KỸ THUẬT WCDMA TRONG MẠNG DI ĐỘNG (CD CÔNG THƯƠNG)

đề tài báo cáo kỹ thuật WCDAM hoàn chỉnh các bạn tham khảo nhé

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT WCDMA GVHD: Lê Quốc Chiến SVTH: Đào Văn Thắng KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TP.Hồ Chí Minh , Tháng 07 Năm 2016 MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU MẠNG DI ĐỘNG WCDMA .1 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP WCDMA 1.3.TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ .6 1.4.ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT .7 1.5.CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 1.6.MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE 10 1.7.CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA .12 1.8.TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN .13 1.9.TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG 16 CHƯƠNG III GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA UMTS .20 1.3.CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 22 1.4.CÁC KÊNH CỦA WCDMA 26 1.5.CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG .34 1.6.PHÂN TẬP PHÁT .35 1.7.ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA 38 1.8.CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA 40 1.9.CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE 42 1.10.AMR CODEC CHO W-CDMA 43 THÔNG TIN DI ĐỘNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHƯƠNG I GIỚI THIỆU MẠNG DI ĐỘNG WCDMA 1.1 Giới thiệu mạng di động WCDMA WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) công nghệ 3G hoạt động dựa CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA hệ thống sử dụng chuỗi trải phổ trực tiếp Nghĩa luồng thông tin trải băng thông rộng việc nhân luồng liệu với chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên PN Để hỗ trợ việc truyền liệu tốc độ cao, hệ số trải phổ (SF) thay đổi kết nối dựa nhiều mã trải phổ hỗ trợ WCDMA Tốc độ chip sử dụng WCDMA có tốc độ 3.84 Mc/s tương ứng với băng tần truyền dẫn WCDMA MHz (đối với CDMA2000 băng tần truyền dẫn 3x1.25 Mhz 3.75 MHz) Băng thông truyền dẫn lớn WCDMA việc nhằm hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao mang lại vài ưu điểm khác như: tăng hệ số phân tập đa đường WCDMA hỗ trợ truyền dẫn tốc độ thay đổi, hay nói cách khác khái niệm sử dụng băng thông theo nhu cầu thực Trong khung truyền dẫn tốc độ liệu cố định Tuy nhiên tốc độ liệu khung truyền dẫn khác giống khác WCDMA có hai chế độ hoạt đông FDD TDD Đối với FDD cặp tần số sóng mang với độ rộng MHz sử dụng cho kênh truyền dẫn hướng lên hướng xuống cách tương ứng Trong chế độ TDD có sóng mang độ rộng MHz sử dụng cho đường lên đường xuống theo kiểu phân chia theo thời gian TDD sử dụng giải băng tần không chia cặp Bảng Các thông số WCDMA BĂNG TẦN KÊNH 5MHZ Cấu trúc kênh hướng xuống Trải phổ trực tiếp Tốc độ chip 3.84 Mc/s Lặp 0,22 Độ dài khung 10 ms QPSK cân (hướng xuống) Điều chế trải phổ QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp QPSK (hướng xuống) Điều chế liệu BPSK (hướng lên) THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Phát kết nối Ghép kênh hướng lên Đa tốc độ Hệ số trải phổ Điều khiển công suất Trải phổ (hướng lên) Trải phổ (hướng xuống) Chuyển giao Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên hướng xuống) Không có kênh pilot chung hướng xuống Kênh điều khiển, kênh pilot ghép thời gian Ghép kênh I&Q cho kênh liệu kênh điều khiển Trải phổ đa mã khả biến – 256 Vòng hở vòng khép kín (tốc độ 1,6KHz) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã Gold 218 Mã trực giao dài để phân biệt kênh, mã Gold 241 Chuyển giao mềm (Soft handoff) Chuyển giao khác tần số 1.2 Cấu trúc mạng WCDMA Hệ thống WCDMA xây dựng sở mạng GPRS Về mặt chức chia cấu trúc mạng WCDMA làm hai phần: mạng lõi (CN) mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN), mạng lõi sử dụng toàn cấu trúc phần cứng mạng GPRS mạng truy nhập vô tuyến phần nâng cấp WCDMA Ngoài để hoàn thiện hệ thống, WCDMA có thiết bị người sử dụng (UE) thực giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, UE UTRAN bao gồm giao thức thiết kế dựa công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi định nghĩa hoàn toàn dựa GSM Điều cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu sở công nghệ GSM THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Hình 1: Cấu trúc mạng WCDMA  UE (User Equipment) Thiết bị người sử dụng thực chức giao tiếp người sử dụng với hệ thống UE thiết bị cầm tay thiết bị lắp đặt bên ô tô Càng ngày UE chế tạo nhỏ gọn, đại tiện lợi cho người sử dụng UE gồm hai phần : - Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu - Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM): Là thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực thuật toán nhận thực, lưu giữ khóa nhận thực số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối  UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực chức liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử : -Nút B : Thực chuyển đổi dòng số liệu giao diện I ub Uu Nó tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến - Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức sở hữu điều khiển tài nguyên vô tuyến vùng (các nút B kết nối với nó) RNC điểm truy cập tất dịch vụ UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN  CN (Core Network) - HLR (Home Location Register): Là ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin lý lịch dịch vụ người sử dụng Các thông tin bao gồm: Thông tin dịch vụ phép, vùng không chuyển mạng thông THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ tin dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng gọi, số lần chuyển hướng gọi - MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là tổng đài (MSC) sở liệu (VLR) để cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE vị trí MSC có chức sử dụng giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức lưu giữ lý lịch người sử dụng vị trí xác UE hệ thống phục vụ - GMSC(Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng ): Làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng Do GMSC đặt điểm kết nối UMTS với mạng chuyển mạch kênh bên - IWF (chức tương tác): bao gồm thiết bị để thích ứng giao thức truyền dẫn IWF cho phép mạng WCDMA kết nối với mạng khác như: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh (CSPND), mạng PSTN, mạng ISDN mạng PLMN khác - EIR: thực quản lý thiết bị người sử dụng UE EIR lưu tất liệu liên quan đến UE EIR nối đến MSC SGSN qua đường báo hiệu để kiểm tra phép thiết bị Một thiết bị không phép bị cấm -AUC (Trung tâm nhận thực ): Quản lý thông tin nhận thực mật mã hoá liên quan đến cá nhân thuê bao dựa khoá bí mật Việc quản lý thuê bao thực thông qua khoá nhận dạng bí mật cho thuê bao Khoá lưu giữ vĩnh cửu bí mật nhớ UE -SGSN (Node hỗ trợ GPRS phục vụ): cung cấp việc định tuyến gói tin từ/tới vùng dịch vụ SGSN Nó phục vụ tất thuê bao sử dụng dịch vụ gói nằm vùng phục vụ Một thuê bao sử dụng dịch vụ gói SGSN mạng phục vụ tuỳ thuộc vào vị trí thuê bao Phần mạng thâm nhập qua SGSN thường gọi vùng PS -GGSN (Node hỗ trợ GPRS cổng ): GGSN nối tới mạng mạng Internet, mạng X.25 Nhìn từ mạng GGSN đóng vai trò định tuyến cho mạng tới mạng WCDMA GGSN tiếp nhận số liệu (có địa người sử dụng định) kiểm tra, địa tích cực GGSN gửi số liệu tới SGSN tương ứng để phục vụ UE Trong trường hợp địa không tích cực số liệu thu bị loại bỏ Các gói tin từ UE nguồn định tuyến đến mạng đích thông qua GGSN  Các mạng - Mạng CS: Mạng kết nối cho dịch vụ chuyển mạch kênh - Mạng PS: Mạng kết nối cho dịch vụ chuyển mạch gói THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ  Các giao diện vô tuyến - Giao diện CU: Là giao diện thẻ thông minh USIM ME Giao diện tuân theo khuôn dạng chuẩn cho thẻ thông minh - Giao diện UU: Là giao diện mà qua UE truy cập phần tử cố định hệ thống mà giao diện mở quan trọng UMTS - Giao diện IU: Giao diện nối UTRAN với CN, cung cấp cho nhà khai thác khả trang bị UTRAN CN từ nhà sản xuất khác - Giao diện IUr: Cho phép chuyển giao mềm RNC từ nhà sản xuất khác - Giao diện IUb: Giao diện cho phép kết nối nút B với RNC I Ub tiêu chuẩn hóa giao diện mở hoàn toàn THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP WCDMA 1.3 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 1.3.1 Các hệ thống thông tin trải phổ Trong hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần vấn đề quan tâm hệ thống thiết kế để sử dụng độ rộng băng tần tốt Trong hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết để phát nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần nguồn Trong hệ thống điều tần độ rộng băng tần vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào số điều chế Đối với tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có giá trị với tốc độ bit nguồn Độ rộng băng tần xác cần thiết trường hợp phụ thuộc kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v ) Trong hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần tín hiệu mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước phát Một hệ thống thông tin số coi SS nếu: * Tín hiệu phát chiếm độ rộng băng tần lớn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin * Trải phổ thực mã độc lập với số liệu Có ba kiểu hệ thống SS bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng nhận hệ thống lai ghép từ hệ thống nói WCDMA sử dụng DSSS DSSS đạt trải phổ cách nhân luồng số cần truyền với mã trải phổ có tốc độ chip (R c=1/Tc, Tc thời gian chip) cao nhiều tốc độ bit (R b=1/Tb, Tb thời gian bit) luồng số cần phát Hình 2.1 minh họa trình trải phổ T b=15Tc hay Rc=15Rb Hình 2.1a cho thấy sơ đồ đơn giản trải phổ DSSS luồng số cần truyền x có tốc độ R b nhân với mã trải phổ c tốc độ R c để luồng đầu y có tốc độ R c lớn nhiều so với tốc độ R b luồng vào hình 2.1 biểu thị trình trải phổ miền thời gian miền tần số Tại phía thu luồng y thực giải trải phổ để khôi phục lại luồng x cách nhân luồng với mã trải phổ c giống phía phát: x=y×c THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ x, y c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, mã trải phổ; x(t), y(t) c(t) ký hiệu cho tín hiệu vào, mã trải phổ miền thời gian; X(f), Y(f) C(f) ký hiệu cho tín hiệu vào, mã trải phổ miền tần số; T b thời gian bit luồng số cần phát, Rb=1/Tb tốc độ bit luồng số cần truyền; T c thời gian chip mã trải phổ, Rc=1/Tc tốc độ chip mã trải phổ Rc=15Rb Tb=15Tc Hình 2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 1.4 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT Trong trường hợp máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất máy phát tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu nhiễu giảm mạnh máy thu k tách tín hiệu Hiện tượng gọi tượng gần xa Để tránh tượng hệ thống phải điều khiển công suất cho công suất thu nút B tất UE (lý tưởng) Điều khiển công suất WCDMA chia thành: √ Điều khiển công suất vòng hở √ Điều khiển công suất vòng kín Điều khiển công suất vòng hở thực tự động UE thực thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa công suất mà thu từ kênh hoa tiêu phát từ B), UE chưa có kết nối với nút Còn điều khiển công suất vòng kín thực UE kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng hở lại chia thành: THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ √ Điều khiển công suất vòng thực nút B Điều khiển công suất vòng thực nhanh với 1500 lần giây dựa so sánh SIR thu với SIR đích √ Điều khiển công suất vòng thực RNC để thiết lập SIR đích cho nút B Điều khiển công suất dựa so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu với tỷ lệ đích 1.5 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA Thông thường chuyển giao (HO: Handover) hiểu trình kênh lưu lượng UE chuyển sang kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn Tuy nhiên CDMA khái niệm thích hợp cho chuyển giao cứng chuyển giao mềm khái niệm phức tạp hơn, ta xét cụ thể phần Có thể chia HO thành kiểu HO sau: √ HO nội hệ thống xẩy bên hệ thống WCDMA Có thể chia nhỏ HO thành o HO nội hệ thống ô thuộc môt tần số sóng mang WCDMA o √ HO tần số (IF-HO) ô hoạt động tần số WCDMA khác HO hệ thống (IS-HO) ô thuộc hai công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) khác hay chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác Trường hợp thường xuyên xẩy kiểu thứ HO hệ thống WCDMA GSM/EDGE Tuy nhiên IS-HO WCDMA hệ thống hệ thống CDMA khác (cdma2000 1x chẳng hạn) Thí dụ HO RAM HO chế độ UTRA FDD UTRA TDD Có thể có thủ tục HO sau: √ Chuyển giao cứng (HHO) thủ tục HO tất đường truyền vô tuyến cũ UE giải phóng trước thiết lập đường truyền vô tuyến √ Chuyển giao mềm (SHO) chuyển giao mềm (xem hình 2.3) thủ tục UE trì đường vô tuyến nối đến UTRAN Trong chuyển giao mềm UE đồng thời nối đến hay nhiều ô thuộc nút B khác RNC (SHO nội RNC) hay thuộc RNC khác (SHO RNC) THÔNG TIN DI ĐỘNG Page KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ bá) FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập đường xuống) PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi) RACH (Random Access Channel) CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung) DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống) Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển số liệu người sử dụng Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao Kênh chung dường xuống để phát tín hiệu tìm gọi Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển số liệu người sử dụng áp dụng truy nhập ngẫu nhiên sử dụng để truyền số liệu thấp người sử dụng Kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng áp dụng truy nhập ngẫu nhiên sử dụng trước hết để truyền số liệu cụm Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói Chia sẻ cho nhiều UE Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao Các kênh logic chuyển thành kênh truyền tải cho hình 3.6 Hình 3.6 Chuyển đổi LoCH TrCH đường lên đường xuống THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 29 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 1.4.3 Các kênh vật lý Một kênh vật lý coi tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh pha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) kênh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel) Các kênh vật lý tổng kết hình 3.7 bảng 3.4 Hình 3.7 Tổng kết kiểu kênh vật lý Bảng 3.4 Danh sách kênh vật lý Tên kênh DPCH (Dedicated Physical Channel: Kênh vật lý riêng) DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: THÔNG TIN DI ĐỘNG ứng dụng Kênh hai chiều đường xuống/đường lên ấn định riêng cho UE Gồm DPDCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) Trên đường xuống DPDCH DPCCH ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức đường lên ghép mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức Khi sử dụng DPCH, UE ấn định DPDCH Kênh sử dụng để phát số liệu người sử dụng từ lớp cao Khi sử dụng DPCH, UE ấn định DPCCH Kênh sử dụng để điều khiển lớp vật lý Page 30 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Kênh vật lý điều khiển riêng) DPCH DPCCH kênh kèm với DPDCH chứa: ký hiệu hoa tiêu, ký hiệu điều khiển công suất (TPC: Transmission Power Control), thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Các ký hiệu hoa tiêu cho phép máy thu đánh giá hưởng ứng xung kim kênh vô tuyến thực tách sóng quán Các ký hiệu cần cho hoạt động anten thích ứng (hay anten thông minh) có búp sóng hẹp TPC để điều khiển công suất vòng kín nhanh cho đường lên đường xuống TFCI thông tin cho máy thu thông số tức thời kênh truyền tải: tốc độ số liệu thời kênh số liệu nhiều dịch vụ sử dụng đồng thời Ngoài TFCI bị bỏ qua tốc độ số liệu cố định Kênh chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp (FBI: Feeback Information) đường lên để đảm bảo vòng hồi tiếp cho phân tập phát phân tập chọn lựa PRACH (Physical Random Access Channel: Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên) PCPCH (Physical Common Packet Channel: Kênh vật lý gói chung) CPICH (Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung) Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải RACH THÔNG TIN DI ĐỘNG Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải CPCH Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh CPICH: PCPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp) P-CPICH đảm bảo tham chuẩn quán cho toàn ô để UE thu SCH, P-CCPCH, AICH PICH kênh hoa tiêu riêng trường hợp kênh DPCH Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo quán chung phần ô đoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp Chẳng hạn sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH (kênh mang tin tìm gọi) kênh DPCH đường xuống Page 31 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp) S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp) Kênh chung đường xuống Mỗi ô có kênh để truyền BCH SCH (Synchrronization Channel: Kênh đồng bộ) Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp SCH thứ cấp Mỗi ô có SCH sơ cấp thứ cấp Được sử dụng để tìm ô Kênh chung đường xuống Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH PDSCH (Physical Downlink Shared Channel: Kênh vật lý chia sẻ đường xuống) AICH (Acquisition Indication Channel: Kênh thị bắt) PICH (Page Indication Channel: Kênh thị tìm gọi) AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel: Kênh thị bắt tiền tố truy nhập) CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel: Kênh thị phát va chạm CPCH/ấn định kênh) CSICH (CPCH Status Indicator Channel: Kênh thị trạng thái CPCH) THÔNG TIN DI ĐỘNG Kênh chung đường xuống Một ô có hay nhiều S-CCPCH Được sử dụng để truyền PCH FACH Kênh chung đường xuống cặp với PRACH Được sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên PRACH Kênh chung đường xuống cặp với S-CCPCH (khi kênh mang PCH) để phát thông tin kết cuối gọi cho nhóm gọi kết cuối Khi nhận thông báo này, UE thuộc nhóm kết cuối gọi thứ n thu khung vô tuyến S-CCPCH Kênh chung đường xuống cặp với PCPCH để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên cho PCPCH Kênh chung đường xuống cặp với PCPCH Được sử dụng để điều khiển va chạm PCPCH Kênh chung đường xuống liên kết với AP-AICH để phát thông tin trạng thái kết nối PCPCH Page 32 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Các kênh truyền tải chuyển thành kênh vật lý hình 3.8 Hình 3.8 Chuyển đổi kênh truyền tải kênh vật lý Hình 3.9 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên kênh vật lý cung cấp thị lỗi cho khối truyền tải phía thu THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 33 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Hình 3.9 Ghép kênh truyền tải lên kênh vật lý 1.4.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH cho hình 3.10a 3.10b Hình 3.10 Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói Các trủ tục truy nhập ngẫu nhiên hình 3.10a sau UE khởi xướng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH cách phát AP (tiền tố truy nhập) Nếu chấp nhận (OK), nút B phát AICH (chỉ thị phát bắt) đến UE Sau UE phát tin kênh RACH (kênh truy nhập ngẫu nhiên) Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên CPCH sau Dựa thông tin khả dụng kênh PCPCH CSICH thông báo, UE khởi xướng thủ tục truy nhập CPCH kênh chưa sử dụng cách phát AP (tiền tố truy nhập) Nếu nút B chấp nhận (OK) UE phát CP (tiền tố phát va chạm) để thông báo chiếm kênh Cuối nút B phát CD/CA-ICH (chỉ thị phát va chạm ấn định kênh) đến UE Sau UE phát gói kênh CPCH (kênh gói chung) 1.5 CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG Cấu trúc kênh vật lý riêng trình bày hình 3.12 Trong mô hình cặp hai bit thể cặp I/Q (một ký hiệu) điều chế QPSK Từ hình vẽ ta thấy, cấu trúc khung bao gồm chuỗi khung vô tuyến, khung bao gồm 15 khe (dài 10 ms, chứa 38400 chip) khe chứa 2560 chip (dài 0,667 ms) chu kỳ điều khiển công suất (tần số điều khiển công suất 1500 lần giây) THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 34 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Hình 3.12 Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên đường xuống Cấu trúc kênh vật lý riêng đường lên cho khe (một chu kỳ điều khiển công suất) cho hình 3.12 Thông tin riêng lớp cao bao gồm số liệu người sử dụng báo hiệu mang DPDCH đường lên thông tin điều khiển tạo lớp mang DPCCH DPCCH bao gồm ký hiệu hoa tiêu quy định trước (được sử dụng để ước tính kênh tách sóng quán), lệnh điều khiển công suất (TPC: Transmit Power Control), thông tin phản hồi (FBI: Feedback Information) cho phân tập phát vòng kín kỹ thuật phân tập chọn trạm (SSDT: Site Selection Diversity Technique), TFCI (tùy chọn) Có thể không có, hay số (nhiều 6) kênh DPDCH liên kết vô tuyến, có DPCCH cho liên kết DPDCH (hoặc DPDCH) DPCCH ghép chung theo mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức Cấu trúc kênh vật lý riêng đường xuống mô tả hình 3.12.Trên đường xuống kênh riêng (DPCH) đường xuống bao gồm DPDCH đường xuống DPCCH đường xuống ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức Số liệu riêng tạo mức cao DPDCH ghép theo thời gian với bit hoa tiêu, lệnh TPC bit TFCI (tùy chọn) tạo lớp vật lý TFCI có không có, bit TFCI, DTX (phát không liên tục) sử dụng trường tương ứng 1.6 PHÂN TẬP PHÁT Khi nhiều anten thu sử dụng, ta nói máy thu sử dụng phân tập anten thu (Rx) Phân tập Rx sử dụng nút B để tăng dung lượng đường lên vùng phủ sóng Do giá thành không gian chiếm lớn, phân tập anten thu không phổ biến máy đầu cuối Để khắc phục nhược điểm WCDMA sử dụng phân tập phát cho máy đầu cuối Tồn hai kỹ thuật phân tập phát WCDMA: Phân tập vòng hở phân tập vòng kín THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 35 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 1.6.1 Phân tập vòng hở Phân tập phát vòng hở sử dụng mã hóa gọi STTD (Space time Transmit Diversity: phân tập phát không gian thời gian) Sơ đồ máy phát máy thu sử dụng STTD cho hình 3.14a 3.14b MF: Matched Filter: Bộ lọc phối hợp Hình 3.14 Phân tập phát vòng hở WCDMA STTD xây dựng sở mã Alamouti sau :  x − x∗   X(x1 , x ) =  ∗ x x    (3.1) cột chứa ký hiệu phát từ anten cột chứa ký hiệu phát từ anten Các ký hiệu ký hiệu điều chế QPSK (xem hình 3.15) THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 36 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Hình 3.15 Bộ điều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (OSTBC) 2x2 1.6.2 Chế độ vòng kín R3 R4 sử dụng hai khái niệm phân tập phát vòng kín Trong hai chế độ này, thông tin đồng chỉnh pha phát kênh hồi tiếp nhanh (tốc độ 1500 bps) cho phép chọn 16 khả trọng số búp sóng Cả hai khái niệm coi truyền dẫn quán (tạo búp thích ứng kênh) với sử dụng cân kênh chiến lược báo hiệu hồi tiếp khác Kiến trúc máy phát máy thu nút B cho hình 3.16a 3.16b Hì nh 3.16 Phân tập phát vòng kín WCDMA THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 37 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Trong hai chế độ trọng số phát lựa chọn theo thủ tục đây: • Đầu cuối đo kênh hoa tiêu chung CPICH1 CPICH2 phát anten anten • Đầu cuối nhận ước tính kênh cho đường truyền h1 h2 • Vectơ trọng số phát cần thiết W(w1, w2) xác định, lượng tử gửi đến BTS trường FBI kênh DCCH 1.7 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA CDMA nhạy cảm với điều khiển công suất: để hệ thống WCDMA hoạt động bình thường, cần có chế điều khiển công suất tốt để trì tỉ số tín hiệu nhiễu (SIR) mức cho phép Vì nhiều người sử dụng truyền đồng thời tần số, nên mức nhiễu phụ thuộc vào số lượng người sử dụng Tồn hai kiểu điều khiển công suất: Điều khiển công suất vòng hở: cho kênh chung Điều khiển công suất vòng kín: cho kênh riêng DPDCH/DPCCH chia sẻ DSCH Điều khiển công suất vòng hở thường UE trước truy nhập mạng nút B trình thiết lập đường truyền vô tuyến sử dụng để ước lượng công suất cần phát đường lên dựa tính toán tổn hao đường truyền đường xuống tỷ số tín hiệu nhiễu yêu cầu Điều khiển công suất vòng kín có nhiêm vụ giảm nhiễu hệ thống cách trì chất lượng thông tin UE UTRAN (đường truyền vô tuyến) gần với mức chất lượng tối thiểu yêu cầu đối kiểu dịch vụ mà người sử dụng đòi hỏi Điều khiển công suất vòng kín bao gồm hai phần: điều khiển công suất nhanh vòng tốc độ 1500 Hz điều khiển công suất chậm vòng tốc độ 10-100Hz 1.7.1 Điều khiển công suất vòng kín đường lên Sơ đồ điều khiển công suất vòng kín đường lên đựcc cho hình 3.17 THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 38 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Hình 3.17 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường lên 1.7.1.1 Điều khiển công suất vòng đường lên Phương pháp điều khiển công suất nhanh vòng kín lên sau (xem hình 3.17) Nút B thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu nhiễu thu (SIR= Signal to Interference Ratio) hoa tiêu đường lên UL DPCCH so sánh với tỷ số SIR đích (SIRđích) Nếu SIRướctính cao SIRđích nút B thiết lập bit điều khiển công suất DPCCH TPC=0 để lệnh UE hạ thấp công suất (Tùy vào thiết lập cấu hình: 1dB chẳng hạn) , trái lại thiết lập bit điều khiển công suất DPCCH TPC=1 để lệnh UE tăng công suất (1dB chẳng hạn) Chu kỳ đo-lệnh-phản ứng thực 1500 lần giây (1,5 KHz) W-CDMA Tốc độ cao thay đổi tổn hao đường truyền chí nhanh phađinh nhanh MS chuyển động tốc độ thấp 1.7.1.2 Điều khiển công suất vòng đường lên Điều khiển công suất vòng thực điều chỉnh giá trị SIR đích nút B cho phù hợp với yêu cầu đường truyền vô tuyến để đạt chất lượng đường truyền vô tuyến Chất lượng đường truyền vô tuyến thường đánh giá tỷ số bit lỗi (BER: Bit Error Rate) hay tỷ số khung lỗi (FER= Frame Error Rate) Lý cần đặt lại SIRđích sau SIR yêu cầu (tỷ lệ với E c/N0) chẳng hạn FER=1% phụ thuộc vào tốc độ MS đặc điểm truyền nhiều đường Nếu ta đặt SIR đích đích cho trường hợp xấu (cho tốc cao độ nhất) lãng phí dung lượng cho kết nối tốc độ thấp Như tốt để SIR đích thả xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng yêu cầu chất lượng Để thực điều khiển công suất vòng ngoài, khung số liệu người sử dụng gắn thị chất lượng khung CRC Nếu kiểm tra CRC cho thấy BLERướctính> BLERđích SIRđích bị giảm nấc ∆SIR, trái lại tăng lên nấc ∆SIR Lý đặt điều khiển vòng RNC chức thực sau thực kết hợp tín hiệu chuyển giao mềm THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 39 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 1.7.2 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống Điều khiển công suất vòng kín minh họa hình 3.18 UE nhận BLER đích từ lớp cao RNC thiết lập với thông số điều khiển khác Dựa BLER đích nhận từ RNC, thực điều khiển công suất vòng cách tính toán SIR đích cho điều kiển công suất vòng kín nhanh đường xuống UE ước tính SIR đường xuống từ ký hiệu hoa tiêu DL DPCCH Ước tính SIR so sánh với SIR đích Nếu ước tính lớn SIR đích, UE thiết lập TPC=0 UL DPCCH gửi đến nút B, trái lại thiết lập TPC=1 Tốc độ diều khiển công suất vòng 1500Hz Hình 3.18 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường xuống 1.8 CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA Chuyển giao trình thực UE có kết nối vô tuyến để trì chất lượng truyền dẫn Trong WCDMA có chuyển giao cừng chuyển giao mềm 1.8.1 Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) WCDMA giống GSM UE nối đén nút B Khi thực HO đến nút B khác, kết nối đến nút B cũ giải phóng Tất kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng điều khiển công suất dành cho gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói) sử dụng HHO THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 40 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Ngoài HHO sử dụng cho: √ HO hệ thống (giữa UTRAN GSM) √ HO tần số sóng mang khác UTRAN 1.8.2 Chuyển giao mềm/ mềm Chuyển giao mềm (hoặc mềm hơn) sử dụng nhiều kết nối từ UE đến nhiều nút B Danh sách nút B tham gia vào kết nối với UE chuyển giao mềm/mềm gọi “tập tích cực” Có thể quy định kích thước cực đại tập tích cực Thực chất chuyển giao trình ô (đoạn ô) kết nạp vào tập tích cực bị loại khỏi tập tích cực Định kỳ kiện báo cáo (sự kiện 1A, 1B 1C chẳng hạn), SRNC nhận kết đo từ UE để đưa định chuyển giao Sau định chuyển giao, SRNC giửi tin lập lại cấu hình liên kết vô tuyến đồng đến nút B liên quan đồng thời gửi tin RRC lập lại cấu hình kênh vật lý đến UE để nút B UE thực chuyển giao Chuyển giao mềm cho phép tăng số đường truyền thu đường xuống đường lên nhờ tăng tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio): E c/I0 (Ec lượng chip I0 mật độ phổ công suất nhiễu) lượng tăng gọi độ lợi chuyển giao Sơ đồ tổng quát SHO cho hình 3.19 R1a, R1b dải báo cáo cho kiện 1a 1b thiết lập RNC; H 1a, H1b số trễ quy định cho kiện 1a 1b Hình 3.19 Thí dụ giải thuật SHO Trong thí dụ hình 3.19 ta sử dụng kiện báo cáo 1A, 1B 1C Từ hình 3.19 ta thấy: THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 41 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ √ Lúc đầu Chỉ có ô ô nằm tập tích cực √ Tại kiện A (Ec/I0)P-CPICH1 > (Ec/I0)P-CPICH3- (R1a-H1a/2) (Ec/I0)P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô mạnh nhất, (E c/I0)P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô nằm tập tích cực, R 1a số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a thông số trễ kiện (R 1b-H1a/2) 1à cửa sổ kết nạp cho kiện 1A Nếu bất đẳng thức tồn khoảng thời gian ∆T ô kết nạp vào tập tích cực √ Tại kiện C (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 +H1c, (Ec/I0)P-CPICH4 tỷ số tín hiệu nhiễu ô nằm tập tích cực (E c/I0)P-CPICH2 tỷ số tín hiệu nhiễu ô tồi tập tích cực, H 1c thông số trễ kiện 1C Nếu quan hệ tồn thời gian ∆T tập tích cực đầy ô bị loại khỏi tập tich cực ô chỗ tập tích cực √ Tại kiện B (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3- (R1b+H1b) (Ec/I0)P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô yếu tập tích cực, (E c/I0)P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhiễu ô mạnh tập tích cực R 1b số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H 1b thông số số trễ (R 1b+H1b) cửa sổ loại cho kiện 1C Nếu quan hệ tồn khoảng thời gian ∆T ô bị loại khỏi tập tích cực 1.9 CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE Các thông số máy thu máy phát quan trọng phần vô tuyến UE cho bảng bảng 3.2 Các thông số chung Tần số công tác Phân cách song công chuẩn Băng tần I: 2110-2170 MHz Băng tần II: 1930-1990 MHz Băng tần III: 1805-1880 MHz Băng tần I: 190 MHz Băng tần II: 80 MHz Băng tần III: 95 MHz Các thông số máy thu Độ nhạy Băng tần 1: -117dBm Băng tần II: -115dBm Băng tần III: - 114dBm Các thông số máy phát THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 42 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Loại 1: +33dBm +1/-3dB Loại 2: +27dBm +1/-3dB Loại 3: +24dBm +1/-3dB Loại 4: +21dBm ±2dB Điều khiển công suất phát Bình thường: ±9dB vòng hở Cực đai: ±12dB Bảng 3.2 Các thông số máy thu máy phát vô tuyến quan trọng cho phần vô tuyến UE 1.10 AMR CODEC CHO W-CDMA Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ thích ứng (AMR CODEC: Adaptive Multirate Codec) coi công nghệ vượt trội công nghệ mã hoá tiếng khác Vì chọn sơ đồ mã hoá tiếng cho 3GW-CDMA UMTS Nó cung cấp chế độ mã hoá từ 12,2 bps đến 4,75kbps Trong số chế độ này, 12,2kbps, 7,4 kbps 6,7 kbps có chung giải thuật với sơ đồ mã hoá tiếng tiêu chuẩn hoá tiêu chuẩn vùng khác giới AMC CODEC cho phép lựa chọn tốc độ tùy theo chất lượng kênh truyền sóng Nếu chất lượng tốt, tốc độ cao (12,2kbps) chọn Nếu đường truyền xấu, số tốc độ thấp lựa tùy thuộc vào chất lượng đường truyền AMR quy định công nghệ ngoại vi cần thiết cho thông tin di động Hai tuỳ chọn cung cấp giải thuật VAD (phát tích cực tiếng) DTX (phát không liên tục Ngoài định nghĩa yêu cầu cho che dấu lỗi xẩy lỗi Chẳng hạn nội suy thông số mã hoá khuếch đại bảng mã, hệ số dự đoán ngắn hạn định nghĩa theo chuyển đổi trạng thái lỗi gây THÔNG TIN DI ĐỘNG Page 43