Công nghệ wcdma và kỹ thuật trải phổ trong wcdma

Tr-ờng đại học vinh Khoa điện tử - viễn thông Đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: Công nghệ WCDMA kỹ thuật trải phổ WCDMA Nguyễn Hoa LSinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thanh Nga Lớp: 47K - ĐTVT Ng-ời h-ớng dẫn: PGS.TS Vinh, tháng 5/2011 MỞ ĐẦU Nhu cầu trao đổi thông 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 phần nhu cầu người tiêu dùng Vì em chọn đề tài: “Cơng nghệ WCDMA kỹ thuật trải phổ WCDMA” Nội dung đồ án bao gồm chương: Chương Lịch sử phát triển hệ thống thông tin di động Chương Thông tin di động hệ ba WCDMA Chương Công nghệ trải phổ WCDMA Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoa Lư thầy cô giáo khoa nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành đồ án tốt nghiệp Vinh, tháng 05 năm 2011 Sinh Viên thực Nguyễn Thị Thanh Nga MỤC LỤC Trang DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chương LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THƠNG TIN DI ĐỘNG 11 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động 12 1.2 Hướng phát triển WCDMA 16 Chương CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA 17 2.1 Giới thiệu WCDMA 18 2.2 Cấu trúc mạng WCDMA 24 2.3 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS 26 Chương CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ TRONG WCDMA 34 3.1 Cấu trúc thiết bị thu phát vô tuyến số 34 3.2 Khái quát kỹ thuật trải phổ 36 3.3 Hệ thống thông tin trải phổ 37 3.4 Các phương thức trải phổ 40 3.5 Các đặc tính DS-CDMA 45 3.6 Ưu nhược điểm DS - CDMA 45 3.7 Các mã trải phổ sử dụng WCDMA 46 3.8 Trải phổ điều chế đường lên 48 3.9 Trải phổ điều chế đường xuống 51 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thơng tin di động 10 Hình 2.1 Các dịch vụ đa phương tiện hệ thống thông tin di động hệ ba 17 Hình 2.2 Sơ đồ mạng WCDMA 22 Hình 2.3 Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP Release 1999 25 Hình 2.4 Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP Release 29 Hình 2.5 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP 3GPP Release5 32 Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát thiết bị vô tuyến số 34 Hình 3.2 Mơ hình hệ thống thơng tin trải phổ 37 Hình 3.3 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 39 Hình 3.4 Q trình giải phổ lọc tín hiệu người sử dụng k từ K tín hiệu 44 Hình 3.5 Cây mã định kênh 47 Hình 3.6 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên 48 Hình 3.7 Truyền dẫn kênh điều khiển kênh số liệu vật lý riêng đường lên 48 Hình 3.8 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hoá phức 48 Hình 3.9 Trải phổ điều chế phần tin PRACH 49 Hình 3.10 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống 52 Hình 3.11 Các mã ngẫu nhiên hố sơ cấp thứ cấp 54 Hình 3.12 Truyền dẫn đa mã cho đường xuống 55 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 So sánh thông số kỹ thuật công nghệ 3G…………………….16 Bảng 2.1 Các đặc tính kỹ thuật W-CDMA 21 Bảng 3.1 Thí dụ tám mã trực giao 42 Bảng 3.2 Thí dụ nhân hai mã giống mã tập mã 43 Bảng 3.3 Thí dụ nhân hai mã khác mã tập mã 43 Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1G Là hệ thống thông tin di 1st Generation động thứ 2G Hệ thống thống tin di động 2nd Generation hệ 3G Hệ thống thống tin di động 3rd Generation hệ thứ 3GPP Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ Project GPP2 Third Generation Partnership Dự án hội nhập hệ thứ Project2 hai Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động A; AMPS tiên tiến ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực AMR Adaptive multi Rate Kỹ thuật đa tốc độ thích ứng 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 CRC Cyclic Redundance Check Mã kiểm tra dư vòng CDMA Code Division Multi Access CN Core Network Mạng lõi CS Circuit-Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call Server Control Function Chức điều khiển phục B; C; Đa truy nhập phân chia theo mã vụ gọi D; DS Direct Sequence Chuỗi trải phổ trực tiếp DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý dùng chung DPCCH DSCH Dedicated Physical Control Kênh điều khiển vật lý dùng Channel chung Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống Enhanced Data Rates for GSM Cải thiện tốc độ số liệu cho Evolution phát triển GSM Equipment Identify Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia E; EDGE EIR F; FDD theo tần số FDMA FH/SS Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia tần Access số Frequency Hopping/Spread Trải phổ nhảy tần Spectrum G; GGSN Gateway GPRS Support Node Nút mạng hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway MSC MSC cổng GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vơ tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động Communications toàn cầu High Data Rate Tốc độ số liệu cao H; HDR I; IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMSI International Mobile Subcriber Chỉ thị thuê bao di động Identity quốc tế International Mobile Viễn thông di dộng quốc tế Telecommunications-2000 2000 IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-95 Interim Standard-95 Tiêu chuẩn thông tin di IMT-2000 động TDMA Mỹ ITU Telecommunication Bộ phận tiêu chuẩn hóa Standardisation Sector viễn thơng ITU ME Mobile Equipment Thiết bị di động MGW Media Gateway Cổng media MRF Media Resource Function Chức nguồn media MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Service Center Trung tâm chuyển mạch ITU-T M; dịch vụ di động N; NMT Nordic Mobile Telephone system Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu O; Orthorgonal Frequency Division Ghép kênh phân chia tần số Multiplexing trực giao Orthorgonal Variable Spreading Hệ số trải phổ khả biến trực Factor giao PCCH Paging Control Channel Kênh điều khiển nhắn gọi PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên OFDM OVSF P; đường xuống PDCH Packet Data Channel Kênh số liệu gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển Network mạch công cộng PS Packet-switched Chuyển mạch gói PCCPCH Primary Common Control Kênh vật lý điều khiển Physical Channel chung sơ cấp Physical Downlink Shared Kênh chia sẻ vật lý đường Channel xuống PDSCH PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý Q; QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương R; RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến S; SGSN Serving GPRS Support Node Nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SRNC Serving RNC RNC phục vụ SS7 Signaling System Hệ thống báo hiệu số SID Silence Descritor Khung mô tả im lặng SF Spectrum Factor Hệ số trải phổ 10 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 cơng suất phát từ K máy phát đầu vào máy thu k a) Sơ đồ giải phổ DSSS y X  y i 1 i  X X c x i 1 X k  xk   ci xi i i Lọc thông thấp B=Rc i 1 i k X K (Ước tính x) Ck b) Phổ đầu vào máy thu k tín hiệu trải phổ phát từ K máy phát Xk(f) c) Phổ tín hiệu thu sau giải trải phổ Xk(f) Xx d) Phổ tín giải trải phổ sau lọc B = Rb Xx S1 Xk(f) Xk(f) SIR=S1/S2 S2 Xk(f) X3(f) X3(f) X2(f) X2(f) X1(f) X1(f) MAI f Hình 3.4 Q trình giải phổ lọc tín hiệu người sử dụng k từ K tín hiệu Hình 3.4a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS Hình 3.4b cho thấy phổ tín hiệu tổng phát từ K máy phát sau trải phổ, hình 3.4c cho thấy phổ tín hiệu sau giải trải phổ máy thu k hình 3.4d cho thấy phổ tín hiệu sau lọc thơng thấp với băng thơng băng Rb 44 Từ hình 3.4 ta thấy tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) tỷ số diện tích hình chữ nhật tơ đậm hình 3.4b tổng diện tích hình chữ nhật trắng hình 3.4c: SIR = S1/S2 Tỷ số tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb tỷ số Rc/Rb gọi độ lợi xử lý (TA: Processing Gain) 3.5 Các đặc tính DS-CDMA a 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 b Nhiễu đa đường: 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 c 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 d 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 3.6 Ưu nhược điểm DS - CDMA Ưu điểm DS-CDMA: 45 - 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: - 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 3.7 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 (HSPDSCH ) 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 (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 C ch,SF,k SF 46 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 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 không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu băng thơng truyền dẫn Hình 3.5 Cây mã định kênh 47 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 3.8 Trải phổ điều chế đường 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 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 cơng suất đỉnh cơng suất trung bình DPDCH1 DPDCH3 Cd,5 Ghép mã I/Q (điều chế QPSK cho hai kênh) để tránh nhiễu âm số liệu UL không truyền  I cos(t) d S DPDCH5 Cd,2 I I+jQ d S DPDCH2 Cd,4 dpch,n Q d DPDCH4 Cd,6 d Cc C  Q Phân chia phần thực phần ảo -sin(t) DPDCH6 DPDCH Hình 3.6 Trải phổ điều chế DPDCH DPCCH đường lên 48 Một DPCCH cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực trải phổ phát đồng thời DPCCH trải phổ mã C¸c = Cch,256,0, k = 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 = n{1,2}, k = n{3,4} k = 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 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 3.7 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 49 Số liệu người sử dụng Chu kỳ UL Số liệu người sử dụng (DTDCH) DTX (DTDCH) Thông tin điều khiển lớp vật lý (DPCCH) Hình 3.7 Truyền dẫn kênh điều khiển kênh số liệu vật lý riêng đường lên có/ khơng có (DTX) số liệu người sử dụng Như minh họa hình 3.8, 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 cơng suất trung bình) UE khơng đổi không 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) X X =  = 0,5  = 0,5 X X X X X X X  =  = 0,5   X X   X Hình 3.8 Chùm tín hiệu ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hoá phức, b biểu diễn cho tỷ số công suất DPDCH DPCCH 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), 50 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 C d hình 3.9 d cos(t) Phần số liệu PRACH I 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 3.9 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 3.9 Trải phổ điều chế đường 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 51 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 C ch,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 G i hình 3.10 PSCH 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 P-SCH Gp S-SCH Kênh vật lý đường xuống trừ SCH Gs 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 3.10 Sơ đồ trải phổ điều chế cho tất kênh vật lý đường xuống 52  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, 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 3.11, 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) 53 Một tập =1 mã ngẫu nhiên sơ cấp 15 mã ngẫu nhiên thứ cấp tương ứng(k=0 15) 512 mã ngẫu nhiên 512x15 mã ngẫu nhiên thứ cấp(k=1 15) sơ cấp(k=0) Tậpo = { Sdl,0‟ Sdl,1‟ Sdl,k‟ Sdl,15 } Tập7 = { Sdl,112’ Sdl,113’ Sdl,k+112’ 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} Tập504 = { Sdl,8064‟ Sdl,8065‟ Sdl,8064+k‟ Sdl,8079‟ } Sdl,8186’ Sdl,8187‟ Sdl,8186+k‟ Sdl,8191‟ } : : : Nhóm mã : ” Sdl,127 } : : : Nhóm mã j (j=0 63) Một nhóm mã =7 mã ngẫu nhiên sơ cấp 7x15 mã ngẫu nhiên thứ cấp) Nhóm mã 63 : ” : : : Tập511= { : ” Hình 3.11 Các mã ngẫu nhiên hoá sơ cấp thứ cấp Vì thơng thường nhận dạng mã ngẫu nhiên hố sơ cấp, nên q trình tìm kiếm q trình tìm kiếm mã Q trình tìm kiếm thực theo ba bước 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 54  Ghép kênh đa mã đường xuống Để tăng dung lượng kênh đường xuống ta sử dụng sơ đồ ghép kênh đa mã cho hình 3.12 Ch1 S/P Ch2 S/P  Cch,sf, I : : Sdln Cch,sf, I+jQ : : : : Đến điều chế QPSK S/P Cch,sf,N : :  Q j Hình 3.12 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 khơng làm gọi q trình chuyển giao làm giảm phần dụng lượng ô 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 nhiễu cho người sử dụng khác Để khắc phục nhược điểm phải áp dụng điều khiển công suất nhanh cho CDMA máy di động gần trạm gốc điều chỉnh 55 phát công 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 công suất đỉnh cơng suất trung bình tín hiệu điều chế, ngẫu nhiên hóa phức sử dụng 56 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 Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoa Lư thầy cô giáo Khoa Điện tử viễn thông giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực Nguyễn Thị Thanh Nga 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Thông tin di động hệ 3”, Nhà xuất bưu điện, 2001 KS Nguyễn Văn Thuận, “Hệ thống thông tin di động WCDMA”, Nhà xuất Học viện bưu viễn thơng, 2004 Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lý thuyết trải phổ đa truy cập vô tuyến”, Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, Nhà xuất Bưu điện, 2004 Khoa điện tử viễn thông “Giáo trình thơng tin di động”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 Thầy Vũ Đức Thọ, “Tính tốn mạng thơng tin di động Cellular”, Nhà xuất Giáo Dục, 2001 TS Đặng Đình Lâm, “Hệ thống thông tin di động 3G xu hướng phát triển”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2004 TS Nguyễn Phương Loan, KS Bùi Thanh Sơn, “Hành trình từ GSM lên 3G, Giải pháp GPRS‟ Nhà xuất Bưu điện, 2002 Dr.Ing Wolfgang Granzow, “3rd Generation Mobile Communications Systems”, 2004 58 ... nén phổ Các tín hiệu khác xuất dạng nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm Trong hệ thống thông tin di động WCDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS nên ta xét đến kỹ thuật trải phổ trực... Chương CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ TRONG WCDMA 3.1 Cấu trúc thiết bị thu phát vô tuyến số Trước sâu vào kỹ thuật trải phổ, cần xem xét lại cấu trúc trình thu phát vơ tuyến số để thấy vị trí vai trị kĩ thuật. .. 3.4 Các phương thức trải phổ Có ba kỹ thuật trải phổ bản: - Trải phổ chuỗi trực tiếp DS (Direct Sequency): Tín hiệu mang thơng tin nhân trực tiếp mã trải phổ tốc độ cao - Trải phổ nhảy tần FH/SS