Giải thuật MAP cho mã turbo trong WCDMA

Thông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hàng ngày. Máy di động ngày nay đã trở thành một vật dụng không thể thiếu với mỗi người, nó đáp ứng những nhu cầu liên lạc của người dùng.Tuy nhiên nhu cầu con người luôn luôn được nâng cao và công nghệ di động phổ biến nhất hiện giờ là GSM không đáp ứng được những nhu cầu mới như nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ đặc biệt như: điện thoại thấy hình, Video trực tuyến, email… đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao và băng thông lớn. Vì thế công nghệ 3G ra đời như một bước đột phá công nghệ di động, nó cung cấp băng thông rộng hơn cho mỗi người sử dụng qua đó đáp ứng được những nhu cầu mới của người sử dụng.Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới và đặc biệt cũng đang được triển khai và ứng dụng ở nước ta. Các công ty viễn thông được triển khai công nghệ 3G trên băng tần 19002200MHz dựa trên công nghệ WCDMA.

LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn khoa viễn thông I - Học viện công nghệ bưu chính viễn thông đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện tốt đề tài nghiên cứu này. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS.Nguyễn Viết Đảm, người thầy đã tận tình huớng dẫn và chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này. Em kính chúc thầy luôn mạnh khoẻ để giảng dạy được nhiều thế hệ sinh viên hơn nữa. Xin cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và ủng hộ của gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này. Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót về kiến thức, và những kinh nghiệm thực tế. Em mong nhận được sự thông cảm, góp ý tận tình và chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để đề tài nghiên cứu của chúng em được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 25 tháng 11 Năm 2013 Sinh viên GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Mục lục MỤC LỤC Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An 2 GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An 3 GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ tiếng anh Dịch nghĩa tiếng việt 3G Third Generation Technology Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3GPP* 3rd Generation Partnership Project Dự án hợp tác thế hệ thứ 3 A ACS Add-Compara-Select Cộng-so sánh-chọn AICH Acquisition Indicator Channel Kênh chỉ thị thu nhận ATM Asynchronous Trafer Mode Chế độ truyền dị bộ B BCH Broatcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BG Border Gateway Cổng biên BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channnel Kênh gói chung đường lên CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra vòng dư CRNC Control RNC Bộ điều khiển RNC CS Circuit Switching Chuyển mạch kênh CSCF Connection State Control Function Chức năng điểu khiển trạng thái kết nối D DPCCH Delicated Physical control channel Kênh điều khiển vật lý riêng Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Thuật ngữ viết tắt DPDCH Delicated Physical data channel Kênh số liệu vật lý riêng DRNC Drif RNC RNC trôi DSCH Dowlink Shared Channnel Kênh đường xuống dùng chung F FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FDD Frequency Division Duplexing Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy xuất phân chia theo tần số G GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS Gereral Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống di động toàn cầu H HE Home Environment Môi trường nhà HLR Home Location Register Thanh ghi thường trú HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú I IMT International Mobile Telecommunications Viễn thông di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức internet ITU International Telecommunications Union Liên minh viễn thông quốc tế Iub Giao diện giữa RNC và node B Iur Giao diện giữa 2 RNC L LLR Log-likelihood Ratio Hàm log của tỷ lệ likelihood M MAP Maximum A Posteriori Probability Xác suất hậu nghiệm cực đại Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Thuật ngữ viết tắt ME Mobile Equipment Thiết bị di động MGCF Media Gateway Control Function Chức năng điều khiển cổng phương tiện MGW Media Gateway Cổng truyền thông MRF Multimedia Resource Function Chức năng quản lý tài nguyên đa phương tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di động P PCH Paging Channel kênh tìm gọi pdf Power density function Hàm mật độ xác suất PCCC Parallet Concatened Convolutional Code Mã xoắn móc nối song song PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PS Packet Switching Chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng R RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RSC Recursive Systematic Convolutional Mã xoắn hồi quy hệ thống R-SGW Roaming Signalling Gateway Cổng báo hiệu chuyển mạch S SC Systematic Convolutional Mã xoắn hệ thống SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SGSN Serving General Packet Radio Service Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ. SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn SNR Signal to Noice Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Thuật ngữ viết tắt SRNC Serving RNC RNC phục vụ T TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian T-SGW Transport Signalling Gateway Cổng báo hiệu truyền tải U UE User Equipment Thiết bị người sử dụng UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu USIM UMTS Subscriber Identify Module Thẻ dùng nhận dạng thuê bao UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất theo tiêu chuẩn UMTS V VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú W WCDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An LỜI NÓI ĐẦU Thông tin di động đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hàng ngày. Máy di động ngày nay đã trở thành một vật dụng không thể thiếu với mỗi người, nó đáp ứng những nhu cầu liên lạc của người dùng. Tuy nhiên nhu cầu con người luôn luôn được nâng cao và công nghệ di động phổ biến nhất hiện giờ là GSM không đáp ứng được những nhu cầu mới như nhu cầu truy cập thông tin với tốc độ đặc biệt như: điện thoại thấy hình, Video trực tuyến, email… đòi hỏi tốc độ truyền số liệu phải cao và băng thông lớn. Vì thế công nghệ 3G ra đời như một bước đột phá công nghệ di động, nó cung cấp băng thông rộng hơn cho mỗi người sử dụng qua đó đáp ứng được những nhu cầu mới của người sử dụng. Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước trên thế giới và đặc biệt cũng đang được triển khai và ứng dụng ở nước ta. Các công ty viễn thông được triển khai công nghệ 3G trên băng tần 1900-2200MHz dựa trên công nghệ WCDMA. Xuất phát từ ý tưởng tìm hiểu về hệ thống WCDMA và đặc biệt được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy ThS.Nguyễn Viết Đảm chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu : “Giải thuật-giải mã Turbo-MAP trong W-CDMA” . Đề tài của chúng em xin trình bày gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan mạng 3G WCDMA UMTS. Chương 2: Lớp vật lý trong WCDMA. Chương 3: Giải thuật MAP cho mã Turbo trong W-CDMA. Trong quá trình làm đề tài khó tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An Page GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Chương 1:Tổng quan mạng 3G WCDMA UMTS CHƯƠNG I TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động 1.1.1 Giới thiệu Ra đời vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội. Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người ngày càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần thiết và tính tiện dụng của nó. Cho đến nay, hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ thế hệ di động thế hệ 1 đến thế hệ 3 và thế hệ đang phát triển trên thế giới – thế hệ 4. 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Hình 1.1. Hệ thống đa truy nhập FDMA Đặc điểm: - Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. - Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. - Trạm BTS phải có bộ thu – phát riêng làm việc với mỗi MS. 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 Tất cả hệ thống thông tin di động 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy nhập: Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An Page GVHD: ThS. Nguyễn Viết Đảm Chương 1:Tổng quan mạng 3G WCDMA UMTS 1.1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) Hình 1.2. Đa truy nhập theo thời gian TDMA Đặc điểm: - Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. - Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. - Giảm số máy thu phát ở BTS. - Giảm nhiễu giao thoa. 1.1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Hình 1.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Đặc điểm của CDMA: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. - Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA. - Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt. 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba hay còn gọi là hệ thống thông tin di động 3G. Công nghệ này gồm nhiều cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. 3G mang lại cho người dùng nhiều dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An Page [...]... rộng, vì thế không thể thiết kế lớp vật lý chỉ cho dịch vụ thoại duy nhất mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ trong tương lai Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An Page GVHD: ThS Nguyễn Viết Đảm WCDMA Chương 3 :Giải thuật MAP cho mã Turbo trong CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT MAP CHO MÃ TURBO TRONG WCDMA 3.1 Khái niệm mã Turbo 3.1.1 Hàm khả năng (Likelihood Function)... chế độ phân tập phát Đối với mỗi khung 10 ms thì giải mã TFCI từ khung DPCCH để nhận được tốc độ bit và các thông số giải mã cho DPDCH Đối với khoảng thời gian truyền dẫn (TTI)10, 20, 40 hay 80 ms giải mã số liệu DPDCP Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An Page GVHD: ThS Nguyễn Viết Đảm Chương 2:Lớp vật lý trong WCDMA Đường xuống cũng thực hiện chức năng như... vào hệ thống Trong khi đó tốc độ kênh này phải thấp để ít ảnh hưởng đến dung lượng của hệ thống Mã hoá kênh cho P-CCPCH là mã xoắn có tỉ lệ ½ với đan xen 20 ms trên hai khung liên tiếp Để cải thiện chất lượng có thể sử dụng phân tập truyền vòng hở cho P-CCPCH Lúc này UE sẽ có thông tin trước khi giải mã BCH trong quá trình tìm kiếm cell đầu tiên 2.2.4.3 Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)... (CPCH) Hình 2.1 Các kênh truyền Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) tải trong WCDMA 2.1.1 Kênh quảng bá (BCH) BCH là kênh truyền tải đường xuống, kênh này phát quảng bá các thông tin về hệ thống và các ô như là mã truy nhập ngẫu nhiên, những khe truy nhập trong một ô tế bào hoặc loại phân tập đang dùng Mỗi trạm di động phải giải mã kênh này trước khi Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường,... chủ yếu của 3G gồm: - WCDMA: là nền tảng chuẩn UMTS, dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ trực tiếp - CDMA 2000: là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95 - TD-CDMA (Time-division-CDMA): là một chuẩn dựa trên kỹ thuật song công phân chia theo thời gian - TD-SCDMA: chuẩn này được biết đến ít hơn Đang được phát triển ở Trung Quốc nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho WCDMA 1.1.5 Hệ thống thông... Nguyễn Viết Đảm SF = Chương 2:Lớp vật lý trong WCDMA 512 2 k (2.2) 2.2.4 Cấu trúc kênh chung đường xuống 2.2.4.1 Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh hoa tiêu chung là một kênh không điều chế, được ngẫu nhiên hoá bằng một mã ngẫu nhiên đặc thù cell Chức năng của nó là hỗ trợ việc đánh giá kênh trong thiết bị đầu cuối cho các kênh riêng và đảm bảo tham chuẩn đánh giá kênh cho các kênh chung khi chúng không liên... giao diện trong mạng, để có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ - Giao diện Cu: là giao diện chuẩn cho các card thông minh Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE - Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA trong UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa node B và đầu cuối - Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần: IUPS cho miền... dần từ R4 sang R5 Nhóm: Vũ Văn Nam, Đỗ Quốc Bình, Trần Văn Trường, Nguyễn Văn Cường, Phạm Hoài An Page GVHD: ThS Nguyễn Viết Đảm Chương 2:Lớp vật lý trong WCDMA CHƯƠNG 2 LỚP VẬT LÝ TRONG WCDMA Trong mô hình giao thức OSI, những giao thức giao diện vô tuyến trong hệ thống UTRAN có thể được mô tả bằng cách sử dụng mô hình giao thức ba lớp: Lớp 1 còn được gọi là lớp vật lý Lớp 2 bao gồm những phân lớp nhỏ:... tin địa chỉ cần thiết cho chuyển mạch Công nghệ 3G WCDMA UMTS được phát triển từ những năm 1999 khi mà công nghệ chuyển mạch gói ATM đang khá phát triển, nên các chuẩn của công nghệ 3G cũng được xây dựng dựa trên công nghệ ATM Tuy nhiên hiện nay và tương lai mạng viễn thông sẽ được xây dựng trên cơ sở internet 1.3 Hệ thống 3G WCDMA UMTS 1.3.1 Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA UMTS 3G WCDMA UMTS được xây dựng... IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, NRC và nút B ● RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc (node B) và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền . thuật -giải mã Turbo -MAP trong W-CDMA” . Đề tài của chúng em xin trình bày gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan mạng 3G WCDMA UMTS. Chương 2: Lớp vật lý trong WCDMA. Chương 3: Giải thuật MAP cho mã Turbo. công nghệ WCDMA. Xuất phát từ ý tưởng tìm hiểu về hệ thống WCDMA và đặc biệt được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy ThS.Nguyễn Viết Đảm chúng em đã hoàn thành đề tài nghiên cứu : Giải thuật -giải. theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Hình 1.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Đặc điểm của CDMA: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. - Kỹ thuật