ĐỒ ÁN MÔN HỌC Kỹ thuật trải phổ trong mạng thông tin di động WCDMA

TRƯỜNG ĐHKTCN Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC: THÔNG TIN DI ĐỘNG BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Sinh viên: Tạ Như Phong MSSV: K145520207083 Lớp: 50ĐTVT Ngành: Điện tử viễn thơng Giáo viên hướng dẫn: TS Đồn Thanh Hải Ngày giao đề: /06/2020 Ngày hoàn thành: 20/07/2020 1.Tên đề tài: Kỹ thuật trải phổ mạng thông tin di động WCDMA Nội dung : Tổng quan lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động Hệ thống thông tin di động thứ WCDMA Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS WCDMA TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THƠNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Hệ thống thơng di động thứ 1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai 1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba 1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động hệ thứ hai lên hệ thứ ba.10 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ BA WCDMA 12 2.1 Giới thiệu hệ thống WCDMA .12 2.2 Cấu trúc hệ thống WCDMA 14 2.2.1 Cấu trúc mạng WCDMA 14 2.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 17 CHƯƠNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG WCDMA 19 3.1 Cấu trúc thiết bị thu phát vô tuyến số 19 3.2 Khái niệm trải phổ 20 3.3 Hệ thống thông tin trải phổ .21 3.4 Các phương pháp trải phổ 23 3.5 Hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DSSS 24 1) Máy phát DSSS-BPSK 26 2) Máy thu DSSS-BPSK 27 3) Độ lợi xử lý (PG) 29 3.6 Các đặc tính DS-CDMA .34 3.7 Các mã trải phổ sử dụng WCDMA 35 3.8 Trải phổ điều chế đường lên 36 3.9 Trải phổ điều chế đường xuống 39 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu trao đổi thông tin nhu cầu thiết yếu xã hội đại Các hệ thống thông tin di động đời tạo cho người khả thông tin lúc, nơi Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, hệ thống thông tin di động số hệ (2G) đời với mục tiêu chủ yếu hỗ trợ dịch vụ thoại truyền số liệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động hệ (3G) đời nhằm thỏa mãn nhu cầu người dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)… WCDMA nhánh công nghệ 3G phát triển dựa sở hệ thống thông tin di động 2G GSM Hệ thống thông tin di động hệ ba WCDMA đánh giá lựa chọn tối ưu cho hệ thống truy nhập vô tuyến ITM-2000 Giao diện vô tuyến sở CDMA băng rộng tạo hội thiết kế hệ thống có đặc tính đáp ứng yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ ba Tốc độ truyền số liệu WCDMA lớn đặc biệt sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp mở rộng dải tần tới 5MHz phần đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Vì em chọn đề tài: “Kỹ thuật trải phổ mạng thông tin di động WCDMA” Nội dung đồ án bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan phát triển thông tin di động Chương 2: Công nghệ thông tin di động thứ ba WCDMA Chương 3: Kỹ thuật trải phổ WCDMA Em xin chân thành cảm ơn Thầy ĐÀO HUY DU , thầy cô giáo khoa nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành đồ án tốt nghiệp Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Sinh Viên thực Tạ Như Phong CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG Trong năm gần đây, công nghệ không dây chủ đề nhiều chuyên gia quan tâm lĩnh vực máy tính truyền thơng Trong thời gian công nghệ nhiều người sử dụng trải qua nhiều thay đổi Quá trình thay đổi thể qua hệ: Thế hệ không dây thứ hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) phân chia theo mã (CDMA) Thế hệ thứ ba đời đánh giá nhảy vọt nhanh chóng dung lượng ứng dụng so với hệ trước đó, có khả cung cấp dịch vụ đa phương tiện gói 1.1 Hệ thống thơng di động thứ 1G (1st Generation): Là hệ thống thông tin di động thứ với tín hiệu sóng analog, sử dụng cơng nghệ FDMA, giới thiệu thị trường vào thập niên 80 Một công nghệ 1G phổ biến NMT (Nordic Mobile Telephone) sử dụng nước Bắc Âu, Tây Âu Nga Cũng có số công nghệ khác AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem - hệ thống điện thoại di động tiên tiến) sử dụng Mỹ Úc; TACS (Total Access Communication Sytem - hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) sử dụng Anh Khái niệm cellular cuối năm 40 phịng thí nghiệm Bell AT&T Nhưng đến đầu năm 70 AT&T đưa dự án điện thoại tế bào Và năm 1983, đời dịch vụ AMPS AT&T MOTOLAR Mỹ Đánh dấu đời hệ thống thông tin di động hệ thứ Với kỹ thuật tương tự, phương pháp điều tần FM để điều chế tiếng nói băng tần 800MHz với độ rông phổ 40MHz Để sử dụng hiệu nguồn tần số có giới hạn tồn vùng dịch vụ chia thành miền nhỏ kề gọi tế bào (cell) Mỗi tế bào dịch vụ cung cấp tần số định có anten trung tâm, với công suất phát phù hợp để quản lý di động tế bào mà không gây nhiễu sang tế bào khác Khi cell cách đủ xa sử dụng lại tần số Hệ thống thông tin di động thứ hỗ trợ dịch vụ thoại tương tự sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự đê mang liệu thoại người, sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Ở đây, băng thông hệ thống chia thành băng có độ rộng W ch Giữa kênh kề có khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ khơng ổn định tần số sóng mang Khi người dùng gửi yêu cầu gửi tới BS, BS ấn định kênh chưa sử dụng giành riêng cho người dùng suốt thời gian gọi Tuy nhiên, gọi kết thúc kênh ấn định lại cho người khác sử dụng Đặc điểm: Mỗi MS cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến Nhiễu giao thoa tần số kênh lân cận đáng kể BTS phải có thu phát riêng làm việc với MS Hệ thống FDMA điển hình hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS – Advanced Mobile Phone System Hệ thống thông tin di động hệ thứ sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu sử dụng ngày cao người dung lượng lẫn tốc độ Vì khuyết điểm mà người ta đưa hệ thông thông tin di động thứ hai ưu điểm hệ thứ dung lượng dịch vụ cung cấp 1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai 2G : Là hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách khác hoàn toàn so với hệ Ra đời vào đầu năm 1990, chuẩn GSM Châu Âu IS-54 (tồn song song với AMPS) Mỹ sau chuẩn IS-95 cho phương pháp đa truy nhập CDMA Hệ thống thông tin di động hệ thứ hai dựa kỹ thuật phân chia theo mã thời gian TDMA kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA, truyền dẫn song công theo tần số TDD, điều chế QPSK, FSK… Hệ thống thông tin di động thứ hai theo mã IS-95 phát triển Mỹ Hệ thống sử dụng lại băng tần 824MHz – 849MHz cho tuyến lên 869MHz – 894MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có độ rộng kênh 1.25MHz Hệ thống thông tin di động GSM đời sử dụng rộng rãi Châu Âu, băng tần sử dụng gồm hai dải tần: 890MHz – 915MHz cho tuyến lên 935MHz – 960MHz cho tuyến xuống Dải tần chia nhỏ thành giải rông 200KHz (gọi kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN hay kênh vật lý) Mỗi kênh vật lý chia thành khe thời gian (Time Slot) ứng với kênh dịch vụ Về lý thuyết số kênh vật lý dải tần 25MHz 25000/200=125 kênh Tổng số kênh lưu lượng 125x8=1000 kênh, nghĩa phục vụ đồng thời 1000 thuê bao mà chưa sử dụng lại tần số Ưu điểm hệ thống thông tin di động thứ hai: Hệ thống thông tin di động thứ hai đời giải hạn chế hệ trước Do sử dụng kỹ thuật số mà có ưu điểm sau: - Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao - Mã hóa tín hiệu thoại với tốc độ bit thấp cho phép nhiều kênh vào dòng bit tốc độ chuẩn - Áp dụng kỹ thuật mã hóa kênh mã hóa nguồn kỹ thuật truyền dẫn số - Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI chống nhiễu ACI hiệu làm tăng dung lượng hệ thống - Điều khiển động việc cấp phát kênh cách liên tục nên làm cho việc sử dụng hiệu - Điều khiển truy nhập chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu dễ dàng xử lý phương pháp số - Có nhiều dịch vụ nhận thực Nhược điểm: Các hệ thống thông tin di động hệ thứ hai tồn số nhược điểm sau: - Độ rộng dải thông băng tần hệ thống hạn chế nên dịch vụ ứng dụng bị hạn chế (không dáp ứng yêu cầu phát triển cho dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai) - Tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ thứ hai không thống Do Mỹ Nhật sử dụng TDMA băng hẹp Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng, hai hệ thống coi tổ hợp FDMA TDMA người sử dụng thực tế dùng kênh ấn định tần số khe thời gian băng tần Do việc chuyển giao tồn cầu chưa thực Vì mà yêu cầu hệ thống thông tin di động thứ (3G) đời điều tất yếu 1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba Những năm cuối năm 90 hệ thông tin động thứ ba đời với kỹ thuật đa truy nhập CDMA TDMA cải tiến Là công nghệ truyền thông hệ thứ 3, cho phép truyền liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình ảnh,…) Hệ thống 3G yêu cầu mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G Trong dịch vụ 3G, gọi video thường mô tả dịch vụ trọng tâm phát triển Ở hệ thứ hệ thống thơng tin di động có xu hướng hịa nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ bit lên đến 2Mbit/s Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp nay, hệ thông thông tin di động hệ thứ gọi hệ thống thông tin di động băng rộng Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ IMT-2000 đề xuất, hệ thống WCDMA CDMA2000 ITU chấp thuận đưa vào hoạt động năm đầu năm 2000 Các hệ thống sử dụng công nghệ WCDMA, điều cho phép thực tiêu chuẩn toàn giới cho giao diện vô tuyến hệ thống thông di động hệ thứ ba Công nghệ 3G chia làm dòng chuẩn: UMTS (W-CDMA) UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, giải pháp nói chung thích hợp với nhà khai thác dịch vụ di động sử dụng GSM, tập trung chủ yếu châu Âu phần châu Á (trong có Việt Nam) UMTS tiêu chuẩn hóa tổ chức 3GPP, tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS EDGE FOMA, thực công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001, coi dịch vụ thương mại 3G Tuy dựa công nghệ W-CDMA, công nghệ khơng tương thích với UMTS CDMA 2000 Là hệ chuẩn 2G CDMA IS-95 Các đề xuất CDMA2000 đưa bàn thảo áp dụng bên ngồi khn khổ GSM Mỹ, Nhật Bản Hàn Quốc CDMA2000 quản lý 3GPP2 - tổ chức độc lập với 3GPP Và có nhiều cơng nghệ truyền thơng khác sử dụng CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO 1xEV-DV CDMA 2000 cung cấp tốc độ liệu từ 144 kbit/s tới Mbit/s Chuẩn chấp nhận ITU Yêu cầu hệ thống thông di động hệ thứ 3: Thông tin di động hệ thứ xây dựng sở IMT-2000 đưa vào phục vụ từ năm 2001 Mục đích IMT-2000 đưa nhiểu khả đồng thời bảo đảm phát triển liên tục thông tin di động hệ thứ Tốc độ hệ thứ ba xác định sau: - 384 Kbit/s vùng phủ sóng rộng - Mbit/s vùng phủ sóng địa phương Các tiêu chí để xây dựng hệ thống thơng tin di động hệ thứ ba: - Sử đụng dải tần quy định quốc tế 2GHz sau: + Đường lên: 1885-2025 MHz + Đường xuống: 2110-2200 MHz Là hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho lại hình thơng tin vơ tuyến: + Tích hợp mạng thơng tin hưu tuyến vô tuyến + Tương tác với loại dịch vụ viễn Sử dụng môi trường khai thác khác nhau: cơng sở, ngồi đường, xe, vệ tinh Có khả truyền tải đa phương tiện Tăng phương thức truyền tải không đối xứng Do dịch vụ số liệu Có thể hỗ trợ dịch vụ sau: + Môi trường nhà ảo sở mạng thông minh, di động cá nhân chuyển mạng toàn cầu + Đảm bảo chuyển mạng quốc tế + Đảm bảo dịch vụ đa phương tiện đông thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh số liệu chuyển mạch theo gói Chất liệu thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến Dễ dàng hỗ trợ dịch vụ xuất Hiệu suất phổ tần cao Tính bảo mật cao So sánh với hệ thống di động thứ thứ hai hệ di động thứ ba đa dịch vụ đa phương tiện rộng khắp toàn cầu Một đặc điểm chuyển mạng, hoạt động lúc, nơi thực Mỗi thuê bao di động gán cho mã sô cá nhân, tắt máy nào, quốc gia xác định xác vị trí th bao Hệ thống thơng tin di động thứ ba thõa mãn cho người dùng dịch vụ đa phương tiện truyền liệu tốc độ cao, truy cập internet giống mạng không dây… Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thông tin di động thứ ba cung cấp dịch vụ truyền hình ảnh, âm gọi thoại 1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động hệ thứ hai lên hệ thứ ba Để đảm bảo ứng dụng dịch vụ truyền thông máy tính hình ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động hệ hai chuyển đổi sang hệ ba Hình 1.1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA sau: GSM HSCSD GPRS WCDMA Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA Ký hiệu : GSM: Global System for Mobile Communication: Hệ thống thông tin di động toàn cầu HSCSD: Hight Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao 10 ô đường xuống giảm nhiễu nội ô, (2) kênh số liệu vật lý đường lên từ UE Trên đường xuống mã OVSF mộ ô bị hạn chế cần quản lý RNC, nhiên điều không xẩy đường lên Cần lưu ý chọn mã định kênh để chúng không tương quan với Chẳng hạn chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, khơng sử dụng mã Cch,16,8=+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1; hai mã hồn tồn giống (tích chúng 1) chúng gây nhiễu cho Các mã OVSF hiệu kênh đồng hoàn hảo mức ký hiệu Mất tương quan chéo truyền sóng đa đường bù trừ thao tác ngẫu nhiên hóa bổ sung Với thao tác ngẫu nhiên hóa, phần thực (I) phần ảo (Q) tín hiệu trải phổ nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức Mã ngẫu nhiên hóa phức sử dụng để phân biệt nguồn phát: (1) ô khác đường xuống (2) UE khác đường lên Các mã có tính chất tương quan tốt (trung bình hóa nhiễu) ln sử dụng để ‘trộn’ với mã trải phổ không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu băng thơng truyền dẫn Hình 3.15 Cây mã định kênh Đường truyền nút B UE WCDMA chứa nhiều kênh Có thể chia kênh thành hai loại: (1) kênh riêng để truyền lưu lượng (2) kênh chung mang thông tin điều khiển báo hiệu Đường truyền từ UE đến nút B gọi đường lên, đường ngược lại từ nút B đến UE gọi đường xuống Trước hết ta xét trải phổ cho kênh đường lên 3.8 Trải phổ điều chế đường lên Trải phổ điều chế kênh riêng đường lên Nguyên lý trải phổ cho DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: kênh số liệu vật lý riêng, kênh để truyền lưu lượng người sử dụng) DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: kênh điều khiển vật lý riêng; kênh với DPDCH để mang thông tin điều khiển lớp vật lý) minh họa hình 3.6 Một DPCCH cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực trải phổ phát đồng thời DPCCH ln trải phổ mã Cc=Cch,256,0, 36 k=0 Nếu kênh DPDCH phát đường lên, DPDCH1 trải phổ với mã Cd,1=Cch,SF,k, k=SF/4 số mã OVSF k=SF/4 Nghĩa hệ số trải phổ SF=128 k=32 Nếu nhiều DPDCH phát, tất DPDCH có hệ số trải phổ (tốc độ bit kênh 960kbps) DPDCHn trải phổ mã Cd,n=Cch,4,k, k=1 n∈{1,2}, k=3 n∈{3,4} k=2 n∈{5,6} Để bù trừ khác hệ số trải phổ số liệu, tín hiệu trải phổ đánh trọng số hệ số khuyếch đại ký hiệu βc cho DPCCH βd cho DPDCH Các hệ số khuếch đại tính tốn SRNC gửi đến UE giai đoạn thiết lập đường truyền vơ tuyến hay đặt lại cấu hình Các hệ số khuếch đại nằm dải từ đến số giá trị βc βd luôn Luồng chip nhánh I Q sau cộng phức với ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức ký hiệu Sdpch,n hình 3.6 Mã ngẫu nhiên hóa đồng với khung vô tuyến, nghĩa chip thứ tương ứng với đầu khung vô tuyến Thao tác trải phổ mã định kênh để phân biệt Điều chỉnh hệ số khuyếch đại Cd,1 β Cd,3 β d DPDCH1 d DPDCH3 Cd,5 β DPDCH5 Ghép mã I/Q (điều Cd,2 chế QPSK cho hai kênh) để tránh nhiễu âm DPDCH2 số Cd,4 liệu UL không truyền DPDCH4 I Σ cos(ωt ) d β S dpch,n I I+jQ d S Q β d Cd,6 β Cc β d DPDCH6 DPDCH Thao tác ngẫu nhiên hoá phức để phân biệt nguồn phát (UE) giảm tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình Σ Q Phân chia -sin(ωt) phần thực phần ảo e Hình 3.16 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên Các nghiên cứu cho thấy phát không liên tục đường lên gây nhiễu âm cho thiết bị âm đặt gần máy đầu cuối di động Thí dụ điển hình trường hợp nhiễu tần số khung (217 Hz=1/4,615ms) gây đầu cuối GSM Để tránh hiệu ứng này, kênh DPCCH kênh DPDCH không ghép theo thời gian mà ghép theo mã I/Q (điều chế QPSK hai kênh) với ngẫu nhiên hố phức Minh họa hình 3.17 cho thấy sơ đồ 37 điều chế cho phép truyền dẫn liên tục chu kỳ im lặng có thơng tin điều khiển lớp để trì hoạt động đường truyền (DPCCH) phát Số liệu người sử dụng Chu kỳ (DTDCH) UL DTX Số liệu người sử dụng (DTDCH) Thông tin điều khiển lớp vật lý (DPCCH) Hình 3.17 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên kênh số liệu vật lý riêng đường lên có/ khơng có (DTX) số liệu người sử dụng Như minh họa hình 3.18, mã ngẫu nhiên hóa phức tạo cách quay pha chip chu kỳ ký hiệu giới hạn ± 900 Bằng cách hiệu suất khuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình) UE khơng đổi khơng phụ thụ thuộc vào tỷ số β DPDCH DPCCH UL DPCCH/các DPDCH ghép mã I/Q với ngẫu nhiên hoá phức Trước ngẫu nhiên hoá phức (truyền dẫn song song) β = 0,5 β = 0,5 β=1 X X X X X X X X X β = ↔ = 0,5 • • X X • • X Hình 3.18 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức, β biểu diễn cho tỷ số công suất DPDCH DPCCH DPCCH DPDCH ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên dài ngắn Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đường lên 224 mã ngẫu nhiên ngắn đường lên Vì sử dụng hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đường lên Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,…., 16777215), với SF thấp phép mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 256) cho phần số liệu ấn định lớp cao hơn, chẳng hạn thiết lập kết nối RRC điều khiển chuyển giao Trải phổ điều chế kênh chung đường lên PRACH Phần trình bày ấn định mã cho tiền tố phần tin PRACH dạng kênh chung đường lên 38 Trải phổ ngẫu nhiên hóa phần tin PRACH minh họa hình 3.19 C d β cos(ωt ) d I Phần số liệu PRACH S r-msg,n I C c β S I + jQ Q c Q Phần điều khiển PRACH Phân chia phần thực phần ảo j -sin(ωt) Hình 3.19 Trải phổ điều chế phần tin PRACH Phần điều khiển tin PRACH trải phổ mã định kênh Cc=Cch,256,m, m = 16.s + 15 s (0 ≤ s ≤ 15) chữ ký tiền tố phần số liệu trải phổ mã định kênh Cd=Cch,SF,m, SF (có giá trị từ 32 đến 256) hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu m=SF.s/16 Phần tin PRACH luôn trải phổ mã ngẫu nhiên hóa dài Độ dài mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho phần tin 10ms Có tất 8192 mã ngẫu nhiên hóa 3.9 Trải phổ điều chế đường xuống Khái niệm trải phổ ngẫu nhiên hóa đường xuống minh họa hình 3.10 Ngoại trừ SCH (kênh đồng ) cặp hai bit kênh trước hết biến đổi từ nối tiếp vào song song tương ứng ký hiệu điều chế, sau đặt lên nhánh I Q Sau nhánh I Q trải phổ đến tốc độ 3,84Mcps mã dịnh kênh Cch,SF,m Các chuỗi chip giá trị thực nhánh I Q sau ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát nút B, mã đựợc ký hiệu Sdl,n hình 3.10 Mã ngẫu nhiên hóa đồng với mã ngẫu nhiên hóa sử nhiên dụngThao chotácPngẫu - CCPCH (kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp), Điều chỉnh hệ chíp hố phức để phân phức P - CCPCH nhân sốvới chipđại số mã ngẫu khuếch biệtnguồn phátcủa (nútkhung B) Pnhiên hóa SCH Sau trải phổ, kênh vật lý đường xuốngG (trừ SCH) đánh trọng số hệ số trọng số riêng kýS-hiệu Gip hình 3.20 P-SCH SSCH giá trị phức đánh trọng số riêng hệ số trọng số Gp Gs SCH Gs với cộng cos(ω Tất kênh đường xuống kết hợp phức Chuỗi t) Kênh I nhận sau trải phổ ngẫu nhiên Sdl,nhóa điều chế QPSK vật lý đường xuống trừ SCH Σ Cch, SF,m Q I + jQ j Thao tác trải phổ mã định kênh để phân biệt kênh Σ S I Q G1 G2 Phân chia phần thực phần ảo -sin(ωt) 39 Hình 3.20 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống Các mã trải phổ đường xuống Trên đường xuống, mã định kênh đường lên (mã OVSF) sử dụng Thơng thường có mã mã đặt mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều người sử dụng Theo quy đinh, mã định kênh dùng cho P-CPICH P-CCPCH Cch,256,0 Cch,256,1 Bộ quản lý tài nguyên RNC ấn định mã định kênh cho tất kênh khác với giới hạn SF=512 trường hợp sử dụng chuyển giao phân tập Mã OVSF thay đổi theo khung kênh PDSCH (kênh chia sẻ đường xuống vật lý) Quy tắc thay đổi sau, mã (các mã) OVSF sử dụng cho kết nối phía hệ số trải phổ nhỏ mã từ nhánh cây, mã nhánh mã hệ số trải phổ thấp Nếu DSCH xếp lên nhiều PDSCH song song, quy tắc tương tự áp dụng, tất nhánh mã sử dụng mã tương ứng với hệ số trải phổ nhỏ sử dụng cho ấn định hệ số trải phổ cao Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống Trên đường xuống có mã ngẫu nhiên hóa dài sử dụng Có tất 218-1=262143 mã ngẫu nhiên đánh số từ đến 262142 Các chuỗi mã ngẫu nhiên ký hiệu Sdl,n cấu trúc đoạn chuỗi Gold Để tăng tốc q trình tìm ơ, 8192 mã số 262143 sử dụng thực tế cắt ngắn lấy đoạn đầu 38400 chip để phù hợp với chu kỳ khung 10 ms Như minh họa hình 3.21, có mã với n=0,1,…, 8191 sử dụng Các mã chia thành 512 tập Mỗi tập gồm 16 mã (i=0…15) với mã sơ cấp 15 mã thứ cấp tập (i=0…7) với 8x16 mã hợp thành nhóm tạo nên 64 nhóm (j=0…63) Một tập =1 mã ngẫu nhiên sơ cấp 15 mã ngẫu nhiên thứ cấp tương ứng(k=0 15) 40 512 mã ngẫu nhiên sơ cấp(k=0) Tậpo = { Sdl,0’ : : : Nhóm mã Một nhóm mã =7 mã ngẫu nhiên sơ cấp 7x15 mã ngẫu nhiên thứ cấp) Nhóm mã 63 Sdl,1’ Sdl,15 ngẫu } nhiên Sdl,k’ thứ Tập7 = { Sdl,112’ Sdl,113’ Sdl,127 } Tậpjx8 = Sdl,16x8j’ { Nhóm mã j (j=0 63) 512x15 mã cấp(k=1 15) : : : : : : Sdl,k+112’ Sdl,16x8j+1’ Sdl,16x8j+2’ Sdl,16x8j+15} Tậpjx8+ 7={ Sdl,16x(8j+7) ’ Tập504 ={ Sdl,8064’ Sdl,8065’ Sdl,8079’ } Sdl,8064+k’ Tập511= Sdl,8186’ { Sdl,8187’ Sdl,8191’ } Sdl,8186+k’ Sdl,16x(8j+7)+1’ Sdl,16x(8j+7)+2’ Sdl,16x(8j+7)+15} Hình 3.21 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp Vì thơng thường nhận dạng mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp, nên trình tìm kiếm q trình tìm kiếm mã Q trình tìm kiếm thực theo ba bước sau: Tìm P-SCH (kênh đồng sơ cấp) để thiết lập đồng khe đồng ký hiệu Tìm S-SCH (kênh đồng thứ cấp) để thiết lập đồng khung nhóm mã Tìm mã ngẫu nhiên hóa để nhận dạng Ghép kênh đa mã đường xuống Để tăng dung lượng kênh đường xuống ta sử dụng sơ đồ ghép kênh đa mã cho hình 3.22 41 Ch1 S/P I Cch,sf,1 : : Ch S/P Sdln Cch,sf,2 I+jQ : : : : Đến điều chế QPSK Q S/P Cch,sf,N : : j Hình 3.22 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống Các hệ thống CDMA xây dựng sở trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Việc sử dụng trải phổ với mã trực giao cho phép nhiều đầu cuối di động dùng chung tần số Khi tính trực giao mã trải phổ cho phép máy thu đầu cuối dễ dàng tách tín hiệu Do sử dụng chung tần số nên áp dụng chuyển giao mềm cho CDMA Trong chuyển giao mềm máy di động kết nối đến nhiều trạm gốc tần số với mã trải phổ khác Ưu điểm chuyển giao mềm không làm gọi q trình chuyển giao làm giảm phần dụng lượng tăng thêm tính phức tạp hệ thống Nhưng sử dụng chung tần số nên xẩy tượng gần xa, máy di động gần trạm gốc gây nhiễu cho người sử dụng khác Để khắc phục nhược điểm phải áp dụng điều khiển cơng suất nhanh cho CDMA mày di động gần trạm gốc điều chình phát cơng suất thấp máy di động xa trạm gốc Điều khiển công suất nhanh WCDMA thực 1500 lần giây Một đặc điểm CDMA mã ngẫu nhiên hóa mang tính trực giao cao nên đường truyền đến máy thu có độ trễ khác thời gian chip lớn thời gian độc lập với sử dụng phân tập đa đường (hay máy thu RAKE) CDMA Nguyên tắc máy thu RAKE chọn số đường (một số ngón) có công suất thu lớn ngưỡng, đồng chỉnh pha đường cộng công suất thu chúng với WCDMA sử dụng hai tầng trải phổ: (1) trải phổ mã định kênh, (2) trải phổ mã nhận dạng nguồn phát Mã định kênh xây dựng sở mã hệ số trải phổ trực giao khả biến (OVSF), hệ số trải phổ SF=Rs/Rc với Rs tốc độ 42 ký hiệu Rc tốc độ chip Mã ngẫu nhiên hóa cấu trúc từ mã Gold WCDMA sử dụng điều chế QPSK cho đường xuống BPSK cho đường lên Để giảm tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức sử dụng 43 KẾT LUẬN Cùng với phát triển nhanh chóng mặt đời sống xã hội, nhu cầu người ngày tăng tất lĩnh vực Đặc biệt lĩnh vực thông tin, người mong muốn thông tin cập nhập nhanh nhất, liệu lấy với tốc độ cao Trong thông tin di động, công nghệ WCDMA đời bước phát triển lớn, làm tăng tốc độ truy cập mạng, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ Internet di động đa phương tiện với chất lượng cải thiện so với 2,5G Với công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp WCDMA thực bước đột phá vấn đề mở rộng băng tần chất lượng tín hiệu Tuy nhiên nhu cầu số lượng người sử dụng ngày cao nên tốc độ truyền liệu 2Mbps độ rộng băng tần MHz WCDMA chưa đáp ứng Do cần cơng nghệ mới, dựa WCDMA, để tạo tốc độ truyền liệu lớn đáp ứng nhu cầu thông tin 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng , “Thông tin di động hệ 3”, Nhà xuất bưu điện, 2001 [2] Nguyễn Hữu Trung, “ Kỹ thuật trải phổ truyền dẫn đa sóng mang”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Kỹ sư Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA”, Nhà xuất Học viện bưu viễn thông tháng 12 năm 2004 [4] Khoa điện tử viễn thơng “ Giáo trình thơng tin di động” Nxb Khoa học kỹ thuật, 2007 [5] Thầy Vũ Đức Thọ, “Tính tốn mạng thơng tin di động Cellular”, Nxb Giáo Dục, 1997 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh 1G 2G 3G 3GPP Tiếng Việt 1st Generation Là hệ thống thông tin di động thứ nd Generation Là hệ thống thông tin di động thứ hai rd Generation Là hệ thống thông tin di động thứ ba Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ 45 Project GPP2 ACCH AMPS Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ thứ Project2 hai Associated Control Chanels Kênh điều khiển liên kết AuC Advanced Mobile Phone Dịch vụ điện thoại di động Service tiên tiến Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm gốc vô tuyến CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung CDMA Code Division Multi Access CM Communication Management Đa truy nhập phân chia theo mã Quản lý thông tin CN Core Network Mạng lõi CS Circuit-Switched Chuyển mạch kênh CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung DCH Dedicated Transport Channel Kênh truyền tải dùng chung DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dùng chung DPCCH Dedicated Physical Control Kênh điều khiển vật lý riêng Chanel Downlink Shared Channel Kênh dùng chung đường xuống ATM DSCH 46 DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dùng chung EDGE Enhanced Data Rates for GSM Cải thiện tốc độ số liệu cho Evolution phát triển GSM Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR ETSI FER European Telecommunications Standard Institute Frequency Division Multiple Access Frame Error Rate Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Đa truy nhập phân chia tần số Tỷ lệ lỗi khung FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FHSS GPRS Frequency Hopping/Spread Trải phổ nhảy tần Spectrum General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPS Global Position System GSM IP Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động Communications toàn cầu High Speed Switched Data Kỹ thuật truyền liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao Hyper Text Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn International Mobile Viễn thông di dộng quốc tế Telecommunications-2000 2000 Internet Protocol Giao thức Internet IS-95 Interim Standard-95 MCCDMA ME Multi-Carrier CDMA Mobile Equipment Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA Mỹ Phần ứng dụng di động WCDMA đa sóng mang Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Center FDMA HSCSD HTML IMT-2000 Switching Hệ thống định vị toàn cầu Service Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động 47 NMT Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu Ghép kênh phân chia tần số trực giao Hệ thống chuyển mạch PCCH Nordic Mobile Telephone system Orthorgonal Frequency Division Multiplexing Network and Switching Subsystem Paging Control Channel PCH Paging Channel Kênh nhắn gọi PCS PDCH Persional Communication Hệ thống thông tin cá nhân System Packet Data Channel Kênh số liệu gói PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói PLMN Public Land Mobile Network PSK Phase Shift Keying Mạng di động mặt đất cơng cộng Khóa dịch pha PSTN Public Switched Network Packet-switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Chuyển mạch gói OFDM NSS PS PCPCH Kênh điều khiển nhắn gọi QoS Physical Common Channel Quality of Service Packet Kênh gói chung vật lý QPSK Quadrature Phase Shift Keying RACH Random Access Channel Điều chế dịch pha cầu phương Kênh truy nhập ngẫu nhiên RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến RRC Radio Resource control SGSN Serving GPRS Support Node SMS Short Message Service Điều khiển tài nguyên vô tuyến Nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS Dịch vụ tin nhắn SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SCH Synchronisation Channel Kênh đồng Chất lượng dịch vụ 48 TACS TDD TDMA UE UMTS total Access Communications Hệ thống truyền thông truy System nhập tổng hợp Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian Time Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian User Equipment Thiết bị người dùng VLR Universal Mobile Telecommunications System UMTS Terresrial Radio Access Network Visitor Location Register Hệ thống Viễn thơng Di động Tồn cầu Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Bộ ghi định vị tạm trú WAP Wireless Application Protocol Thủ tục ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Worldwide Interoperability for Microwave Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu UTRAN WIMAX 49