợp sau khi tách sóng). Việc tách và đo các thông số của các tín hiệu đa đường được thực hiện bởi một " bộ thu tìm kiếm " (searcher receiver) đã được lập trình để so sánh các tín hiệu thu với các phần của các mã PN kênh I và kênh Q. Các sóng nhiều tia tới máy thu gây ra hiện tượng tự khuếch đại tạo thành các đỉnh tương quan xảy ra tại các thời điểm khác nhau. Một giá trị biên độ của đỉnh tỷ lệ với đường bao của tín hiệu trên đường truyền và thời gian của mỗi đỉnh liên quan tới tín hiệu đến đầu tiên, những yếu tố này đem lại một phép đo về độ trễ của đường truyền. Bởi vậy, trong thiết kế tiêu chuẩn bao giờ cũng đề cập tới việc xác định bất cứ đường truyền nào đang tồn tại. Vì tất cả các trạm gốc sử dụng cùng các mã PN I và Q chỉ khác nhau về bù pha của mã nên không chỉ các tín hiệu đa đường mà còn cả các trạm gốc khác sẽ được phát hiện bởi sự tương quan (trong một "cửa sổ tìm kiếm " khác nhau của các thời điểm đến) với các phần trong các mã tương ứng với các trạm gốc đã được chọn. Như vậy, bộ thu tìm kiếm có thể lưu giữ một bảng các tín hiệu đa đường mạnh và các tín hiệu trạm gốc để có thể kết hợp phân tập hoặc để cho các mục đích chuyển giao. Để hữu dụng, bảng này cần phải ghi thời gian đến, cường độ tín hiệu và bù mã PN tương ứng. Trên đường truyền về, máy thu của trạm gốc được ấn định để bám theo một máy phát di động nhất định sử dụng các thời điểm đến và chuỗi bù 0 (zero-offset) trên kênh mã I và Q để xác định việc tìm kiếm các tín hiệu di động từ các thuê bao liên lạc với trạm gốc đó. Bộ thu tìm kiếm tại trạm gốc có thể nhận biết tín hiệu của máy di động cần thu bằng chuỗi bù mã PN dài ngẫu nhiên hoá duy nhất của nó, trước khi bắt đầu quá trình truyền dẫn số liệu hoặc thoại trên đường truyền một đoạn bít mở đầu đặc biệt được sử dụng cho mục đích đó. Khi tiến hành cuộc gọi, bộ thu tìm kiếm có khả năng giám sát cường độ của các tín hiệu đa đường từ máy di động đến trạm gốc và sử dụng nhiều hơn một đường nhờ việc kết hợp phân Bộ thu tương quan 1 Bộ thu tương quan 2 Bộ thu tương quan 3 Bộ tìm kiếm Trễ Trễ Bộ tổng hợp Trễ tập. Hình 3.9 Máy thu quét (Rake receiver) Cấu trúc phân kênh của WCDMA Cũng như trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh thông tin trong WCDMA được chia ra làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn nhận. Theo quan điểm truyền dẫn ta sẽ có các kênh vật lý còn theo quan điểm thông tin ta sẽ có các kênh truyền tải. Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến sự phức tạp của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc và trạm đầu cuối. Trên quan điểm các hệ thống thông tin di động thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì vậy không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho một dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai. 3.7.1 Kênh vật lý 3.7.1.1 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 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). 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) Khe #0 Khe #1 Khe #14 Khe #i Một khung vô tuyến : Tf = 10ms DPDCH DPCCH Hình 3.10. Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên Thông số k xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đường lên. Mỗi khung có độ dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip ứng với 666μs, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Như vậy độ rộng khe gần bằng với độ rộng khe ở GSM (577μs). Các bit FBI được sử dụng khi sử dụng phân tập phát vòng kín ở đường xuống. Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên. Có các tuỳ chọn sau: 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không các bit TFCI. Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng được thay đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH. Bảng 3.2 Cấu trúc các trường của DPCCH : Khuôn dạng tại #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh SF Số bit /khung Số bit /khe Npilot NTPC NTFCI NFBI Số khe được phát trên khung vô tuyến 0 15 15 256 150 10 6 2 2 0 15 0A 15 15 256 150 10 5 2 3 0 10 – 14 0B 15 15 256 150 10 4 2 4 0 8 – 9 1 15 15 256 150 10 8 2 0 0 8 – 16 2 15 15 256 150 10 5 2 2 1 15 2A 15 15 256 150 10 4 2 3 1 10 – 14 2B 15 15 256 150 10 3 2 4 1 8 – 9 3 15 15 256 150 10 7 2 0 1 8 – 15 4 15 15 256 150 10 6 2 0 2 8 – 15 5 15 15 256 150 10 5 1 2 2 15 5A 15 15 256 150 10 4 1 3 2 10 – 14 5B 15 15 256 150 10 3 1 4 2 8 – 9 — Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung. Thông thường đối với các dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH. DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ trường được phát bằng với chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành. Nếu giải mã TCFI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất. Tuy nhiên độ tin cậy của TCFI cao hơn số liệu nên ít khi xảy ra mất TCFI. Bảng 3.3 Cấu trúc các trường của DPDCH như sau : Khuôn dạng tại #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh SF Số bit /khung Số bit /khe Ndata 0 15 15 256 150 10 10 1 30 30 128 300 20 20 2 60 60 64 600 40 40 3 120 120 32 1200 80 80 4 240 240 16 2400 160 160 5 480 480 8 4800 320 320 6 960 960 4 9600 640 640 Kênh vật lý chung đường lên: — Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH: Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) được sử dụng để mang RACH. - Phát RACH: Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với chỉ thị bắt nhanh. Cứ hai khung thì có 15 khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng là là 5120 chip. Các lớp cao cung cấp thông tin về khe truy nhập sử dụng ở hiện thời. Kênh truy nhập #0 #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #0 Khung vô tuyến 10ms Khung vô tuyến 10ms 5120 chip Phát truy cập ngẫu nhiên Kênh truy nhập #1 Kênh truy nhập #7 Kênh truy nhập #8 Kênh truy nhập #14 Hình 3.11. 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 tiền tố của RACH: Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp một chữ ký. Tiền tố Tiền tố Tiền tố Tiền tố Tiền tố Phần bản tin Phần bản tin 4096 chip 4096 chip 10ms (Một khung vô tuyến) 20ms (Hai khung vô tuyến) Hình 3.12. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên Tiền tố - Phần bản tin của RACH: Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip. Mỗi khe gồm hai phần: phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1. Cả hai phần được phát đồng thời. Phần số liệu gồm 10.2k bit với k = 0, 1, 2, 3. Phần điều khiển gồm 8 bit hoa tiêu để hỗ trợ sự đánh giá cho tách sóng nhất quán và hai bit TFCI. Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là 30. Giá trị của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định của bản tin truy nhập hiện thời. Số liệu Ndata bit Khe #0 Khe #1 Khe #14 Khe #i 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 3.13. Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH Bảng 3.4 Các trường số liệu của phần bản tin RACH : Khuôn dạng khe #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh (kbit/s) SF Số bit/ khung Số bit/ khe Ndata 0 15 15 256 150 10 10 1 30 30 128 300 20 20 2 60 60 64 600 40 40 3 120 120 32 1200 80 80 Bảng 3.5 Trường điều khiển phần bản tin RACH : Khuôn dạng khe #i Tốc độ bit kênh (kbit/s) Tốc độ ký hiệu kênh (kbit/s) SF Số bit/khung Số bit/ khe Npilot NTFCI 0 15 15 256 150 10 8 2 — 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. Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập (AP: Access Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố phát hiện tranh chấp (CDP: Collisiion Detection Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố điều khiển công suất (PCP: Power Control Preamble) dài từ 0 đến 8 khe và một bản tin có độ dài khả biến Nx10ms. Phần bản tin 0 hay 8 khe N.10ms Tiền tố truy nhập Tiền tố phân giải va chạm DPCCH DPDCH Hình 3.14: Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH - Phần tiền tố truy nhập CPCH: Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương tự như của RACH. Số chuỗi được sử dụng ở đây có thể nhỏ hơn số chuỗi được sử dụng ở tiền tố RACH. - Phần tiền tố phát hiện tranh chấp: Phần này giống như phần tiền tố RACH. - Phần tiền tố điều khiển công suất: Là các tiền tố điều khiển công suất có độ dài lấy giá trị từ 0 đến 8 khe được thiết lập bởi các bit cao. - Phần bản tin CPCH: Gồm các khung bản tin 10ms, số khung bản tin này do lớp cao hơn quy định. Mỗi khung 10ms được chia ra 15 khe dài 2560 chip, mỗi khe gồm hai phần: phần số liệu mang thông tin các lớp cao và phần điều khiển mang thông tin các lớp thấp. Phần số liệu và phần điều khiển được phát đồng thời. 3.7.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) Kênh riêng đường xuống được tạo bởi lớp hai và các lớp trên. Một khung kênh riêng đường xuống dài 10ms được chia ra làm 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Cấu trúc khung của kênh riêng đường xuống được thể hiện ở hình sau : Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 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 3.15. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống. Một khung vô tuyến Tf = 10ms 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. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu 18 bit Tslot = 2560 chip, 20 bit Hình 3.16. Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp Một khung vô tuyến Tf = 10ms Tx tắt 256 chip — 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. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu Ndata bit Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k = 0..6) Hình 3.17 Cấu trúc khung của S-CCPCH Một khung vô tuyến Tf = 10ms TFCI NTFCI bit Hoa tiêu Npilot bit — 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. Các khung 10ms của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip. acp acs1.0 acp acs1.1 acp acs1.14 SCH sơ cấp SCH thứ cấp 256 chip 2560 chip Một khung vô tuyến SCH 10ms Khe #0 Khe #1 Khe #14 . . . . Hình 3.18. Cấu trúc khung kênh đồng bộ acp : Mã đồng bộ sơ cấp (Primary Synchrization Code) acsi,k : Mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code) SCH sơ cấp gồm một mã đồng bộ sơ cấp PSC (Primary Synchronization) được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp như nhau trong mọi ô hệ thống. SCH thứ cấp gồm 15 chuỗi mã được điều chế có độ dài 256 chip. Các mã đồng bộ thứ cấp (Secondary Synchrization Code) phát đồng thời với SCH sơ cấp. Mỗi SSC được chọn từ tập của 16 mã dài 256. Chuỗi này ở SCH thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên 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 mang kênh dùng chung đường xuống. PDSCH luôn được dùng chung với nhiều kênh khác trên cơ sở ghép kênh theo mã. Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu Ndata bit Tslot = 2560 chip, 20.2k bit (k=0..6) Hình 3.19. Cấu trúc khung của PDSCH Một khung vô tuyến Tf = 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 một chuỗi 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 và một phần không sử dụng gồm 8 giá trị thực a32,a33,..a39. AS #0 AS #1 AS #0 AS #14 AS #i a1 a2 a30 a31 a32 a33 a38 a39 Phần AI Phần không sử dụng 5120 chip, 40 bit 20ms AS #0 AS #14 Hình 3.20. Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH — 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). 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. ……………………… ……………………… Một khung vô tuyến 10ms 288 bit chỉ thị 12 bit (không định nghĩa) b0 b1 b287 b288 b299 Hình 3.21. Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi Kênh truyền tải Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh DCH được sử dụng để mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho người sử dụng. Thông tin bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời và các 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. 3.7.2.2 Kênh truyền tải chung Có sáu kiểu kênh truyền tải chung được định nghĩa trong UTRA. Các kênh truyền tải chung không có chuyển giao mềm, tuy vậy một số kênh có điều khiển công suất. So với hệ thống thông tin di động thế hệ hai, các kênh này có một số điểm khác như truyền dẫn gói ở các kênh chung, dùng chung một kênh đường xuống để phát số liệu gói… — Kênh quảng bá (BCH) Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) là một kênh truyền tải được sử dụng 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 một kênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước. Kênh FACH cũng có thể truyền các gói số liệu. Khi có nhiều kênh FACH, các kênh bổ sung có thể có tốc độ bit cao hơn. FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và các thông tin được phát phải chứa thông tin nhận dạng trong băng. — Kênh tìm gọi (PCH) Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang 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 truyền tải 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, hệ thống 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 của kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trên đường lên. 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) là kênh truyền tải để mang thông tin của người sử dụng, ngoài ra DSCh cũng có thể mang thông tin điều khiển. DSCH hỗ trợ điều khiển công suất nhanh và có thể được dùng chung cho nhiều người sử dụng. 3.7.2.3 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 : CÁC KÊNH VẬT LÝ CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CPCH) Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CPCH) Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên (PRACH) Kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) Kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) Kênh vật lý đường xuống dùng chung (PDSCH) Kênh gói chung vật lý (PCPCH) Kênh đồng bộ (SCH) Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh chỉ thị bắt (AICH) Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) Kênh phát hiện tranh chấp/chỉ thị ấn định kênh (CD/CA-ICH) BCH FACH PCH RACH DCH DSCH CPCH Hình 3.22. Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật l