TÌM HIỂU HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 3G UMTS

Header Page of 149 TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TÌM HIỂU HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 3G UMTS Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Khóa: ĐỖ ĐÌNH THUẤN NGUYỄN TRỌNG TUẤN 081563D 08DD4D 12 Tp.HCM, ngày 01 tháng 05 năm 2011 Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn LỜI CÁM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy ĐỖ ĐÌNH THUẤN cƣơng vị ngƣời hƣớng dẫn đề tài, hƣớng dẫn tận tâm cho em thời gian qua để hoàn thành đồ án Em xin cám ơn thầy cô khoa Điện – Điện tử thời gian qua truyền đạt cho em kiến thức bổ ích giúp em hoàn thành đồ án cách hoàn thiện Trong suốt trình hoàn thành đồ án này, với hạn hẹp kiến thức mình, chắn không tránh khỏi sai sót, kính mong phê bình góp ý quý thầy cô bạn Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực hiện: Lớp: Khoa: Tên đề tài: Nguyễn Trọng Tuấn - 081563D 08DD4D Điện – Điện Tử Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS Nhận xét giảng viên hƣớng dẫn: Ngày……tháng …….năm 2011 Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực hiện: Lớp: Khoa: Tên đề tài: Nguyễn Trọng Tuấn - 081563D 08DD4D Điện – Điện Tử Tìm hiểu hệ thống mạng di động 3G UMTS Nhận xét giảng viên hƣớng dẫn: Ngày……tháng …….năm 2011 Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG : TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS GIỚI THIỆU CHUNG LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 10 CHUYỂN MẠCH KÊNH(CS),CHUYỂN MẠCH GÓI(PS),DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI 11 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 CÁC LOẠI LƢU LƢỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƢỢC 3G WCDMA UMTS HỖ TRỢ 14 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 16 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 23 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 R6 .25 CHIẾN LƢỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS 30 CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 33 TỔNG KẾT 37 CHƢƠNG 2: NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 38 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 38 2.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 38 2.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 43 2.4 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 44 2.5 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƢỜNG HAY MÁY THU RAKE 46 2.6 2.7 2.8 CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA .48 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƢỜNG LÊN 50 TỔNG KẾT 52 THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn LỜI MỞ ĐẦU Ngày thông tin di động ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh với số thuê bao đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008 Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho số ngƣời xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động hệ ba, thông tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho ngƣời sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G nhƣ phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết ITU đƣa đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt đƣợc mục tiêu sau đây:  Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng nhƣ truy nhập internet nhanh ứng dụng đa phƣơng tiện, yêu cầu ngày tăng dịch vụ  Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ nhƣ đánh số cá nhân toàn cầu điện thoại vệ tinh Các tính cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ hệ thống thông tin di động  Tƣơng thích với hệ thống thông tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ ba IMT-2000 đƣợc đề xuất, hai hệ thống WCDMA UMTS cdma-2000 đƣợc ITU chấp thuận đƣợc đƣa vào hoạt động Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA điều cho phép thực tiêu chuẩn toàn giới cho giao diện vô tuyến hệ thống thông tin động hệ ba HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ cao) mở rộng hệ thống 3G WCDMA UMTS cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps đƣờng xuống HSDPA chuẩn tăng cƣờng 3GPP-3G nhằm tăng dung lƣợng đƣờng xuống cách thay điều chế QPSK 3G UMTS 16QAM HSDPA.HSDPA hoạt động sở kết hợp ghép kênh theo thời gian(TDM)với ghép kênh theo mã sử dụng thích ứng đƣờng truyền Nó đƣa kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tƣơng tự đƣợc áp dụng cho đƣờng lên chuẩn HSUPA(High Speech Uplink Packet Access) Hai công nghệ truy nhập HSDPA HSUPA đƣợc gọi chung HSPA (High Speed Packet Data) Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh (chủ yếu để cạnh tranh với công nghệ 3GPP2 WiMAX), 3GPP định phát triển E-UTRA E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) đƣợc gọi siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Evolution) mà thực chất giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển tiến hành 10 năm sau nhƣ phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn tốc độ số liệu đạt đƣợc 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE,IMT-Adv (IMT tiên tiến) đƣợc phát triển, thời kỳ phát triển 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps băng thông 100MHz Hình L.1 cho thấy viễn cảnh thông tin di động 4G khả đáp ứng tốc độ chuyển động và tốc độ truyền số liệu Hiện Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đƣợc chia bốn khe đƣợc cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT Trong năm tới 3GWCDMA UMTS đƣợc triển khai băng tần Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn CHƯƠNG TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 1.1.1 Mục đích chương  Hiểu lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G  Hiểu đƣợc kiến trúc tổng quát mạng thông tin di động 3G  Hiểu kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 R5 chiến lƣợc chuyển dịch GSM lên 3G UMTS 1.1.2 Các chủ đề trình bày chương  Lộ trình phát triển công nghệ thông tin di động lên 4G  Kiến trúc chung mạng thông tin di động 3G  Các khái niệm dịch vụ chuyển mạch kênh dịch vụ chuyển mạch gói  Các loại lƣu lƣợng loại dịch vụ mà 3G WCDMA UMTS hỗ trợ  Kiến trúc 3G WCDMA UMTS qua phát hành khác nhau: R3, R4, R5 R6  Chiến lƣợc chuyển dịch GSM lên 3G UMTS 1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G Lộ trình phát triển công nghệ thông tin di động lên 4G đƣợc cho hình 1.1 lộ trình nghiên cứu phát triển 3GPP đƣợc cho hình 1.2 Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Hình 1.1 Lộ trình phát triển công nghệ thông tin di động lên 4G AMPS: Advanced Mobile Phone System TACS: Total Access Communication System GSM: Global System for Mobile Telecommucations WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access EVDO: Evolution Data Only IMT: International Mobile Telecommnications IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers WiFi: Wireless Fidelitity WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access LTE: Long Term Evolution UMB: Untra Mobile Broadband Đồ án Footer Page of 149 Header Tìm Page hiểu 10 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn 1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu mạng kết hợp vùng chuyển mạch gói (PS) chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đƣờng phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh dần đƣợc thay chuyển mạch gói Các dịch vụ kể số liệu lẫn thời gian thực (nhƣ tiếng video) cuối đƣợc truyền môi trƣờng IP chuyển mạch gói Hình 1.4 dƣới cho thấy thí dụ kiến trúc tổng quát TTDĐ 3G kết hợp CS PS mạng lõi Hình 1.4 Kiến trúc tổng quát mạng di động kết hợp CS PS RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc BSC: Base Station Controller: điều khiển trạm gốc RNC: Rado Network Controller: điều khiển trạm gốc CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh PS: Packet Switch: chuyển mạch gói SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin Server: máy chủ PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng Điện thoại chuyển mạch công cộng PLMN: Public Land Mobile Network: mang di động công cộng mặt Đất Các miền chuyển mạch kênh (CS) chuyển mạch gói (PS) đƣợc thể nhóm đơn vị chức lôgic: thực thực tế miền chức đƣợc đặt vào thiết bị nút vật lý Chẳng hạn thực chức chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) chức chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) Đồ án Footer Page 10 of 149 10 Header Tìm Page hiểu 43 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Từ hình 2.2 ta thấy tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) tỷ số diện tích hình chữ nhật đƣợc tô đậm hình 2.2.b tổng diện tích hình chữ nhật trắng hình 2.2.c: SIR=S1/S2 Tỷ số tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb tỷ số Rc/Rb đƣợc gọi độ lợi xử lý (TA: Processing Gain) 2.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT Trong trƣờng hợp máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (ñến 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 đƣợc tín hiệu Hiện tƣợng đƣợc gọi tƣợng gần xa Để tránh tƣợng hệ thống phải điều khiển công suất cho công suất thu nút B tất UE (lý tƣởng) Điều khiển công suất WCDMA đƣợc chia thành:  Điều khiển công suất vòng hở  Điều khiển công suất vòng kín Điều khiển công suất vòng hở đƣợc thực tự động UE thực thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa công suất mà thu đƣợc từ kênh hoa tiêu phát từ B), UE chƣa có kết nối với nút Còn điều khiển công suất vòng kín đƣợc thực UE kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng hở lại đƣợc chia thành:  Điều khiển công suất vòng đƣợc thực nút B Điều Đồ án Footer Page 43 of 149 43 Header Tìm Page hiểu 44 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn khiển công suất vòng đƣợc thực nhanh với 1500 lần giây dựa so sánh SIR thu với SIR đích  Điều khiển công suất vòng đƣợc thực RNC để thiết lập SIR đích cho nút B Điều khiển công suất dựa so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu đƣợc với tỷ lệ đích 2.4 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA Thông thƣờng chuyển giao (HO: Handover) đƣợc hiểu trình kênh lƣu lƣợng UE đƣợc chuyển sang kênh khác để đảm bảo chất lƣợng 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 dƣới Có thể chia HO thành kiểu HO sau:  HO nội hệ thống xảy 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 nhau.Trƣờng hợp thƣờng xuyên xảy 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 đƣờng truyền vô tuyến cũ UE ñƣợc giải phóng trƣớc thiết lập đƣờng truyền vô tuyến  Chuyển giao mềm (SHO) chuyển giao mềm (xem hình 2.3) thủ tục UE trì đƣờng vô tuyến nối đến UTRAN.Trong chuyển giao mềm UE đồng thời đƣợc nối đến hay nhiều ô thuộc nút B khác RNC (SHO nội RNC) hay thuộc RNC khác (SHO RNC) Trong chuyển giao mềm UE đƣợc nối đến hai đoạn ô nút B SHO HO mềm xảy tần số sóng mang hệ thống Đồ án Footer Page 44 of 149 44 Header Tìm Page hiểu 45 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Phụ thuộc tham gia SHO, ô hệ thống WCDMA đƣợc chia thành tập sau đây:  Tập tích cực bao gồm ô (đoạn ô) tham gia vào kết nối SHO UE  Tập lân cận/ tập giám sát (cả hai từ đƣợc sử dụng nhƣ nhau) Tập bao gồm tất ô đƣợc giám sát/đo liên tục UE thời tập tích cực  Tập phát Tập bao gồm ô đƣợc UE phát nhƣng không thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận SHO tính chung hệ thống WCDMA ô lân cận họat động tần số Trong chế độ kết nối, UE liên tục đo ô phục vụ ô lân cận (do RNC dẫn) tần số sóng mang thời UE so sánh kết đo với ngƣỡng HO RNC cung cấp gửi báo cáo kết đo đến RNC thực tiêu chuẩn báo cáo Vì SHO kiểu chuyển giao đƣợc đánh giá đầu cuối di động (MEHO: Mobile Estimated HO) Tuy nhiên giải thuật định SHO đƣợc đặt RNC Dựa báo cáo kết đo nhận đƣợc từ UE (hoặc định kỳ đƣợc khởi động số kiện định), RNC lệnh cho UE bổ sung hay loại bỏ số ô khỏi tập tích cực (ASU: Active Set Update: cập nhật tập tích cực) Đồ án Footer Page 45 of 149 45 Header Tìm Page hiểu 46 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn 2.5 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE Fading đa đƣờng kênh vô tuyến dẫn đến tán thời chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu Để Đánh giá tƣợng tán thời đƣờng truyền vô tuyến, ngƣời ta phát xung hẹp (xung kim) đo đáp ứng xung phía thu Đáp ứng tranh thể phụ thuộc công suất đƣờng truyền khác đến máy thu vào thời gian trễ đƣờng truyền Đáp ứng đƣợc gọi lý lịch trễ công suất Hình 2.4a cho thấy truyền sóng đa đƣờng hình 2.4b cho thấy thí dụ lý lịch trễ công suất Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên đƣợc phát CDMA có thuộc tính phiên dịch thời phía thu hầu nhƣ không tƣơng quan Nhƣ tín hiệu đƣợc truyền từ máy phát đến máy thu theo nhiều đƣờng khác (thời gian trễ khác nhau) đƣợc phân giải vào tín hiệu fading khác cách lấy tƣơng quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên dịch thời chuỗi giả ngẫu nhiên Máy thu sử dụng nguyên lý đƣợc gọi máy thu phân tập đa đƣờng hay máy thu RAKE (hình 2.5) Đồ án Footer Page 46 of 149 46 Header Tìm Page hiểu 47 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Trong máy thu RAKE để nhận đƣợc phiên dịch thời chuỗi ngẫu nhiên, tín hiệu thu phải qua đƣờng trễ trƣớc đƣợc lấy tƣơng quan đƣợc kết hợp Đƣờng trễ bao gồm nhiều mắt trễ có thời gian trễ thời gian chip Tc Máy thu dịch định thời mã trải phổ chip cho ký hiệu thông tin để giải trải phổ ký hiệu vùng ký hiệu tạo nên lý lịch trễ công suất (xem hình 2.5a) Với tham khảo lý lịch trễ công suất (bức tranh thể công suất trễ đƣờng truyền) đƣợc tạo ra, máy thu chọn đƣờng truyền có công suất vƣợt ngƣỡng để kết hợp RAKE sở số lƣợng tƣơng quan, ƣớc tính kênh bù trừ thay đổi pha (đƣợc gọi ngón máy thu RAKE) Trong trƣờng hợp áp dụng thu phân tập không gian hay phân tập đoạn ô, lý lịch trễ công suất đƣợc tạo cho nhánh đƣờng truyền đƣợc chọn từ lý lịch trễ công suất suất tổng hợp tất nhánh Trong thực tế, tín hiệu trải phổ gồm nhiễu ngƣời sử dụng khác tín hiệu đa đƣờng kênh ngƣời sử dụng, nên giá trị ngƣỡng đƣợc lập dƣạ mức công suất tạp âm đƣờng truyền có SIR hiệu dụng (có công suất thu vƣợt ngƣỡng) đƣợc chọn Vì MS chuyển động (hoặc môi trƣờng truyền sóng thay đổi MS cố định), nên vị trí đƣờng truyền (thời gian trễ) đƣợc kết hợp RAKE thƣờng xuyên thay đổi, máy phải định kỳ cập nhật lý lịch trễ đƣờng truyền cập Đồ án Footer Page 47 of 149 47 Header Tìm Page hiểu 48 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn nhật đƣờng truyền đƣợc kết hợp RAKE sở lý lịch (quá trình đƣợc gọi tìm kiếm đƣờng truyền liên quan đến tìm kiếm đƣờng truyền để kết hợp RAKE) 2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA Khái niệm trải phổ đƣợc áp dụng cho kênh vật lý, khái niệm bao gồm hai thao tác Đầu tiên thao tác định kênh, ký hiệu số liệu dƣợc chuyển thành số chip nhờ tăng độ rộng phổ tín hiệu Số chip ký hiệu (hay tỷ số tốc độ chip tốc độ ký hiệu) đƣợc gọi hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói cách khác SF=Rs/Rc Rs tốc độ ký hiệu Rc tốc đô chip Hệ số trải phổ giá trị khả biến, ngoại trừ kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH ) HSDPA có SF=16 Thao tác thứ hai thao tác ngẫu nhiên hóa để tăng tính trực giao mã ngẫu nhiên hóa ñƣợc ‘trộn’ với tín hiệu trải phổ Mã ngẫu nhiên hoá đƣợc xây dựng sở mã Gold Trong trình định kênh, ký hiệu số liệu đƣợc nhân với mã OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor: mã trực giao hệ số khả biến) đồng thời gian với biên ký hiệu Trong 3GPP, OVSF (hình 2.6) đƣợc sử dụng cho tốc độ ký hiệu khác đƣợc ký hiệu Cch,SF,k SF hệ số trải phổ mã k số thứ tự mã (0kSF-1) Các mã định kênh có tính chất trực giao đƣợc sử dụng để phân biệt thông tin đƣợc phát từ nguồn: (1) kết nối khác đƣờng xuống ô đƣờng xuống giảm nhiễu nội ô, (2) kênh số liệu vật lý đƣờng lên từ UE Trên đƣờng xuống mã OVSF ô bị hạn chế cần đƣợc quản lý RNC, nhiên điều không xảy đƣờng lên Cần lƣu ý chọn mã định kênh để chúng không tƣơng quan với Chẳng hạn chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không đƣợc sử dụng mã Cch,16,8=+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1; hai mã hoàn toàn giống (tích chúng 1) chúng gây nhiễu cho Các mã OVSF hiệu kênh đƣợc đồng hoàn hảo mức ký hiệu Mất tƣơng quan chéo truyền sóng đa đƣờng đƣợc bù trừ thao tác ngẫu nhiên hóa bổ sung Với thao tác ngẫu nhiên hóa, phần thực (I) phần ảo (Q) tín hiệu trải phổ đƣợc nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức Mã ngẫu nhiên hóa phức đƣợc sử dụng để phân biệt nguồn phát: (1) ô khác đƣờng xuống (2) UE khác đƣờng lên Các mã có tính chất tƣơng quan tốt (trung bình hóa nhiễu) đƣợc sử dụng để ‘trộn’ với mã trải phổ nhƣng không làm ảnh hƣởng độ rộng phổ tín hiệu băng thông truyền dẫn Đồ án Footer Page 48 of 149 48 Header Tìm Page hiểu 49 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Đƣờng truyền nút B UE WCDMA chứa nhiều kênh Có thể chia kênh thành hai loại: (1) kênh riêng để truyền lƣu lƣợng (2) kênh chung mang thông tin điều khiển báo hiệu Đƣờng truyền từ UE đến nút B đƣợc gọi đƣờng lên, đƣờng ngƣợc lại từ nút B đến UE đƣợc gọi đƣờng xuống Trƣớc hết ta xét trải phổ cho kênh đƣờng lên Đồ án Footer Page 49 of 149 49 Header Tìm Page hiểu 50 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn 2.7 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN 2.7.1 Trải phổ điều chế kênh riêng đường lên Nguyên lý trải phổ cho DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: kênh số liệu vật lý riêng, kênh để truyền lƣu lƣợng ngƣời sử dụng) DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: kênh điều khiển vật lý riêng; kênh với DPDCH để mang thông tin điều khiển lớp vật lý) đƣợc minh họa hình 2.7 Đồ án Footer Page 50 of 149 50 Header Tìm Page hiểu 51 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Các nghiên cứu cho thấy phát không liên tục đƣờng lên gây nhiễu âm cho thiết bị âm đặt gần máy đầu cuối di động Thí dụ điển hình trƣờng hợp nhiễu tần số khung (217 Hz=1/4,615ms) gây đầu cuối GSM Để tránh hiệu ứng này, kênh DPCCH kênh DPDCH không đƣợc ghép theo thời gian mà đƣợc ghép theo mã I/Q (điều chế QPSK hai kênh) với ngẫu nhiên hoá phức Minh họa hình 2.8 cho thấy sơ đồ điều chế cho phép truyền dẫn liên tục chu kỳ im lặng có thông tin điều khiển lớp để trì hoạt động đƣờng truyền (DPCCH) đƣợc phát Nhƣ minh họa hình 2.9, mã ngẫu nhiên hóa phức đƣợc tạo cách quay pha chip chu kỳ ký hiệu giới hạn 900 Bằng cách hiệu suất khuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình) UE hầu nhƣ không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số  DPDCH DPCCH Đồ án Footer Page 51 of 149 51 Header Tìm Page hiểu 52 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn DPCCH DPDCH đƣợc ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên dài ngắn Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đƣờng lên 224 mã ngẫu nhiên ngắn đƣờng lên Vì sử dụng đƣợc hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đƣờng lên Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,…., 16777215), với SF thấp đƣợc phép mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 256) cho phần số liệu đƣợc ấn định lớp cao hơn, chẳng hạn thiết lập kết nối RRC điều khiển chuyển giao 2.8 TỔNG KẾT Các hệ thống CDMA đƣợc xây dựng sở trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Việc sử dụng trải phổ với mã trực giao cho phép nhiềuđầu cuối di động dùng chung tần số Khi tính trực giao mã trải phổ cho phép máy thu đầu cuối dễ dàng tách đƣợc tín hiệu Do sử dụng chung tần số nên áp dụng chuyển giao mềm cho CDMA Trong chuyển giao mềm máy di ñộng kết nối đến nhiều trạm gốc tần số nhƣng với mã trải phổ khác Ƣu điểm chuyển giao mềm không làm gọi trình chuyển giao làm giảm phần dụng lƣợng ô tăng thêm tính phức tạp hệ thống Nhƣng sử dụng chung tần số nên xảy tƣợng gần xa, máy di động gần trạm gốc gây nhiễu cho ngƣời sử dụng khác Để khắc phục nhƣợc điểm phải áp dụng điều khiển công suất nhanh cho CDMA máy di động gần trạm gốc đƣợc điều chỉnh phát công suất thấp máy di động xa trạm gốc Điều khiển công suất nhanh WCDMA đƣợc thực 1500 lần giây Một đặc điểm CDMA mã ngẫu nhiên hóa mang tính trực giao cao nên đƣờng truyền đến máy thu có độ trễ khác thời gian chip lớn thời gian độc lập với sử dụng phân tập đa đƣờng (hay máy thu RAKE) CDMA Nguyên tắc máy thu RAKE chọn số ñƣờng (một số ngón) có công suất thu lớn ngƣỡng, đồng chỉnh pha đƣờng cộng công suất thu chúng với WCDMA sử dụng hai tầng trải phổ: (1) trải phổ mã định kênh, (2) trải phổ mã nhận dạng nguồn phát Mã định kênh đƣợc xây dựng sở mã hệ số trải phổ trực giao khả biến (OVSF), hệ số trải phổ SF=Rs/Rc với Rs tốc độ ký hiệu Rc tốc độ chip Mã ngẫu nhiên hóa đƣợc cấu trúc từ mã Gold WCDMA sử dụng điều chế QPSK cho đƣờng xuống BPSK cho đƣờng lên Để giảm tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức đƣợc sử dụng Đồ án Footer Page 52 of 149 52 Header Tìm Page hiểu 53 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn Phụ lục THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 2G Second Generation Thế hệ thứ 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba 3GPP2 3ird Generation Patnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba AICH Acquisition Indication Channel Kênh thị bắt AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa điều chế thích ứng AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động AP-AICH Access Preamble Acquisition Indicator Channel Kênh thị bắt tiền tố truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BLER Block Error Rate Tỷ số lỗi khối BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BS Base Station Trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CC Convolutional Code Mã xoắn CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CA-CPCH Collision Detection/ Channel Kênh thị phát va chạm ICH Assignment Indicator Channel CPCH/ấn định kênh CN Core Network Mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lƣợng kênh CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dƣ CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh thị trạng thái CPCH DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCH DL DPCCH DPCH DPDCH DRX Đồ án Footer Page 53 of 149 Dedicated Channel Downlink Dedicated Physycal Control Channel Dedicated Physical Channel Dedicated Physical Data Channel Discontinuous Reception Kênh điều khiển Đƣờng xuống Kênh điều khiển vật lý riêng Kênh vật lý riêng Kênh số liệu vật lý riêng Thu không liên tục 53 Header Tìm Page hiểu 54 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đƣờng xuống DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cƣờng E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cƣờng EDGE Enhanced Data rates for GPRS Evolution Tốc độ số liệu tăng cƣờng để phát triển GPRS EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng tăng cƣờng E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cƣờng E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tƣơng đối tăng cƣờng FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đƣờng xuống FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số F-DPCH Fractional DPCH DPCH phần (phân đoạn) GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM EDGE GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System For Mobile Communications Hệ thống thông tin di động tòan cầu HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HHO Hard Handover Chuyển giao cứng HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thƣờng trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đƣờng xuống tốc độ cao HS- DPCCH High-Speed Dedicated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng tốc độ cao HS- DSCH High-Speed Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS- PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Channel Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao HSS Home Subsscriber Server Server Thuê bao nhà HS- SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đƣờng lên tốc độ cao IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phƣơng tiện IP IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000 Thông tin di động quốc tế 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv4 IP version Phiên IP bốn Đồ án Footer Page 54 of 149 54 Header Tìm Page hiểu 55 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS IPv6 IR Iu Iub Iur LTE MAC MIMO MMS MSC vụ di động NodeB OVSF PAPR trung bình P- CCPCH chung sơ cấp PCH PCPCH PDCP PDSCH PHY PICH PRACH PS PSTN công cộng QAM QoS QPSK RACH RAN RAT RF RLC RNC RRC RTP S- CCPCH chung sơ cấp SCH SF SGSN Đồ án Footer Page 55 of 149 GVHD: Đỗ Đình Thuấn IP version Phiên IP sáu Incremental Redundancy Phần dƣ tăng Giao diện đƣợc sử dụng để thông tin RNC mạng lõi Giao diện đƣợc sử dụng để thông tin nút B RNC Giao diện đƣợc sử dụng để thông tin RNC Long Term Evolution Phát triển dài hạn Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phƣơng tiện Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch Nút B Orthogonal Variable Spreading Factor Peak to Average Power Ratio Hệ số trải phổ khả biến trực giao Tỷ số công suất đỉnh công suất Primary Common Control Physical Channel Paging Channel Physical Common Packet Channel Packet-Data Convergence Protocol Physical Downlink Shared Channel Physical Layer Page Indication Channel Physical Random Access Channel Packet Switch Public Switched Telephone Network Kênh vật lý điều khiển Kênh tìm gọi Kênh vật lý gói chung Giao thức hội tụ số liệu gói Kênh chia sẻ đƣờng xuống vật lý Lớp vật lý Kênh thị tìm gọi Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên Chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến Radio Frequency Tần số vô tuyến Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến Real Time Protocol Giao thức thời gian thực Secondary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển Synchronization channel Spreading Factor Serving GPRS Support Node Kênh đồng Hệ số trải phổ Nút hỗ trợ GPRS phục vụ 55 Header Tìm Page hiểu 56 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SHO Soft Handover Chuyển giao mềm TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI Transport Format Combination Indicator Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TrCH Transport Channel Kênh truyền tải TTI Transmission Time Interval Khỏang thời gian phát UE User Equipment Thiết bị ngƣời sử dụng UL Uplink Đƣờng lên UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di động siêu rộng UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống thông tin di động toàn cầu USIM UMTS SIM UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Uu Giao diện đƣợc sử dụng để thông tin nút B U WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiFi Wireless Fidelitity Chất lƣợng không dây cao WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Tƣơng hợp truy nhập vi ba toàn cầu VoIP Voice over IP Thoại IP Đồ án Footer Page 56 of 149 56 Header Tìm Page hiểu 57 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO +Bài giảng khoa học công nghệ 3G WCDMA UMTS tiến sĩ Nguyễn Phạm Anh Dũng Đồ án Footer Page 57 of 149 57 ... 149 Header Tìm Page hiểu 10 of 149 hệ thống mạng di động 3G UMTS GVHD: Đỗ Đình Thuấn 1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu mạng kết... kể tầm phủ hệ thống thông tin di động  Tƣơng thích với hệ thống thông tin di động có để đảm bảo phát triển liên tục thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động hệ ba IMT-2000...  Hiểu lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G  Hiểu đƣợc kiến trúc tổng quát mạng thông tin di động 3G  Hiểu kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 R5 chiến lƣợc chuyển dịch GSM lên 3G UMTS