WCDMA trải phổ trực tiếp với tốc độ 4.096 Mchip/s.WCDMA dùng các mã PN khác nhau để phân biệt cell, phân biệt người dùng (WCDMA vận hành dị bộ).
Bảng 2.1: Giới thiệu các tham số chủ yếu của WCDMA.
Băng tần kênh 1,25 ; 5 ; 10 ; 20 MHz Cấu trúc kênh RF hướng
xuống Trải phổ trực tiếp Tốc độ chip 4.096 Mc/s Lặp 0.22 Độ dài khung 10ms/20ms Điều chế trải phổ
QPSK cân bằng (hướng xuống) Kênh QPSK kép (hướng lên) Mạch truyền phức hợp
Điều chế dữ liệu QPSK (hướng xuống) BPSK (hướng lên)
Phát hiện kết nối Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và hướng xuống); khơng cĩ kênh pilot chung hướng xuống Ghép kênh hướng lên
Kênh điều khiển và pilot ghép thời gian
Ghép kêng I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển
Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã
Hệ số trải phổ 4-256
Điều khiển cơng suất Trải phổ ( hướng xuống)
Vịng hở và vịng khép kín (1.6 MHz)
Mã trực giao dài để phân biệt kênh, Mã Gold 218 Trải phổ ( hướng lên) Mã trực giao dài để phân biệt kênh, Mã Gold 241
Chuyển giao Chuyển giao mềm
Chuyển giao khác tần số
Hình 2.4 minh hoạ nhà khai thác cĩ tài nguyên cĩ tần số 15 MHz được chia làm 3 dãi. Khoảng phịng vệ giữa các dãi nội bộ nhỏ hơn giữa các nhà khai thác. Đo lường và chuyển giao giữa các dãi tần số được WCDMA ứng dụng.
Hình 2.4: Tần số hoạt động của WCDMA
2.5.2. Kênh logic
• Kênh điều khiển chung
Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang tin tức hệ thống và cell. Kênh nhắn tin PCH để BS nhắn tới MS trong một cell.
Kênh truy cập hướng xuống chuyển bảng tin từ BS đến MS trong một cell.
• Cĩ hai kênh dành riêng
Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH.
Kênh lưu lượng dành riêng DTCH để truyền dữ liệu điểm điểm ở hai hướng.
2.5.3. Kênh vật lý
• Hướng lên:
Hai kênh dành riêng DPDCH (truyền dữ liệu) và DPCCH (truyền báo hiệu) và một kênh truy cập chung RACH.
Mỗi khung của DPDCH ở một mã đơn mang 160 x 2k với k = 0, 1, …, 6 tương ứng với hệ số trải phổ 256/2k ở tốc độ 4.096 Mchip/s.
Nhiều dịch vụ tốc độ khả biến song song cĩ thể ghép kênh theo thời gian trong từng khung DPDCH. Tốc độ bit của DPDCH thay đổi theo từng khung.
Hầu hết mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian, cũng cĩ thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để cĩ hệ số trải phổ đủ lớn khi truyền dữ liệu cao tốc.
Hình 2.5: Tốc độ truyền WCDMA hướng lên.
DPDCH để:
Truyền pilot cho thu tương can. Truyền bit điều khiển cơng suất. Truyền tin tức về tốc độ.
Ghép kênh theo mã và theo IQ ( dual channel QPSK) được dùng ở hướng lên WCDMA để tránh nhầm lẫn EMC với DTX. EMC gây nhiễu cho thiết bị điện từ.
Hình 2.7: Truyền song song của kênh DPDCH Và DPCCH khi cĩ hoặc khơng cĩ dữ liệu.
Hình 2.8: Cấu tạo của cụm truy cập dữ liệu ngẫu nhiên WCDMA.
Cụm truy cập ngẫu nhiên gồm hai phần: Phần mào đầu 16 x 256 chip (1ms). Phần dữ liệu chiều dài khả biến.
Trước khi phát cụm truy cập ngẫu nhiên MS cần phải:
Lấy tin tức trên SCH để thực hiện việc đồng bộ với BS mục tiêu về đồng bộ chip, đồng bộ khe, đồng bộ khung.
Tìm kiếm tin tức trên BCCH về mã truy cập ngẫu nhiên dùng ở cell hay dãi quạt mục tiêu.
Đánh giá suy hao đường truyền hướng xuống để tính ra cơng suất phát cho cụm truy cập ngẫu nhiên.
Cĩ thể truyền một gĩi ngắn cùng với cụm truy cập ngẫu nhiên.
• Hướng xuống:
Kênh vật lý điều khiển chung (Sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: PCCH, PCH và PACH.
Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao. Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian.Ký hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH (theo thời gian) để phục vụ thu tương can. Vì các ký hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối cho nên nĩ được dùng để đánh giá hoạt động đánh giá của anten, hỗ trợ điều khiển cơng suất nhanh ở hướng xuống. CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian. CCPCH cĩ mã như nhau trong tất cả các cell. MS dễ tìm được BCCH và phát hiện mã ngẫu nhiên hố duy nhất của trạm gốc khi truy cập mạng.
Hình 2.9: Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH.
CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung. Tốc độ bản tin của CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác. Mã xác định kênh CCPCH thứ cấp được truyền trên CCPCH sơ cấp.
SCH sơ cấp khơng điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp cĩ điều chế cung cấp tin tức xác định mã PN của BS. SCH sơ cấp mã 256 bit khơng điều chế, phát một lần mỗi khe.
SCH thứ cấp mã 256 bit cĩ điều chế, phát song song với SCH sơ cấp, SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bit (cĩ lặp cho mỗi khung). Chuỗi điều chế giống nhau đối với tất cả các BS cĩ độ tương quan tốt.
Hình 2.10: Ghép kênh của SCH.
Hình 2.10 minh hoạ sự ghép kênh SCH với các kênh hướng xuống. SCH khơng trực giao với tất cả các kênh khác (các kênh khác DPDCH, DPCCH, CCPCH sau khi được ngẫu nhiên hố bằng PN mới ghép kênh với SCH).
2.5.4. Sự trải phổ
Các mã trải phổ khác nhau để phân biệt cell ở hướng xuống và phân biệt người dùng ở hướng lên.
• Ở hướng xuống
Mã Gold dài 218 được cắt cho vừa chu kỳ khung 10ms. Số mã ngẫu nhiên hố là 512 phân thành 32 nhĩm, mỗi nhĩn là 16 mã. Điều này làm cơ sở cho thủ tục tìm kiếm cell được nhanh.
• Ở hướng lên
Mã ngắn 256 chip, mã dài 241 chuỗi Gold cũng được cắt cho vừa chu kỳ
khung 10ms. Mã trực giao để phân biệt kênh.
Hình 2.11: Ghép kênh IQ/mã tạo ra hai kênh truyền dẫn song song.
Hiệu suất của khuếch đại cơng suất máy phát được giữ đều cho mọi hồn cảnh QPSK (Hình 2.12).
Hình 2.12: Sơ đồ chịm sao cho IQ/ghép mã kênh điều khiển.
2.5.5. Gĩi dữ liệu
WCDMA cĩ hai kiểu gĩi dữ liệu cĩ thể được sử dụng để truyền. Gĩi dữ liệu ngắn cĩ thể gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên, phương pháp này được gọi là truyền gĩi dữ liệu kênh chung, được sử dụng cho các gĩi dữ liệu ngắn và xuất hiện khơng thường xuyên.
Khi sử dụng kênh chung hướng lên, gĩi dữ liệu được gắn trực tiếp vào cụm truy cập ngẫu nhiên. Gĩi dữ liệu kênh chung thường ngắn và khơng xuất hiện thường xuyên do đĩ trễ kết hợp trong truyền dẫn đối với kênh dành riêng khơng đáng kể. (Gĩi dữ liệu kênh chung sử dụng vịng điều khiển cơng suất hở ).
Với các gĩi dữ liệu lớn và xuất hiện thường xuyên được truyền trên kênh dành riêng. Kênh dành riêng sẽ giải phĩng ngay sau khi dữ kiệu được truyền. Khi truyền nhiều gĩi phải cĩ thơng tin đồng bộ giữa các gĩi dữ liệu kế tiếp.
Hình 2.13: Truyền gĩi dữ liệu kênh chung.
2.5.6. Chuyển giao
BS trong WCDMA khơng cần đồng bộ. Việc đồng bộ trạm gốc cần xem xét đến khi thiết kế chuyển giao mềm và khi xác định loại hình dịch vụ.
Trước khi thực hiện chuyển giao mềm. MS đo khoảng thời gian khác nhau của các kênh SCH xuống từ hai trạm gốc, MS thơng báo các thơng tin này về BS. Thời gian kênh chuyển giao hướng xuống mới được điều chỉnh. Bộ thu RAKE của MS thu phân tập tín hiệu từ hai BS. Việc điều chỉnh thời gian của kênh chỉ định hướng xuống cĩ thể được thực hiện với việc tách ký hiệu mà khơng làm mất đi tính trực quan của mã hướng xuống.
• Chuyển giao khác tần số:
Chuyển giao khác tần số là cần thiết đối với ấu trúc cell. Cell cĩ cấu trúc thứ tự, cell kích thước lớn, Micro cell, cell trong các tồ nhà. Chuyển giao khác tần số cĩ thể được sử dụng để đảm bảo dung lượng mạng, chuyển giao khác tần số được sử dụng trong các hệ thống như GSM. Trong WCDMA cĩ hai phương pháp được sử dụng.
Sử dụng hai máy thu.
Thu ở các khe thời gian khác nhau.
Dùng hai máy thu là phương pháp phù hợp nếu MS sử dụng anten phân tập. Trong khi đo tín hiệu ở các tần số khác nhau, một nhánh thu sẽ ngắt và nhánh kia hoạt động. Ưu điểm là kết nối tần số ở thời điểm hiện tại khơng bị cắt. Mạch vịng kín điều khiển cơng suất hoạt động liên tục.
2.6. Kết luận chương
WCDMA là cơng nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng sử dụng phần giao diện vơ tuyến được đặc trưng bởi các thơng số nổi bật sau:
WCDMA là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ dãy trực tiếp băng rộng, nghĩa là các bit thơng tin được trải ra trong một băng tần rộng bằng cách nhân dữ liệu người dùng với các bit giả ngẫu nhiên (gọi là chip), các bit này xuất phát từ các mã trải phổ CDMA. Để hỗ trợ tốc độ bit cao (lên tới 2Mb/s), cần sử dụng các kết nối đa mã và hệ số trải phổ khác nhau.
Băng thơng rộng của sĩng mang WCDMA hỗ trợ các tốc độ dữ liệu cao của người dùng và đem lại những lợi ích hiệu suất xác định, như là tăng khả năng phân tập đa đường. Các nhà vận hành mạng cĩ thể sử dụng nhiều sĩng mang 5MHz để tăng dung lượng, cĩ thể bằng cách sử dụng các lớp tế bào phân cấp. Khoảng cách giữa các sĩng mang thực tế cĩ thể được chọn là dưới 200KHz trong khoảng 4.4 – 5MHz tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sĩng mang.
WCDMA hỗ trợ tốt các tốc độ dữ liệu người dùng khác nhau hay nĩi cách khác là hỗ trợ tốt đặc tính băng thơng theo yêu cầu. Mỗi người sử dụng được cấp các khung cĩ độ rộng 10ms, trong khi tốc độ người sử dụng được giữ khơng đổi. Tuy nhiên dung lượng người sử dụng cĩ thể thay đổi giữa các khung. Việc cấp phát nhanh dung lượng vơ tuyến thơng thường sẽ được điều khiển bởi mạng để đạt được thơng lượng tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gĩi.
WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sĩng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu. Mặc dù được sử dụng trên đường xuống IS-95, nhưng việc sử dụng tách sĩng kết hợp trên đường lên trong hệ thống WCDMA là mới, cĩ khả năng tăng tổng thể dung lượng và vùng phủ sĩng của đường lên.
Giao diện vơ tuyến WCDMA được xây dựng một cách khéo léo theo cách của các bộ thu CDMA tiên tiến, như là khả năng tách sĩng nhiều người dùng và các anten thích ứng thơng minh, cĩ thể được triển khai bởi các nhà điều khiển mạng như là một hệ thống được chọn lựa để tăng dung lượng và vùng phủ sĩng.
WCDMA được thiết kế để giao tiếp với GSM. Vì thế, sự chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hỗ trợ để cải tiến vùng phủ sĩng của GSM bằng cách sử dụng WCDMA.
WCDMA