Trải phổ và đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động

Tr-ờng đại học vinh Khoa điện tử viễn thông đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: Trải phổ đa truy nhập hệ thống thông tin di ®éng Ng-êi h-íng dÉn : ths Ngun thÞ minh Sinh viên thực : nguyễn hữu đồng Lớp : 47K - §TVT vinh - 05/ 2011 LỜI MỞ ĐẦU *** Thông tin di động số ngày phát triển mạnh mẽ giới với ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thông tin, dịch vụ sống ngày Các kĩ thuật khơng ngừng đƣợc hồn thiện đáp ứng nhu cầu ngƣời tiêu dùng Công nghệ điện thoại di động phổ biến giới GSM gặp nhiều cản trở sớm bị thay công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa dịch vụ nhƣ Internet, truyền hình Hệ thống viễn thơng di động hệ hai GSM IS 95 Những công nghệ ban đầu đƣợc thiết kế để truyền tải giọng nói nhắn tin Để tận dụng đƣợc tính hệ thống 2G chuyển hƣớng sang 3G cần thiết có giải pháp trung chuyển Các nhà khai thác mạng GSM bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vơ tuyến chuyển mạch gói), EDGE (tiêu chuẩn 3G băng tần GSM hỗ trợ liệu lên tới 384kbit) UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), WCDMA 3G bƣớc đột phá ngành di động, cung cấp băng thơng rộng cho ngƣời sử dụng Điều có nghĩa có dịch vụ nhiều thuận tiện dịch vụ thoại sử dụng ứng dụng liệu nhƣ truyền thơng hữu ích nhƣ điện thoại truyền hình, định vị tìm kiếm thơng tin, truy cập Internet, truyền tải liệu dung lƣợng lớn, nghe nhạc xem video chất lƣợng cao,… Truyền thơng di động ngày đóng vai trị quan trọng sống Việc giữ liên lạc với ngƣời di chuyển làm thay đổi sống riêng tƣ công việc “Ngày 10/3/2005, Bộ BCVT tiến hành nghiệm thu đề tài xây dựng tiêu chuẩn thiết bị đầu cuối thông tin di động W-CDMA (UTRA-FDD) mã số 49-04-KTKT-TC dành cho công nghệ 3G Theo đánh giá thành viên phản biện, việc xây dựng hồn thành cơng trình việc làm cần thiết, có ý nghĩa đặc biệt độ khả thi giai đoạn nay, nhu cầu phát triển lên 3G xu hƣớng tất yếu Việt Nam, nhà di động mạng GSM” (Theo báo điện tử VietNamNet) Các công nghệ đa truy nhập tảng hệ thống thông tin vơ tuyến nói chung thơng tin di động nói riêng Các hệ thống cho phép hệ thống đa truy nhập vô tuyến phân bổ tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho ngƣời sử dụng mà công nghệ phân chia thành: Đa truy nhập phân chia theo tần số(FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ngồi cịn có đa truy nhập theo khơng gian (SDMA) Trên cở sở tích lũy nhƣng năm học tập chuyên nghành Điên tử Viễn thông trƣờng Đại Học Vinh sau thời gian thực tập phịng kỹ thuật “Cơng Ty Điện tốn Truyền số liêu VDC” Với mong muốn tìm hiểu sâu phƣơng pháp đa truy nhập ứng dụng thơng tin di động em chọn đề tài “ Trải phổ đa truy nhập hệ thống thông tin di động” làm đồ án tốt nghiệp Hiện GMS cơng nghệ di động hệ thứ WCDMA hai hệ thống đƣợc ứng dụng rộng rãi giới nhƣ Việt Nam mà phần nội dung em sâu nghiên cứu hai hệ thống Nội dung đồ án gồm có chƣơng: Chương1 Tổng quan thơng tin di động Chương Giới thiệu hệ thống di động GMS Chương Công nghệ di động hệ ba W-CDMA Trải phổ đa truy nhập W-CDMA Trong trình làm đồ án tốt nghiệp khó tránh khỏi sai sót, em mong dẫn thầy giáo góp ý bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện Để hồn thành đƣợc đồ án này, trƣớc tiên em xin gửi đến cô giáo Th.s Nguyễn Thị Minh lời cảm ơn chân thành bảo giúp đỡ tận tình suốt thời gian qua Em xin gửi đến q thầy cơ, gia đình bạn bè lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc giúp đỡ suốt thời gian em học tập trƣờng Vinh ngày 10 / 05 / 2011 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Đồng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU 16 CHƢƠN TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 17 1.1 Giới thiệu 17 1.2 Các đặc tính hệ thống thông tin di động 18 1.3 Hệ thống thông tin di dộng hệ 19 1.4 Hệ thống thông tin di dộng hệ 21 1.4.1 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 21 1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 23 Hệ thống thông tin di động hệ ba 25 1.6 Kết luận chƣơng 28 CHƢƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GMS 29 2.1 Giới thiệu chung GMS 29 2.2 Cấu trúc mạng GSM 31 2.2.1 Trạm di động 32 2.2.2 Hệ thống trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) 33 2.2.2.1 Khối BTS (Base Tranceiver Station) 33 2.2.2.2 Khối BSC (Base Station Controller) 34 2.2.2.3 Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit) 35 2.2.3 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem) 35 2.2.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động MSC 35 2.2.3.2 Bộ ghi định vị thƣờng trú (HLR - Home Location Register) 37 2.2.3.3 Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register) 37 2.2.3.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register) 38 2.2.3.5 Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center) 38 2.2.4 Phân hệ khai thác bảo dƣỡng (OSS) 39 2.2.4.1 Khai thác bảo dƣỡng mạng 39 2.2.4.2 Quản lý thuê bao 40 2.2.4.3 Quản lý thiết bị di động 40 2.2.4.4 Đa truy nhập GSM 40 2.2.4.5 Giao tiếp vô tuyến 42 2.3 Quản lý tài nguyên vô tuyến RRM (Radio Resoucre Management) 42 2.3.1 Quản lý di động MM (Mobility Manegement) 42 2.3.2 Quản lý cập nhật vị trí 43 2.3.3 Quản lý chuyển giao (Handover) 43 2.3.3.1 Chuyển vùng 44 2.3.3.2 Thực gọi 44 2.4 Sự phát triển mạng GSM lên 3G 47 2.4.1 Hệ thống GSM đƣợc nâng cấp bƣớc lên hệ ba 47 2.4.2 Các giải pháp nâng cấp 48 2.5 Kết luận chƣơng 49 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ DI DỘNG THẾ HỆ THỨ BA W-CDMA TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP TRONG W-CDMA 51 3.1 Công nghệ W-CDMA 51 3.2 Cấu trúc mạng W-CDMA 52 3.2.1 Giao diện vô tuyến 55 3.2.1.1 Giao diện UTRAN – CN, IU 56 3.2.1.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 57 3.2.1.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 58 3.3 Các giải pháp kỹ thuật W-CDMA 58 3.3.1 Mã hóa 58 3.3.1.1 Mã vòng 58 3.3.1.2 Mã xoắn 60 3.3.1.3 Mã Turbo 60 3.3.2 Điều chế BIT/SK QPSK 60 3.3.2.1 Điều chế BIT/SK 60 3.3.2.2 Điều chế QPSK 62 3.4 Trải phổ đa truy nhập W-CDMA 63 3.4.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 63 3.4.2 Các hệ thống DSSS - BPSK 66 3.4.2.1 Máy phát DSSS - BPSK 66 3.4.2.2 Máy thu DSSS – BPSK 67 3.4.3 Các hệ thống DS/SS – QPSK 70 3.4.4Các mã sử dụng W-CDMA 75 3.4.5 Trải phổ điều chế đƣờng lên 76 3.4.5.1 Trải phổ điều chế kênh riêng đƣờng lên 76 3.4.5.2 Trải phổ điều chế kênh chung đƣờng lên PRACH………….79 3.4.6 Trải phổ điều chế đƣờng xuống 80 3.4.6.1 Sơ đồ trải phổ điều chế đƣờng xuống 80 3.4.6.2 Các mã trải phổ đƣờng xuống 81 3.4.6.3 Các mã ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống 81 3.4.6.4 Ghép kênh đa mã đƣờng xuống 82 3.5 Kết luận chƣơng 83 TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống điện thoại di động 17 Hình 1.2 Khái niệm hệ thống FDMA 20 Hình 1.3 Khái niện hệ thống TDMA 22 Hình 1.4 Khái niệm hệ thống CDMA 24 Hình 1.5 Lộ trình phát triển từ 2G lên 3G [3] 26 Hình 2.1 Mạng tế bào vô tuyến 30 Hinh 2.2 Mơ hình cấu trúc hệ thống thông tin di động GMS [2] 31 Hình 2.3 Chức xử lý gọi MSC 36 Hình 2.4 Gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 45 Hình 2.5 Gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động 46 Hình 2.6 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 48 Hình 2.7 Quá trình nâng cấp GSM lên W-CDMA 49 Hình 3.1 Các dịch vui đa phƣơng tiện hệ thống thông tin di động thứ ba 52 Hình 3.4 Mạch mã hóa vịng ( g(x) = + g1x + g2x2 + + gn-k-1xn-k-1 + xn-k) 59 Hình 3.7 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 65 Hinh 3.8 Sơ đồ khối máy phát DSSS – BPSK 67 Hình 3.9 Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK 70 Hinh 3.10 Sơ đồ trải phổ DS/SS - QPSK 71 Hình 3.11 Các dạng sóng hệ thống DS/SS - QPSK 72 Hình 3.12 Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS – QPSK 73 Hình 3.13 Cây mã định kênh 76 Hình 3.14 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đƣờng lên 77 Hình 3.15 Truyền dẫn kênh điều khiển vật lý riêng đƣờng lên kênh số liệu vật lý riêng đƣờng lên có/ khơng có (DTX) số liệu ngƣời sử dụng 78 Hình 3.18 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đƣờng xuống 80 Hình 3.19 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp 82 Hình 3.20 Truyền dẫn đa mã cho đƣờng xuống 83 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết AI Acquisition Indicator Chỉ thị bắt AMPS Advanced Mobile Phone Hệ thống điện thoại di động System tiên tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động AS Access Stratum Tầng truy nhập AuC Authentication Center Trung tâm nhật thực ATM Asynchoronous Tranfer Phƣơng thức truyền không Mode đồng BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến thu phát gốc BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BS Base station Trạm gốc CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CDMA Code Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo Access mã C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số nóng mang nhiễu CCPCH Common Control Physical Kênh vật lý điều khiển chung Channel CPCC Common Power Control Kênh điều khiển công suất Chanel chung 10 Hình 3.11 Các dạng sóng hệ thống DS/SS - QPSK Quá trình giải trải phổ DS/SS – QPSK Các chuỗi mã PN đƣợc tạo độc lập phía phát phía thu nên chuỗi PN phía thu dich chuyển lƣợng  Tín hiệ phía phát Ci(t) tín hiệu phía thu Ci(t-  ) Để thực bắt chuỗi ngƣời ta dụng sơ đồ bắt chuỗi nhƣ Hình 3.11 Giả thiết trễ τ, tín hiệu vào (nếu bỏ qua tạp âm): S(t-τ) = Ebr d(t-τ)c (t-τ)sin(2f t + ‟) + c Tb ‟) 72 Ebr d(t-τ)c (t-τ)sin(2f t + c Tb Ebr lƣợng bit thu, θ' =θ -2πfcτ Hình 3.12 Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS – QPSK Ebr lƣợng bit thu, θ' =θ -2πfcτ Các tín hiệu trƣớc cộng là: u1(t) = 2Ebr 2Ebr d(t-τ) sin2(2fct + ‟)d(t-τ)c1(t-τ)c2(t-τ)sin(2fct Tb Tb +‟)cos(2fct +‟) = =u2(t) = - 2Ebr d(t-τ) [1- cos(4fct + 2)] Tb 2Ebr d(t-τ)c1(t-τ)c2(t-τ) sin( 4fct + 2) Tb 2Ebr 2Ebr d(t-τ)c1(t-τ)c2(t-τ)sin(2fct +‟)cos(2fct +‟) + d(t-τ) Tb Tb cos2(2fct +‟) =- = 2Ebr d(t-τ)c1(t-τ)c2(t-τ) sin( 4fct + 2) Tb 2Ebr d(t-τ) [1- cos(4fct + 2)] Tb Lấy tích phân cho tổng hai tín hiệu lƣu ý tất thành phân tần số 2f c có giá trị trung bình khơng, ta đƣợc: Tb Zi =   [ u1(t) + u2(t) ]d(t) = 2Ebr d(t-τ) =  2Eb  73 Tóm lại: Các hệ thống DSSS đƣợc sử dụng cấu hình khác Hệ thống hình 3.11 3.12 đƣợc sử dụng để phát tín hiệu có tốc độ bit 1/Tb bps Gp độ rộng băng tần tín hiệu DS/SS-QPSK phụ thuộc vào tốc độ chip cuả c1(t) c2(t) Ta sử dụng hệ hống DS/SSQPSK để phát hai tín hiệu số 1/Tb bps cách để tín hiệu điều chế nhánh Một dạng khác ta sử dụng hệ thống DS/SS-QPSK để phát tín hiệu số có tốc độ bit gấp đơi: 2/Tb bps cách chia tín hiệu số thành hai tín hiệu có tốc độ bit 1/Tb bps để chúng điều chế hai nhánh Tồn nhân tố đặc trƣng cho hiệu hoạt động DS/SS-QPSK nhƣ: độ rộng băng tần đƣợc sử dụng, Gp tổng tỷ số tín hiệu tạp âm (SNR: Signal to Noise Ratio) (thƣờng đƣợc xác đinh xác suất lỗi bit) Khi so sánh DS/SS-QPSK với DS/SS-BPSK ta cần giữ số thông số nhƣ hai hệ thống so sánh thông số cịn lại Chẳng hạn tín hiệu số đƣợc phát hệ thống DS/SS-QPSK sử dụng nửa độ rộng băng tần so với độ rộng băng tần mà hệ thống DS/SS-BPSK địi hỏi có Gp SNR Tuy nhiên số liệu đƣợc phát hệ thống DS/SS-QPSK có độ rộng băng tần Gp nhƣ hệ thống DS/SS-BPSK, hệ thống DS/SS-QPSK có ƣu việt SNR dẫn đến xác suất lỗi thấp Mặt khác hệ thống DS/SS-QPSK phát gấp hai lần số liệu so với hệ thống DS/SS - BPSK sử dụng độ rộng băng tần có Gp SNR Ƣu điểm hệ thống DS/SS-QPSK so với hệ thống DS/SSBPSK đƣợc đề cập đạt đƣợc nhờ tính trực giao sóng mang sin(2πfct+θ) cos(2πfct+θ) nhánh đồng pha vng góc Nhƣợc điểm hệ thống DS/SS-QPSK phức tạp hệ thống DS/SS-BPSK Ngồi sóng mang đƣợc sử dụng để giải điều chế máy thu khơng thực trực giao xẩy xuyên âm hai nhánh gây thêm giảm chất lƣợng hệ thống 74 3.4.4Các mã sử dụng W-CDMA Khái niệm trải phổ đƣợc áp dụng cho kênh vật lý, khái niệm bao gồm hai thao tác Đâu 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=R s/Rc Rs tốc độ ký hiệu cịn Rc tốc 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 đƣợc „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 3.12) đƣợc sử dụng cho tốc độ ký hiệu khác đƣợc ký hiệu C ch,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 mộ ô bị hạn chế cần đƣợc quản lý RNC, nhiên điều không xẩy 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, khơng 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 hồn tồn 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 75 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) ln đƣợc sử dụng để „trộn‟ với mã trải phổ nhƣng không làm ảnh hƣởng độ rộng phổ tín hiệu băng thơng truyền dẫn Hình 3.13 Cây mã định kênh 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 3.4.5 Trải phổ điều chế đường lên 3.4.5.1 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 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 3.14 76 Một DPCCH cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực đƣợc trải phổ phát đồng thời DPCCH đƣợc trải phổ mã C c=Cch,256,0, k=0 Nếu kênh DPDCH đƣợc phát đƣờng lên, DPDCH1 đƣợc 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 đƣợc phát, tất DPDCH có hệ số trải phổ (tốc độ bit kênh 960kbps) DPDCHn đƣợc 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 đƣợc đánh trọng số hệ số khuyếch đại ký hiệu c cho DPCCH d cho DPDCH Các hệ số khuyếch đại đƣợc tính tốn SRNC đƣợc gửi đến UE giai đoạn thiết lập đƣờng truyền vô tuyến hay đặt lại cấu hình Các hệ số khuyếch đại nằm dải từ đến số giá trị c d luôn Luồng chip nhánh I Q sau đƣợc cộng phức với đƣợc ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức đƣợc ký hiệu Sdpch,n hình 3.14 Mã ngẫu nhiên hóa đƣợc đồng với khung vô tuyến, nghĩa chip thứ tƣơng ứng với đầu khung vơ tuyến Hình 3.14 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên 77 Các nghiên cứu cho thấy phát khơng 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 3.14, 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 đƣờng truyền (DPCCH) đƣợc phát Hình 3.15 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 Nhƣ minh họa hình 3.15, 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 cơng suất đỉnh cơng suất trung bình) UE hầu nhƣ không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số  DPDCH DPCCH Hình 3.16 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dung ngẫu nhiên hóa phức  78 biểu diễn cho tỷ số công suất DPDCH DPCCH 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 3.4.5.2 Trải phổ điều chế kênh chung đường lên PRACH Phần trình bầy ấn định mã cho tiền tố phần tin PRACH dạng kênh chung đƣờng lên Trải phổ ngẫu nhiên hóa phần tin PRACH đƣợc minh họa hình 3.15 Hình 3.17 Trải phổ điều chế phần tin PRACH Phần điều khiển tin PRACH đƣợc trải phổ mã định kênh Cc=Cch,256,m, m=16.s+15 s (0s15) chữ ký tiền tố phần số liệu đƣợc 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 đƣợc trải phổ mã ngẫu nhiên hóa dài Độ dài mã ngẫu nhiên hóa đƣợc sử dụng cho phần tin 10ms Có tất 8192 mã ngẫu nhiên hóa 79 3.4.6 Trải phổ điều chế đường xuống 3.4.6.1 Sơ đồ trải phổ điều chế đường xuống Khái niệm trải phổ ngẫu nhiên hóa đƣờng xuống đƣợc minh họa hình 3.18 Ngoại trừ SCH, cặp hai bit kênh trƣớc hết đƣợc biến đổi từ nối tiếp vào song song tƣơng ứng ký hiệu điều chế, sau đƣợc đặt lên nhánh I Q Sau nhánh I Q đƣợc trải phổ đến tốc độ 3,84Mcps mã dịnh kênh Cch,SF,m Các chuỗi chip giá trị thực nhánh I Q sau đƣợc ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát nút B, mã đựợc ký hiệu S dl,n hình 3.18 Mã ngẫu nhiên hóa đƣợc đồng với mã ngẫu nhiên hóa sử dụng cho PCCPCH) chíp phức khung P-CCPCH đƣợc nhân với chip số mã ngẫu nhiên hóa Sau trải phổ, kênh vật lý đƣờng xuống (trừ SCH) đƣợc đánh trọng số hệ số trọng số riêng ký hiệu Gi nhƣ hình 3.18 PSCH S-SCH giá trị phức đƣợc đánh trọng số riêng hệ số trọng số Gp Gs Tất kênh đƣờng xuống đƣợc kết hợp với cộng phức Chuỗi nhận đƣợc sau trải phổ ngẫu nhiên hóa đƣợc điều chế QPSK Hình 3.18 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống 80 3.4.6.2 Các mã trải phổ đường xuống Trên đƣờng xuống, mã định kênh nhƣ đƣờng lên (mã OVSF) đƣợc sử dụng Thông thƣờng có mã mã đƣợc đặt dƣới mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều ngƣời 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 trƣờng hợp sử dụng chuyển giao phân tập Mã OVSF thay đổi theo khung kênh PDSCH đƣờng xuống vật lý Quy tắc thay đổi nhƣ sau, mã (các mã) OVSF đƣợc sử dụng cho kết nối phía dƣới hệ số trải phổ nhỏ mã từ nhánh cây, mã nhánh mã đƣợc hệ số trải phổ thấp Nếu DSCH đƣợc xếp lên nhiều PDSCH song song, quy tắc tƣơng tự đƣợc áp dụng, nhƣng tất nhánh mã đƣợc sử dụng mã tƣơng ứng với hệ số trải phổ nhỏ sử dụng cho ấn định hệ số trải phổ cao 3.4.6.3 Các mã ngẫu nhiên hóa đường xuống Trên đƣờng xuống có mã ngẫu nhiên hóa dài đƣợc sử dụng Có 218-1=262143 mã ngẫu nhiên đƣợc đánh số từ đến 262142 Các chuỗi mã ngẫu nhiên đƣợc ký hiệu Sdl,n đƣợc cấu trúc đoạn chuỗi Gold Để tăng tốc trình tìm ô, 8192 mã số 262143 đƣợc sử dụng thực tế đƣợc cắt ngắn lấy đoạn đầu 38400 chip để phù hợp với chu kỳ khung 10 ms Nhƣ minh họa hình 3.18, có mã với n=0,1,…, 8191 đƣợc sử dụng Các mã đƣợc 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) 81 Hình 3.19 Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp Vì thông thƣờng ô đƣợc nhận dạng mã ngẫu nhiên hố sơ cấp, nên q trình tìm kiếm ô trình tìm kiếm mã Quá trình tìm kiếm đƣợc thực theo ba bƣớc sau:  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 3.4.6.4 Ghép kênh đa mã đường xuống `Để tăng dung lƣợng kênh đƣờng xuống ta sử dụng sơ đồ ghép kênh đa mã nhƣ cho hình 3.20 82 S/P: biến đổi nối tiếp thành song song Hình 3.20 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 3.5 Kết luận chương 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 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 đƣợc 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 nhƣng với mã trải phổ khác Ƣu điểm chuyển giao mềm không làm gọi trình chuyển giao làm giảm phần dụng lƣợng tăng thêm tính phức tạp hệ thống Nhƣng sử dụng chung tần số nên xẩy 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 mày di động gần trạm gốc đƣợc điều chình phát cơng 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 83 thời gian độc lập với sử dụng phân tập đa đƣờng (hay máy thu RAKE) CDMA Nguyên tắc máy thu RAKE chọn số đƣờng (một số ngón) có cơng 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 cơng suất trung bình tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức đƣợc sử dụng 84 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu với bảo tận tình giáo hƣớng dẫn, em hoàn thành đề tài “Trải phổ đa truy nhập hệ thống thơng tin di động” qua em nắm đƣợc kỹ thuật trải phổ sử dụng hệ thống thông tin di động W-CDMA phƣơng pháp đa truy nhập hệ thống thông tin di động nói chung, q trình thiết lập xử lý gọi Sau tìm hiểu kỹ thuật này, em nhận ƣu điểm vƣợt trội công nghệ CDMA với kỹ thuật trải phổ trực tiếp đƣợc sử dụng tiêu biểu hệ thống W-CDMA Tuy đời sau nhƣng hẳn cơng nghệ khác khả truy nhập, chất lƣơng bảo mật Nó tảng để phát triển lên hệ thống có chất lƣợng phục vụ cao tƣơng lai Với khoảng thời gian có hạn điều kiện khơng cho phép, vấn đề em chƣa tìm hiểu đƣợc nhƣ giới hạn Nhƣng kiến thức tảng giúp em sau tự tin việc tiếp cận với hệ thống thông tin di động Một lần em xin chân thành cảm ơn co giáo Ths Nguyễn Thị Minh hƣớng dẫn cách tận tình để em đƣợc hồn thành đố án nầy cách tốt Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa tận tình giúp đỡ dạy dỗ em suốt trình em học tập trƣờng Vinh ngày 10 tháng 10 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Hữu Đồng 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS nguyễn Phạm Anh Dũng, Trải phổ đa truy nhập vô tuyến, Giáo trình Học Viện Bƣu Chính Viễn Thơng [2] Trịnh Anh Vũ, Giáo trình thơng tin di động, Học viện Bƣu Chính viễn thơng [3] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thơng tin di động hệ (Tập 2), Tổng cơng ty bƣu Việt Nam , 2001 [4] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, Học viện cơng nghệ bƣu Viễn Thơng [5] Nguyễn Văn Thuận, Hệ thống thông tin di đông W-CDMA, nhà xuất Bƣu Điện [6] http:// dantri.com Truy cập lần cuối ngày 15/ / 2011 [7]http://dientuvienthong.org Truy cập lần cuois vào ngày 15/ / 2011 86 ... hệ thống thông tin di động Chƣơng Giới thiệu hệ thống thông tin di động GMS Chƣơng Công nghệ di động hệ thứ ba W-CDMA Trải phổ đa truy nhập W-CDMA Nội dung trọng tâm đồ án tìm hiểu trải phổ đa. .. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 17 1.1 Giới thiệu 17 1.2 Các đặc tính hệ thống thơng tin di động 18 1.3 Hệ thống thông tin di dộng hệ 19 1.4 Hệ thống thông tin di dộng hệ. .. với hệ thống thông tin di động băng hẹp nay, hệ thống thông tin di động hệ thứ cịn đƣợc gọi hệ thống thơng tin di độn băng rộng, Từ năm 2001, hệ thống IMT – 2000 sử dụng công nghệ đa truy nhập