Lớp truy nhập trong mạng 3g

NGUYỄN TRUNG VŨ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Trung Vũ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LỚP TRUY NHẬP TRONG MẠNG 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG KHÓA 2009 Hà Nội – 2011 MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………… I DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………… II DANH MỤC BẢNG……………………………………………………………… VIII DANH SÁCH HÌNH ẢNH MINH HỌA………………………………………… IX LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS……………………… I.1 Lộ trình phát triển mạng 3G……………………………………………… I.1.2 Yêu cầu hệ thống thông tin di động hệ thứ ba…………………… I.1.3 Đặc điểm IMT-2000…………………………………………………… I.1.3.1 Tính linh hoạt……………………………………………………………… I.1.3.2 Tính kinh tế………………………………………………………………… I.1.3.3 Tính tương thích…………………………………………………………… I.1.3.4 Thiết kế theo modul……………………………………………………… I.1.4 Hệ thống thông tin di dộng 3G –USMT…………………………………… I.2 WCDMA……………………………………………………………………… I.2.1 Đặc điểm WCDMA……………………………………………………… I.2.2 Cấu trúc mạng W-CDMA…………………………………………………… 10 I.2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN………………………………………… 14 I.2.2.1.1 Đặc trưng UTRAN………………………………………………… 15 I.2.2.1.2 Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN………………………………… 15 I.2.2.1.3 Node B…………………………………………………………………… 16 I.2.2.2 Giao diện vô tuyến………………………………………………………… 16 I.2.2.2.1 Giao diện UTRAN – CN, IU…………………………………………… 17 I.2.2.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr…………………………………………… 18 I.2.2.2.3Giao diện RNC – Node B, IUb…………………………………………………………………… 18 I.2.2.3 Các kênh WCDMA…………………………………………………… 18 I.2.2.3.1 Kênh vật lý……………………………………………………………… 19 I.2.2.3.1.1 Kênh vật lý riêng đường lên………………………………………… 19 I.2.2.3.1.2 Kênh vật lý chung đường lên………………………………………… 22 I.2.2.3.1.3 Kênh vật lý riêng đường xuống ……………………………………… 25 I.2.2.3.1.4 Kênh vật lý chung đường xuống……………………………………… 26 I.2.2.3.2 Kênh truyền tải………………………………………………………… 34 I.2.2.3.2.1 Kênh truyền tải riêng………………………………………………… 34 I.2.2.3.2.2 Kênh truyền tải chung………………………………………………… 34 I.2.2.3.2.3 Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý……………………………… 36 I.2.2.3.3 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH………… 37 I.2.2.3.4 Thí dụ báo hiệu thiết lập gọi sử dụng kênh logic truyền 38 tải…………………………………………………………………………………… I.2.2.3.5 Kênh logic……………………………………………………………… 39 I.2.2.4 Một số đặc trưng lớp vật lý mạng truy nhập WCDMA……………… 43 I.2.2.4.1 Các loại chuyển giao WCDMA…………………………………… 43 I.2.2.4.2 Phương thức song công………………………………………………… 44 I.2.2.4.3 Dung lượng mạng ……………………………………………………… 45 I.2.2.4.4 UTRA FDD……………………………………………………………… 45 I.2.2.4.5 Cấu trúc Cell……………………………………………………………… 48 I.2.2.5 Ưu – nhược điểm WCDMA…………………………………………… 49 I.2.2.5.1 Ưu điểm WCDMA…………………………………………………… 49 I.2.2.5.2 Nhược điểm WCDMA……………………………………………… 50 CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP TRONG WCDMA…… 51 II.1 Giới thiệu kỹ thuật đa truy nhập ………………………………………… 51 II.1.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)……………………………… 51 II.1.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)…………………………… 51 II.1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)………………………………… 52 II.2 Trải phổ ……………………………………………………………………… 55 II.2.1 Giới thiệu kỹ thuật trải phổ……………………………………………… 55 II.2.2 Ưu điểm kỹ thuật thông tin trải phổ…………………………………… 59 II.2.3 Mô hình hệ thống thông tin số trải phổ……………………………………… 60 II.2.4 Các kỹ thuật trải phổ bản………………………………………………… 61 II.2.4.1 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DS/SS………………………………… 61 II.2.4.1.1 Kỹ thuật DS/SS-BPSK………………………………………………… 62 II.2.4.1.2 Kỹ thuật DS/SS – QPSK………………………………………………… 65 II.2.4.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH/SS)……………………………………… 67 II.2.4.2.1 Nguyên lý chung………………………………………………………… 67 II.2.4.2.2 Hệ thống FH/SS nhanh………………………………………………… 68 II.2.4.2.3 Hệ thống FH/SS chậm…………………………………………………… 69 II.2.4.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian TH/SS…………………………………… 70 II.2.4.4 So sánh hệ thống trải phổ …………………………………………… 71 II.2.5 Các mã trải phổ sử dụng WCDMA…………………………………… 72 II.2.5.1 Trải phổ điều chế đường lên…………………………………………… 73 II.2.5.1.1 Trải phổ điều chế kênh riêng đường lên……………………… 73 II.2.5.1.2 Trải phổ điều chế kênh chung đường lên PRACH……………… 76 II.2.5.2 Trải phổ điều chế đường xuống………………………………………… 77 II.2.5.2.1 Sơ đồ trải phổ điều chế đường xuống……………………………… 77 II.2.5.2.2 Các mã trải phổ đường xuống………………………………………… 78 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 80 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Trung Vũ - học viên lớp Điện tử Viễn thông – Khoá 2009 – Viện Điện Tử Viễn Thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học tự làm, không chép nguyên Các nguồn tài liệu thu thập dịch từ tài liệu chuẩn nước Số liệu luận văn số liệu thực tế, không bịa đặt Nếu có sai phạm xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt nghiệp nhà trường Học viên cao học: Nguyễn Trung Vũ I DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 2G The second Generation Thông tin di động hệ thứ 3G The Third Generation Thông tin di động hệ thứ 3GPP ird Genaration Partnership Project Đề án đối tác hệ thứ ba AICH Acquisition Indicator Channel Kênh thị bắt AP Access Preamble Tiền tố truy nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá/đa phương BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CCTrCh Coded Composite Transport Channel Kênh logic đa hợp mã hoá CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDP Collisiion Detection Preamble Tiền tố phát tranh chấp CM Connection Management Quản lý kết nối CN Core Network Mạng mạng lõi CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung II CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh thị trạng thái CPCH DCH Dedicated Channel Kênh riêng DPCCH Kênh điều khiển vật lý Dedicated Physycal Control Channel riêng DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DPDCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DRNC Drif RNC RNC trôi DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DTFD Blind Transport Format Detection Cơ chế phát khuôn dạng kênh truyền tải mù EDGE Enhanced Data rates for Global Tốc độ số liệu nâng cao Evolution dành cho phát triển toàn cầu ETSI FACH European Telecommunications Standards Viện tiêu chuẩn viễn Institute thông châu âu Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feedback Information Thông tin hồi tiếp FDD Frequency Division Duplexing Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ chuỗi nhảy tần GGSN Gateway GPRS Support Node Cổng nút hỗ trợ GPRS III GMSC Gateway MSC Cổng MSC GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn cầu HLR Home Location Registor Bộ đăng ký thường trú HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated Shared Kênh chia sẻ riêng vật lý IMSI Channel tốc độ cao International Mobile Subsscriber Identity Sô nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMT-2000 International Mobile Thông tin di động quốc tế Telecommunications for the year 2000 năm 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế Iu Giao diện sử dụng để thông tin RNC mạng lõi Iub Giao diện sử dụng để thông tin nút B RNC Iur Giao diện sử dụng để thông tin RNC LoCH Logical Chanel Kênh logic MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường IV ME Mobile Equipment Thiết bị di động MSC Mobile-Service Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MSC Mobile-Service Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MSISDN Mobile Station ISDN Số thuê bao có danh bạ điện thoại P-CCPCH Primary Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển Channel chung sơ cấp PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCP Power Control Preamble Tiền tố điều khiển công suất PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói PDSCH Kênh vật lý dùng chung Physical Downlink Shared Channel đường xuống PhCH Physical Channel Kênh vật lý PICH Page Indication Channel Kênh thị tìm gọi PIN Personal Identification Number Số nhận dạng người dùng PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên PS Packet Switched Chuyển mạch gói PSK Phase Shift Keying Khóa chuyển pha QoS Quality of Service Phẩm chất dịch vụ, chất lượng dịch vụ QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc V Lớp truy nhập mạng 3G - Tín hiệu DS/SS – QPSK có dạng : s(t) = sI(t) + sQ(t) (2.8) sI(t) = Ab(t)pI(t) cos[2πfct + θ(t)] sQ(t) = Ab(t)qQ(t) sin[2πfct + θ(t)] Khi : s(t) = Ab(t)pI(t) cos[2πfct + θ(t)] + Ab(t)qQ(t) sin[2πfct + θ(t)] (2.9) Trong : θ(t) = π/4 sI(t)=1,sQ(t)=1 θ(t) = 3π/4 sI(t)=0,sQ(t)=1 θ(t) = 5π/4 sI(t)=0,sQ(t)=0 θ(t) = 7π/4 sI(t)=1,sQ(t)=0 Như vậy, tín hiệu s(t) nhận trạng thái pha khác π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4 Nó tổ hợp từ hai thành phần sóng mang lệch pha π/2 Do đó,nó trải phổ mã giả ngẫu nhiên khác pI(t) pQ(t) Tương ứng hai trình giải trải phổ độc lập với b Quá trình giải trải phổ DS/SS – QPSK Hình 2.8 Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS - QPSK 66 Lớp truy nhập mạng 3G - Ta có : uI(t) = {Ab(t-τ)p1(t-τ)cos[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)] + Ab(t-τ)p2(t-τ)sin[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)]}p1(t - τ) cos[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)] = Ab(t-τ)p1(t-τ)p2(t - τ)cos[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)]sin[2πfc(t – τ) + θ(t τ)] + Ab(t-τ)p12(t-τ)cos2{2πfc(t-τ) + θ(t - τ)} = Ab(t-τ)cos2[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)] + Ab(t-τ)p1(t-τ)p2(t - τ)cos[2πfc(tτ) + θ(t - τ)]sin(2πfc(t - τ) + θ(t - τ)] uQ(t) = Ab(t-τ)sin2[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)] + Ab(t-τ)p1(t-τ)p2(t - τ)cos[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)]sin[2πfc(t – τ) + θ(t –τ)] (2.10) Tín hiệu đầu vào lọc thông dải (BPF) (bỏ qua tạp âm) : u(t) = Ab(t - τ) + 2Ab(t-τ)p1(t-τ)p2(t – τ)cos[2πfc(t-τ) + θ(t - τ)]sin(2πfc(t τ) + θ(t -τ)] (2.11) Tín hiệu đầu lọc thông dải : x(t) = Ab(t-τ) Tín hiệu x(t) cho qua tích phân lấy chu kỳ bit liệu gốc ta tín hiệu thu mong muốn II.2.4.2 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH/SS) II.2.4.2.1 Nguyên lý chung Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS chuyển dịch sóng mang có tần số chọn theo mã tập hợp tần số Độ rộng toàn băng tần chia nhỏ thành khe không lấn lên Chuỗi mã PN xác định khe tần số dùng để truyền tin khoảng thời gian định Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu mà dùng để điều khiển tổ hợp tần số tạo tần số khác Tốc độ nhảy tần nhanh hay chậm tốc độ số liệu Tương ứng có hai trường hợp là: nhảy tần nhanh nhảy tần chậm Sơ đồ khối máy thu máy phát hệ thống nhảy tần sau : 67 Lớp truy nhập mạng 3G - Hình 2.9 Sơ đồ khối hệ thống FH/SS Bản tin nhị phân b(t) cần phát có tốc độ Rb=1/Tb, mã hóa NZR Sau điều chế sóng mang mà tần số fc(t) điều khiển tạo mã Bộ tổng hợp tần số tạo chip có tốc độ bit Rc Do đó, tần số sóng mang xác định theo tập hợp log2N chip liên tiếp Như vậy, tần số sóng thay đổi theo bước Bước tần số RH = Rc/log2N Tại máy thu, sóng mang nhân với sóng mang chưa điều chế tạo giống hệt bên phát Sóng mang tạo nhờ tạo mã PN giống bên phát điều khiển tổng hợp tần số để tạo tần số thích hợp Như vậy,sự dịch chuyển tần số giả ngẫu nhiên bên phát loại bỏ nơi thu Điều chế FSK thường sử dụng cho hệ thống này.Sử dụng giải điều chế không kết hợp tần số sóng mang thay đổi trình truyền tin II.2.4.2.2 Hệ thống FH/SS nhanh Ở hệ thống FH/SS nhanh, có lần nhảy tần bit số liệu Với T chu kỳ tín hiệu, Th thời gian đoạn nhảy tần T/Th ≥ Trong khoảng thời gian Th giây lần nhảy tần, số j tần số { f0, f0 + ∆f , f0 + 2∆f,……,f0 + (j -1 )∆f } phát Trong ∆f khoảng cách 68 Lớp truy nhập mạng 3G - tần số lân cận, thường chọn 1/Th Biểu đồ tần số cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần lần tốc độ số liệu sau : Hình 2.10 Biểu đồ tần số cho hệ thống FH/SS nhanh với T = 3Th II.2.4.2.3 Hệ thống FH/SS chậm Khi tốc độ nhảy tần số sóng mang trải phổ nhỏ tốc độ liệu ta có hệ thống trải phổ nhảy tần chậm (T/Th < 1) Về hai hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh chậm tương tự Dưới biểu đồ tần số hệ thống trải phổ nhảy tần chậm với T/Th = ½ Hình 2.11 Biểu đồ tần số hệ thống FH/SS chậm với T/Th = 1/2 69 Lớp truy nhập mạng 3G - II.2.4.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian TH/SS Nhảy thời gian tương tự điều chế xung Nghĩa dãy mã đóng/mở phát, thời gian đóng/mở phát chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo mã đạt 50% yếu tố tác động truyền dẫn trung bình Sự khác nhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản tần số truyền dẫn biến đổi theo thời gian chip mã hệ thống FH/SS nhảy tần số xảy trạng thái dịch chuyển dãy mã hệ thống TH/SS Hình sơ đồ khối hệ thống TH/SS Ta thấy điều chế đơn giản dạng sóng cho phép điều chế xung theo mã sử dụng điều chế TH/SS TH/SS làm giảm giao diện hệ thống hệ thống ghép kênh theo thời gian Vì mục đích mà xác thời gian yêu cầu hệ thống nhằm tối thiểu hóa độ dư máy phát Do hệ thống TH/SS bị ảnh hưởng dễ dàng giao thoa nên cần sử dụng tổ hợp hệ thống với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa có khả gây nên suy giảm lớn tần số đơn Hình 2.12 Sơ đồ khối thu phát hệ thống TH/SS 70 Lớp truy nhập mạng 3G - II.2.4.4 So sánh hệ thống trải phổ Mỗi loại hệ thống có ưu nhược điểm Việc sử dụng hệ thống phải dựa ứng dụng đặc thù Ta so sánh hệ thống DSSS, FHSS THSS Các hệ thống DSSS giảm nhiễu giao thoa cách trải rộng phổ tần rộng Trong hệ thống FHSS thời điểm cho trước, người sử dụng phát tần số khác tránh nhiễu giao thoa Các hệ thống THSS tránh nhiễu giao thoa cách không để nhiều người sử dụng phát thời điểm Có thể thiết kế hệ thống DSSS với giải điều chế quán không quán Tuy nhiêu dịch chuyển tần số phát nhanh khó trì đồng pha hệ thống FHSS, chúng thường đòi hỏi giải điều chế không quán Trong thực tế hệ thống DSSS nhận chất lượng tốt (ở tỷ số tín hiệu tạp âm để đạt xác suất lỗi định) vào khoảng 3dB so với hệ thống FHSS nhờ giải điều chế quán Các giá phải trả cho ưu điểm giá thành mạch khoá pha sóng mang Với tốc độ đồng hồ tạo mã PN, FHSS nhảy tần băng tần rộng nhiều so với băng tần tín hiệu DSSS Ngoài ta tạo tín hiệu THSS có động rộng băng tần rộng nhiều độ rộng băng tần DSSS tạo chuỗi PN hai hệ thống có tốc độ đồng hồ, FHSS loại trừ kênh tần số gây nhiễu giao thoa mạnh thường xuyên DSSS nhạy cảm với vấn đề gần- xa, tượng mà nguồn nhiễu giao thoa gần làm xấu chí xoá hẳn thông tin chủ định công suất trung bình nguồn nhiễu Các hệ thống FHSS nhạy cảm với thu trộm so với hệ thống DSSS, đặc biệt tốc độ nhẩy tần chậm đối phương sử dụng máy thu định kênh thích hợp Thời gian cần thiết để bắt mã PN ngắn hệ thống FHSS, hệ thống DSSS THSS cần thời gian bắt mã lâu Tuy nhiên thực máy thu phát FH chịu fading nhiều tia nhiễu Các máy thu DSSS đòi hởi mạch đặc biệt để làm việc thoả mãn môi trường nói 71 Lớp truy nhập mạng 3G - II.2.5 Các mã trải phổ sử dụng WCDMA Khái niệm trải phổ áp dụng cho kênh vật lý, khái niệm bao gồm hai thao tác Đâu tiên thao tác định kênh, ký hiệu số liệu dược 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) 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 đường 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 ‘trộn’ với tín hiệu trải phổ Mã ngẫu nhiên hoá xây dựng sở mã Gold Trong trình định kênh, ký hiệu số liệu 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 (hình2.13) sử dụng cho tốc độ ký hiệu khác 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 sử dụng để phân biệt thông tin phát từ nguồn: (1) kết nối khác đường xuống ô đường xuống giảm nhiễu nội ô, (2) kênh số liệu vật lý đường lên từ UE Trên đường xuống mã OVSF mộ ô bị hạn chế cần quản lý RNC, nhiên điều không xẩy đường lên Cần lưu ý chọn mã định kênh để chúng không tương quan với Chẳng hạn chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không 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 đồng hoàn hảo mức ký hiệu Mất tương quan chéo truyền sóng đa đường 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 nhân bổ sung với mã ngẫu nhiên hóa phức Mã ngẫu nhiên 72 Lớp truy nhập mạng 3G - hóa phức sử dụng để phân biệt nguồn phát: (1) ô khác đường xuống (2) UE khác đường lên Các mã có tính chất tương quan tốt (trung bình hóa nhiễu) sử dụng để ‘trộn’ với mã trải phổ không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu băng thông truyền dẫn Hình 2.13 Cây mã định kênh Đường truyền nút B UE WCDMA chứa nhiều kênh Có thể chia kênh thành hai loại: (1) kênh riêng để truyền lưu lượng (2) kênh chung mang thông tin điều khiển báo hiệu Đường truyền từ UE đến nút B gọi đường lên, đường ngược lại từ nút B đến UE gọi đường xuống Trước hết ta xét trải phổ cho kênh đường lên II.2.5.1 Trải phổ điều chế đường lên II.2.5.1 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 lưu lượng người 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) minh họa hình 2.14 Một DPCCH cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực trải phổ phát đồng thời DPCCH trải phổ mã Cc=Cch,256,0, k=0 Nếu kênh DPDCH phát đường lên, DPDCH1 trải phổ với mã Cd,1=Cch,SF,k, k=SF/4 số mã OVSF k=SF/4 Nghĩa 73 Lớp truy nhập mạng 3G - hệ số trải phổ SF=128 k=32 Nếu nhiều DPDCH phát, tất DPDCH có hệ số trải phổ (tốc độ bit kênh 960kbps) DPDCHn trải phổ mã Cd,n=Cch,4,k, k=1 n∈{1,2}, k=3 n∈{3,4} k=2 n∈{5,6} Để bù trừ khác hệ số trải phổ số liệu, tín hiệu trải phổ đánh trọng số hệ số khuyếch đại ký hiệu βc cho DPCCH βd cho DPDCH Các hệ số khuyếch đại tính toán SRNC gửi đến UE giai đoạn thiết lập đường truyền vô tuyến hay đặt lại cấu hình Các hệ số khuyếch đại nằm dải từ đến số giá trị βc βd luôn Luồng chip nhánh I Q sau cộng phức với ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức ký hiệu Sdpch,n hình 2.14 Mã ngẫu nhiên hóa đồng với khung vô tuyến, nghĩa chip thứ tương ứng với đầu khung vô tuyến Hình 2.14 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên Các nghiên cứu cho thấy phát không liên tục đường lên gây nhiễu âm cho thiết bị âm đặt gần máy đầu cuối di động Thí dụ điển hình trường hợp nhiễu tần số khung (217 Hz=1/4,615ms) gây đầu cuối 74 Lớp truy nhập mạng 3G - GSM Để tránh hiệu ứng này, kênh DPCCH kênh DPDCH không ghép theo thời gian mà ghép theo mã I/Q (điều chế QPSK hai kênh) với ngẫu nhiên hoá phức Minh họa hình 2.15 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 đường truyền (DPCCH) phát Hình 2.15 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên kênh số liệu vật lý riêng đường lên có/ (DTX) số liệu người sử dụng Như minh họa hình 2.16, mã ngẫu nhiên hóa phức 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 không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số β DPDCH DPCCH Hình 2.16 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức, β biểu diễn cho tỷ số công suất DPDCH DPCCH 75 Lớp truy nhập mạng 3G - DPCCH DPDCH ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên dài ngắn Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đường lên 224 mã ngẫu nhiên ngắn đường lên Vì sử dụng hàng triệu mã nên không cần quy hoạch mã đường lên Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,…., 16777215), với SF thấp phép mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 256) cho phần số liệu ấn định lớp cao hơn, chẳng hạn thiết lập kết nối RRC điều khiển chuyển giao II.2.5.1.2 Trải phổ điều chế kênh chung đường lên PRACH Phần trình bầy ấn định mã cho tiền tố phần tin PRACH dạng kênh chung đường lên Trải phổ ngẫu nhiên hóa phần tin PRACH minh họa hình 2.17 Hình 2.17 Trải phổ điều chế phần tin PRACH Phần điều khiển tin PRACH trải phổ mã định kênh Cc=Cch,256,m, m=16.s+15 s (0 ≤s≤15) chữ ký tiền tố phần số liệu trải phổ mã định kênh Cd=Cch,SF,m, SF (có giá trị từ 32 đến 256) hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu m=SF.s/16 Phần tin PRACH luôn trải phổ mã ngẫu nhiên hóa dài Độ dài mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho phần tin 10ms Có tất 8192 mã ngẫu nhiên hóa 76 Lớp truy nhập mạng 3G - II.2.5.2 Trải phổ điều chế đường xuống II.2.5.2.1 Sơ đồ trải phổ điều chế đường xuống Hình 2.18 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống Khái niệm trải phổ ngẫu nhiên hóa đường xuống minh họa hình 2.18 Ngoại trừ ,mỗi cặp hai bit kênh trước hết biến đổi từ nối tiếp vào song song tương ứng ký hiệu điều chế, sau đặt lên nhánh I Q Sau nhánh I Q trải phổ đến tốc độ 3,84Mcps mã dịnh kênh Cch,SF,m Các chuỗi chip giá trị thực nhánh I Q sau ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát nút B, mã đựợc ký hiệu Sdl,n hình 2.18 Mã ngẫu nhiên hóa đồng với mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho P-CCPCH), chíp phức khung PCCPCH nhân với chip số mã ngẫu nhiên hóa Sau trải phổ, kênh vật lý đường xuống (trừ SCH) đánh trọng số hệ số trọng số riêng ký hiệu Gi hình 2.18 P-SCH S-SCH giá trị phức đánh trọng số riêng hệ số trọng số Gp Gs Tất kênh đường xuống kết hợp với cộng phức Chuỗi nhận sau trải phổ ngẫu nhiên hóa điều chế QPSK 77 Lớp truy nhập mạng 3G - II.2.5.2.2 Các mã trải phổ đường xuống Trên đường xuống, mã định kênh đường lên (mã OVSF) sử dụng Thông thường ô có mã mã đặt mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều người sử dụng Theo quy đinh, mã định kênh dùng cho P-CPICH P-CCPCH Cch,256,0 Cch,256,1 Bộ quản lý tài nguyên RNC ấn định mã định kênh cho tất kênh khác với giới hạn SF=512 trường hợp sử dụng chuyển giao phân tập Mã OVSF thay đổi theo khung kênh Quy tắc thay đổi sau, mã (các mã) OVSF sử dụng cho kết nối phía hệ số trải phổ nhỏ mã từ nhánh cây, mã nhánh mã hệ số trải phổ thấp Nếu DSCH xếp lên nhiều PDSCH song song, quy tắc tương tự áp dụng, tất nhánh mã sử dụng mã tương ứng với hệ số trải phổ nhỏ sử dụng cho ấn định hệ số trải phổ cao 78 Lớp truy nhập mạng 3G - KẾT LUẬN Hiện với bùng nổ thông tin di động, hệ thống mạng 3G hệ 4G triển khai Việt Nam để thay dần hệ thống GSM cũ Chính kiến thức tảng lớp truy nhập kỹ thuật trải phổ mạng 3G đóng vai trò vô quan trọng Trong trình nghiên cứu thực đồ án, em dần bước nắm vững kiến thức lớp truy nhập ứng dụng kỹ thuật trải phổ lớp truy nhập mạng 3G Khóa luận trình bày vấn đề sau : Tổng quan công nghệ WCDMA đồng thời hiểu nguyên lý, cách thức thực lớp truy nhập mạng 3G Tổng quan kỹ thuật trải phổ bao gồm tính chất, phân loại so sánh đặc điểm loại trải phổ, trải phổ chuỗi trực tiếp, dịch tần dịch thời gian Việc sử dụng công nghệ trải phổ lớp truy nhập WCDMA Hạn chế lớn đồ án thực chủ yếu nghiên cứu lý thuyết lớp truy nhập, phương pháp đa truy nhập WCDMA ứng dụng trải phổ công nghệ WCDMA Khi vào hoạt động thực tế cần tính toán thêm yếu tố ảnh hưởng đến ứng dụng kỹ thuật trải phổ lớp truy nhập mạng 3G 79 Lớp truy nhập mạng 3G - TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2005), CDMAOne CDMA2000, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2005) , Lý thuyết trải phổ đa truy nhập vô tuyến, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội TS Nguyễn Phạm Anh Dũng (2004), Thông tin di động hệ 3, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội Đỗ Quốc Trinh – Vũ Thanh Hải (2006), Kỹ thuật trải phổ ứng dụng, Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội TS Trịnh Anh Vũ (2006), Giáo trình thông tin di động, Trường đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 80 ... nên em định chọn đề tài: Lớp truy nhập mạng 3G Đồ án thực nghiên cứu, phân tích lớp truy Lớp truy nhập mạng 3G ... - nhập 3G phương pháp đa truy nhập sử dụng lớp đặc biệt phương pháp trải phổ Nội dung đồ án gồm chương : Chương 1: Trình bày sơ lược công nghệ WCDMA, lớp truy nhập mạng 3G Chương :... 13 Lớp truy nhập mạng 3G - y Các mạng - Mạng CS : Mạng kết nối cho dịch vụ chuyển mạch kênh - Mạng PS : Mạng kết nối cho dịch