TIỂU LUẬN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ DI ĐỘNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

lOMoARcPSD|17343589 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TIỂU LUẬN MẠNG KHÔNG DÂY VÀ DI ĐỘNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Sinh viên thực : NGUYỄN QUỐC PHONG Lớp : D14CNPM6 Mã SV : 19810310437 Giảng viên hướng dẫn : TS Hồ Mạnh Cường lOMoARcPSD|17343589 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .1 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA 1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG .2 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ 1G .2 1.1.2 Hệ thống di động hệ thứ (2G) 1.1.3 Hệ thống di động hệ thứ 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS W-CDMA 1.2.1 Cấu trúc hệ thống 1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE) 1.2.1.2 Mạng truy nhập radio mặt đất UTRAN 1.2.1.3 Mạng lõi CN 10 1.2.1.4 Các mạng .11 1.2.1.5 Mạng truyền dẫn 11 1.2.1.6 Phân lớp hệ thống W- CDMA 11 1.2.2 Các kênh W-CDMA .13 1.2.2.1 Kênh truyền tải 13 1.2.2.2 Các kênh vật lý 15 1.2.2.3 Sự xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý .17 1.3 SO SÁNH HỆ THỐNG GSM VÀ 3G UMTS W- CDMA 18 PHẦN : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA 19 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN .19 lOMoARcPSD|17343589 2.1.1 Đa truy nhập chia theo thời gian TDMA 19 2.1.2 Phương thức đa truy nhập chia theo tần số FDMA .19 2.1.3 Phương thức đa truy nhập phân chia tần số trực giao FDMA .20 2.1.4 Phương thức đa truy nhập chia theo mã CDMA 20 2.2 LÝ THUYẾT TRẢI PHỔ 21 2.3 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ .23 2.3.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS 23 2.3.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH/SS) 35 2.3.2.1 Hệ thống nhảy tần nhanh FFH 36 2.3.2.2 Hệ thống nhảy tần chậm SFH 37 2.3.3 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) 37 2.3.4 Các hệ thống lai ghép 38 2.4 MÃ TRẢI PHỔ 39 2.4.1 Chuỗi mã giả ngẫu nhiên .39 2.4.2 Mã Gold 46 2.4.3 Chuỗi mã trải phổ Walsh-Hardamard 47 2.5 ĐỒNG BỘ MÃ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 48 PHẦN 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG WCDMA .50 3.1 QUÁ TRÌNH TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO CÁC KÊNH VẬT LÝ 50 1.1 Các mã định kênh 50 3.1.2 Ngẫu nhiên hóa .51 3.1.2.1 Các loại mã ngẫu nhiên hoá cho đường lên 52 3.1.2.2 Các loại mã ngẫu nhiên hóa cho đường xuống .52 3.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN 53 lOMoARcPSD|17343589 3.2.1 Trải phổ cho kênh vật lý riêng đường lên (DPCCH/DPDCH) 54 3.2.2 Trải phổ cho kênh PCPCH, PRACH 55 3.3 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ CHO KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG 57 3.3.1Các mã trải phổ đường xuống 57 3.3.2 Sơ đồ trải phổ điều chế đường xuống .57 3.3.3 Ghép kênh đa mã đường xuống 58 KẾT LUẬN .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 lOMoARcPSD|17343589 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng 1.1 2.1 2.2 2.3 Tên bảng So sánh thông số hệ thống W-CDMA CDMA2000 Kết trạng thái đầu tạo mã với theo xung đồng hồ Bảng trạng thái ghi dịch tốc độ cao Kết trạng thái tạo chuỗi cách lấy mẫu Trang 41 42 46 lOMoARcPSD|17343589 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Tran g 1.1 Tiến trình phát triển lên 3G hệ thống thông tin di động 1.2 Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống 3G UMTS W-CDMA 1.3 Cấu trúc mạng UTRAN 1.4 Sơ đồ phân lớp hệ thống 12 1.5 Cấu trúc kênh vật lý UTRA/IMT-2000 13 1.6 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý 18 2.1 Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian 19 2.2 Phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số 19 2.3 Phương pháp đa truy nhập phân chia tần số trực giao 20 2.4 Phương thức đa truy nhập phân chia theo mã 20 2.5 Băng thông tín hiệu 21 2.6 Sơ đồ tổng quát hệ thống trải phổ SS 21 2.7 Sơ đồ máy phát DSSS- BPSK 23 2.8 Dạng sóng DS/SS- BPSK 24 2.9 Sơ đồ máy thu DSSS- BPSK 25 2.10 Dạng sóng tín hiệu máy thu DSSS- BPSK 26 2.11 Mật độ phổ cơng suất tín hiệu 28 2.12 Sơ đồ khối máy phát hệ thống DS/SS- QPSK 29 2.13 Dạng sóng điều chế DS/SS- QPSK cho nhánh I Q 31 2.14 Sơ đồ khối máy thu DS/SS- QPSK 32 lOMoARcPSD|17343589 2.15 Trải phổ nhảy tần 35 2.16 Sơ đồ khối hệ thống trải phổ nhảy tần 35 2.17 Hệ thống nhảy tần nhanh 36 2.18 Hệ thống nhảy tần chậm 38 2.19 Đồ thị trải phổ nhảy thời gian 37 2.20 Sơ đồ khối hệ thống trải phổ TH/SS 38 2.21 Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN 39 2.22 Bộ tạo mã với đa thức 40 2.23 Mạch ghi tốc độ cao 41 2.24 Mạch ghi tốc độ cao 42 2.25 Hàm tự tương quan cho chuỗi m 45 2.26 Hàm tự tương quan cho chuỗi PN 45 2.27 Sơ đồ tạo chuỗi lấy mẫu 46 2.28 Sơ đồ khối chức máy thu DS/SS 48 3.1 Quá trình trải phổ ngẫu nhiên hóa 50 3.2 Cấu trúc mã định kênh 51 3.3 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp 53 3.4 Ghép kênh theo mã I/Q kết hợp ngẫu nhiên hóa phức 55 3.5 Trải phổ ghép kênh vật lý DPDCH DPCCH 56 3.6 Sơ đồ trải phổ phần tin kênh vật lý PRACH PCPCH 57 3.7 Sơ đồ tổng trải phổ cho kênh vật lý đường xuống 58 3.8 Sơ đồ ghép kênh đa mã cho đường xuống 60 lOMoARcPSD|17343589 MỞ ĐẦU Trong phát triển công nghệ thông tin nay, song song với thành tựu công nghệ thông tin, điện tử, tin học, phát triển mạnh mẽ lĩnh vực thông tin di động, giữ vai trò quan trọng hoạt động đời sống, kinh tế, văn hóa xã hội Từ hệ thống thuộc hệ thứ 1G, kỹ thuật tương tự, phát triển lên hệ thứ với hệ thống thông tin số, cải thiện tốc độ dung lượng hệ thống, bật hai công nghệ GSM CDMA với thành tựu đáng kể Thế hệ thứ phát triển nhu cầu cần thiết trao đổi số liệu tốc độ cao, đa loại hình dịch vụ với chất lượng tốt Theo tiêu chuẩn tổ chức Liên minh viễn thông quốc tế, hệ thống GSM phát triển lên hệ thống 3G W-CDMA, hệ thống CDMA phát triển thành CDMA- 2000 Ở Việt Nam, mạng di động phát triển nhanh với nhiều nhà mạng lớn Mobifone, Vinafone,Viettel, EVN-Tellecom…góp phần tạo nên đa dạng dịch vụ mobile cho người sử dụng Đa số hệ thống GSM, mà phát triển lên 3G hệ thống 3G UMTS sở công nghệ đa truy nhập theo mã băng rộng W- CDMA Từ dẫn chứng u thích tìm hiểu, em chọn đề tài tiểu luận: “Kỹ thuật trải phổ ứng dụng kỹ thuật trải phổ hệ thống thông tin 3G” Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS TS Hồ Mạnh Cường, người tận tình hướng dẫn em thực tiểu luận Trong thời gian tương đối ngắn mà lượng kiến thức rộng, hiểu biết hạn chế nên nội dung khơng tránh khỏi thiếu sót, em muốn nhận đóng góp ý kiến từ thầy cô bạn để tiểu luận em tốt lOMoARcPSD|17343589 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA 1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG Hình 1.1: Tiến trình phát triển lên 3G hệ thống thông tin di động 1.1.1 Hệ thống thông tin di động hệ 1G Đây hệ thống thông tin di động có dải tần hẹp, sử dụng phương thức điều chế FM cho thoại, điều chế FSK cho tín hiệu, kỹ thuật đa truy nhập FDMA cịn tồn nhiều nhược điểm Hệ thống có dung lượng nhỏ, sử dụng chuyển mạch tương tự, chất lượng gọi kém, khả bị gián đoạn gọi cao chuyển vùng, chế độ chuyển giao gọi cell không tin cậy tin tức không bảo mật 1.1.2 Hệ thống di động hệ thứ (2G) - Hệ thống GSM: châu Âu, băng tần hoạt động 890- 915 MHz cho đường lên 935- 960 MHz cho đường xuống - Hệ thống tế bào kỹ thuật số 1800 (DCS 1800): Đây mạng truyền thông cá nhân PCN Anh băng tần 1700- 2300 MHz - Các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số (D-AMPS): IS-136 - Hệ thống CDMA one (IS- 95A): Băng tần hoạt động 869- 894 MHz cho đường xuống 824- 849 MHz cho đường lên lOMoARcPSD|17343589 Ngoài cịn có hệ thống khác hệ thống tế bào số cá nhân, hệ thống điện thoại không dây CT-2, mạng viễn thông vô tuyến kỹ thuật số tiên tiến DECT, hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân PHS * Đặc điểm chung hệ thống 2G: - Các hệ thống dùng kỹ thuật chuyển mạch số - Dung lượng cho phần liệu tăng giảm bớt phần tín hiệu báo hiệu - Có khả chống nhiễu kênh hiệu áp dụng phương thức mã hóa kênh - Tin tức bảo mật cao - Khả chuyển giao hiệu hệ thống cũ - Đáp ứng nhiều dịch vụ mới: thoại, số liệu, SMS, fax Tuy nhiên hệ thống nhiều nhược điểm: Độ rộng băng tần hạn chế, khó đạt yêu cầu dịch vụ liệu với tốc độ cao tương lai Ngoài vấn đề khả lưu động toàn cầu cịn nhiều khó khăn chưa thống hệ thống vùng lãnh thổ * Hệ thống thông tin di động hệ tiên tiến: Đây bước đệm để cải tiến hệ thống 2G lên 3G hệ thống thông tin di động, sử dụng sở hạ tầng sở hệ thống 2G có kết hợp thêm hệ thống chuyển mạch gói - Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD; dịch vụ vơ tuyến gói chung GPRS cơng nghệ EDGE đời giải pháp nâng cao tốc độ liệu mạng chuyển mạch kênh (HSCSD) chuyển mạch gói (GPRS) - IS-95B: hệ thống phiên đóng gói IS-95A Đây sở hình thành hệ thống CDMA-2000 3G, giao diện IMT- 2000 1.1.3 Hệ thống di động hệ thứ Từ năm 90, hệ thống thông tin di động hệ đời kỹ thuật đa truy nhập TDMA CDMA cải tiến So với hai hệ thống trước, hệ thống hệ thống đa dịch vụ băng rộng tốc độ cao đa phương tiện phủ sóng tồn cầu dịch vụ hộp thư thoại, truyền liệu, fax, chuyển vùng quốc