Giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS kiến trúc phân lớp, các kênh, mã trải phổ

Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ MỤC LỤC Nội dung Trang Danh mục hình vẽ Thuật ngữ viết tắt Lời nói đầu I Hệ thống thông tin di động 3G-WCDMA UMTS 1, Sơ lược lịch sử phát triển 2, Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G-WCDMA UMTS 11 II Giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS 13 Tổng quan Kiến trúc phân lớp giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS Các kênh hệ thống WCDMA UMTS 13 14 a Các kênh Logic-LoCH b Các kênh truyền tải-TrCH c, Các kênh vật lý 16 16 17 18 Các thông số kênh vật lý phân bổ, quy hoạch tần số a Các thông số kênh vật lý b Phân bổ quy hoạch tần số 23 23 24 Mã trải phổ 25 IV Kết luận 28 Tài liệu tham khảo 28 ~1~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hình 13 : Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động từ hệ 1(1G ) lên hệ (4G) : Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP : Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP : Kiến trúc tổng quát mạng di động kết hợp CS PS : Kiến trúc phân lớp giao thức giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS : Các kênh LoCH, TrCH xếp kênh LoCH lên kênh TrCH : Tổng kết kiểu kênh vật lý : Các kênh vật lý xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý : Tổng kết kênh mặt phẳng CP UP : Ghép kênh truyền tải lên kênh vật lý : Chuyển đổi giữ kênh truyền tải kênh vật lý : Cây mã OVSF : Phân cấp mã ngẫu nhiên hoá ~2~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết Tắt Nguyên Văn Giải Nghĩa WCDMA UMTS : Wideband Code Division Multiple Access : Universal Mobile Telecommunications System CDMA GSM : Code Division Multi Access : Global System for Mobile Telecommucations HSPA LTE AMPS TACS : High Speed Packet Access : Long Term Evolution : Advanced Mobile Phone System : Total Access Communication System EVDO IMT IEEE WiFi WiMAX : Evolution Data Only : International Mobile Telecommnications : Institute of Electrical and Electtronics Engineers : Wireless Fidelitity : Worldwide Interoperability for Microwave Access UMB 3GPP : Ultra Mobile Broadband : Third Generation Parnership Project Mbps GPS : Mega bit per second : Global Positioning System WLAN : Wireless local area network PS CS RAN UTRAN : Packet Switch : Circuit Switch : Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến : UMTS Terrestrial Radio Network BTS RNC BSC PSTN : Base Transceiver Station : Rado Network Controller : Base Station Controller : Public Switched Telephone Network ~3~ - Đa truy cập phân mã băng rộng - Hệ thống thông tin di động toàn cầu - Đa truy nhập phân chia theo mã - Hệ thống thông tin di động toàn cầu - Truy cập gói tốc độ cao - Tiến hóa dài hạn - Hệ thống thoại di động tiên tiến - Tổng số truy cập hệ thống truyền thông - Chỉ tiến hóa liệu - Viễn thông di động quốc tế - Viện kỹ nghệ điện điện tử - Hệ thống mạng không dây - Tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối internet băng thông rộng không dây khoảng cách lớn - Di động siêu băng rộng - Đề án đối tác hệ ba - Tốc độ mega bit giây - Hệ thống xác định vị trí dựa vị trí - Mạng cục (LAN) gồm máy tính liên lạc với sóng vô tuyến - Chuyển mạch gói - Chuyển mạch kênh - Mạng truy nhập vô tuyến - Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS - Trạm thu phát gốc - Bộ điều khiển trạm gốc - Bộ điều khiển trạm gốc - Mạng điện thoại chuyển mạch Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ PLMN SMS MSC GMSC SGSN GGSN TDMA : Public Land Mobile Network : Short Message Servive : Mobile Switching Center : Gateway Mobile Switching Center : Serving GPRS Support Node : Gateway GPRS Support Node : Time Division Multi Access GERAN : GSM EDGE Radio Access Network QoS UE CN TE ME USIM : Quality of Service : User Equipment : Core Network : Terminal Equipment : Mobile Equipment : UMTS Subscriber Identity Module RNS HE AuC HLR EIR GPRS FDD TDD PDPC BMC MAC MM CC GMM SM RLC PhCH TrCH LoCH CCH TCH BCCH : Radio Network System : Home Environment : Authentication Center : Home Location Register : Equipment Identity Register : General Packet Radio Service : Frequency Division Duplex : Time Division Duplex : Packet Data Convergence Protocol : Broadcast/Multicast Control : Medium Access Control : Mobility Management : Connection Management : GPRS Mobility Management : Session Management : Radio link Control : Physical Channel : Transmission Channel : Logic Channel : Control Channel : Traffic Channel : Broadcast Control Channel ~4~ công cộng - Mạng di động công cộng mặt đất - Dịch vụ nhắn tin - Trung tâm chuyển mạch di động - Định tuyến thiết lập gọi - Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS - Nút hỗ trợ cổng nối GPRS - Đa truy nhập phân chia theo thời gian - Mạng truy nhập vô tuyến dưa công nghệ EDGE GSM - Chất lượng dịch vụ - Thiết bị di động - Mạng lõi - Thiết bị đầu cuối - Thiết bị di động - Module nhận dạng thuê bao UMTS - Hệ thống mạng vô tuyến - Môi trường nhà - Trung tâm nhận thực - Bộ ghi định vị thường trú - Bộ ghi nhận dạng thiết bị - Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp - Ghép song công theo tần số - Ghép song công theo thời gian - Giao thức hội tụ số liệu gói - Điều khiển quảng bá/đa phương - Điều khiển truy nhập môi trường - Quản lý di động - Quản lý kết nối - Quản lý tính di động GPRS - Quản lý phân đoạn - Điều khiển liên kết - Kênh vật lý - Kênh truyền tải - Kênh Logic - Kênh điều khiển - Kênh lưu lượng - Kênh điều khiển quảng bá Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ PCCH CCCH DCCH DTCH CTCH BCH FACH PCH DSCH CPCH DCH DPCH DPDCH DPCCH PRACH PCPCH CPICH P-CCPCH : Paging Control Channel : Common Control Channel : Dedicated Control Channel : Dedicated Traffic Channel : Common Traffic Channel : Broadcast channel : Fast Access Channel : Paging Channel : Down Link Shared Channel : Common Packet Channel : Dedicated Channel : Dedicated Physical Channel : Dedicated Physical Data Channel : Dedicated Physical Control Channel : Physical Random Access Channel : Physical Common Packet Channel : Common Pilot Channel : Primary Common Control Physical Channel S-CCPCH : Secondary Common Control Physical Channel SCH PDSCH AICH PICH AP-AICH CD/CAICH CSICH DL UL OCQPSK (HPSK) CSACELP ETSI : Synchrronization Channel : Physical Downlink Shared Channel : Acquisition Indication Channel : Page Indication Channel : Access Preamble Acquisition Indicator Channel : CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel : CPCH Status Indicator Channel : Downlink : Uplink : Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) : Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction : European Telecommunications Standards Institute ARIB : Association of Radio Industries and Business ~5~ - Kênh điều khiển tìm gọi - Kênh điều khiển chung - Kênh điều khiển riêng - Kênh lưu lượng riêng - Kênh lưu lượng chung - Kênh quảng bá - Kênh truy nhập nhanh - Kênh tìm gọi - Kênh chia sẻ đường xuống - Kênh gói chung - Kênh riêng - Kênh vật lý riêng - Kênh vật lý số liệu riêng - Kênh vật lý điều khiển riêng - Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên - Kênh vật lý gói chung - Kênh hoa tiêu chung - Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp - Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp - Kênh đồng - Kênh vật lý chia sẻ đường xuống - Kênh thị bắt - Kênh thị tìm gọi - Kênh thị bắt tiền tố truy nhập - Kênh thị phát va chạm CPCH/ấn định kênh - Kênh thị trạng thái CPCH - Đường xuống - Đường lên - Khóa chuyển pha vuông góc trực giao - Dự báo tuyến tính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp - Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu - Liên hiệp công nghiệp kinh doanh vô tuyến Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ ~6~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ LỜI NÓI 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 người xe, đến với ứng dụng ngày rộng rãi thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể chức camera, MP3 PDA Với dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G phát triển lên 4G ngày trở nên cấp thiết ITU đưa đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động hệ ba với tên gọi IMT2000 để đạt mục tiêu sau đây: √ Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo dịch vụ băng rộng truy nhập internet nhanh ứng dụng đa phương tiện, yêu cầu ngày tăng dịch vụ √ Linh hoạt để đảm bảo dịch vụ 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 √ Tương 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 đề xuất, hai hệ thống WCDMA UMTS cdma-2000 ITU chấp thuận đưa 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 Trong tiểu luận này, nhóm em lựa chọn đề tài “Giao diện vô tuyến hệ thống 3G WCDMA UMTS” Bài tiểu luận tập trung sâu tìm hiểu kiến trúc phân lớp, kênh mã trải phổ Với thời gian kiến thức có hạn, nên tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót nhược điểm, chúng em mong dẫn góp ý thầy bạn Hà Nội, ngày 19 tháng 04 năm 2016 ~7~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ I, Hệ thống thông tin di động 3G-WCDMA UMTS 1, Sơ lược lịch sử phát triển 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 Hình Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động từ hệ 1(1G ) lên hệ (4G) ~8~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình Lịch trình nghiên cứu phát triển 3GPP Hình Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu phát hành 3GPP 3G thuật ngữ dùng để hệ thống thông tin di động hệ thứ (Third Generation) Đã có nhiều người nhầm lẫn cách vô ý hữu ý hai khái niệm 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) Mạng 3G (Third-generation technology) hệ thứ ba chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền liệu thoại liệu thoại (tải liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ) 3G cung cấp hai hệ thống chuyển mạch gói chuyển mạch kênh Hệ thống 3G yêu cầu mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G Điểm mạnh công nghệ so với công nghệ 2G 2.5G cho phép truyền, nhận liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho thuê bao cố định thuê bao di chuyển tốc độ khác Với công nghệ 3G, nhà cung cấp mang đến cho khách hàng dịch vụ đa phương tiện, âm nhạc chất lượng cao; hình ảnh video chất lượng truyền hình số; Các dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail Thế hệ mạng 3G nhà mạng Verizon (Mỹ) giới thiệu lần năm 2002, sử dụng rộng rãi toàn cầu với tốc độ trung bình 1,5 Mbps Cuộc cách mạng 3G mang đến bước tiến vượt bậc tốc độ, cho phép sử dụng ứng dụng video, đồ họa thoại ~9~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ xem video phát trực tiếp, họp qua mạng, dịch vụ bị hạn chế nhiều tốc độ truyền tải chưa cao Một số vấn đề 3G chuẩn hóa giao thức mạng toàn cầu đơn nhất, thay loại chuẩn triển khai khác theo nhà mạng vùng địa lý Về mặt lý thuyết, 3G đạt tốc độ trung bình 2Mpbs, có mức 145 Kbps Do có nhận thức rõ tầm quan trọng hệ thống thông tin di động mà châu Âu, trình tiêu chuẩn hoá GSM chưa kết thúc người ta tiến hành dự án nghiên cứu RACE 1043 với mục đích xác định dịch vụ công nghệ cho hệ thống thông tin di động hệ thứ cho năm 2000 Hệ thống 3G châu Âu gọi UMTS Những người thực dự án mong muốn hệ thống UMTS tương lai phát triển từ hệ thống GSM Ngoài người ta có mong muốn lớn hệ thống UMTS có khả kết hợp nhiều mạng khác PMR, MSS, WLAN… thành mạng thống có khả hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao quan trọng mạng hướng dịch vụ 2, Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G-WCDMA UMTS 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 đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh dần thay chuyển mạch gói Các dịch vụ kể số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng video) cuối truyền môi trường IP chuyển mạch gói Hình 1.4 cho thấy thí dụ kiến trúc tổng quát TTDĐ 3G kết hợp CS PS mạng lõi Hình 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 ~ 10 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình Kiến trúc phân lớp giao thức giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS Giao diện vô tuyến chia thành lớp giao thức: - Lớp vật lý (L1): Đặc tả vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến điều chế mã hóa, trải phổ v.v - Lớp liên kết nối số liệu (L2): Lập khuôn số liệu vào khối số liệu đảm bảo truyền dẫn tin cậy nút lân cận hay thực thể đồng cấp - Lớp mạng (L3): Đặc tả đánh địa định tuyến Mỗi khối thể trường hợp giao thức tương ứng Đường không liền nét thể giao diện điều khiển, qua giao thức RRC điều khiển lập cấu hình lớp Lớp 2-Lớp liên kết nối số liệu chia thành lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường) RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) BMC (Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/đa phương ) Lớp 3-Lớp mạng RLC chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) mặt phẳng người sử dụng (U-Plane) PDCP BMC có mặt phẳng U Trong mặt phẳng C lớp bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) kết cuối ~ 14 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ RAN lớp cao hơn: MM (Mobility Management) CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management), SM (Session Management) kết cuối mạng lõi (CN) Lớp 1-Lớp vật lý lớp thấp giao diện vô tuyến Lớp vật lý sử dụng để truyền dẫn giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý lớp xác định tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) pha (chỉ cho đường lên) Các kênh sử dụng vật lý để truyền thông tin lớp cao giao diện vô tuyến, nhiên có số kênh vật lý dành cho hoạt động lớp vật lý Để truyền thông tin giao diện vô tuyến, lớp cao phải chuyển thông tin qua lớp MAC đến lớp vật lý cách sử dụng kênh logic MAC xếp kênh lên kênh truyền tải trước đưa đến lớp vật lý để lớp xếp chúng lên kênh vật lý Các kênh hệ thống WCDMA UMTS Trong hệ thống WCDMA UMTS kênh phân loại sau : * Kênh vật lý(PhCH): Kênh mang số liệu giao diện vô tuyến Mỗi PhCH có trải phổ mã định kênh để phân biệt với kênh khác Một người sử dụng tích cực sử dụng PhCH riêng, chung hai Kênh riêng kênh PhCH dành riêng cho UE kênh chung chia sẻ UE ô * Kênh truyền tải( TrCH): Kênh lớp vật lý cung cấp cho lớp để truyền số liệu Các kênh TrCH xếp lên PhCH * Kênh Logic(LoCH): Kênh lớp MAC lớp cung cấp cho lớp cao Kênh LoCH xác định kiểu thông tin mà truyền a, Các kênh Logic-LoCH Nói chung kênh logic (LoCH: Logical Channel) chia thành hai nhóm: kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin người sử dụng Các kênh logic ứng dụng chúng tổng kết bảng Bảng Danh sách kênh logic Nhóm kênh Kênh logic Ứng dụng BCCH (Broadcast Control CCH (Control Channel: Kênh điều khiển quảng Channel: Kênh bá) điều khiển) PCCH (Paging Control Channel: Kênh điều khiển tìm gọi) ~ 15 ~ Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ CCCH (Common Control Kênh hai chiều để phát thông tin điều Channel: Kênh điều khiển chung) khiển mạng UE Được sử dụng kết nối RRC truy nhập ô DCCH (Dedicated Control Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát Channel: Kênh điều khiển riêng) thông tin điều khiển riêng UE mạng Được thiết lập thiết lập kết nối RRC DTCH (Dedicated Traffic TCH (Traffic Channel: Kênh lưu lượng riêng) Channel: Kênh lưu lượng) CTCH (Common Traffic Channel: Kênh lưu lượng chung) Kênh hai chiều điểm đến điểm riêng cho UE để truyền thông tin người sử dụng DTCH tồn đường lên lẫn đường xuống Kênh chiều điểm đa điểm để truyền thông tin người sử dụng cho tất hay nhóm người sử dụng quy định cho người sử dụng Kênh có đường xuống b, Các kênh truyền tải-TrCH Các kênh lôgic lớp MAC chuyển đổi thành kênh truyền tải Tồn hai kiểu kênh truyền tải: kênh riêng kênh chung Điểm khác chúng là: kênh chung tài nguyên chia sẻ cho tất nhóm người sử dụng ô, kênh kênh riêng ấn định riêng cho người sử dụng Các kênh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH (Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung) Kênh riêng có kênh DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng) Kênh truyền tải chung áp dụng cho tất người sử dụng ô cho người nhiều người đặc thù Khi kênh truyền tải chung sử dụng để phát thông tin cho tất ngừơi sử dụng kênh không cần có địa Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất người sử dụng ô Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho người sử dụng đặc thù, cần phát nhận dạng người sử dụng băng (trong tin phát) Kênh PCH kênh truyền tải chung sử dụng để tìm gọi UE đặc thù chứa thông tin nhận dạng người sử dụng bên tin phát Danh sách kênh truyền tải ứng dụng chúng dược cho bảng Bảng Danh sách ứng dụng kênh truyền tải Kênh truyền tải DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng) Ứng dụng Kênh hai chiều sử dụng để phát số liệu người sử dụng Được ấn định riêng cho người sử dụng Có khả thay đổi tốc ~ 16 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ độ điều khiển công suất nhanh BCH (Broadcast Channel: Kênh quảng bá) Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô) FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập 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 PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi) Kênh chung dường xuống để phát tín hiệu tìm gọi RACH (Random Access Channel) 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 CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung) 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 DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống) 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 xếp lên kênh truyền tải cho hình Hình Các kênh LoCH, TrCH xếp kênh LoCH lên kênh TrCH c, Các kênh vật lý ~ 17 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ 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 bảng Hình Tổng kết kiểu kênh vật lý Bảng Danh sách ứng dụng kênh vật lý Tên kênh Ứng dụng DPCH (Dedicated Physical Channel: Kênh vật lý riêng) 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 DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng) Khi sử dụng DPCH, UE ấn định DPDCH Kênh sử dụng để phát số liệu người sử dụng từ lớp cao DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) Khi sử dụng DPCH, UE ấn định DPCCH Kênh sử dụng để điều khiển lớp vật lý 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 ~ 18 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ 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) Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải RACH PCPCH (Physical Common Packet Channel: Kênh vật lý gói chung) Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải CPCH CPICH (Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung) 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 P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp) Kênh chung đường xuống Mỗi ô có kênh để truyền BCH S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp) Kênh chung đường xuống Một ô có hay nhiều SCCPCH Được sử dụng để truyền PCH FACH 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 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel: Kênh vật lý Kênh chung đường xuống Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH ~ 19 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ chia sẻ đường xuống) AICH (Acquisition Indication Channel: Kênh thị bắt) Kênh chung đường xuống cặp với PRACH Được sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên PRACH PICH (Page Indication Kênh chung đường xuống cặp với S-CCPCH (khi kênh Channel: Kênh thị tìm gọi) 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 AP-AICH (Access Preamble Acquisition Indicator Channel: Kênh thị bắt tiền tố truy nhập) Kênh chung đường xuống cặp với PCPCH để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên cho PCPCH CD/CA-ICH (CPCH Collision Kênh chung đường xuống cặp với PCPCH Được sử dụng Detection/ Channel để điều khiển va chạm PCPCH Assignment Indicator Channel: Kênh thị phát va chạm CPCH/ấn định kênh) CSICH (CPCH Status Indicator Channel: Kênh thị trạng thái CPCH) Kênh chung đường xuống liên kết với AP-AICH để phát thông tin trạng thái kết nối PCPCH Hình Các kênh vật lý xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý ~ 20 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình Tổng kết kênh mặt phẳng CP UP Hình 10 Ghép kênh truyền tải lên kênh vật lý cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên kênh vật lý cung cấp thị lỗi cho khối truyền tải phía thu ~ 21 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình 11 Chuyển đổi giữ kênh truyền tải kênh vật lý Các thông số kênh vật lý phân bổ, quy hoạch tần số a, Các thông số kênh vật lý Các thông số lớp vật lý hệ thống WCDMA UMTS thể bảng Bảng Thông số kênh vật lý W-CDMA Sơ đồ đa truy nhập DS-CDMA băng rộng Độ rộng băng tần (MHz) 5/10/15/20 Mành phổ 200 kHz Tốc độ chip (Mcps) (1,28)/3,84/7,68/11,52/15,36 Độ dài khung 10 ms Đồng nút B Dị bộ/đồng Mã hóa sửa lỗi Mã turbo, mã xoắn Điều chế DL/UL QPSK/BPSK Trải phổ DL/UL QPSK/OCQPSK (HPSK) Bộ mã hóa thoại CS-ACELP/(AMR) ~ 22 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB DL: Downlink: đường xuống; UL: Uplink: đường lên OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự báo tuyến tính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp 3GPP: Third Generation Parnership Project: Đề án đối tác hệ ba ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp kinh doanh vô tuyến b, Phân bổ quy hoạch tần số Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD toàn cầu WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) (hình 3.2b) sau Ở châu Âu hầu châu Á băng tần IMT-2000 2×60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) sử dụng cho WCDMA/ FDD Băng tần sử dụng cho TDD châu Âu thay đổi, băng tần cấp theo giấy phép 25 MHz cho sử dụng TDD 1900-1920 (TDD1) 2020-2025 MHz (TDD2) Băng tần cho ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng băng tần khác cho đường lên đường xuống với phân cách khoảng cách song công, hệ thống TDD sử dụng tần số cho đường lên đường xuống UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số chế độ tiêu chuẩn cho thông tin thoại số liệu Hoạt động đồng thời liên tục mạch điện phát thu thay đổi đáng kể so với họat động GSM Hình 10 Phân bố tần số cho WCDMA/FDD a) Các băng dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000 a) Các băng tần sử dụng cho WCDMA toàn cầu Băng công tác Băng VII Băng I Tên 2600 2100 Tổng phổ 2x70MHz 2x60MHz Đường lên [MHz] Đường xuống 2500-2570 2620-2690 1920-1980 2110-2170 Băng II 1900 2x60MHz 1850-1910 1930-1990 Băng IV 1700/2100 2x45MHz 1710-1755 2110-2155 Băng III 1800 2x75MHz 1710-1785 1805-1880 ~ 23 ~ Băng 3G Băng IMT 2000 (Băng WCDMA chủ đạo) Băng PCS Mỹ châu Mỹ la tinh Băng 3G Mỹ châu Mỹ la tinh Châu Âu, châu Á, Brazil Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Băng IX Băng VIII Băng V Băng VI 1700 900 850 800 2x35MHz 2x35MHz 2x25MHz 2x10MHz 1750-1785 880-915 824-849 830-840 1845-1880 925-960 869-894 875-885 Nhật Châu Âu châu Á USA, châu Mỹ châu Á Nhật b, Băng IMT-2000 IMT-2000 IMT-2000 WCDMA/FDD MSS WCDMA/FDD MSS F, MHz 1885 1920 1980 2010 2025 2170 2200 2110 IMT-2000: International Mobile Telecommunication-2000; MSS: Mobile Sattelite Service: dịch vụ thông tin di động vệ tinh Tần phổ cho IMT-2000 Tần phổ cho MSS Dưới bảng cấp phát tần số 3G VN Khe tần số A B FDD TDD BSTx* BSRX** BSTx/BSRx 2110-2125MHz 2125-2140MHz 1920-1935MHz 1935-1950MHz 1915-1920MHz 1910-1915MHz ~ 24 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ C 2140-2155MHz 1950-1965MHz 1905-1910MHz D 2155-2170MHz 1965-1980MHz 1900-1905MHz 5, Mã trải phổ Các mã trải phổ đinh kênh mã OVSF( Orthogonal Variable Sprcading Factor: hệ số trải phổ khả biến trực giáo) Về mà Walsh có độ dài khác để đảm bảo tính trực giao kênh trí chúng hoạt động tốc độ số liệu khác OVSF tính theo phương trình tổ chức theo hình cho hình 4.14 Trên hình 12 phương trình kèm theo Cch.Sf1 ký hiệu cho mã trải phổ định kênh (Ch: Channel) , Có hệ só trải phổ SF (Spreading Factor), thứ I, SF tỷ số tốc độ chip (Rc ) với tốc độ ký hiệu (Rs) đưa lên trải phổ : SF: Rc/Rs Từ (4.8) hệ số trải phổ SF=1 , có mã định kênh Cch1.0 =(1) nghĩa từ với bít mức logic Đối với SF=2, có hai mã Cch2.0 = ( 1,1) Ch 2.1=(1,-1) Đối với SF=4 ta có bốn mã C ch4.0=(1,1,1,1) , Cch,4,1=(1,1,-1,-1) , Cch4,2=(1,-1,1,-1) Cch4,3 (1,-1,-1,1)…… ~ 25 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình 12 Cây mã OVSF Để sử dụng them mã định kênh ô ta phải tuân theo quy định sau: Chưa sử dụng mã đường nối từ mã định chọn tới gốc chưa có mã sử dụng nhánh phía mã định chọn Mã ngẫu nhiên hoá nhận dạng nguồn phát: Mã ngẫu nhiên hoá W-CDMA/FDD đoạn 38400 chip/10 ms mã Gold có độ 24 dài cho đường lên mã dài sử dụng Mã ngẫu nhiên hoá đường lên xác định theo hai đa thức tạo mã sau: g1(x)= x25 +x3 +1 g2(x)= x25+ x3+ x2 + mã ngẫu nhiên hoá đường xuống xác định theo hai đa thức tạo mã sau: g1(x)= x17 +x7 +1 g2(x)=x18+ x10+ x7 + x5+1 Vì tổng số mã ngẫu nhiên khả dụng để nhận dạng nút B 8192, nên để dễ rang tìm ô người chia mã thành 512 tập, tập 16 mã, 16 mã tập lại gồm mã sơ cấp 15 mã thứ cấp, tập ( với 8*16 mã) hợp thành nhóm tạo nên tổng số 64 nhóm Mỗi ô ấn định mã ngẫu nhiên để nhận dạng ô ( mã sơ cấp) Phân cấp mã ngẫu nhiên cho hình 13 Tìm Ô: Việc tìm ô chế độ dị phức tạp so với chế độ đồng Hệ thống W-CDMA sử dụng tìm tốc độ cao theo ba bước, nên giảm thời gian UE tìm ô sau: 1, Tìm SCH sơ cấp để thiết lập đồng khe đồng ký hiệu 2, Tìm SCH thứ cấp để thiết lập đồng khung nhận dạng nhóm mã ngẫu nhiên 3,Nhận dạng mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp để nhận dạng ô ~ 26 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình 13 Phân cấp mã ngẫu nhiên hoá III Kết luận WCDMA UMTS tiêu chuẩn IMT-2000 nhằm phát triển GSM để cung cấp khả cho hệ ba Giao diện vô tuyến WCDMA/FDD xây dựng ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải kênh vật lý Các hệ thống CDMA xây dựng sở trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Việc sử dụng trải phổ với mã trực giao cho phép nhiều đầu cuối di động dùng chung tần số WCDMA sử dụng điều chế QPSK cho đường xuống BPSK cho đường lên Tài liệu tham khảo - Giáo trình Bài Giảng Thông Tin Di Động-Học Viện CNBCVT-TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng Các mạng thông tin vô tuyến-Học Viện CNBCVT-TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng - Link web http://khotailieu.com/luan-van-do-an-bao-cao/ky-thuat-cong-nghe/bgviettel.html ~ 27 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=3756 ~ 28 ~ ... thức giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS ~ 13 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ Hình Kiến trúc phân lớp giao thức giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS. .. giao diện vô tuyến sau ta xét giao diện vô tuyến WCDMA/FDD, sau xét kênh Kiến trúc phân lớp giao diện vô tuyến hệ thống WCDMA UMTS Để sâu tìm hiểu thêm ta xét qua mô hình kiến trúc phân lớp giao. .. 24 ~ Giao diện vô tuyến hệ thống UMTS: Kiến truc phân lớp, kênh, mã trải phổ C 2140-2155MHz 1950-1965MHz 1905-1910MHz D 2155-2170MHz 1965-1980MHz 1900-1905MHz 5, Mã trải phổ Các mã trải phổ đinh