Control: điều khiển tăi nguyín vô tuyến) cho kính bâo hiệu đầu cuối. Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi vă cập nhật thông tin vị trí được thực hiện theo RA.
Chương năy trước hết xĩt tổng quan quâ trình phât triển thông tin di động lín 4G. Nếu công nghệ đa truy nhập cho 3G lă CDMA thì công nghệ đa truy nhập cho 4G lă OFDMA. Sau đó kiến trúc mạng 3G được xĩt. Mạng lõi 3G bao gồm hai vùng chuyển mạch: (1) vùng chuyển mạch câc dịch vụ CS vă (2) vùng chuyển mạch câc dịch vụ PS. Câc phât hănh đânh dấu câc mốc quan trọng phât triển mạng 3G WCDMA UMTS được xĩt: R3, R4, R5 vă R6. R3 bao gồm hai miền chuyển mạch kính vă chuyển mạch gói trong đó kết nối giữa câc nút chuyển mạch gọi lă TDM (ghĩp kính theo thời gian). R4 lă sự phât triển của R3 trong đó miền chuyển mạch kính chuyển thănh chuyển mạch mềm vă kết nối giữa câc nút mạng bằng IP. R5 vă R6 hỗ trợ câc dịch vụ đa phương tiện IP hoăn toăn dựa trín chuyển mạch gói. Để đâp ứng được nhiệm vụ năy ngoăi miền chuyển mạch gói, mạng được bổ sung thím phđn hệ đa phương tiín IP (IMS). Cốt lõi của IMS lă CSCF thực hiện khởi đầu kết nối đa phương tiện IP dựa trín giao thức khởi đầu phiín (SIP Session Initiation Protocol). Ngoăi ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kính (MGCF). Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS đang ở giai doạn chuyển dần từ R4 sang R5 (hình 1.12). Cuối chương trình băy cấu trúc địa lý của một mạng thông tin di đông 3G có chứa cả vùng chuyển mạch kính vă vùng chuyển mạch gói.
• Hiểu tổng quan trải phổ vă phương phâp đa truy nhập của WCDMA
• Hiểu điều khiển công suất, chuyển giao mềm vă mây thu phđn tập đa đường (RAKE)
• Hiểu câc dạng mê trải phổ vă câc sơ đồ điều chế của WCDMA
• Nguyín lý trải phổ vă đa truy nhập phđn chia theo mê
• Điều khiển công suất
• Chuyển giao
• Mây thu phđn tập đa đường (mây thu RAKE)
• Câc dạng mê trải phổ vă câc sơ đồ điều chết được sử dụng cho WCDMA
• Học kỹ câc tư liệu được trình bầy trong chương
• Tham khảo thím câc tăi liệu tham khảo cuối tăi liệu giảng dạy của khóa học
Trong câc hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần lă vấn đề quan tđm chính vă câc hệ thống năy được thiết kế để sử dụng căng ít độ rộng băng tần căng tốt. Trong câc hệ thống điều chế biín độ song biín, độ rộng băng tần cần thiết để phât một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn năy. Trong câc hệ thống điều tần độ rộng băng tần năy có thể bằng văi lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc văo chỉ số điều chế. Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giâ trị với tốc độ bit của nguồn. Độ rộng băng tần chính xâc cần thiết trong trường hợp năy phụ thuộc vă kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v...).
Trong câc hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt lă SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hăng trăm lần trước khi được phât. Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả. Tuy nhiín ở môi trường nhiều người sử dụng, câc người sử dụng năy có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) vă hệ thống trở nín sử dụng băng tần có hiệu suất mă vẫn duy trì được câc ưu điểm của trải phổ.
Một hệ thống thông tin số được coi lă SS nếu:
* Tín hiệu được phât chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phât thông tin.
* Trải phổ được thực hiện bằng một mê 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) vă nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận được câc hệ thống lai ghĩp từ câc hệ thống nói trín. WCDMA sử dụng DSSS. DSSS đạt được trải phổ bằng câch nhđn luồng số cần truyền với một mê trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc lă thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb lă thời gian một bit) của luồng số cần phât. Hình 2.1 minh họa quâ 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 nhđn với một mê 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 văo. Câc hình 2.1b vă 2.1b biểu thị quâ trình trải phổ trong miền thời gian vă miền tần số.
Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng câch nhđn luồng năy với mê trải phổ c giống như phía phât: x=y×c
x, y vă c ký hiệu tổng quât cho tín hiệu văo, ra vă mê trải phổ; x(t), y(t) vă c(t) ký hiệu cho câc tín hiệu văo, ra vă mê trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) vă C(f) ký hiệu cho câc tín hiệu văo, ra vă mê trải phổ trong miền tần số; Tb lă thời gian một bit của luồng số cần phât, Rb=1/Tb lă tốc độ bit của luồng số cần truyền; Tc lă thời gian một chip của mê trải phổ, Rc=1/Tc lă tốc độ chip của mê trải phổ. Rc=15Rb vă Tb=15Tc.
Trong công nghệ đa truy nhập phđn chia theo mê dựa trín CDMA, một tập mê trực giao được sử dụng vă mỗi người sử dụng được gân một mê trải phổ riíng. Câc mê trải phổ năy phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đđy:
Tích hai mê giống nhau bằng 1: ci×ci=1
Tích hai mê khâc nhau sẽ lă một mê mới trong tập mê: ci×cj=ck Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mê →
=
=
∑ , trong đó N lă số chip vă Ck lă giâ trị chip k trong một mê
Bảng 2.1. cho thấy thí dụ sử dụng bộ mê gồm tâm mê trực giao: c0, c1, …, c7. Bảng 2.2 vă 2.3 cho thấy thí dụ khi nhđn hai mê giống nhau trong bảng 1 được 1 vă nhđn hai mê khâc nhau trong bảng 2.1 ta được một mê mới..
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 × × × × × × × × × +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 × +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 × × × × × × × × × +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1
Nếu ta xĩt một hệ thống gồm K người sử dụng được xđy dựng trín cơ sở
CDMA, thì sau trải phổ câc người sử dụng năy sẽ phât văo không gian tập câc tín hiệu y như sau:
= =
=∑ ∑= (2.1)
Ta xĩt quâ trình xử lý tín hiệu năy tại một mây thu k. Nhiệm vụ của mây thu năy lă phải lấy ra xk vă loại bỏ câc tín hiệu khâc (câc tín hiệu năy được gọi lă nhiễu đồng kính vì trong hệ thống CDMA chúng được phât trín cùng một tần số với xk). Nhđn (2.1) với xk vă âp dụng quy tắc trực giao nói trín ta được:
=≠ ≠
= +∑ (2.2)
Thănh phần thứ nhất trong (2.2) chính lă tín hiệu hữu ích còn thănh phần thứ hai lă nhiễu của câc người sử dụng còn lă nhiễu của câc người sử dụng khâc được gọi lă MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng). Để loại bỏ thănh phần thứ hai mây thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số. Hình 2.2 xĩt quâ trình giải trải phổ vă lọc ra tín hiệu hữu ích tại mây thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phât từ K mây phât như nhau tại đầu văo mây thu k. Hình 2.2a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS. Hình 2.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phât đi từ K mây phât sau trải phổ, hình 2.2c cho thấy phổ của tín hiệu năy sau giải trải phổ tại mây thu k vă hình 2.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb.
Từ hình 2.2 ta thấy tỷ số tín hiệu trín nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) lă tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trín hình 2.2.b vă tổng diện tích câc hình chữ nhật trắng trín hình 2.2.c: SIR=S1/S2. Tỷ số năy tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb. vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi lă độ lợi xử lý (TA: Processing Gain).
Trong trường hợp một mây phât gđy nhiễu đến gần mây thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất của mây phât năy tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trín nhiễu giảm mạnh vă mây thu k không thể tâch ra được tín hiệu của mình. Hiện tượng năy được gọi lă hiện tượng gần vă xa. Để trânh hiện tượng năy hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả câc UE đều bằng nhau (lý tưởng). Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thănh:
√ 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 trín công suất mă nó thu được từ kính hoa tiíu phât đi từ B), khi năy UE chưa có kết nối với nút năy. Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đê kết nối với nút B. Điều khiển công suất vòng hở lại được chia thănh:
√ 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 giđy dựa trín so sânh SIR thu với SIR đích
√ Điều khiển công suất vòng ngoăi được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B. Điều khiển công suất năy dựa trín so sânh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích.
Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu lă quâ trình trong đó kính lưu lượng của một UE được chuyển sang một kính khâc để đảm bảo chất lượng truyền dẫn. Tuy nhiín trong CDMA khâi niệm năy chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn đối với chuyển giao mềm khâi niệm năy phức tạp hơn, ta sẽ xĩt cụ thể trong phần dưới đđy.
Có thể chia HO thănh câc kiểu HO sau:
√ HO nội hệ thống xẩy ra bín trong một hệ thống WCDMA. Có thể chia nhỏ HO
năy thănh
o HO nội hệ thống giữa câc ô thuộc cùng môt tần số sóng mang WCDMA
o HO giữa câc tần số (IF-HO) giữa câc ô hoạt động trín câc tần số WCDMA
khâc nhau
√ HO giữa câc hệ thống (IS-HO) giữa câc ô thuộc hai công nghệ truy nhập vô tuyến
(RAT) khâc nhau hay câc chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khâc nhau. Trường hợp thường xuyín xẩy ra nhất đối với kiểu thứ nhất lă HO giữa câc hệ thống WCDMA vă GSM/EDGE. Tuy nhiín cũng có thể lă IS-HO giữa WCDMA vă hệ thống câc hệ thống CDMA khâc (cdma2000 1x chẳng hạn). Thí dụ về HO giữa câc RAM lă HO giữa câc chế độ UTRA FDD vă UTRA TDD.
Có thể có câc thủ tục HO sau:
√ Chuyển giao cứng (HHO) lă câc thủ tục HO trong đó tất cả câc đường truyền vô
tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập câc đường truyền vô tuyến mới
√ Chuyển giao mềm (SHO) vă chuyển giao mềm hơn (xem hình 2.3) lă câc thủ tục
trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô tuyến nối đến UTRAN. Trong chuyển giao mềm UE đồng thời được nối đến một hay nhiều ô thuộc câc nút B khâc nhau của cùng một RNC (SHO nội RNC) hay thuộc câc RNC khâc nhau (SHO giữa câc RNC). Trong chuyển giao mềm hơn UE được nối đến ít nhất lă hai đoạn ô của cùng một nút B. SHO vă HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trín cùng một tần số sóng mang vă trong cùng một hệ thống.
Phụ thuộc sự tham gia trong SHO, câc ô trong một hệ thống WCDMA được chia thănh câc tập sau đđy:
√ Tập tích cực bao gồm câc ô (đoạn ô) hiện đang tham gia văo một kết nối SHO của
UE
√ Tập lđn cận/ tập được giâm sât (cả hai từ được sử dụng như nhau). Tập năy bao
gồm tất cả câc ô được giâm sât/đo liín tục bởi UE vă hiện thời không có trong tập tích cực
√ Tập được phât hiện. Tập năy bao gồm câc ô được UE phât hiện nhưng không
thuộc tập tích cực lẫn tập lđn cận.
SHO lă một tính năng chung của hệ thống WCDMA trong đó câc ô lđn cận họat động trín cùng một tần số. Trong chế độ kết nối, UE liín tục đo câc ô phục vụ vă câc ô lđn cận (do RNC chỉ dẫn) trín tần số sóng mang hiện thời. UE so sânh câc kết quả đo với câc ngưỡng HO do RNC cung cấp vă gửi bâo câo kết quả đo đến RNC khi thực hiện câc tiíu chuẩn bâo câo. Vì thế SHO lă kiểu chuyển giao được đânh giâ bởi đầu cuối di động (MEHO: Mobile Estimated HO). Tuy nhiín giải thuật quyết định SHO được đặt trong RNC. Dựa trín câc bâo câo kết quả đo nhận được từ UE (hoặc định kỳ hoặc được khởi động bởi một số câc sự kiện nhất định), RNC lệnh cho UE bổ sung
hay loại bỏ một số ô khỏi tập tích cực của mình (ASU: Active Set Apdate: cập nhật tập tích cực).
Phađinh đa đường trín kính vô tuyến dẫn đến tân thời vă chọn lọc tần số lăm hỏng tín hiệu thu. Để đânh giâ hiện tượng tân thời trín đường truyền vô tuyến, người ta phât đi một xung hẹp (xung kim) vă đo đâp ứng xung năy tại phía thu. Đâp ứng năy lă bức tranh thể hiện sự phụ thuộc công suất của câc đường truyền khâc nhau đến mây thu văo thời gian trễ của câc đường truyền năy. Đâp ứng năy được gọi lă lý lịch trễ công suất. Hình 2.4a cho thấy truyền sóng đa đường vă hình 2.4b cho thấy thí dụ về lý lịch trễ công suất.
Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiín được phât đi ở CDMA có thuộc tính lă câc phiín bản dịch thời của nó tại phía thu hầu như không tương quan. Như vậy một tín hiệu được truyền từ mây phât đến mây thu theo nhiều đường khâc nhau (thời gian trễ khâc nhau) có thể được phđn giải văo câc tín hiệu phađinh khâc nhau bằng câch lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiín bản dịch thời của chuỗi giả ngẫu nhiín. Mây thu sử dụng nguyín lý năy được gọi lă mây thu phđn tập đa đường hay mây thu RAKE (hình 2.5).
Trong mây thu RAKE để nhận được câc phiín bản dịch thời của chuỗi ngẫu nhiín, tín hiệu thu phải đi qua đường trễ trước khi được lấy tương quan vă được kết hợp. Đường trễ bao gồm nhiều mắt trễ có thời gian trễ bằng thời gian một chip Tc. Mây thu dịch định thời bản sao mê trải phổ từng chip cho từng ký hiệu thông tin để giải trải phổ ký hiệu trong vùng một ký hiệu vă tạo nín lý lịch trễ công suất (xem hình 2.5a). Với tham khảo lý lịch trễ công suất (bức tranh thể hiện công suất vă trễ của câc đường truyền) được tạo ra, mây thu chọn câc đường truyền có công suất vượt ngưỡng để kết hợp RAKE trín cơ sở số lượng bộ tương quan, bộ ước tính kính vă bộ bù trừ thay đổi pha (được gọi lă câc ngón mây thu RAKE). Trong trường hợp âp dụng thu phđn tập không gian hay phđn tập giữa câc đoạn ô, lý lịch trễ công suất được tạo ra cho mỗi nhânh vă câc đường truyền được chọn từ lý lịch trễ công suất suất tổng hợp của tất cả câc nhânh. Trong thực tế, vì câc tín hiệu trải phổ gồm nhiễu của câc người