Mạng 3G

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành viễn thông Mạng 3G

NỘI DUNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

1 TỔNG QUAN MẠNG 3G1.1 Quá trình phát triển 3G

1.1.1 Lịch sử phát triển của truyền thông di động

a/ Điện thoại di động

Trong quá trình phát triển của kỹ thuật số và truyền thông vô tuyến, điện thoại di động là một trong những thành tựu nổi bật về công nghệ và thương mại trong những thập niên gần đây Kể từ khi điện thoại di động ra đời, vị trí của nó trong thị trường đã phát triển một cách chóng mặt từ một thiết bị mang tính chuyên biệt, rồi trở thành một vật dụng thiết yếu đối với cuộc sống và kinh doanh

b/ Lịch sử phát triển của truyền thông di động

Thời gian Sự kiện1982-

Tổ chức Conference des Postes et Telecommunications ( CEPT) đưa chuẩn viễn thông số châu Âu ở băng tần 900 MHz Chuẩn này về sau trở thành hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động (GSM).1986 Tổ chức thử nghiệm diễn ra ở Paris để quyết định kỹ thuật truyền

thông số nào sẽ được sử dụng, và đã chọn TDMA hoặc FDMA 1987 Sự kết hợp giữa TDMA và FDMA được lựa chọn là kỹ thuật truy

cập đường truyền vô tuyến cho GSM.

1989 Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ( ETSI ) nhận trách nhiệm về các đặc tả kỹ thuật GSM

1990 Các chi tiết kỹ thuật pha 1 được đưa ra để các nhà sản xuất phát triển các thiết bị mạng

1991 Chuẩn GSM 1800 được chấp thuận do Vương Quốc Anh đệ trình, mở ra nhiều băng thông hơn cho các nhà khai thác.

1992 Các chi tiết kỹ thuật pha 1 được hoàn thành Mạng thương mại GSM pha 1 ra đời

1993 Hệ thống DCS 1800 đầu tiên được cho ra đời ở Mỹ.

1995 Các chi tiết kỹ thuật cho hệ thống viễn thông cá nhân (PCS) được phát triển ở Mỹ Phiên bản này của GSM hoạt động ở băng tần 1900 Mhz.

1996 Hệ thống GSM 1900 được sử dụng

1.1.2 Đặc điểm của hệ thống GSM

So với 1G, ba lợi ích chủ yếu của mạng 2G chính là :

- Cuộc gọi được mã hóa kĩ thuật số

- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị

- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS.

1.1.3 Thuận lợi và khó khăn của 2G

Thuận lợi là tín hiệu số của giọng nói có thể được nén và ghép kênh hiệu quả hơn so với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi cùng được mã hóa trên một dải băng tần Hệ thống kĩ thuật số được thiết kế giảm bớt năng lượng sóng radio phát từ điện thoại Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn; đồng thời giảm chi phí đầu tư các trạm thu phátsóng.

Hạn chế của các hệ thống thông tin 2G đó là về vấn đề lưu lượng , không đáp ứng được lưu lượng thông tin bùng nổ vì băng thông hẹp Không triển khai được việc truyền nhận dữ liệu trên cơ sở gói.

1.1.4 Bước đệm 2.5 G

Hệ thống 2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ truyền thông di động Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống Mục đích là cung cấp các dịch vụ kiểu mạng internet tới người sử dụng mobile, nâng cao khả năng truyền dữ liệu trên cơ sở gói nhằm cung cấp cấp các dịch vụ giá trị gia tăng gói .

Hệ thống 2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA Người sử dụng liên tục được kết nối nhưng chỉ phải trả cước phí cho dữ liệu sử dụng mà thôi, khác với trong GSM người sử dụng bị tính cước cho suốt thời gian kết nối cho dù thông tin có được truyền đi hay không Nhờ đó công nghệ chuyển mạch gói có tính hiệu quả rất cao và đầy sức thuyết phục về kinh tế.

1.1.5 Công nghệ đương đại 3G

3G là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình ảnh,…) Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Trong các dịch vụ của 3G, cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch vụ trọng tâm của sự phát triển.

Để được chứng nhận đạt chuẩn 3G, các hệ thống mới phải đạt được các yêu cầu sau :

- Tương thích ngược với chuẩn 2G.

- Hổ trợ đa phương tiện, dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao phải đạt được :

• 2Mbps cho môi trường cố định và trong nhà

• 384kbps khi đi bộ hay môi trường thành thị

• 144kbps khi di động

Hình 1 Công nghệ truy nhập đường truyền WCDMA

1.2Hệ thống 3G1.2.1 Giới thiệu

Năm 2000, ITU-T đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-200.

Hiện nay, có 2 tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là :

• WCDMA được xây dựng bởi 3GPP

• CDMA2000 được xây dựng bởi 3GPP2

1.2.2 Lộ trình phát triển từ Hệ thống thông tin di động 2G GSM sang hệ thống 3G WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình

WCDMA đã được xác nhận là giải pháp nâng lên 3G cho các mạng thông tin di động GSM hiện tại WCDMA hoạt động với phổ tần vô tuyến cực rộng 5MHz Do đó WCDMA FDD, gồm chiều lên và xuống cần 10 MHz để triển khai.

Con đường phát triển lên 3G của các hệ thống thông tin di động :

Hình 1 Con đường phát triển của di động

 Kiến trúc mạng 2 G

đầu cuối số liệu cố định của mạng PSDN Các nút GGSN còn cho phép giao tiếp giữa mạng GPRS và các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, đóng vai trò như một router.Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính ănng cơ bản của giao diện vô tuyến GSM Như vậy cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho không phải phụ thuộc vào giao diện vô tuyến.

 Băng tần hoạt động 3G

Hình 1 Băng tần 3G

Các hệ thống 3G tại Việt Nam đều sử dụng dải băng tần thứ 1 UMTS-2100 :

• Đường lên Uplink : 1920 – 1980 MHz

• Đường xuống Downlink : 2110 – 2170 MHz

Dải tần này tiếp tục được chia làm 4 dải tần nhỏ cấp cho 4 nhà mạng :

Hình 1 Băng tần chia sẻ cho các ISP

Để đảm bảo đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông tốc độ cao đồng thời đảm bảo được tính kinh tế, hệ thống thông tin di động 2G GSM sẽ được chuyển đổi từng bước sang 3G Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này như hình sau:

Hình 1 Quá trình chuyển đổiTốc độ tối đa có thể đạt được theo lý thuyết :

 Kiến trúc mạng 3G (W-CDMA)

 Mạng lõi :

Hình 1 Kiến trúc mạng 3G W-CDMA

Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile Switching Center) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN: Serving General Packet Radio Service Support Node) Các kênh thoại và số liệu chuyển mạch gói được kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC và GGSN Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: HLR, AUC và EIR.

Ở nơi mà cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi GMSC server : chuyển thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Ví dụ: Giả thiết nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbit/s thì tốc độ này phải được chuyển vào 64 kbit/s ở MGW giao tiếp với PSTN Truyền tải kiểu đóng gói này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau.

 Mạng truy cập vô tuyến - Radio Access Network

Hình 1 Mạng truy cập vô tuyến

Chứa các phần tử sau:

- RNC (Radio Network Controller) : Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò như BSC ở GSM

- Nút B đóng vai trò như các BTS ở các mạng GSM- UE: User Equipment - thiết bị của người sử dụng

Trong các quy định của 3GPP, trạm gốc được gọi là nút B Nút B được nối đến một bộ điều khiển trạm vô tuyến RNC RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các nút B được nối với nó RNC đóng vai trò như BSC ở GSM RNC kết hợp với các nút B nối với nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS(Radio Network Subsystem) Giao diện giữa nút B và RNC gọi là giao diện Iub Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM , gioa diện Uib được chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì thế có thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của một nhà sản xuất khác.

Khác với ở GSM, các BSC trong mạng W-CDMA không nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC Giao diện này gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.

UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu Giao diện Iu có hai phần tử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện này nối RNC đến một SGSN

Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cúng từ UMTS đến GSM và ngược lại Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ sóng của UMTS và vì tghế thuê bao UMTS phải có khả năng nhận được dịch vụ ở vùng phủ sóng của GSM Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau, chuyển giao giữa cấc hệ thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM, MSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng thời cả hia kiểu dịch vụ Tương tự hoàn toàn hợp lý khi giả thiết rằng SGSN phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC.

2 Công nghệ đa truy nhập của WCDMA

2.1 Trải phổ và đa truy cập theo mã2.2.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt Trong

các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn này Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng tần này có thể bằng vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v ).

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

• Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin.

• Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên WCDMA sử dụng DSSS DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát Hình 2.1 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb Hình 2.1a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào Các hình 2.1b và 2.1b biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số.

Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c

x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc độ bit của luồng số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc độ chip của mã trải phổ Rc=15Rb và Tb=15Tc.

Hình 2 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

2.2.2 Áp dụng DSSS cho CDMA

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:

1. Tích hai mã giống nhau bằng 1: ci×ci=1

2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck

3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã → 1

CN∑= =

, trong đó N là số chip và Ck là giá trị chip k trong một mã

Bảng 2.2 cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7 Bảng 2.3 và 2.4 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 2.1 ta được một mã mới

Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở

CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau:

Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k Nhiệm vụ của máy thu này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk) Nhân (2.1) với xk

và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:

ii k

Hình 2 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu.

Từ hình 2.5 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.5.b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.5.c: SIR=S1/S2 Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb vì thế tỷ số Rc/Rb

được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain)

2.2 Điều khiển công suất

Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa Để tránh hiện tượng này hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng) Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:

• Điều khiển công suất vòng hở

• Điều khiển công suất vòng kín

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng hở lại được chia thành:

• Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích

• Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích.

3.GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS

3.1 Tổng quan WCDMA

WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS W-CDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico) Hiện nay mới chỉ có WCDMA/FDD được triển khai vì thế trong khóa học này ta sẽ chỉ xét WCDMA/FDD.

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz Mặc dù 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác.

Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần

Giao diện vô tuyến của W-CDMA/FDD (để đơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDD nếu không xét đến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps Trong WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho WCDMA Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn Họ chế tạo các BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA.

W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của mình Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM.

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha Trong phần dưới đây ta trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này

3.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức

Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình 3.1.

UP: Mặt phẳng người sử dụngCP: Mặt phẳng điều khiển

Hình 3 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD.Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:

• Lớp vật lý (L1) Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều

chế và mã hóa, trải phổ v.v

• Lớp liên kết nối số liệu (L2) Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm

bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp

• Lớp mạng (L3) Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến

Mỗi khối thể hiện một trường hợp của giao thức tương ứng Đường không liền nét thể hiện các giao diện điều khiển, qua đó giao thức RRC điều khiển và lập cấu hình các lớp dưới.

Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC (Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/đa phương ).

Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) và mặt phẳng người sử dụng (U-Plane) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U.

Trong mặt phẳng C lớp 3 bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility Management) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management), SM (Session Management) kết cuối tại mạng lõi (CN).

Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến Lớp vật lý được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vô tuyến Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên) Các kênh được sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý.

Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này qua

lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic MAC sắp xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các kênh vật lý.

3.3 Các thông số vật lý và quy hoạch tần số3.3.1 Các thông số lớp vật lý

Các thông số lớp vật lý của WCDMA được cho trong bảng 3.1.Hình 3 Các thông số lớp vật lý W-CDMA

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB

DL: Downlink: đường xuống; UL: Uplink: đường lên

OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao

CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự báo tuyến tính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp

3GPP: Third Generation Parnership Project: Đề án của các đối tác thế hệ ba

ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp và kinh doanh vô tuyến

3.4.2 Quy hoạch tần số

Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên hình 3.2a.WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) (hình 3.2b) như sau Ở châu Âu và hầu hết các nước châu Á băng tần IMT-2000 là 2×60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng cho WCDMA/ FDD Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 (TDD1) và 2020-2025 MHz (TDD2) Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA= Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz Các hệ thống FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống với phân cách là khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên và đường xuống.

UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêu chuẩn cho thông tin thoại và số liệu Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạch điện phát và thu là các thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM.

Hình 3 Phân bố tần số cho WCDMA/FDD a) Các băng có thể dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000.

Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên hình 3.4 Băng I (B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu Quy định dành hai cấp phát 60MHz với khoảng cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng cho phép song công khả biến, trong đó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến 250MHz Hệ thống song công khả biến đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kế máy phát thu vì các bộ tổ tần số máy phát và máy thu phải hoạt động độc lập với nhau Băng II (B2) tái sử dụng băng hiện có của hệ thống thông tin di động cá nhân và dự định để sử dụng ở Mỹ để đảm bảo đồng tồn tại UMTS và GSM Khoảng cách song công chỉ bằng 80MHz đối với băng II vì thế đặt ra các yêu cầu khó khăn hơn đối với phần cứng của máy thu phát.

Hình 3 Cấp phát băng tần WCDMA/FDD

Hình 3.4 cho thấy cấp phát băng thông theo đầu thầu tại Vương Quốc Anh Phổ tần được chia cho năm nhà khai thác như sau:

• Cấp phép A (Hutchison) nhận cấp phát băng kép 14,6 MHz (tương đương

3×5MHz với băng bảo vệ nhỏ hơn)

với băng bảo vệ nhỏ hơn)

Hình 3 Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác tại Vương Quốc AnhCấp phát tần số của Đức khác với cấp phát tần số ở Anh ở chỗ, các 10MHz băng kép được cấp phát cho sáu nhà khai thác (6×10MHz), tất cả bốn kênh TDD1 được cấp phát (1900 đến 1920 MHz) cùng với một trong số các kênh TDD2 (hình 3.5)

Hình 3 Cấp phát tần số cho sáu nhà khai thác tại Đức

Tại Việt Nam băng tần 3G được cấp phát tần số theo tám khe tần số như cho trong bảng 3.7, trong đó hai hoặc nhiều nhà khai thác có thể cùng tham gia xin cấp phát chung một khe.

Hình 3 Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam