Cấu trúc máy thu RAKE cho WCDMA

Đồ án được trình bày gồm ba chương sau: Tổng quan về hệ thống WCDMA Lớp vật lý của WCDMA Cấu trúc máy thu RAKE cho WCDMA Dữ liệu được truyền trên cơ sở dạng khung (Frame by Frame) qua một kênh thay đổi theo thời gian. Tín hiệu truyền bị sửa sai đi bởi nhiễu đa người sử dụng. Tín hiệu bị lệch lạc hơn nữa bởi AWGN tại đầu vào máy thu Rake. Kết hợp phân tập Rake đơn giản được sử dụng tại máy thu.

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

Bảng 1.1 Các yêu cầu về tốc độ số liệu của 3G 3 v

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU xiv

CHƯƠNG I 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA 1

1.1.MỞ ĐẦU 1

1.2 Sự tiến hoá lên 3G 1

Hình 1.1 Sự tiến hoá lên 3G 2

1.3 IMT-2000 và cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống WCDMA 5

1.3.1 IMT-2000 5

Hình 1.2 Mô hình mạng IMT-2000 6

Hình 1.3 Phổ tần và các giao diện vô tuyến cung cấp cho các dịch vụ 3G 8

Hình 1.4 Phân bổ phổ tần cho hệ thống 3G ở Châu Âu và ở Mỹ 11

1.3.2 Cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống WCDMA 12

Hình 1.5 Cấu trúc băng tần hoạt động cho các đầu cuối di động 13

1.4 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 13

1.4.1 WCDMA: Giao diện vô tuyến cho UMTS 13

Hình1.6 Định nghĩa kiến trúc giao diện và khả năng tương tác 14

Hình 1.7 Giao diện vô tuyến định nghĩa cho IMT-2000 15

Hình 1.8 SDOs thực hiện chuẩn hoá giao diện vô tuuyến 15

1.4.2 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 15

Hình 1.9 Các phần tử của mạng PLMN 18

1.5 Các mô hình kiến trúc của các hệ thống thông tin di động WCDMA 19

Hình 1.10 Kế hoạch hoạt động tiêu chuẩn hoá và thương mại cho WCDMA 19

Hình 1.12 Release 4 22

Hình 1.13 Release 5 (All IP) 22

1.6 Kết luận 22

CHƯƠNG II 23

LỚP VẬT LÝ CỦA WCDMA 23

2.1 MỞ ĐẦU 23

2.2 CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG LÊN 24

2.2.1 Cấu trúc kênh vật lý đường lên 24

Hình 2.1 Tổng kết các kênh vật lý đường lên 24

2.2.2 Hoạt động của kênh vật lý đường lên 25

2.2.2.1 Kênh vật lý số liệu riêng (DPDCH) đường lên 25

Hình 2.3 Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH 26

2.2.2.2 Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên PRACH 28

Hình 2.4 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và 29

khoảng cách giữa chúng 29

Hình 2.5 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 30

Hình 2.6 Cáu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH 31

2.2.2.3 Kênh vật lý gói chung đường lên, PCPCH 31

Hình 2.7 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH 32

2.3CÁC KÊNH VẬT LÝ ĐƯỜNG XUỐNG 33

2.3.1 Cấu trúc kênh vật lý đường xuống 33

Hình 2.8 Tổng kết các kiểu kênh vật lý đường xuống 33

2.3.2 Hoạt động của kênh vật lý đường xuống 33

2.3.2.1 Kênh vật lý dành riêng (DPCH) đường xuống 33

Hình 2.9 Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống 34

DPDCH, DPCCH, TFCI có thể xem ở phần thuật ngữ viết tắt 34

Hình 2.10 Truyền dẫn đa mã cho DPCH đường xuống 35

2.3.2.2 Kênh DPCCH đường xuống cho CPCH 36

2.3.2.3 Kênh CPICH đường xuống 36

Hình 2.11 Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung 37

2.3.2.4 Các kênh vật lý điều khiển chung đường xuống (CCPCH) 38

Hình 2.13 Cấu trúc khung cho kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp P-CCPCH 40

Hình 2.14 Cấu trúc khung cho S-CCPCH 41

2.3.2.5 Kênh PDSCH đường xuống 42

Hình 2.15 Cấu trúc khung cho PDSCH 42

2.3.2.6 Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) 43

Hình 2.16 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) 44

Hình 2.17 Cấu trúc khung kênh PICH cho trường hợp 18 PI 45

2.3.2.7 Kênh đồng bộ (SCH) 45

2.3.2.8 Kênh chỉ thị bắt (AICH) 45

Hình 2.19 Sơ đồ tạo khung AICH 47

2.4 Kết luận 47

CHƯƠNG III 47

CẤU TRÚC MÁY THU RAKE CHO WCDMA 47

3.1 Mở đầu 47

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng kênh đường lên cho WCDMA 48

3.2 Máy thu Rake .48

Hình 3.2 Máy thu Rake 49

Hình 3.3 Giải ngẫu nhiên hoá 49

Hình 3.4 Giải trải phổ 50

Phân tích quá trình xử lý mô phỏng đường lên 50

Hình 3.5 Máy phát 50

Hình 3.6 Tín hiệu vào/ra của kênh vô tuyến 51

Hình 3.7 Giải ngẫu nhiên hoá ở một nhánh máy thu Rake 51

Hình 3.8 Giải trải phổ ở một nhánh máy thu Rake 53

3.2.1 Trạm di động mong muốn (Desired MS) 54

Hình 3.9 Trạm di động mong muốn 54

3.2.2 Nhiễu đa truy nhập MAI 54

3.2.3 Tạp âm cộng .55

Hình 3.10a Chip 55

Hình 3.11b Phổ tạp âm 55

3.2.4 Định dạng xung .57

3.2.5 BER 58

3.3 Chương trình mô phỏng 58

3.3.1 Cấu trúc chương trình mô phỏng 58

Hình 3.13 Cấu trúc mã chương trình mô phỏng 60

Hình 3.14 Cấu trúc mã chương trình mô phỏng tổng thể kênh đường lên và đường xuống 61

3.3.2 Mô tả chương trình mô phỏng đường lên 61

Hình 3.15 Giao diện đầu tiên của chương trình mô phỏng WCDMA 62

Hình 3.16 Menu thiết lập thông số mô phỏng kênh đường lên WCDMA 62

Hình 3.17 Hộp thoại xuất hiện khi giá trị không nguyên cho độ dài xung 63

Hình 3.18 Hộp thoại xuất hiện khi giá trị số nguyên lẻ được nhập cho độ dài xung .64 Hình 3.20 Hộp thoại xuất hiện khi hệ số trải phổ vượt quá 4, và thiết lập từ 2 đến 6 kênh DPDCH 65

Hình 3.21 Thanh trạng thái thể hiện tiến trình mô phỏng 66

3.4 Kết quả mô phỏng 70

3.5 Kết luận 72

KẾT LUẬN 73

.73

Tài liệu tham khảo 74

Tài liệu tiếng Việt: 74

1.TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3”, Trung Tâm thông Tin Bưu Điện, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2001 74

2.TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3”, Giáo trình, Học viện CN BCVT, 2004 74

3.Ths Nguyễn Viết Đảm, “Mô phỏng hệ thống viễn thông và ứng dụng Matlab”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2007 74

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

Bảng 1.1 Các yêu cầu về tốc độ số liệu của 3G 3 v

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU xiv

CHƯƠNG I 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA 1

Hình 1.1 Sự tiến hoá lên 3G 2

Hình 1.2 Mô hình mạng IMT-2000 6

Hình 1.3 Phổ tần và các giao diện vô tuyến cung cấp cho các dịch vụ 3G 8

Hình 1.4 Phân bổ phổ tần cho hệ thống 3G ở Châu Âu và ở Mỹ 11

Hình 1.5 Cấu trúc băng tần hoạt động cho các đầu cuối di động 13

Hình1.6 Định nghĩa kiến trúc giao diện và khả năng tương tác 14

Hình 1.7 Giao diện vô tuyến định nghĩa cho IMT-2000 15

Hình 1.8 SDOs thực hiện chuẩn hoá giao diện vô tuuyến 15

Hình 1.9 Các phần tử của mạng PLMN 18

Hình 1.10 Kế hoạch hoạt động tiêu chuẩn hoá và thương mại cho WCDMA 19

Hình 1.11 Release 99 21

Hình 1.12 Release 4 22

Hình 1.13 Release 5 (All IP) 22

CHƯƠNG II 23

LỚP VẬT LÝ CỦA WCDMA 23

Hình 2.1 Tổng kết các kênh vật lý đường lên 24

Hình 2.3 Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH 26

Hình 2.4 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và 29

khoảng cách giữa chúng 29

Hình 2.5 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 30

Hình 2.6 Cáu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH 31

Hình 2.7 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH 32

Hình 2.8 Tổng kết các kiểu kênh vật lý đường xuống 33

Hình 2.9 Cấu trúc khung cho DPCH đường xuống 34

Hình 2.10 Truyền dẫn đa mã cho DPCH đường xuống 35

Hình 2.11 Cấu trúc khung cho kênh hoa tiêu chung 37

Hình 2.13 Cấu trúc khung cho kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp P-CCPCH 40

Hình 2.14 Cấu trúc khung cho S-CCPCH 41

Hình 2.15 Cấu trúc khung cho PDSCH 42

Hình 2.16 Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) 44

Hình 2.17 Cấu trúc khung kênh PICH cho trường hợp 18 PI 45

Hình 2.19 Sơ đồ tạo khung AICH 47

CHƯƠNG III 47

CẤU TRÚC MÁY THU RAKE CHO WCDMA 47

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng kênh đường lên cho WCDMA 48

Hình 3.2 Máy thu Rake 49

Hình 3.3 Giải ngẫu nhiên hoá 49

Hình 3.4 Giải trải phổ 50

Hình 3.5 Máy phát 50

Hình 3.6 Tín hiệu vào/ra của kênh vô tuyến 51

Hình 3.7 Giải ngẫu nhiên hoá ở một nhánh máy thu Rake 51

Hình 3.8 Giải trải phổ ở một nhánh máy thu Rake 53

Hình 3.9 Trạm di động mong muốn 54

Hình 3.10a Chip 55

Hình 3.11b Phổ tạp âm 55

Hình 3.12 Định dạng xung và tạp âm Gaussian 57

Hình 3.13 Cấu trúc mã chương trình mô phỏng 60

Hình 3.14 Cấu trúc mã chương trình mô phỏng tổng thể kênh đường lên và đường xuống 61

Hình 3.15 Giao diện đầu tiên của chương trình mô phỏng WCDMA 62

Hình 3.16 Menu thiết lập thông số mô phỏng kênh đường lên WCDMA 62

Hình 3.17 Hộp thoại xuất hiện khi giá trị không nguyên cho độ dài xung 63

Hình 3.18 Hộp thoại xuất hiện khi giá trị số nguyên lẻ được nhập cho độ dài xung .64 Hình 3.20 Hộp thoại xuất hiện khi hệ số trải phổ vượt quá 4, và thiết lập từ 2 đến 6 kênh DPDCH 65

Hình 3.21 Thanh trạng thái thể hiện tiến trình mô phỏng 66

KẾT LUẬN 73

.73

Tài liệu tham khảo 74

Tài liệu tiếng Việt: 74

1.TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3”, Trung Tâm thông Tin Bưu Điện, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2001 742.TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động thế hệ 3”, Giáo trình, Học viện

CN BCVT, 2004 743.Ths Nguyễn Viết Đảm, “Mô phỏng hệ thống viễn thông và ứng dụng Matlab”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2007 74

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1Các yêu cầu về tốc độ số liệu của 3G 3

Bảng 1.2Sự phân bổ tần số quanh vùng 2GHz 9

Bảng 1.3 Ví dụ đăng kí UMTS 10

Bảng 1.4 Phân bổ tần số mới cho các dịch vụ thế ba 11

Bảng 1.5 Các IMT-2000 11

Bảng 2.1 Các trường của DPDCH đường lên 26

Bảng 2.2 Các trường của DPCH và DPCCH đường xuống cho tin dẫn bản tin CPCH 35

Bảng 2.3 Các trường của PDSCH 42

Bảng 3.1 Bảng giá trị trọng số ứng với giá trị biên độ 65

Bảng 3.2 Tổng số cấu hình mô phỏng kênh đường lên 66

Bảng 3.3 Sự tương ứng giữa các giá trị trọng số và biên độ 68

Đề án thứ hai của các đối tác thế hệ ba

AAL2 ATM Adaptation Layer type 2 Lớp thích ứng ATM kiểu 2

ACTS Advanced Communication

Technologies and Services

Các dịch vụ và công nghệ truyền thông tiên tiến

AI Acquisition Indication Chỉ thị bắt

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMPS Advanced Mobile Phone

System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ANSI American National Standards

Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ

ARIB Association of Radio Industried

and Business

Liên hiệp kinh doanh và công nghệ vô tuyến

Access

Truy nhập di động TDMA tiên tiến

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

AuC Authenticication Center Trung tâm nhận thực

AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng

B

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BTFD Blind Transport Format

Detection

Phát hiện khuôn dạng truyền tải mù

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

C CCPCH Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CCTrCH Coded Composite Transport

Channel

Kênh truyền tải đa hợp được mã hóa

CD/CA-ICH Collision Detection / Channel

Assignment Channel

Kênh chỉ thị phát hiện xung đột / ấn định kênh

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

CODIT Code Division Testbed Phòng thí nghiệm phân chia theo mã

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra dư vòng

CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi

CSICH CPCH Status Indication

Channel

Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

D DCA Dynamic Channel Allocation Phân bổ kênh động

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data

Channel

Kênh vật lý số liệu riêng

DS-CDMA Direct Sequence- Code

Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã-chuỗi trực tiếp

DSCH Dowlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

E EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution

Tốc độ số liệu gói tăng cường để phát triển GSM

EGSM Extended Global System for

Mobile Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu mở rộng

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

ETSI European Telecommunication

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu

EVRC Enhanced Variable Rate Coder Bộ mã hóa tốc độ thay đổi tăng cường

F FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số

FRAMES Future Radio Wideband

Multiple Access System

Hệ thống đa truy nhập vô tuyến băng rộng mới

G GGSN Gateway GPRS Support Node Điểm hỗ trợ GPRS cổng

GMLC Gateway Mobile Location

Center

Trung tâm định vị di động cổng

GMM GPRS Mobility Management Quản lý di động GPRS

GMSC Gateway Mobile Services

Switching Center

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng

GPRS General Packet Radio Service/

General Packet Radio System

Dịch vụ vô tuyến gói chung/ Hệ thống vô tuyến gói chung

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đường hầm GPRS

GUI Graphic User Interface Giao diện đồ họa người sử dụng

H HLR Home Location Visiter Bộ ghi định vị thường trú

HSS Home Subscriber Server Server thuê bao tại nhà

I IMEI International Mobile

Equipment Identity

Nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP

ISDN Intergrated Services Digital

Network

Mạng số liên kết dịch vụ

Telecommunication Union

Liên minh Viễn thông quốc tế

IWF Interworking Function Chức năng tương tác

L LMSI Local Mobile Station Identity Nhận dạng trạm di động nội hạt

LMU Location Managerment Unit Đơn vị quản lý định vị

M MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

MRC Maximal Ratio Combining Bộ kết hợp tỉ số cực đại

MRF Multimedia Resource Function Chức năng tài nguyên đa phương tiện

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động

MSRN Mobile Subscriber Roaming

Number

Số chuyển vùng thuê bao di động

N NEC National Electrical Code Mã điện quốc gia

O ODMA Opportunity Driven Multiple

Access

Đa truy nhập theo cơ hội

OFDMA Orthogonal Frequency Division

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển sơ cấp

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

Channel

Kênh vật lý gói chung

PCS Personal Communications

Service

Dịch vụ thông tin cá nhân

PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói

PDSCH Physical Dowlink Shared

Channel

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

PICH Paging Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đất

Channel

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên

PSC Primary SCH/ Primary

Synchronization Code

Kênh đồng bộ sơ cấp / Mã đồng bộ sơ cấp

PSTN Public Switching Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PTMSI Packet Temporary Mobile

Subscriber Identity

Nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời

Q QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương

R RACE I Research of Advanced

Communication Technologies

in Europe

Nghiên cứu các công nghệ truyền thông tiên tiến ở Châu Âu

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RITT Research Institute of

Telecommunications transmission

Viện nghiên cứu truyền dẫn viễn thông

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

S SCCC Serial Concatenated

Convolutional Code

Mã xoắn ràng buộc theo thứ tự

SCCPCH Secondary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp

SCF Service control Function Chức năng điều khiển dịch vụ

SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIM Subscriber Identity Module Mô đun nhận dạng thuê bao

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

SSC Secondary SCH / Secondary

Synchronous Code

Kênh đồng bộ thứ cấp / Mã đồng bộ thứ cấp

STD Selection Transmit Diversity Phân tập phát lựa chọn

STTD Space Time Transmit Diversity Phân tập phát không gian- thời gian

T

TACS Total Acces Communication

System

Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ

TD-CDMA Time Division- Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã- phân chia theo thời gian

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 khuôn dạng truyền tải

TFI Transport Format Indicator Chỉ thị khuôn dạng truyền tải

TIA Telecommunications Industry

Associations

Liên hiệp công nghệ Viễn thông

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất phát

TSTD Time Switched Transmission

UICC UMTS Integrated Circuit Card Card tích hợp UMTS

UMTS Universal Mobile Telephone

System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UPC Universal Personal

Communications

Viễn thông cá nhân phổ biến

UTRA UMTS Terrestrial Radio

Access

Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

UTRAN UMTS Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

V VHE Virtual Home Environment Các phương tiện tại nhà ảo

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú

W

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

W-TDMA Wideband Time Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một nghành công nghệp viễn thông phát triển nhanh nhất và phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin của con người hữu hiệu nhất Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng cao, thông tin di động không ngừng được cải tiến Cụ thể, do xu hướng hiện nay nhu cầu của con người không chỉ truyền thoại mà còn truyền hình ảnh và lưu lượng đa phương tiện, điện thoại có hình, Internet tốc độ cao mà hệ thống thế hệ hai (2G) tuy là công nghệ số nhưng có băng thông hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các dịch vụ này Vì thế, sự ra đời và phát triển mạnh mẽ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là điều tất yếu Hiện nay có hai hệ thống tiêu chuẩn hóa: một chuẩn dựa trên hệ thống CDMA băng hẹp IS-95 được gọi là cdma2000 Chuẩn còn lại là sự kết hợp của tiêu chuẩn Nhật Bản và Châu Âu do Đề án đối tác thế hệ thứ ba (3GPP) đưa ra là WCDMA Để hiểu rõ hơn về hệ thống thông tin di động thế hệ ba mà đặc biệt là hệ thống WCDMA

Dữ liệu được truyền trên cơ sở dạng khung (Frame by Frame) qua một kênh thay đổi theo thời gian Tín hiệu truyền bị sửa sai đi bởi nhiễu đa người sử dụng Tín hiệu

bị lệch lạc hơn nữa bởi AWGN tại đầu vào máy thu Rake Kết hợp phân tập Rake đơn giản được sử dụng tại máy thu Trong đồ án này em cũng đi sâu vào việc mô phỏng tỉ

lệ lỗi bít (BER) ở đường xuốngcho các kênh khác nhau Chương trình mô phỏng là công cụ hữu ích cho việc thiết kế và thực thi của hệ thống.

Nhận thức rõ về sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự tiên phong của lĩnh vực viễn, ảnh hưởng của nó lên các mặt của đời sống xã hội nói chung đặc biệt đối với thông tin vô tuyến Từ kiến thức lĩnh hội được từ Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, trong công tác chuyên môn nghiệp vụ, các lập luận tóm tắt ở trên, trên cơ

sở tính khả thi đặc biệt dưới sự hướng dẫn định hướng của thầy giáo hướng dẫn Ths

Nguyễn Viết Đảm

Đồ án được trình bày gồm ba chương sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống WCDMA

Trong chương này trình bày sự cần thiết ra đời hệ thống thế hệ ba, các hoạt động chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ ba, phân bổ giao diện vô tuyến và phổ tần cho hệ thống thế hệ ba với các phát hành từ Realease 99, Realease 4 , giao diện vô tuyến của UMTS, lộ trình phát triển, mô hình kiến trúc của WCDMA.

Chương 2: Lớp vật lý của WCDMA

Chương 2, đồ án đã tập trung trình bày khá chi tiết về cấu trúc lớp vật lý của WCDMA, đặc biệt là cấu trúc kênh đường lên,đường xuống (ở lớp vật lý) cùng với

các kỹ thuật liên quan như: cấu trúc khung của các loại kênh đường lên DPDCH, DPCCH, PRACH, PCPCH, hoạt động chi tiết của chúng

Chương 3: Cấu trúc máy thu RAKE cho WCDMA

Từ những vấn đề đã nghiên cứu chi tiết ở các chương trên, chương III miêu tả chi tiết về cấu trúc máy thu Rake, mô hình mô phỏng,và từ đó đưa ra các kết quả mô phỏng và những phân tích đánh giá chúng Số liệu được truyền đi trên cơ sở khung nối khung qua một kênh đa đường thay đổi theo thời gian Máy thu thiết kế máy thu RAKE kết hợp phân tập thu Nhiễu đa truy nhập MAI được xét đến Mô hình không bao gồm mã hóa sửa lỗi, phân tập ăng-ten Tuy nhiên, mô hình cho phép nâng cấp,

mở rộng, cập nhật các kỹ thuật này.

Chường này đã thực thi chương trình mô phỏng tín hiệu theo đặc điểm lớp vật lý của hệ thống WCDMA (IMT-2000) Số liệu được truyền dẫn dựa theo từng khung qua một kênh biến đổi theo thời gian Tín hiệu truyền đi bị sửa đổi sai bởi nhiễu đa truy nhập (MAI) Tín hiệu thêm nữa cũng bị sửa đổi sai bởi AWGN ở phía trước của máy thu Máy thu RAKE phân tập kết hợp đơn giản được sử dụng ở phía thu

Được sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong nghiên cứu và cung cấp

tài liệu của thầy giáo Ths Nguyễn Viết Đảm và ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo

trong bộ môn vô tuyến cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án được hoàn thành với nội dung được giao ở mức độ và phạm vi nhất định Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn, đồ án chắc chắn không chắn khỏi những sai sót, kính mong các thầy cô giáo và các bạn đọc đóng góp kiến chỉnh sửa và hướng phát triển tiếp theo để đồ án hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Nguyễn Viết Đảm, các thầy cô giáo

trong bộ môn vô tuyến và các bạn đã giúp đỡ tận tình trong thời gian học tập và làm

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA

1.1.MỞ ĐẦU

Mục đích của chương là có được cái nhìn tổng quan về quá trình phát triển

của các hệ thống thông tin di động cũng như các hoạt động để chuẩn hoá hệ thống 3G, các giao diện UMTS, cấu trúc hệ thống WCDMA, các mô hình kiến trúc của các

hệ thống thông tin di động 3G với các phát hành từ Realease 99, Realease 4 và quan trọng là cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống WCDMA

1.2 Sự tiến hoá lên 3G

Mục tiêu của hệ thống truyền thông di động thế hệ sau là: cung cấp liên tục các dịch vụ truyền thông băng rộng, và đa dạng các loại hình dịch vụ, chất lượng dịch vụ Dịch vụ cho thế hệ sau bao gồm các dịch vụ như truyền số liệu tốc độ cao, dịch vụ lưu lượng video, đa phương tiện cũng như dịch vụ thoại truyền thống Các hệ thống thế hệ một được thiết kế để mang lưu lượng dịch vụ thoại Tiếp sau nó là các hệ thống tổ ong thế hệ hai Các hệ thống thế hệ ba đánh dấu sự biến đổi quan trọng, cả trong ứng dụng

và lưu lượng từ các chuẩn thế hệ hai Trong khi các hệ thống di động số hiện tại được tối ưu cho truyền thoại, thì truyền thông 3G được định hướng cho lưu lượng thoại đa phương tiện Hình 1.1 cho thấy sự tiến hoá lên các hệ thống tổ ong thế hệ ba:

Hình 1.1 Sự tiến hoá lên 3G

 Hệ thống tổ ong thế hệ đầu tiên

Hệ thống tổ ong thế hệ đầu tiên (1G) được phát triển vào những năm cuối thập niên 70, sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự (FM) Hệ thống điện thoại di động tiên tiến (AMPS) là hệ thống điển hình cho các hệ thống thế hệ đầu tiên AMPS được phát triển bởi Bell Telephone System Nó sử dụng kỹ thuật FM cho truyền dẫn thoại và báo hiệu số cho thông tin điều khiển Các hệ thống thế hệ đầu tiên khác bao gồm:

 AMPS băng hẹp (NAMPS)

 Toàn bộ các hệ thống phương tiện truy nhập (TACS)

 Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu (NMT-900)

Tất cả các hệ thống tổ ong thế hệ đầu tiên đều sử dụng kỹ thuật Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), trong đó mỗi kênh được gán cho một cặp tần số duy nhất trong một cụm của tế bào

 Hệ thống tổ ong thế hệ hai (2G)

Sự phát triển nhanh chóng về số lượng người dùng và sự không thích hợp của các

hệ thống thế hệ đầu tiên là lý do chính của sự tiến triển lên các hệ thống tổ ong thế hệ

hai (2G) Các hệ thống thế hệ thứ hai có ưu điểm về kĩ thuật nén và mã hoá trong công nghệ số Tất cả hệ thống thế hệ hai sử dụng kỹ thuật điều chế số Kỹ thuật đa truy nhập như đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, đa truy nhập phân chia theo

mã CDMA đều được sử dụng cùng với FDMA trong các hệ thống thế hệ hai Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai gồm:

 Hệ thống tổ ong số của Mỹ (USDC) chuẩn IS-54 và IS-136

 Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM)

 Hệ thống số tổ ong Thái Bình Dương (PDC)

 cdmaOne

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh, nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới Chính vì vậy, ITU đã đưa ra đề án để tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba

 Hệ thống tổ ong thế hệ ba (3G)

Hệ thống tổ ong thế hệ thứ ba đang được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ băng rộng như: dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao, video và truyền dẫn ảnh chất lượng cao với cùng chất lượng như các mạng đã có trước Yêu cầu nữa của hệ thống tổ ong thế hệ tiếp theo là:

 Chất lượng thoại có thể so sánh với mạng thoại chuyển mạch công cộng (PSTN)

 Hỗ trợ tốc độ số liệu cao Bảng sau cho thấy tốc độ số liệu yêu cầu của các hệ

thống 3G

Bảng 1.1Các yêu cầu về tốc độ số liệu của 3G

Trong nhà ra ngoài trời và người đi bộ 384 Kbps

 Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch gói và dịch vụ chuyển mạch kênh.

 Sử dụng hiệu quả hơn phổ tần vô tuyến khả dụng.

 Hỗ trợ tính đa dạng về chủng loại các thiết bị di động.

 Tương thích với các mạng trước đó và đưa ra một cách mềm dẻo kỹ thuật và các

dịch vụ truyền thông Internet mới: Băng tần cho đường xuống rộng hơn nhiều so với đường lên.

Các nỗ lực nghiên cứu đã và đang được tiến hành hơn một thập kỷ qua để đưa khả năng đa phương tiện vào trong truyền thông di động Các cơ quan tiêu chuẩn khác nhau và các cơ quan chủ quản đang thử kết hợp các đề xuất đa dạng khác nhau cho các hệ thống tổ ong thế hệ thứ ba

Các hoạt động quốc tế để xây dựng tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động thế hệ ba được tập trung ở những vùng chính sau:

√ Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) - Nhóm di động đặc biệt (SMG) - ở Châu Âu

√ Viện nghiên cứu truyền dẫn viễn thông (RITT) ở Trung Quốc

√ Hiệp hội công nghiệp và thương mại vô tuyến (ARIB) và uỷ ban công nghệ viễn thông (TTC) ở Nhật Bản

√ Hiệp hội công nghệ viễn thông (TTA) ở Hàn Quốc

√ Hiệp hội công nghiệp viễn thông (TIA) và T1P1 ở Bắc Mỹ

Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai gồm: GSM, IS-136, IS-95 và PDC Trong quá trình thiết kế các hệ thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai đã được các cơ quan tiêu chuẩn hóa của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương thích Kết quả là, hai loại mạng lõi thế hệ ba được chuẩn hoá: một được dựa trên báo hiệu GSM MAP và một được dựa trên báo hiệu IS-41 Mạng lõi đầu tiên đang được tiêu chuẩn hoá bởi Dự án cộng tác thế hệ ba (3GPP), và mạng lõi thứ hai đang được tiêu chuẩn hoá bởi Dự án cộng tác thế hệ ba số 2 (3GPP2) Nói chung, 3GPP cố gắng hoà hợp và chuẩn hoá giống với các đề xuất được đưa ra bởi ETSI, ARIB, TCC, TIA,

và T1P1 Truy nhập vô tuyến của hệ thống 3GPP được dựa trên công nghệ WCDMA

và mạng lõi là sự phát triển từ mạng lõi GSM, được dựa trên MAP (thủ tục truy nhập môi trường) Nói một cách khác, 3GPP2 kết hợp và chuẩn hoá các đề xuất 3G được đưa ra bởi TIA và TTA Truy nhập vô tuyến của hệ thống 3GPP2 được dựa trên cdma2000 và mạng lõi là sự phát triển từ mạng lõi của IS-41 Bên cạnh đó, các nhà khai thác quốc tế đã khởi đầu quá trình hoà hợp giữa 3GPP và 3GPP2 trong bối cảnh tiến trình của ITU-R, mà mục tiêu là đạt được kết quả ở kỹ thuật phối hợp mang tính toàn cầu

Trong phần tiếp theo, đồ án sẽ tập trung vào hệ thống 3G được tiêu chuẩn hoá bởi 3GPP, được định nghĩa là Hệ thống thông tin di động toàn cầu (UMTS) UMTS đã được tiêu chuẩn hoá trong một số phát hành, bắt đầu từ phát hành 1999 (R99) và đến phát hành 4 (Rel-4), phát hành 5 (Rel-5), phát hành 6 (Rel-6) v.v Các đặc điểm của mỗi phát hành riêng này sẽ được xem xét ở phần sau UMTS vẫn liên tục được phát triển và những thông tin mới nhất về các phát hành riêng biệt có thể tìm thấy trên

trang web chính thức của 3GPP, www.3gpp org Đặc biệt, mỗi năm có một phiên bản

bị thay thế R99 bị thay tháng 3 năm 2000, Rel-4 là tháng 3 năm 2001, Rel-5 là tháng

3 năm 2002 và Rel-6 đang là tiêu chuẩn hiện thời Trước khi đi vào chi tiết của UMTS, đồ án trình bày về các đề xuất cho 3G mà được phát triển trong bối cảnh của chương trình IMT-2000

Quá trình tiêu chuẩn hoá trong ETSI bắt đầu vào cuối năm 1996 Nhóm đặc trách

về di động của ETSI đã quyết định kế hoạch truy nhập vô tuyến sẽ được dựa trên CDMA băng rộng (WCDMA) trong băng tần đôi (FDD), và trên CDMA phân chia theo thời gian (TD-CDMA) không dùng băng tần đôi (TDD) Truy nhập vô tuyến này được gọi là Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRA), đầu tiên nó được ấn định ở phổ tần 2 x 5 MHz ETSI đã đệ trình đề xuất UTRA đến ITU-R trong bối cảnh tiêu chí chung của IMT-2000

Các đề xuất IMT-2000 từ các cơ quan chuẩn hoá khác cũng được đưa ra để xem xét Trung Quốc đưa ra đề xuất TD-SCDMA cho ITU-R được dựa trên kỹ thuật TD-CDMA đồng bộ cho TDD và các ứng dụng mạch vòng vô tuyến Cơ quan tiêu chuẩn hoá của Nhật Bản ARIB thì đề ra hệ thống WCDMA, cũng giống với đề xuất WCDMA FDD của Châu Âu TTA ở Hàn Quốc có hai đề xuất một tương tự như kế hoạch WCDMA của ARIB và một tương tự như phương pháp cdma2000 của TIA Ở

Mỹ TIA cũng đưa ra một số đề xuất: UWC-136 (một phiên bản phát triển của IS-136), cdma2000 (phiên bản phát triển từ IS-95), và một hệ thống WCDMA được gọi là WIMS T1P1 cung cấp hệ thống WCDMA-NA tương tự UTRA FDD WCDMA-NA

và WIMS WCDMA được hợp nhất vào băng tần gói CDMA (WP-CDMA) và tất cả những kĩ thuật này đều được trình lên ITU-R để xem xét

1.3 IMT-2000 và cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống WCDMA

1.3.1 IMT-2000

Thông tin di động thế hệ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được các dịch vụ mới này Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Công việc phát triển hệ thống di động thế hệ ba bắt đầu khi hội nghị quản lý vô tuyến thế giới (WARC) của ITU (Liên minh viễn thông thế giới) tổ chức hội nghị vào năm 1999, định ra tần số quanh dải 2GHz sẵn có để sử dụng cho các hệ thống thế hệ

ba, cả ở mặt đất và vệ tinh Trong ITU các hệ thống thế hệ ba này được gọi là viễn thông di động quốc tế 2000 (IMT-2000) Trong khung IMT-2000, một số giao diện vô

tuyến khác nhau được định nghĩa cho hệ thống thế hệ thứ ba, được dựa trên công nghệ CDMA hay công nghệ TDMA Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-

2000 là: W-CDMA được xây dựng từ 3GPP, cdma2000 được xây dựng từ 3GPP2

Mô hình tổng quát của mạng IMT-2000 được cho ở hình 1.2

TE: Thiết bị đầu cuối

UI: Giao diện người sử dụng

Hình 1.2 Mô hình mạng IMT-2000

Các dạng thiết bị đầu cuối bao gồm:

 Máy điện thoại cầm tay:

5.Quản lý vị trí 6.Quản lý nhận thực

Mạng truy nhập 1.Phát sung bad thong tin truy nhập hệ thống 2.Phát và thu vô tuyến

3.Điều khiển truy nhập vô tuyến

TE di động

TE di động

TE di động

TE di động

 Hình ảnh di động: được phân loại theo các cấp bậc chất lượng (32/64/128 kbit/s)

 Thoại có hình chất lượng cao với tốc độ không thấp hơn 128 kbit/s

 Thiết bị đầu cuối giống máy thu hình

 Đầu cuối kết hợp máy thu hình và máy tính

 Máy thu hình cầm tay có khả năng thu được MPEG

 Thiết bị đầu cuối số liệu gói

 PC có cửa thông tin cho phép:

 Điện thoại thấy hình

 Văn bản, hình ảnh , truy nhập cơ sở dữ liệu, video

 Đầu cuối PDA

 PDA tốc độ thấp

 PDA tốc độ cao hoặc trung bình

 PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi

 Máy nhắn tin hai chiều

 Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin

Mục tiêu đầu tiên của đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba là giao diện vô tuyến đơn chung toàn cầu IMT-2000 Ở các hệ thống thế hệ thứ ba: giao diện vô tuyến WCDMA được sử dụng ở cả châu Âu và châu Á, bao gồm Nhật Bản và Hàn Quốc, sử dụng các tần số mà WARC-92 đã ấn định cho hệ thống IMT-2000 thế

hệ thứ ba trong vùng 2GHz Tuy nhiên, ở Bắc Mỹ phổ tần đó đã được đấu giá cho các nhà khai thác đang sử dụng các hệ thống thế hệ hai và không có phổ tần mới dùng cho IMT-2000 Do đó các dịch vụ thế hệ ba phải được thực hiện trong băng tần đang tồn tại, và WCDMA cũng có thể được triển khai trong băng tần đang tồn tại ở Bắc Mỹ Phổ tần IMT-2000 toàn cầu không sẵn sàng ở tất cả các nước mà tuân theo phân bổ phổ tần PCS của Mỹ Còn ở một số nước Châu Mỹ LaTinh, như Brazil, kế hoạch phân

bố phổ tần tuân theo phân bố của Châu Âu tại 2GHz

Ngoài WCDMA, các giao diện vô tuyến khác có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ thế hệ ba là EDGE và cdma2000 EDGE (Các tốc độ dữ liệu tiên tiến cho tiến triển GSM ) có thể cung cấp các dịch vụ thế hệ ba với tốc độ bit lên đến 500 kpbs trong khoảng cách sóng mang GSM 200KHz EDGE bao gồm các đặc tính tiên tiến

mà không có trong GSM để cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần và để cung cấp các dịch vụ mới cdma2000 có thể được sử dụng như một giải pháp nâng cấp cho các hệ thống IS-95 đang hoạt động

Các khu vực địa lý với các tần số mà các giao diện vô tuyến khác nhau này được

sử dụng như được cho thấy trong hình 1.2 Trong mỗi khu vực có một số ngoại trừ, ở nội bộ một số nơi các kỹ thuật đa truy nhập đang sẵn sàng được triển khai

Hình 1.3 Phổ tần và các giao diện vô tuyến cung cấp cho các dịch vụ 3G

Hình 1.3 và bảng 1.2 cho thấy phân bổ tần số ở Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và

Mỹ Ở châu Âu và hầu hết Châu Á, dải tần số IMT-2000 (hay WARC-92) 2 x 60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) sẽ được dùng cho WCDMA FDD Tuy nhiên phổ tần TDD lại thay đổi khác nhau ở các nước: ở Châu Âu độ rộng băng tần 25 MHz sẽ dành cho TDD được đăng ký sử dụng trong dải tần 1900-1920 MHz và 2020-

2025 MHz Phần còn lại được sử dụng cho các ứng dụng TDD không đăng ký (SPA: Các ứng dụng tự cấp) trong dải tần 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng các dải tần khác nhau cho đường lên và cho đường xuống, được phân cách bởi khoảng cách song công, trong khi các hệ thống song công sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống

Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy định của IMT-2000 Ở Nhật Bản, một phần phổ tần TDD IMT-2000 đã được sử dụng cho PHS, hệ thống điện thoại không dây (cordless).

Ở Trung Quốc, phổ tần dành trước cho PCS hoặc WLL (Mạch vòng vô tuyến nội hạt) sử dụng một phần phổ tần của IMT-2000, mặc dù chúng chưa được ấn định cho bất cứ nhà khai thác nào Tuỳ thuộc vào quyết định về phân định tần số, sẽ có đến 2 ×

60 MHz của phổ tần IMT-2000 được sử dụng cho WCDMA FDD ở Trung Quốc Phổ tần TDD cũng sẽ được sử dụng ở Trung Quốc

Ở Mỹ vẫn chưa có phổ tần mới nào dùng cho các hệ thống thế hệ ba Cho nên các dịch vụ thế hệ ba có thể được thực thi trong phổ tần PCS đang tồn tại Đối với dải tần PCS ở Mỹ, tất cả các thế hệ ba thay thế có thể được xem xét là: EDGE, WCDMA, cdma2000

EDGE có thể được triển khai trong các tần số GSM900 và GSM1800 hiện đang được sử dụng Những tần số GSM này không được sử dụng ở Hàn Quốc và Nhật Bản Băng tần tổng dùng cho hoạt động GSM900 là 2 × 25 MHz cộng với EGSM 2 × 10 MHz, và cho hoạt động GSM1800 là 2 × 75 MHz EGSM là sự mở rộng của dải tần GSM900 Dải tần GSM tổng không được sử dụng ở tất cả các nước đang sử dụng hệ thống GSM

Đăng kí IMT-2000 đầu tiên được cấp ở Phần Lan vào tháng 3 năm 1999, và sau đó

là Tây Ban Nha năm 2000 và không có cuộc bán đấu giá nào thực hiện ở Phần Lan hay ở Tây Ban Nha Và sau đó Thuỵ Điển cũng nhận được sự cho phép mà không phải đấu giá vào năm 2000 Tuy nhiên ở các nước khác, như Anh, Đức, Italy, một cuộc đấu giá tương tự như cho phổ tần PCS ở Mỹ đã được tiến hành

Một số ví dụ về đăng kí UMTS được cho thấy ở bảng 1.3 ở Nhật Bản và Châu Âu

Số luợng các nhà khai thác UMTS ở mỗi nước là từ 3 đến 6

Bảng 1.3Ví dụ đăng kí UMTS

Quốc gia Số lượng

Số sóng mang FDD (2 × 5 MHz) Cho mỗi nhà khai thác

Số sóng mang TDD (1 × 5 MHz) Cho mỗi nhà khai thác

Hình 1.4 Phân bổ phổ tần cho hệ thống 3G ở Châu Âu và ở Mỹ

Ở Mỹ, phổ tần 1,7/2,1GHz sẽ sớm được đưa vào sử dụng và FCC đã phát hành các quy tắc cho sự hoạt động trên băng tần đã được định nghĩa đó, mặt nạ phổ tần và các chi tiết kỹ thuật cần thiết khác cho sự phát triển thiết bị để bắt đầu triển khai Phổ tần

đó có thể được sử dụng một cách hiệu quả cho truyền tải các dịch vụ thế hệ ba với WCDMA Dải tần 1,7GHz có thể được sử dụng cho đường lên FDD cùng với bản cải tiến GSM1800 và dải tần 2,1GHz được sử dụng cho WCDMA đường xuống sẽ cùng chung với dải WCRA-92 cải tiến Hình 1.4 và bảng 1.4 cho thấy phổ tần cơ bản phân

bổ cho các dịch vụ thế hệ ba 3GPP cũng vừa mới đây định ra các yêu cầu thực hiện WCDMA cho dải tần 800 MHz ở Mỹ và ở Nhật Bản

Bảng 1.4Phân bổ tần số mới cho các dịch vụ thế ba

Dải tần mới ở Mỹ 1710 - 1770 2110 - 2170 2 × 60 MHz

• Uỷ ban truyền thông liên bang (FCC) chi phối hết phổ tần 2 × 45 MHz trong

1710 - 1755 và 2110 -2155 Quy trình đấu giá đã được tổ chức sau đó nhưng các yêu cầu của WCDMA đã được hoàn thành vào tháng 3 năm 2004 cho dải tần này.Bảng 1.5 tổng kết các giao diện không gian, giao diện mạng của ITU và các cơ quan tiêu chuẩn

Bảng 1.5 Các IMT-2000

O

Hệ thống 2G

Giao diện vô

UTRA CDMA/TD-CDMA)

(W-136+/136-IS/136+HSGiao diện

IS-mạng 3G

ANSI-41 nâng cấp

MAP GSM nâng

cấp

MAP GSM nâng cấp

ANSI-41 nâng cấp

Các cơ quan

tiêu chuẩn

TIA TR-45 (được CDG

hỗ trợ)

TIA TR-45 (được UWCC hỗ trợ)

1.3.2 Cấu trúc băng tần hoạt động của hệ thống WCDMA

Hệ thống vô tuyến W-CDMA hoạt động ở băng tần 1920-1980MHz (băng tần A) cho đường lên (từ máy di động đến trạm gốc) và băng tần 2110-2170MHz (băng tần A’) cho đường xuống (từ trạm gốc đến máy di động) Đây là những băng tần cơ bản của IMT-2000 Hai băng tần này đều nằm ở dải tần của thế giới 230MHz, được định nghĩa bởi hội nghị quản lí vô tuyến thế giới của ITU (WARC-92) cho chuẩn thế giới gọi là Hệ thống điện thoại di động công cộng mặt đất tương lai (FPLMTS) - đặt tên lại

là Viễn thông di động quốc tế 2000 (IMT-2000) vào giữa năm 1995 FPLMTS là hệ thống di động vô tuyến số tương thích trên thế giới sẽ thực hiện thống nhất các hệ thống khác nhau ví dụ như các hệ thống tìm gọi (paging),cordless, và hệ thống tổ ong, cũng như hệ thống vệ tinh quỹ đạo trái đất tầm thấp (LEO), vào hạ tầng cơ sở vô tuyến chung mềm dẻo

W-CDMA là một hệ thống song công phân chia theo tần số (FDD) FDD cho phép truyền thông hai chiều đồng thời bằng cách sử dụng hai kênh tần số riêng rẽ Khoảng cách về tần số giữa kênh phát và kênh thu là 190MHz Băng tần thấp hơn (A) mang thông tin từ máy đầu cuối di động đến trạm gốc Băng tần cao hơn (A’) mang thông tin từ trạm gốc đến đầu cuối di động Lưu lượng từ đầu cuối di động đến trạm gốc được gọi là đường lên, và lưu lượng từ trạm gốc đến đầu cuối di động được gọi là đường xuống

Cả băng tần A và A’ đều có độ rộng là 60MHz Chúng được chia thành 12 kênh tần số Mỗi kênh tần số có độ rộng là 5MHz Hai kênh khác nhau 190MHz được gọi là đôi kênh song công (hay khoảng cách song công là 190MHz) Đôi kênh song công

cho phép truyền thông hai đường đồng thời Hình 1.5 cho thấy cấu trúc của băng tần hoạt động cho các đầu cuối di động Mười hai đôi kênh song công cho phép đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) FDMA cho phép số lượng các kênh truyền thông hai chiều có thể được quản lý một cách đồng thời bằng cách gán mỗi cuộc truyền thông cho một đôi kênh song công khác nhau Cấu trúc băng tần hoạt động này tạo ra mười hai kênh trong định nghĩa của FDMA Tuy nhiên, khả năng ghép kênh ở W-CDMA không phải là từ FDMA Nó xuất phát từ phương pháp đa truy nhập theo mã (CDMA) Fukasawa đã cho thấy rằng lưu lượng kênh 5MHz của W-CDMA là 82 Nó gấp 3,4 lần lưu lượng của hệ thống tổ ong tương tự hiện tại (AMPS).

Hình 1.5 Cấu trúc băng tần hoạt động cho các đầu cuối di động

1.4 Cấu trúc hệ thống của WCDMA

1.4.1 WCDMA: Giao diện vô tuyến cho UMTS

Truyền thông cá nhân toàn cầu (UPC) đưa ra khái niệm mới về di động cá nhân và đánh số cá nhân Trong môi trường UPC sự kết hợp đã xác định giữa đầu cuối và nhận dạng người sử dụng bị loại bỏ, tạo ra nền tảng cho di động cá nhân, truyền thông cá nhân bao gồm việc cung cấp cơ bản kết nối trong suốt, vì thế phạm vi các dịch vụ trên thực tế có thể được cung cấp đến người sử dụng một cách tự động khi di chuyển Mục tiêu của các hệ thống di động thế hệ ba là cung cấp cho người sử dụng vùng phủ rộng khắp thế giới thông qua thiết bị cầm tay mà có khả năng chuyển vùng liên tục giữa các mạng (cố định và di động, không dây (cordless) và tổ ong) qua các vùng

mà hiện tại đang sử dụng các kỹ thuật khác nhau Các hệ thống di động thế hệ ba đã đạt được bước tiến xa hơn các hệ thống tổ ong số và các hệ thống cordless đang được

sử dụng

Dưới góc nhìn toàn cầu, IMT-2000 đã thiết lập nền tảng cho hạ tầng viễn thông tương lai IMT-2000 sẽ cung cấp giao diện truy nhập vô tuyến cho hạ tầng viễn thông toàn cầu thông qua hệ thống vệ tinh và mặt đất, đáp ứng nhu cầu người sử dụng dịch

vụ di động Nó đang được phát triển trên nền tảng của khái niệm “họ các hệ thống” được thiết kế để kết nối đến các môđun truyền dẫn khác nhau với cùng thiết bị mạng lõi

Hình1.6 Định nghĩa kiến trúc giao diện và khả năng tương tác

Giao diện vô tuyến được định nghĩa dựa trên các kỹ thuật truy nhập khác nhau Kỹ thuật truy nhập xác định cách người sử dụng truy nhập vào hệ thống Hình 1.6 cho thấy các quan hệ chủ đạo của các giao diện vô tuyến của IMT-2000.Ví dụ, trường hợp IMT-TC (IMT-Mã thời gian), mà trong đó đường lên, đường xuống và những người

sử dụng khác nhau được tách biệt dựa trên truyền dẫn trên các khe thời gian và trên chuỗi trải phổ khác nhau Do đó, WCDMA là kỹ thuật truy nhập được định nghĩa cho

ba giao diện, IMT-DS (IMT-Trải phổ trực tiếp), IMT-MC (IMT-Đa sóng mang), và IMT-TC Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) cũng hỗ trợ cho IMT-TC, IMT-SC (IMT_Sóng mang đơn), IMT-FT(IMT-Tần số thời gian) IMT-FT cũng được cung cấp bởi một kỹ thuật truy nhập ghép hỗn hợp dựa trên FDMA(đa truy nhập phân chia theo tần số) và TDMA

Hình 1.7 Giao diện vô tuyến định nghĩa cho IMT-2000

Các tổ chức phát triển tiêu chuẩn khác nhau (SDOs) đang cùng hợp tác phát triển những chuẩn mới này Kết quả là đưa ra các chuẩn cho giao diện vô tuyến

Hình 1.8 SDOs thực hiện chuẩn hoá giao diện vô tuuyến

1.4.2 Cấu trúc hệ thống của WCDMA

Phần này sẽ xét tổng quan cấu trúc hệ thống UMTS cơ sở cấu trúc hệ thống cho W-CDMA Cấu trúc này bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện Hệ thống UMTS sử dụng cùng cấu trúc như hệ thống thế hệ hai thậm chí cả một phần cấu trúc của hệ thống thế hệ một thể hiện tính kế thừa và tận dụng cơ sở hạ tầng

Hệ thống UMTS chứa nhiều phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng cụ thể Trong tiêu chuẩn các phần tử mạng được định nghĩa ở mức logic, tuy nhiên cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý tương tự, nhất là có một số giao diện mở (để giao diện là mở, cần định nghĩa giao diện này sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau tại các điểm cuối) Có thể nhóm các phần tử mạng theo nhóm đồng chức năng hay theo mạng con mà chúng trực thuộc

Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành: mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN: UMTS Terrestrial RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến; và mạng lõi (CN = Core Network) để thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Để hoàn thiện hệ thống còn có thiết bị người sử dụng (UE: User Equipment) thực hiện giao diện người

sử dụng với hệ thống

Từ quan điểm chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm các giao thức mới, việc thiết kế giao thức này dựa trên nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA mới Trái lại việc định nghĩa CN dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ CN đã biết và đã triển khai

Theo đó, một phương pháp phân loại khác cho mạng UMTS là: chia chúng thành các mạng con Hệ thống UMTS được thiết kế theo mô đun, vì thế tồn tại nhiều phần

tử mạng cho cùng một kiểu Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động

và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép phân chia UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác, các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN: UMTS Public Land Mobile Network) Thông thường mỗi PLMN được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất

và nó được nối đến các PLMN khác cũng như các kiểu mạng khác như ISDN, PSTN, Internet v.v

UE bao gồm hai phần:

 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): là đầu cuối vô tuyến được dùng để

truyền thông không dây trên giao diện Uu

 Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity

Module): là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực thi

các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực, và một số thông tin thuê bao cần thiết khác cho đầu cuối

 UTRAN còn chứa hai phần tử khác nhau như:

 Nút B: để chuyển đổi luồng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu Nó cũng

tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến (Thuật ngữ nút B có cùng ý nghĩa như trạm gốc BS)

 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller): sở hữu và

điều khiển tài nguyên vô tuyến trong vùng của mình (các nút B được kết nối với nó) RNC là điểm truy nhập các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE

 Các phần tử cơ bản của mạng lõi như sau:

 HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú): là một cơ sở dữ

liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ thông tin về

hồ sơ dịch vụ của người sử dụng Lý lịch dịch vụ này gồm: Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

Ký hiệu:

- USIM = User Sim Card: thẻ Sim của người sử dụng

- MS = Mobile Station: Máy điện thoại di động

- RNC = Radio Node Controller: Bộ điều khiển trạm gốc

- MSC = Mobile Services Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động

- VLR = Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú

- SGSN = Servicing GPRS (General Packet Radio Service) Support Node: Điểm hộ trợ

GPRS (Dịch vụ vô tuyến gói chung) đang phục vụ

- GMSC = Gateway Mobile Services Switching Center: Trung tâm chuyển mạch các dịch

vụ di động cổng

- GGSN = Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng

- HLR = Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú

- UTRAN = UMTS Terestrial Radio Access Network:Mạng truy nhập vo tuyến

- CN = Core Network: Mạng lõi

- PLMN = Public Land Mobile Network: Mạng di động công cộng mặt đất

- PSTN = Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

- ISDN = Integrated Services Digital Network: Mạng số liên kết đa dịch vụ

PLMN,PST N,ÍDN,

Cu

Lur Lub

Hình 1.9 Các phần tử của mạng PLMN

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

Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động /Bộ ghi định vị tạm trú) là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch), và chức năng của VLR là lưu giữ bản sao về hồ sơ của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ Phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS

 GMSC (Gateway MSC): là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với

mạng CS bên ngoài

 SGSN (Serving GPRS (General Packet Radio Network Service Node): có chức

năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Phần mạng được truy nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS

 GGSN (Gateway GPRS Support Node): có chức năng giống GMSC nhưng

liên quan đến các dịch vụ PS

 Các mạng ngoài được chia thành hai nhóm:

 Các mạng CS: Các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch kênh giống

như các dịch vụ điện thoại ISDN và PSTN là các thí dụ về các mạng CS

 Các mạng PS: Các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển

mạch gói Internet là một thí dụ về mạng PS

 Các giao diện mở cơ bản dưới đây được định nghĩa:

 Giao diện Cu: là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này

tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

 Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện mà qua đó

UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

 Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN Giống như các giao diện

tương ứng ở GSM: A (chuyển mạch kênh) và Gb (chuyển mạch gói), giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iur: Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ

các nhà sản xuất khác nhau

 Giao diện Iub: Iub kết nối một nút B với một RNC UMTS là hệ thống điện

thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hoá như là một giao diện mở hoàn toàn Giống như các giao diện

mở khác, Iub mở cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này Có lẽ các nhà sản xuất mới tập trung chủ yếu vào các nút B sẽ tham gia vào thị trường này

1.5 Các mô hình kiến trúc của các hệ thống thông tin di động WCDMA

Nhóm nghiên cứu của Châu Âu làm việc về WCDMA được đề xướng trong dự án nghiên cứu của liên minh châu Âu là CDMT (Code Division Multiple Testbed: Phòng thí nghiệm đa truy nhập theo mã) và FRAME (Future Radio Multiple Acess Scheme:

Sơ đồ đa truy nhập vô tuyến tương lai) và trong các công ty truyền thông không dây lớn của Châu Âu, bắt đầu vào những năm 90 Các dự án đó cũng đưa ra các hệ thống WCDMA thử nghiệm nhằm đánh giá hiệu năng đường kết nối và đưa ra những hiểu biết cơ bản về WCDMA cần thiết cho việc chuẩn hoá Vào năm 1998 cơ quan chuẩn hoá của Châu Âu ETSI đã quyết định đưa WCDMA là giao diện vô tuyến thế hệ ba Công việc chuẩn hoá chi tiết đã được tiến hành như một phần của tiến trình chuẩn hoá của 3GPP Bản chi tiết đầy đủ đầu tiên được hoàn thành vào cuối năm 1999

Mạng đầu tiên được hoạt động ở Nhật năm 2001 cho sử dụng thương mại ở những khu vực quan trọng và ở Châu Âu là đầu năm 2002 cho pha thử nghiệm tiền thương mại Năm 2003 chứng kiến một số ít mạng hoạt động, tuy nhiên một lượng lớn mạng hoạt động thực sự được hy vọng là sẽ diễn ra sau đó, vào năm 2004, với sự lựa chọn

đa dạng hơn các thiết bị đầu cuối có thể sử dụng của WCDMA

Hình 1.10 Kế hoạch hoạt động tiêu chuẩn hoá và thương mại cho WCDMA

Quay trở lại lịch sử của GSM, chúng ta nhận thấy rằng kể từ khi mạng GSM được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào tháng 7 năm 1991 (Radiolinja,Phần Lan), một số nước đã đạt được sự thâm nhập điện thoại tế bào là hơn 50% Ở một số nước khác đạt đến 80% sự thâm nhập và thuê bao GSM toàn cầu đã đạt được hơn một tỷ Những kinh nghiệm của GSM đã cho thấy rằng khi các thiết bị đầu cuối thu hút về kích thước nhỏ với sự tiêu thụ pin ít, thì tỉ lệ đó tăng lên rất cao WCDMA được dự đoán có cùng khuynh hướng vậy

Tất cả các công nghệ được đề xuất về cơ bản có thể đáp ứng các yêu cầu của WCDMA, mặc dù là khó có thể đạt được sự nhất trí trên các vấn đề ví như lưu lượng

của hệ thống chẳng hạn, nguyên nhân là các kết quả mô phỏng rất khác nhau tuỳ thuộc vào các giả định Tuy nhiên, nó sớm trở thành một dấu hiệu cho thấy rằng WCDMA là một ứng cử viên sáng giá cho giao diện vô tuyến 3G Vào tháng 1 năm

1998, ETSI đã đưa ra quyết định lựa chọn WCDMA là chuẩn cho giao diện vô tuyến UTRA (Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) trên các cặp đôi tần số FDD (Song công phân chia theo tần số) Vậy là phải mất đến 10 năm từ khi bắt đầu chương trình nghiên cứu của Châu Âu để quyết định công nghệ dùng cho UTRA Các chuẩn hoá cụ thể của UTRA tiếp tục được thực hiện bởi ETSI cho đến khi công việc được chuyển giao cho

dự án cộng tác thế hệ ba (3GPP) Công việc được bắt đầu chính thức vào cuối năm

1998 và cuối năm 1999 đã cho ra phiên bản đầu tiên với các chi tiết kỹ thuật cụ thể chung là Release 99 (phát hành 99) Các đặc điểm của UMTS phát hành 99 của ETSI thì giống hệt với phát hành 99 của 3GPP cho thấy cấu trúc của mạng 3G phát hành

99 Nó có các đặc điểm đáng chú ý sau:

 Là giao diện vô tuyến mới.

 Phù hợp hơn với dịch vụ gói số liệu.

 Khả năng tương tác với mạng GSM: Giao diện vô tuyến GSM được thay đổi

để phát thông tin của hệ thống CDMA Các mạng WCDMA cũng đồng thời truyền tải thông tin từ mạng GSM Có khả năng thiết lập 2G MSC/VLR để quản lý truy nhập vô tuyến băng rộng, UTRAN

 Mạch logic cao cấp của những ứng dụng (CAMEL): Có khả năng truyền tải

thông tin dịch vụ giữa các mạng Trong tương lai hầu hết CAMEL sẽ được tham gia vào tất cả các giao tác giữa các mạng.

 Các phần tử miền chuyển mạch kênh (CS) có thể quản lý các thuê bao 2G và

3G: Thay đổi (nâng cấp) ở MSC/VLR và HLR/AC/EIR Ví dụ về SGSN: đối với 2G nó chịu trách nhiệm quản lý di động (MM) cho các kết nối số liệu gói Đối với 3G thì RNC và SGSN cùng chịu trách nhiệm đối với MM.

 Các dịch vụ: Ban đầu hệ thống 3G cung cấp các dịch vụ tương tự như 2G

Sau đó các dịch vụ được chuyển sang miền chuyển mạch gói.

 Khuynh hướng: Tách rời các kết nối điều khiển và các dịch vụ Có sự chuyển

dịch dần tới mạng toàn IP và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện.

Quản lý mạng (NMS)

-MSC server: là phần tử điều khiển MGW

-Thoại được chuyển mạch gói (Voice Over IP): Cuộc gọi chuyển mạch kênh được chuyển sang cuộc gọi chuyển mạch gói ở MGW

-CAMEL sẽ có kết nối đến các phần tử chuyển mạch gói (PS).

BSC

C

BTS MS

Số liệu NW

ÍSDN PSTN PSPDN CSPDN Uu

Uu

IMS

Hình 1.12 Release 4

Hình 1.13 Release 5 (All IP)

Phát hành 5 được hoàn thành vào tháng 3/2002:

-Công nghệ truyền tải mới: R99 dựa trên chuyển mạch ATM; R4, R5 dựa trên chuyển mạch IP

-Tất cả lưu lượng từ UTRAN được đòi hỏi dựa trên IP

-Bên cạnh việc truyền tải dựa trên IP thì các giao thức của phát hành 5 được phát triển bởi nhóm đặc trách về kỹ thuật Internet (IETF) cũng ảnh hưởng đến các đặc điểm của WCDMA.Bước tiến tiếp theo trong sự phát triển này là phát hành 6 vào năm

2004 và phát hành 7 vào cuối năm 2005

1.6 Kết luận

Trên đây đã trình bày về sự tiến hoá từ các hệ thống tổ ong thế hệ 1 lên các hệ thống tổ ong thế hệ 3 với các đặc điểm của chúng, qua đó cho thấy sự cần thiết tiến lên 3G Tuy nhiên con đường tiến lên 3G không đơn giản mà nó phải đang trải qua một quá trình tiêu chuẩn hoá mang tính quốc tế phức tạp Cuối cùng thì ITU cũng đưa

ra hai tiêu chuẩn giao diện vô tuyến cho 3G là: WCDMA và cdma2000 trong đề án IMT-2000 Trong đó WCDMA-FDD là hệ thống mà đố án tập trung nghiên cứu Qua

đó, chương 1 trình bày khá chi tiết về cấu trúc băng tần của hệ thống WCDMA-FDD Như đã đề cập ở trên, W-CDMA-FDD hoạt động ở dải tần 2GHz với đường lên (từ máy di động đến trạm gốc) ở băng tần 1920-1980 MHz Khoảng cách về tần số giữa kênh phát và kênh thu là 190MHz Băng tần đường lên có độ rộng là 60MHz Từ cái nhìn tổng quan và định hình, mục tiêu của đồ án, chương tiếp theo sẽ trình bày một cách chi tiết về WCDMA ở dạng cấu trúc và hoạt động của nó ở lớp vật lý

BSC

C

BTS MS

UE

GẺRAN

CN PS Domain UTRAN

Uu

IMS

IP/AT M

IP/AT M

IP/AT M

CHƯƠNG II LỚP VẬT LÝ CỦA WCDMA 2.1 MỞ ĐẦU

Lớp vật lý (lớp 1) ảnh hưởng lớn lên 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 Từ quan điểm dịch

vụ, các hệ thống thế hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì thế không thể thiết kế lớp vật

lý chỉ cho một dịch vụ tiếng duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai Lớp vật lý ở W-CDMA do sử dụng công nghệ CDMA nên rất khác với lớp vật lý ở GSM và GPRS Ngoài ra tổ chức các kênh ở lớp này cũng phức tạp hơn tổ chức các kênh ở thế hệ ba rất nhiều Lớp vật lý cũng là đặc thù riêng của các hệ thống thông tin vô tuyến

Kỹ thuật truy nhập lớp vật lý được dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp băng rộng (WCDMA) với hai chế độ song công FDD và TDD Lớp 1 cung cấp các dịch vụ truyền tải số liệu cho các lớp cao hơn Nó có hai giao diện

vô tuyến mở: một với lớp MAC thông qua các kênh truyền tải và giao diện kia với lớp RRC mà điều khiển cấu trúc của lớp vật lý Mỗi kênh truyền tải được đặc trưng bởi khuôn dạng truyền tải của nó Lớp vật lý hoạt động với cấu trúc tuần tự dựa trên

khoảng thời gian cở sở là 10 ms gọi là một khung vô tuyến và nó được chia thành 15 khe thời gian, mỗi khe thời gian thì khác nhau cho mỗi chế độ song công

WCDMA định nghĩa hai kênh vật lý dành riêng cho cả hai đường truyền:

 Kênh vật lý số liệu dành riêng (DPDCH): để mang dữ liệu dành riêng được tạo

DPDCH Ngoài ra, các kênh vật lý dùng chung được định nghĩa như sau:

 Các kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp và thứ cấp (CCPCH) để mang kênh

chung đường xuống

 Các kênh đồng bộ để tìm kiếm tế bào (SCH)

 Kênh truy nhập vật lý ngẫu nhiên (PRACH