Kỹ thuật trải phổ trong mạng thông tin di động wcdma

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ===== ===== đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: kỹ thuật trải phổ mạng thông tin di động wcdma : ths nguyễn thị minh : bùi hoàng lịch : 49K - §TVT Mã số s : 0851085156 NGHỆ AN - 01/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Bùi Hoàng Lịch Số hiệu sinh viên: 0851085156 Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Minh Cán phản biện: ThS Tạ Hùng Cường Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii DANH SÁCH HÌNH VẼ iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU iv CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử phát triển thông tin động 1.1.1 Hệ thống thông di động thứ 1.1.2 Hệ thống thông tin di động thứ hai 1.1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba 1.1.4 Hệ thống thông tin di động thứ tư 1.2 Hướng phát triển WCDMA CHƢƠNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THỨ BA WCDMA 10 2.1 Giới thiệu hệ thống WCDMA 10 2.2 Quá trình phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA 11 2.3 Cấu trúc hệ thống WCDMA 16 2.3.1 Cấu trúc mạng WCDMA 16 2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 19 2.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS 22 CHƢƠNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG WCDMA 29 3.1 Cấu trúc thiết bị thu phát vô tuyến số 29 3.2 Khái niệm trải phổ 30 3.3 Hệ thống thông tin trải phổ 32 3.4 Các phương pháp trải phổ 34 3.5 Hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DSSS 35 3.5.1 Hệ thống DSSS – BPSK 38 3.5.2 Hệ thống DSSS – QPSK 41 3.6 Áp dụng DSSS cho WCDMA 44 3.7 Các đặc tính DS-CDMA 47 3.7.1 Đa truy nhập 47 3.7.2 Nhiễu đa đường 47 3.7.3 Nhiễu băng hẹp 47 3.7.4 Xác suất phát thấp 47 3.8 Các mã trải phổ sử dụng WCDMA 48 3.9 Trải phổ điều chế đường lên 49 3.10 Trải phổ điều chế đường xuống 52 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 LỜI NĨI ĐẦU Nhu cầu trao đổi thơng tin nhu cầu thiết yếu xã hội đại Các hệ thống thông tin di động đời tạo cho người khả thông tin lúc, nơi Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, hệ thống thông tin di động số hệ (2G) đời với mục tiêu chủ yếu hỗ trợ dịch vụ thoại truyền số liệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động hệ (3G) đời nhằm thỏa mãn nhu cầu người dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)… WCDMA nhánh công nghệ 3G phát triển dựa sở hệ thống thông tin di động 2G GSM Hệ thống thông tin di động hệ ba WCDMA đánh giá lựa chọn tối ưu cho hệ thống truy nhập vô tuyến ITM-2000 Giao diện vô tuyến sở CDMA băng rộng tạo hội thiết kế hệ thống có đặc tính đáp ứng u cầu hệ thống thông tin di động hệ ba Tốc độ truyền số liệu WCDMA lớn đặc biệt sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp mở rộng dải tần tới 5MHz phần đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Vì em chọn đề tài: “Kỹ thuật trải phổ mạng thông tin di động WCDMA” Nội dung đồ án bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan phát triển thông tin di động Chương 2: Công nghệ thông tin di động thứ ba WCDMA Chương 3: Kỹ thuật trải phổ WCDMA Em xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Thị Minh, thầy giáo khoa nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vinh, ngày 04 tháng 01 năm 2013 Sinh Viên thực Bùi Hồng Lịch i TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án vào tìm hiểu tổng quan mạng thơng tin di động WCDMA Hệ thống thông tin di động cung cấp dịch vụ đa phương tiện truyền liệu tốc độ cao, truy cập internet giống mạng không dây Trong mạng thông tin di động WCDMA sử dụng trải phổ trực tiếp DSSS Kỹ thuật trải phổ giúp mạng thơng tin di động 3G có ưu điểm hẳn so với hệ di động trước khả đa truy nhập, khả chống nhiễu đa đường, nhiễu băng hẹp tính bảo mật ABSTRACT This thesis was studied an overview of mobile communication network WCDMA This mobile communication systems providing multimedia services as transmission high-speed data, wireless internet access like The mobile communication network system WCDMA using spread spectrum direct as DSSS Spread spectrum techniques help 3G mobile communication network has advantages compared to the previous generation of mobile multi-access capabilities, resistance to multi-path interference, narrowband interference and security ii DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 2.1 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA 12 Hình 2.2 Cấu trúc hệ thống HSCSD 14 Hình 2.3 Cấu trúc mạng GPRS 15 Hình 2.4: Cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS 16 Hình 2.5 Các phần tử mạng UMTS 16 Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị vô tuyến số hệ thống thơng tin di động số 29 Hình 3.2 Mơ hình hệ thống thơng tin trải phổ 33 Hình 3.3 Phân loại hệ thống CDMA 35 Hình 3.4: Trải phổ dãy trực tiếp DSSS 36 Hình 3.5: Sơ đồ khối phát DSSS 37 Hình 3.6: Sơ đồ khối thu DSSS 37 Hình 3.7 Sơ đồ khối phát sử dụng điều chế BPSK 38 Hình 3.8 Tín hiệu trải phổ điều chế BPSK 38 Hình 3.9: Sơ đồ khối máy thu DS/SS – BPSK 39 Hình 3.10 Tín hiệu trải phổ từ máy thu điều chế BPSK 40 Hình 3.11 Sơ đồ khối phát DSSS sử dụng điều chế QPSK 41 Hình 3.12: Các dạng sóng hệ thống DSSS-QPSK 42 Hình 3.13: Sơ đồ khối máy thu cho hệ thống DSSS – QPSK 42 Hình 3.14 Q trình giải trải phổ lọc tín hiệu người sử dụng k từ K tín hiệu 46 Hình 3.15 Cây mã định kênh 49 Hình 3.16 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên 50 Hình 3.17 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên kênh số liệu vật lý riêng đường lên có/ khơng có (DTX) số liệu người sử dụng 51 Hình 3.18 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức,  biểu diễn cho tỷ số công suất DPDCH DPCCH 51 Hình 3.19 Trải phổ điều chế phần tin PRACH 52 Hình 3.20 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống 53 Hình 3.21 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp 55 Hình 3.22 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 56 iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Các thông số giao diện vô tuyến WCDMA 11 Bảng 3.1 Thí dụ tám mã trực giao 455 Bảng 3.2 Thí dụ nhân hai mã giống bảng mã tập mã 45 Bảng 3.3 Thí dụ nhân hai mã khác bảng mã tập mã 45 iv CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 1G 1st Generation Là hệ thống thông tin di động thứ 2G 2nd Generation Là hệ thống thông tin di động thứ hai 3G 3rd Generation Là hệ thống thông tin di động thứ ba 3GPP Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ Project GPP2 Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ thứ hai Project2 ACCH Associated Control Chanels Kênh điều khiển liên kết AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm gốc vô tuyến CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung CDMA Code Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo mã v CM Communication Management Quản lý thông tin CN Core Network Mạng lõi CS Circuit-Switched Chuyển mạch kênh CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung DCH Dedicated Transport Channel Kênh truyền tải dùng chung DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dùng chung DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh dùng chung đường xuống DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dùng chung EDGE Enhanced Data Rates for GSM Cải thiện tốc độ số liệu cho Evolution phát triển GSM EIR Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Standard Institute châu Âu Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia tần số FDMA Access FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FHSS Frequency Hopping/Spread Trải phổ nhảy tần Spectrum GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn vi Bảng 3.1 Thí dụ tám mã trực giao c0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 c2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 c3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 c4 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 c5 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 c6 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 c7 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 Bảng 3.2 Thí dụ nhân hai mã giống bảng mã tập mã c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1          c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 c1c1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 Bảng 3.3 Thí dụ nhân hai mã khác bảng mã tập mã c1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1          c3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 = c2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 Nếu ta xét hệ thống gồm K người sử dụng xây dựng sở CDMA, sau trải phổ người sử dụng phát vào khơng gian tập tín hiệu y sau: K K i 1 i 1 y   yi   ci xi (3.1) 45 Ta xét q trình xử lý tín hiệu máy thu k Nhiệm vụ máy thu phải lấy xk loại bỏ tín hiệu khác (các tín hiệu gọi nhiễu đồng kênh hệ thống CDMA chúng phát tần số với xk) Nhân (3.1) với xk áp dụng quy tắc trực giao nói ta được: K xk  xk   ci xi i 1 i k (3.2) Thành phần thứ (3.2) tín hiệu hữu ích cịn thành phần thứ hai nhiễu người sử dụng nhiễu người sử dụng khác gọi MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng) Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với lọc tần số miền tần số Hình 3.4 xét q trình giải trải phổ lọc tín hiệu hữu ích máy thu k hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát đầu vào máy thu k Hình 3.14a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS Hình 3.14b cho thấy phổ tín hiệu tổng phát từ K máy phát sau trải phổ, hình 3.14c cho thấy phổ tín hiệu sau giải trải phổ máy thu k hình 3.14d cho thấy phổ tín hiệu sau lọc thông thấp với băng thông băng Rb a) Sơ đồ giải phổ DSSS y X  y i 1 i  X c x i 1 i i X X k  xk   ci xi i 1 i k Lọc thông thấp B=Rc X K (Ước tính x) Ck b) Phổ đầu vào máy thu k tín hiệu trải phổ phát từ K máy phát c) Phổ tín hiệu thu sau giải trải phổ Xk(f) Xx d) Phổ tín giải trải phổ sau lọc B = Rb Xx S1 S2 SIR=S1/S2 Xk(f) Xk(f) Xk(f) Xk(f) MAI X3(f) X2(f) X1(f) X3(f) X2(f) X1(f) f Hình 3.14 Quá trình giải trải phổ lọc tín hiệu người sử dụng k từ K tín hiệu 46 Từ hình 3.14 ta thấy tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) tỷ số diện tích hình chữ nhật tơ đậm hình 3.14b tổng diện tích hình chữ nhật trắng hình 3.14c: SIR=S1/S2 Tỷ số tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb tỷ số Rc/Rb gọi độ lợi xử lý (TA: Processing Gain) 3.7 Các đặc tính DS-CDMA 3.7.1 Đa truy nhập Nếu nhiều người sử dụng kênh thời điểm có nhiều tín hiệu DS chùm lên thời gian tần số Máy thu giải điều chế quán để giải điều chế mã Thao tác tập trung công suất tín hiệu người sử dụng quan tâm băng tần thông tin Nếu tương quan mã người sử dụng quan tâm mã người sử dụng khác nhỏ việc giải điều chế đưa phần nhỏ cơng suất tín hiệu nhiễu băng tần thông tin 3.7.2 Nhiễu đa đƣờng Nếu dãy mã có hàm tự tương quan lý tưởng hàm tương quan ngồi khoảng [0,Tc] vơi Tc thời gian tồn chip Nghĩa nhận hai tín hiệu: tín hiệu mong muốn tín hiệu trễ khoảng lớn 2Tc việc giải điều chế qn xem tín hiệu nhiễu mang phần công suất nhỏ nhiễu vào băng tần thông tin 3.7.3 Nhiễu băng hẹp việc nhân nhiễu băng hẹp có tín hiệu thu với mã băng rộng làm trải phổ nhiễu băng hẹp Vì vậy, cơng suất nhiễu băng hẹp băng tần thông tin giảm với hệ số độ tăng ích Gp 3.7.4 Xác suất phát thấp tín hiệu dãy mã trực tiếp sử dụng tồn phổ tín hiệu thời điểm nên mật độ công suất nhiễu truyền dẫn (W/hz) thấp Vì khó phát  Ƣu nhƣợc điểm DS - CDMA Ưu điểm DS-CDMA: - Việc mã hố liệu đơn giản thực nhân - Bộ tạo sóng mang đơn giản có sóng mang phát - Có thể thực việc giải điều chế quán tín hiệu trải phổ Nhược điểm DS-CDMA: 47 - Khó đồng tín hiệu mã nội tín hiệu thu - Do nhược điểm kết hợp với đặc điểm băng tần liên tục khơng lớn sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế 10-20Mhz - Người sử dụng gần BS phát mức công suất lớn nhiều so với người sử dụng xa Vì thuê bao truyền dẫn toàn băng tần cách liên tục nên người sử dụng gần BS gây nhiễu lớn cho người sử dụng xa BS Hiệu ứng gần - xa khắc phụ cách cách áp dụng thuật tốn điều khiển cơng suất mức cơng suất trung bình mà BS nhận từ MS giống 3.8 Các mã trải phổ sử dụng WCDMA Khái niệm trải phổ áp dụng cho kênh vật lý, khái niệm bao gồm hai thao tác Đầu tiên thao tác định kênh, ký hiệu số liệu 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 cịn Rc tốc 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 hố xây dựng sở mã Gold Trong trình định kênh (Hình 3.5), 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 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 bị hạn chế cần quản lý RNC, nhiên điều không xẩy đường lên 48 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 hồn tồn 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 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) ln sử dụng để „trộn‟ với mã trải phổ khơng làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu băng thông truyền dẫn Cch,1,0=+1 Cch,2,0=+1+1 SF=4 Cch,4,0=+1+1+1+1 Cch,4,1=+1+1-1-1 Cch,2,1=+1-1 Cch,4,2=+1-1+1-1 Cch,4,3=+1-1-1+1 SF=8 SF=16 SF=32 SF=64 SF=128 Hình 3.15 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 3.9 Trải phổ điều chế đƣờng lên 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 3.6 49 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 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 c cho DPCCH d cho DPDCH Các hệ số khuếch đại tính tốn SRNC gửi đến UE giai đoạn thiết lập đường truyền vơ tuyến hay đặt lại cấu hình Các hệ số khuếch đại nằm dải từ đến số giá trị c d luôn Luồng chip nhánh I Q sau cộng phức với ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức ký hiệu Sdpch,n hình 3.6 Mã ngẫu nhiên hóa đồng với khung vô tuyến, nghĩa chip thứ tương ứng với đầu khung vô tuyến Thao tác trải phổ mã định kênh để phân biệt Điều chỉnh hệ số khuyếch đại Cd,1 d Cd,3 d Thao tác ngẫu nhiên hoá phức để phân biệt nguồn phát (UE) giảm tỷ số công suất đỉnh công suất trung bình DPDCH1 I DPDCH3 Cd,5 Ghép mã I/Q (điều chế QPSK cho hai kênh) để tránh nhiễu âm số liệu UL không truyền cos(t )  d S DPDCH5 Cd,2 dpch,n I I+jQ d S DPDCH2 Cd,4 d Cd,6 d Cc e DPDCH4  DPDCH6 Q Phân chia phần thực phần ảo Q -sin(t) DPDCH Hình 3.16 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên 50 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 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 hố phức Minh họa hình 3.17 cho thấy sơ đồ điều chế cho phép truyền dẫn liên tục chu kỳ im lặng có thơng tin điều khiển lớp để trì hoạt động đường truyền (DPCCH) phát Số liệu người sử dụng (DTDCH) Chu kỳ Số liệu người sử dụng UL DTX (DTDCH) Thông tin điều khiển lớp vật lý (DPCCH) Hình 3.17 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đường lên kênh số liệu vật lý riêng đường lên có/ khơng có (DTX) số liệu người sử dụng Như minh họa hình 3.18, 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 khơng đổi khơng phụ thụ thuộc vào tỷ số  DPDCH DPCCH UL DPCCH/các DPDCH ghép mã I/Q với ngẫu nhiên hoá phức Trước ngẫu nhiên hoá phức (truyền dẫn song song)  = 0,5  = 0,5 =1 X X X X X X X X X  =  = 0,5   X X   X Hình 3.18 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức,  biểu diễn cho tỷ số công suất DPDCH DPCCH 51 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 Trải phổ điều chế kênh chung đường lên PRACH Phần trình bày 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 3.19 C d d I Phần số liệu PRACH cos(t ) S r-msg,n I C c Phần điều khiển PRACH I + jQ c S Q Q j Phân chia phần thực phần ảo -sin(t) Hình 3.19 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 ln 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 3.10 Trải phổ điều chế đƣờng xuống Khái niệm trải phổ ngẫu nhiên hóa đường xuống minh họa hình 3.10 Ngoại trừ SCH (kênh đồng ) cặp hai bit kênh trước hết biến 52 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 3.10 Mã ngẫu nhiên hóa đồng với mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho P - CCPCH (kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp), chíp phức khung P - CCPCH 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 3.20 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 Thao tác ngẫu nhiên hoá phức để phân biệtnguồn phát (nút B) Điều chỉnh hệ số khuếch đại PSCH Gp SSCH Gs Kênh vật lý đường xuống trừ SCH I  Sdl,n Cch, SF,m Q cos( t) I + jQ  S I Q G1 j Phân chia phần thực phần ảo Thao tác trải phổ mã định kênh để phân biệt kênh -sin(t) G2 Hình 3.20 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống Các mã trải phổ đường xuống Trên đường xuống, mã định kênh đường lên (mã OVSF) sử dụng Thơng thường có mã mã đặt mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều người sử dụng Theo quy đinh, 53 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 PDSCH (kênh chia sẻ đường xuống vật lý) 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 Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống Trên đường xuống có mã ngẫu nhiên hóa dài sử dụng Có tất 218-1=262143 mã ngẫu nhiên đánh số từ đến 262142 Các chuỗi mã ngẫu nhiên ký hiệu Sdl,n cấu trúc đoạn chuỗi Gold Để tăng tốc q trình tìm ơ, 8192 mã số 262143 sử dụng thực tế cắt ngắn lấy đoạn đầu 38400 chip để phù hợp với chu kỳ khung 10 ms Như minh họa hình 3.21, có mã với n=0,1,…, 8191 sử dụng Các mã chia thành 512 tập Mỗi tập gồm 16 mã (i=0…15) với mã sơ cấp 15 mã thứ cấp tập (i=0…7) với 8x16 mã hợp thành nhóm tạo nên 64 nhóm (j=0…63) 54 Một tập =1 mã ngẫu nhiên sơ cấp 15 mã ngẫu nhiên thứ cấp tương ứng(k=0 15) 512 mã ngẫu 512x15 nhiên cấp(k=1 15) sơ mã ngẫu nhiên thứ cấp(k=0) Tậpo = { Sdl,0‟ Tập7 = :{ ” Sdl,k‟ Sdl,112‟ Sdl,113‟ Nhóm mã j (j=0 63 ) Sdl,15 } : : : Nhóm mã Sdl,1‟ Sdl,k+112‟ Sdl,127 } Tậpjx8 = Sdl,16x8j‟ Sdl,16x8j+1‟ Sdl,16x8j+2‟ { Sdl,16x8j+15} : : : Tậpjx8+7 Sdl,16x(8j+7)‟ ={ : ” Sdl,16x(8j+7)+1‟ Sdl,16x(8j+7)+2‟ Sdl,16x(8j+7)+15} Một nhóm mã =7 mã ngẫu nhiên sơ cấp 7x15 mã ngẫu nhiên thứ cấp) Tập504 = Sdl,8064‟ Sdl,8065‟ { Sdl,8079‟ } Sdl,8064+k‟ Sdl,8186+k‟ : : : Tập511= Nhóm mã 63 { : ” Sdl,8186‟ Sdl,8187‟ Sdl,8191‟ } Hình 3.21 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp Vì thơng thường ô nhận dạng mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp, nên q trình tìm kiếm trình tìm kiếm mã Quá trình tìm kiếm ô thực theo ba bước sau: 55 Tìm P-SCH (kênh đồng sơ cấp) để thiết lập đồng khe đồng ký hiệu Tìm S-SCH (kênh đồng thứ cấp) để thiết lập đồng khung nhóm mã Tìm mã ngẫu nhiên hóa để nhận dạng ô Ghép kênh đa mã đường xuống Để tăng dung lượng kênh đường xuống ta sử dụng sơ đồ ghép kênh đa mã cho hình 3.22 Ch S/P  Cch,sf, Ch S/P I : : Sdln Cch,sf, I+j Q : : : : Đến điều chế QPSK S/P Cch,sf,N : :  Q j Hình 3.22 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 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 Khi tính trực giao mã trải phổ cho phép máy thu đầu cuối dễ dàng tách tín hiệu Do sử dụng chung tần số nên áp dụng chuyển giao mềm cho CDMA Trong chuyển giao mềm máy di động kết nối đến nhiều trạm gốc tần số với mã trải phổ khác Ưu điểm chuyển giao mềm không làm gọi q trình chuyển giao làm giảm phần dụng lượng tăng thêm tính phức tạp hệ thống Nhưng sử dụng chung tần số nên xẩy tượng gần xa, máy di động gần trạm gốc gây 56 nhiễu cho người sử dụng khác Để khắc phục nhược điểm phải áp dụng điều khiển cơng suất nhanh cho CDMA mày di động gần trạm gốc điều chình phát cơng suất thấp máy di động xa trạm gốc Điều khiển công suất nhanh WCDMA thực 1500 lần giây Một đặc điểm CDMA mã ngẫu nhiên hóa mang tính trực giao cao nên đường truyền đến máy thu có độ trễ khác thời gian chip lớn thời gian độc lập với sử dụng phân tập đa đường (hay máy thu RAKE) CDMA Nguyên tắc máy thu RAKE chọn số đường (một số ngón) có cơng suất thu lớn ngưỡng, đồng chỉnh pha đường 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 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 cấu trúc từ mã Gold WCDMA sử dụng điều chế QPSK cho đường xuống BPSK cho đường lên Để giảm tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức sử dụng Kết luận chƣơng Ở chương nêu tổng quát cấu trúc mạng WCDMA trình bày kỹ thuật trải phổ sử dụng mạng thông tin di động WCDMA Hệ thống DSSS tất người sử dụng dùng chung băng tần phát tín hiệu họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên xac để lấy tín hiệu mong muốn cách giải trải phổ Các tín hiệu xuất dạng nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm Ở hệ thống FHSS THSS người ấn định mã giả ngẫu nhiên cho khơng có cặp sử dụng tần số hay khe thời gian, máy phát tránh xung đột 57 KẾT LUẬN Cùng với phát triển nhanh chóng mặt đời sống xã hội, nhu cầu người ngày tăng tất lĩnh vực Đặc biệt lĩnh vực thông tin, người mong muốn thông tin cập nhập nhanh nhất, liệu lấy với tốc độ cao Trong thông tin di động, công nghệ WCDMA đời bước phát triển lớn, làm tăng tốc độ truy cập mạng, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ Internet di động đa phương tiện với chất lượng cải thiện so với 2,5G Với công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp WCDMA thực bước đột phá vấn đề mở rộng băng tần chất lượng tín hiệu Tuy nhiên nhu cầu số lượng người sử dụng ngày cao nên tốc độ truyền liệu 2Mbps độ rộng băng tần MHz WCDMA chưa đáp ứng Do cần cơng nghệ mới, dựa WCDMA, để tạo tốc độ truyền liệu lớn đáp ứng nhu cầu thông tin Sinh viên thực Bùi Hoàng Lịch 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng , “Thông tin di động hệ 3”, Nhà xuất bưu điện, 2001 [2] Nguyễn Hữu Trung, “ Kỹ thuật trải phổ truyền dẫn đa sóng mang”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Kỹ sư Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA”, Nhà xuất Học viện bưu viễn thơng tháng 12 năm 2004 [4] Khoa điện tử viễn thơng “ Giáo trình thông tin di động” Nxb Khoa học kỹ thuật, 2007 [5] Thầy Vũ Đức Thọ, “Tính tốn mạng thơng tin di động Cellular”, Nxb Giáo Dục, 1997 59 ... thuật trải phổ mạng thông tin di động WCDMA? ?? Nội dung đồ án bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan phát triển thông tin di động Chương 2: Công nghệ thông tin di động thứ ba WCDMA Chương 3: Kỹ thuật trải. .. quan mạng thông tin di động WCDMA Hệ thống thông tin di động cung cấp dịch vụ đa phương tiện truyền liệu tốc độ cao, truy cập internet giống mạng không dây Trong mạng thông tin di động WCDMA. .. pháp trải phổ Trong trải phổ, thông tin trải phổ hệ thống thơng tin tín hiệu phát trải rộng phổ nhờ mã trải phổ có băng thông lớn nhiều so với băng thông tín hiệu số liệu Các hệ thống trải phổ