Công nghệ truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao WCDMA trong hệ thống thông tin di động thế hệ 3

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

• Hệ thống thông tin di động thế hệ I

Hệ thống di động thế hệ I sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng.Với FDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất lượng, hệ thống thông tin di động thế hệ II được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung.

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc. - Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt. Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 ( số), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ ở tốc độ bít lên tới 2 Mb/s (có thể sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác).

CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 WCDMA

• Cấu trúc mạng WCDMA

Giao diện vô tuyến của WCDMA được thiết kế để nhà vận hành có thể lựa chọn sử dụng các công nghệ máy thu hiện đại như: MUD, hệ thống ănten thích ứng nhằm tăng dung lượng của mạng cũng như vùng phủ sóng của các trạm thu phát. Về mặt chức năng cú thể chia cấu trỳc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lừi (CN) và mạng truy nhập vụ tuyến (UTRAN), trong đú mạng lừi sử dụng toàn bộ cấu trỳc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA. - RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP (phần ứng dụng mạng truy nhập vụ tuyến) tương ứng từ mạng lừi.

Chức năng chính của node B là thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong. Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại. - Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI.

CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG WCDMA

• Giới thiệu
• Kỹ thuật trải phổ .1 Giới thiệu
• Truy nhập gói trong WCDMA
• Tìm nhận ô

Việc đồng bộ định thời chip trong WCDMA là đặc biệt quan trọng vì nó cho phép đồng bộ bản sao chuỗi PN của người sử dụng đã trữ sẵn tại máy thu với chuỗi PN hàm chứa trong tín hiệu thu được, nhờ vậy việc giải trải phổ bằng cách nhân chuỗi PN đã đồng bộ định thời tại máy thu với tín hiệu thu được sẽ tách được tín hiệu cần thu khỏi nền nhiễu bao gồm cả nhiễu tự nhiên lẫn nhiễu do nhiều người dùng khác sử dụng chung tần số gây ra. Khi bắt đầu quá trình đồng bộ, do chuỗi PN hàm chứa trong tín hiệu thu được (do quá trình nhân trực tiếp dãy dữ liệu d(t) với chuỗi PN khi trải phổ ở phần phát) và chuỗi PN ở máy thu lệch pha nhau, sai pha này là một giá trị ngẫu nhiên, phân bố đều trong khoảng từ 0 tới N.Tc, do vậy khả năng rất cao là sai pha đó lớn hơn Tc. Mỗi khi đường truyền vô tuyến được thiết lập bằng cách thiết lập đồng bộ mã trải phổ ở đường xuống, MS sẽ phát RACH tại một thời điểm xác định trước có tham chiếu với định thời ở đường xuống, như vậy BS có thể nhanh chóng thiết lập đồng bộ mã trải phổ bất chấp độ dài của mã trải phổ, đơn giản bằng cách tách định thời ở quá trình đồng bộ mã trải phổ trong khoảng thời gian không cố định (khoảng thời gian của cửa sổ tìm kiếm đường lên) được xác định bởi thời gian trễ truyền lan.

Có ba chế độ tìm nhận ô: thứ nhất là chế độ tìm nhận ô ban đầu là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến khi MS bật nguồn, thứ hai là chế độ tìm nhận ô đích chuyển giao trước khi thực hiện chuyển giao mềm và cuối cùng là chế độ tìm nhận các ô yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến trong trường hợp thu không liên tục ở chế độ chờ. Do đó, trong quá trình tìm nhận ô ban đầu, MS cần xử lý tìm kiếm liên tiếp trên 512 loại mã ngẫu nhiên để tìm ra mã ngẫu nhiên của ô có suy hao đường truyền nhỏ nhất yêu cầu để thiết lập đường truyền vô tuyến, thông thường đó là một quá trình cực kỳ tốn thời gian. Ô (k) là ô mà qua đó đường truyền vô tuyến hiện đang được thiết lập, còn các ô xung quanh Ô (k) được biểu diễn bằng Ô1 (k) , Ô2 (k) v.v…Độ lệch định thời phát của các mã ngẫu nhiênCPICH giữa Ô (k) và các ô lân cận được biểu diễn bằng Δk1 , Δk1 v.v… Trước khi chuyển đến chế độ chuyển giao mềm, MS sẽ đo độ lệch định thời của mã ngẫu nhiên phát bởi CPICH giữa ô nguồn chuyển giao và ô đích chuyển giao và thông báo tới ô nguồn chuyển giao.

Thông thường, tại vị trí mà MS đo độ lệch định thời của các mã ngẫu nhiên CPICH giữa các ô liên quan đến MS chính là vị trí mà tại đó độ lệch giữa mức thu CPICH của ô hiện đang thiết lập đường truyền vô tuyến và các ô lân cận rớt xuống dưới ngưỡng chuyển giao. Trong các hệ thống điều chế băng hẹp như hệ thống FM tương tự đã sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất thì hiện tượng truyền lan đa đường (nhiều tia sóng truyền theo các đường khác nhau, hiện tượng này còn được gọi là hiện tượng truyền lan nhiều tia) gây ra nhiều hiện tượng phadinh nghiêm trọng. Trong các hệ thống WCDMA, đường truyền từ trạm gốc trong ô tới máy di động sử dụng một máy thu quét gồm các bộ tương quan song song và đường truyền từ máy di động đến trạm gốc cũng sử dụng một máy thu như vậy nhưng có số bộ tương quan song song nhiều hơn.

Các máy thu quét làm nhiệm vụ phát hiện và đo các thông số của các tín hiệu đa đường để có thể được sử dụng cho thu phân tập hoặc cho các mục đích chuyển giao và kết hợp các đường tín hiệu một cách nhất quán (tức là đồng bộ tín hiệu) sau khi giải điều chế mỗi tín hiệu truyền theo một đường riêng (tổng hợp sau khi tách sóng). Vì tất cả các trạm gốc sử dụng cùng các mã PN I và Q chỉ khác nhau về bù pha của mã nên không chỉ các tín hiệu đa đường mà còn cả các trạm gốc khác sẽ được phát hiện bởi sự tương quan (trong một "cửa sổ tìm kiếm " khác nhau của các thời điểm đến) với các phần trong các mã tương ứng với các trạm gốc đã được chọn. Trên đường truyền về, máy thu của trạm gốc được ấn định để bám theo một máy phát di động nhất định sử dụng các thời điểm đến và chuỗi bù 0 (zero-offset) trên kênh mã I và Q để xác định việc tìm kiếm các tín hiệu di động từ các thuê bao liên lạc với trạm gốc đó.

Bộ thu tìm kiếm tại trạm gốc có thể nhận biết tín hiệu của máy di động cần thu bằng chuỗi bù mã PN dài ngẫu nhiên hoá duy nhất của nó, trước khi bắt đầu quá trình truyền dẫn số liệu hoặc thoại trên đường truyền một đoạn bít mở đầu đặc biệt được sử dụng cho mục đích đó.