Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 2: Kỹ thuật trả phổ trong mạng di động 3G UMTS giới thiệu tới người đọc các kiến thức lịch sử phát triển và các thế hệ, tổng quan cơ bản hệ thống UMTS. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Kỹ thuật trải phổ trong mạng di dộng 3G UMTS Giảng viên: Trương Thu Hương Email: huong.truongthu@hust.edu.vn Home Nội dung I. Lịch sử phát triển và các thế hệ II. Tổng quan cơ bản hệ thống UMTS Home I Lịch sử phát triển và các thế hệ công nghệ mạng di động Home Các thuật ngữ cần biết • • • • • • • • • 3G GSM UMTS WCDMA LTE GPRS 3GPP ITU IEEE Home I 1 Lịch sử liên lạc vô tuyến: 1867 — Maxwell predicts existence of electromagnejc (EM) waves 1887 — Hertz proves existence of EM waves; first spark transmiqer generates a spark in a receiver several meters away 1880 -‐ first wireless telephone conversajon occurred in 1880, when Alexander Graham Bell and Charles Sumner Tainter invented and patented the photophone, a telephone that conducted audio conversajons wirelessly over modulated light beams (which are narrow projecjons of electromagnejc waves) 1896 — Guglielmo Marconi demonstrates wireless telegraph to English telegraph office Home I 1 Lịch sử liên lạc vô tuyến: 1897 — ``The Birth of Radio'' -‐ Marconi awarded patent for wireless telegraph (first England-‐France, later: across Atlanjc, then awarded Nobel physics prize) 1914 — First voice over radio transmission 1920s — Mobile receivers installed in police cars in Detroit 1935 — Frequency modulajon (FM) demonstrated by Armstrong 1946 — First interconnecjon of mobile users to public switched telephone network (PSTN) 1940s — Number of mobile users > 50K 1960s — Number of mobile users > 1.4M Improved Mobile Telephone Service (IMTS) introduced; supports full-‐duplex, auto dial, auto trunking Bell Labs: Patent for cellular networks, 1972 Home I 1 Lịch sử liên lạc vô tuyến: 1976 — Bell Mobile Phone has 543 pay customers using 12 channels in the New York City area; 1979 — NTT/Japan deploys first cellular communicajon system 1983 — Advanced Mobile Phone System (AMPS) deployed in US in 900 MHz band: supports 666 duplex channels 1989 — Groupe Spècial Mobile defines European digital cellular standard, GSM 1992 — First GSM phones approved for sale, First GSM network rollouts 1990 -‐ ca 20 million subscribers world-‐wide 1993 — IS-‐95 code-‐division muljple-‐access (CDMA) spread-‐ spectrum digital cellular system deployed in US (Viterbi, Jacobs) 1999 — First of the "third generajon" cellular systems are Home standardized Home I.2 Cơ bản về thông jn vơ tuyến và di động • Wireless: – Anten/ EM-‐radio (Tx – Rx), fading, tần số vô tuyến băng tần/phổ, điều chế – Số hóa: gói jn, mã hóa kênh/nguồn – Mulj-‐user -‐> đa truy nhập, đa kênh • Mobile: – Mobility fading (ISI, Doppler…) – Chuyển giao, cells (base stajons) – Trung kế (Trunks), mạng truy nhập, mạng lõi Home Nhìn từ góc độ kỹ thuật mạng -‐ -‐ -‐ -‐ WPAN: 802.15, Bluetooth, NFC, UWB WLAN: 802.11: WiFi WMAN: 802.16 (WiMAX, WiBro) WWAN: -‐ Cellular networks: GSM, CDMA2000, UMTS, LTE -‐ WiMAX Extended Home 10 Băng thông UMTS-‐WCDMA Home 26 Dải tần cấp phát cho UMTSWCDMA Home 27 Cơ bản về WCDMA – Từ mã • Mã trải phổ – Họ mã: Spreading (or ChannelizaCon) Codes – UMTS dùng họ Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) Codes – Được sử dụng để tách bạch ( kênh hóa) user trên đường Downlink – Dùng để tách các kênh dành riêng trên đường Uplink • Mã trộn Home 28 Mã trải phổ -‐ hệ số trải phổ Cch,SF,K Ch :mã kênh SF: hệ số trải phổ K : số mã Tốc độ dữ liệu cao hơn Home Tốc độ dữ liệu thấp hơn 29 Mã trải phổ -‐ Trải phổ Dùng Home 30 Cơ bản về WCDMA Hiệu ứng của trải phổ và nhiễu giao thoa i) Tín hiệu băng hẹp ii) Tín hiệu trải phổ ( băng rộng) Tín hiệu gốc Nhiễu băng rộng Nhiễu băng hẹp 1/Tb Nguồn phát 1/Tc + 1/Tb iii) Nhiễu thêm vào iV) Tín hiệu được co phổ V) Dùng bộ lọc thông giải Đầu thu 31 Direct Sequence Spread Spectrum v(t)c(t) Tín Tín hiệu trải Tín hiệu Tín bhản iệu jbn ản v(t) jn v(t) hiệu phổ v(t)c(t) X Chuỗi chip Chuỗi Mã C(t) chip Mã C(t) trải phổ Tín Điều hiệu cphế hát Tín hiệu phát Sóng mang Bộ phát vô tuyến Bộ phát Bộ tương quan Bộ thu Home 32 Tạo ra ‘n hiệu trải phổ DS C(t) " +1 c (t ) = cn p (t ! nTc ) -‐1 n=!" # " v (t ) = # an gT (t ! nTb ) n=!" v(t) +1 -‐1 Tín hiệu PN Tb Tín hiệu dữ liệu V(t)C(t) +1 -‐1 Home Tín hiệu ‘ch 33 Hiệu ứng của nén phổ trên nhiễu băng hẹp v(t) Tín hiệu bản jn Tín hiệu trải phổ v(t)c(t), sau đó điều biên và phát ra ngồi u (t ) = Ac v (t ) c (t ) cos2! fc t = Ac cos"#2! fc t + ! (t )$% 1/Tb Nguồn phát 1/Tc + 1/Tb iii) Nhiễu thêm vào iV) Tín hiệu được co phổ V) Dùng bộ lọc thông dải AI2 PI = r(t) = Acv (t ) c (t ) cos2! fct +i (t ) i (t ) = AI cos2! fI t PI R PI = W Tb Tc r (t ) c (t ) = Ac v (t ) cos2! fc t + i (t ) c (t ) 34 Cơ bản về WCDMA – Từ mã • Mã trộn – UMTS dùng Gold Codes – Chuỗi giả nhiễu -‐ Pseudorandom Noise (PN) – Primary Scrambling Codes (PSC) cho đường Downlink – Mã trộn (Scrambling Codes) cho đường Uplink Home 35 Kỹ thuật trộn với Gold Codes • Chuỗi trộn với tốc độ chip 3.84 Mcps • Tại Downlink, dùng để tách cell – 512 Primary Scrambling Codes • Tại Uplink, tách bạch user – ~16,8 triệu scrambling codes • Q trình trộn khiến ‘n hiệu trông giống nhiễu nhiệt – Độ dài chuỗi: khung radio 10 ms, 38,400-‐chip Home 36 Mã trộn Mỗi tế bào được ấn định 1 512 PSC Home Mỗi user được ấn định 1 224 mã trộn 37 Ví dụ về cấp phát OVSF và mã trộn UL DL Home 38 Dung lượng liên kết với các công nghệ khác nhau • Dung lượng liên kết của hệ thống hiện tại đang jến nhanh về giới hạn Shannon • Hiệu suất sử dụng liên kết của 3G và 4G jến đến đường biên Shannon Home 39 Ghép kênh theo mã (CDMA) • Mỗi kênh có 1 code duy nhất • Ví dụ: UMTS • Tất cả các kênh sử dụng dùng chung lúc • phổ Lợi ích: • Hiệu suất băng thơng • Khơng cần đồng bộ và kết nối • Bảo vệ tốt khỏi nhiễu và trích ăn cắp dữ liệu • Bất cập: • Bộ thu phức tạp hơn • Nhiễu giao thoa trong nội cell Home 40 ... kỹ ? ?thu? ??t mạng -? ?‐ -? ?‐ -? ?‐ -? ?‐ WPAN: 8 02. 15, Bluetooth, NFC, UWB WLAN: 8 02. 11: WiFi WMAN: 8 02. 16 (WiMAX, WiBro) WWAN: -? ?‐ Cellular networks: GSM, CDMA2000,... (1998 ? ?-? ?‐ – HSDPA, HSUPA, HSPA+; EV-‐DO RevA, RevB, UMB – MIMO • 4G: (20 11 ): ví dụ IMT-‐Advanced (ITU) ? ?20 12 – Ứng cử viên: LTE ? ?-? ?‐> LTE-‐Advanced... 19 92 — First GSM phones approved for sale, First GSM network rollouts 1990 ? ?-? ?‐ ca ? ?20 million subscribers world-‐wide 1993 — IS-‐95 code-‐division muljple-‐access