Đồ án VIET

5/16/2018 Đô án VIET - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/do-an-viet 1/124

1

SVTH: Phạm Đứ c Việ t Lớ p: KTVT B - K46

TỜ BÌA



2


NHIỆM VỤ THIẾT KẾT TỐT NGHIỆP



3




4


LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940. Ngày nay thông tin diđộng là ngành viễn thông có sự phát triển nhanh nhất. Bắt đầu là hệ thống thông

tin di động tương tự, đến nay khi các hệ thống di động thế hệ thứ ba được đưa vào

hoạt động và ứng dụng rộng rãi, có thể cung cấp đượ c nhiều dịch vụ băng rộng và

các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao.

Tổ chức ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thứ

ba vớ i tên gọi là IMT-2000 nhằm đáp ứng các mục tiêu chính như:

Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như các dịch vụ

đa phương tiện và truy nhập Internet nhanh.

Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và

điện thoại vệ tinh.

Tương thích vớ i các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự

phát triển liên tục của thông tin di động.Có nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba IMT-2000

đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống là WCDMA UMTS và cdma-2000 đã

đượ c ITU chấp thuận và sẽ được đưa vào hoạt động trong những năm 2000.

WCDMA UMTS sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136.

Truy nhập gói tốc độ cao đườ ng xuống (HSDPA: High Speed Down Link

Packet Access) đượ c 3GPP chuẩn hóa trong phát hành R5 vớ i phiên bản tiêu

chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói tốc độ cao đườ ng lên (HSUPA: High

Speed Up Link Packet Access) trong 3GPP đượ c chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12

năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA đượ c gọi chung là HSPA. Đây là công nghệ

tiếp sau WCDMA trong quá trình tiến lên các hệ thống thông tin di động thế hệ

thứ tư, nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và cung cấp các dịch vụ mớ i.



5


Trong bối cảnh Việt Nam và các nướ c trên thế giới đang triển khai rộng rãi

hai công nghệ WCDMA và HSPA. Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu hai công

nghệ trên nên em đã thực hiện đồ án: “NGHIÊN CỨ U CÔNG NGHỆ THÔNG

TIN DI ĐỘNG 3G WCDMA VÀ PHÁT TRIỂN LÊN THẾ HỆ 3,5G HSPA”

Nội dung đồ án được trình bày trong 4 chương vớ i nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA

Chương 2: Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống WCDMA

Chương 3: Giao diện vô tuyến của mạng WCDMA UMTS Chương 4: Công nghệ truy nhập gói tốc độ cao HSPA

Trong quá trình hoàn thành đồ án không tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em rất

mong nhận đượ c những góp ý quý báu của thầy cô và các bạn để đồ án đượ c hoàn

thiện hơn.

Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn cô giáo, th.s Đàm Mỹ

Hạnh, các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật Viễn thông, gia đình và bạn bè đã

giúp em trong suốt thờ i gian qua.

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2010

Ngườ i thực hiện



6


MỤC LỤC Trang

T Ờ BÌA ........................................................................................................................... 1

NHI Ệ M V Ụ THI Ế T K Ế T T ỐT NGHI Ệ P ........................................................................ 2

LỜI NÓI ĐẦ U ................................................................................................................ 4

M Ụ C LỤ C ...................................................................................................................... 6

CÁC T Ừ VI Ế T T Ắ T ........................................................................................................ 8

DANH M Ụ C CÁC HÌNH V Ẽ ....................................................................................... 13

CHƢƠNG 1 - T Ổ NG QUAN V Ề H Ệ TH ỐNG THÔNG TIN DI ĐỘ NG TH Ế H Ệ BAWCDMA ....................................................................................................................... 16

1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRI ỂN THÔNG TIN DI ĐỘ NG LÊN TH Ế H Ệ 4G ............................................................................................................... 16

1.1.1 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhấ t ................................. 16

1.1.2 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ................................... 17

1.1.3 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba .................................... 17

1.1.4 H ệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ ..................................... 18

1.2 KI Ế N TRÚC CHUNG M ỘT H Ệ TH ỐNG THÔNG TIN DI ĐỘ NG3G ............................................................................................................... 19

1.2.1 Công nghệ WCDMA .................................................................... 19

1.2.2 T ổ ng quan hệ thố ng UMTS.......................................................... 20

1.2.3 Kiế n trúc chung của một mạng WCDMA .................................... 22

1.2.4 Các loại lƣu lƣợ ng và d ịch vụ đƣợ c mạng 3G WCDMA hỗ tr ợ .. 23

1.3 CÁC KI Ế N TRÚC CHO CÔNG NGH Ệ WCDMA THEO 3GPP ......... 24

1.1.3 Kiế n trúc WCDMA UMTS R3 ..................................................... 25

1.3.2 Kiế n trúc mạng WCDMA UMTS R4 ............................................ 31

1.3.3 Kiế n trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6 ................................. 34

1.4 KI Ế N TRÚC M Ạ NG D Ị CH CHUY Ể N T Ừ GMS SANG UMTS ........... 37

CHƢƠNG 2 - CÁC K Ỹ THU Ậ T SỬ DỤ NG TRONG H Ệ TH Ố NG WCDMA .............. 40

2.1 SƠ ĐỒ MÁY THU – PHÁT VÔ TUY Ế N TRONG H Ệ TH Ố NGWCDMA ..................................................................................................... 40

2.2 MÃ HÓA KI Ể M SOÁT LỖ I .................................................................. 42

2.2.1 Mã vòng ....................................................................................... 43



7


2.2.2 Mã xoắ n ....................................................................................... 44

2.2.3 Mã hóa turbo ............................................................................... 45

2.3 PH Ố I H Ợ P T ỐC ĐỘ VÀ ĐAN XEN .................................................... 46 2.3.1 Phố i hợ p t ốc độ............................................................................ 46

2.3.2 Đan xen........................................................................................ 47

2.4 CÔNG NGH Ệ ĐA TRUY NHẬ P C Ủ A WCDMA ................................. 47

2.4.1 Các hệ thố ng thông tin tr ải phổ ................................................... 48

2.4.2 Nguyên lý chung của DSSS và áp d ụng DSSS vào CDMA .......... 48

2.4.3 H ệ thố ng DSSS-BPSK.................................................................. 52

2.4.4 H ệ thố ng DSSS-QPSK ................................................................. 54

2.4.5 Mô hình hệ thố ng DS CDMA ...................................................... 56

2.5 NG Ẫ U NHIÊN HÓA ............................................................................. 59

2.6 CÁC MÃ TR Ả I PH Ổ DÙNG TRONG WCDMA ................................. 59

2.7 MÁY THU PHÂN T ẬP ĐA ĐƢỜ NG – MÁY THU RAKE .................. 61

2.8 ĐIỀ U KHI Ể N CÔNG SU Ấ T ................................................................ 63

2.9 CHUY Ể N GIAO TRONG H Ệ TH Ố NG WCDMA................................ 64

CHƢƠNG 3 - GIAO DI Ệ N VÔ TUY Ế N C Ủ A M Ạ NG WCDMA UMTS ...................... 66

3.1 GI Ớ I THI Ệ U CHUNG ......................................................................... 66 3.2 KI ẾN TRÚC NGĂN XẾ P GIAO TH Ứ C C Ủ A GIAO DI Ệ N VÔTUY Ế N ....................................................................................................... 68

3.3 CÁC KÊNH C Ủ A WCDMA.................................................................. 69

3.4 KÊNH V Ậ T LÝ ..................................................................................... 70

3.4.1 Các kênh vật lý ............................................................................ 70

3.4.2 Các kênh đƣờ ng lên ..................................................................... 73

3.4.3 Tr ải phổ và điề u chế đƣờ ng lên ................................................... 77

3.4.4 Các kênh đƣờ ng xuố ng ................................................................ 80

3.4.5 Tr ải phổ và điề u chế cho đƣờ ng xuố ng ....................................... 86

3.5 CÁC KÊNH TRUY Ề N T Ả I ................................................................... 88

3.5.1 Các kênh truyề n t ải ...................................................................... 89

3.5.2 Chuyển đổ i và ghép các kênh truyề n t ải lên các kênh vật lý ....... 90

3.6 KÊNH LOGIC ..................................................................................... 92

3.6.1 Các kênh điề u khiể n ..................................................................... 92

3.6.2 Các kênh lƣu lƣợ ng ..................................................................... 92



8


3.7 THI Ế T L Ậ P CU ỘC GỌ I TRONG WCDMA UMTS ............................. 93

3.8 PHÂN T Ậ P PHÁT ................................................................................ 97

3.8.1. Phân t ậ p vòng hở ........................................................................ 97 3.8.2. Chế độ vòng kín .......................................................................... 98

CHƢƠNG 4 - CÔNG NGH Ệ TRUY NH Ậ P GÓI T ỐC ĐỘ CAO HSPA ..................... 99

4.1 GI Ớ I THI Ệ U CHUNG ......................................................................... 99

4.2 KI ẾN TRÚC NGĂN XẾ P GIAO TH Ứ C GIAO DI Ệ N VÔ TUY Ế N HSPA ........................................................................................................ 100

4.3 TRUY NH Ậ P GÓI T ỐC ĐỘ CAO ĐƢỜ NG XU Ố NG ....................... 102

4.3.2 Lậ p biể u phụ thuộc kênh............................................................ 103

4.3.3 Điề u khiể n t ốc độ và điề u chế bậc cao ...................................... 105

4.3.4 HARQ vớ i k ế t hợ p mề m ............................................................. 107

4.3.5 Kiế n trúc .................................................................................... 108

4.4 TRUY NH Ậ P GÓI T ỐC ĐỘ CAO ĐƢỜ NG LÊN .............................. 112

4.4.1 Lậ p biể u ..................................................................................... 113

4.4.2 HARQ vớ i k ế t hợ p mề m ............................................................. 116

4.4.3. Kiế n trúc ................................................................................... 117

K Ế T LU Ậ N ............................................................................................... 121 NH Ậ N XÉT C ỦA GIÁO VIÊN HƢỚ NG D Ẫ N ......................................... 122

LỜ I C ẢM ƠN ........................................................................................... 123

TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O .......................................................................... 124

CÁC TỪ VIẾT TẮT

2G Second Generation Thế hệ thứ 2

3G Third Generation Thế hệ thứ ba

3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba

3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba hai

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt



9


AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

AMR Adaptive MultiRate Đa tốc độ thích ứng

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiêntiến

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BS Base Station Trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CD/CA-ICH

CPCH Collision Detection/ Channel Assignment IndicatorChannel

Kênh chỉ thị phát hiện va chạmCPCH/ ấn định kênh

CN Core Network Mạng lõi

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DCH Dedicated Channel Kênh điều khiển

DPCCH Dedicated Physycal ControlChannel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đườ ng xuống



10


DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng

cườ ngE-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cườ ng

EDGE Enhanced Data rates for GPRSEvolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đườ ng xuống

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theothờ i gian

GERAN GSM EDGE Radio AccessNetwork

Mạng truy nhập vô tuyến GSMEDGE

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For MobileCommunications

Hệ thống thông tin di động toàncầu

GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

HARQ Hybrid Automatic Repeat request Yêu cầu phát lại tự động laighép

HHO Hard Handover Chuyển giao cứng

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thườ ng trú

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy nhập hói đườ ng xuống tốc

độ caoHS-DPCCH

High-Speed Dedicated PhysicalControl Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng tốcđộ cao

HS-DSCH

High-Speed Dedicated SharedChannel

Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH

High-Speed Physical DedicatedShared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao



11


HS-SCCH

High-Speed Shared ControlChannel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đườ ng lên tốc độ cao

IMT-2000

International MobileTelecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môitrườ ng

MMS Multimedia Messenging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch cácdịch vụ di động

Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB vớ i RNC

P-CCPCH

Primary Common Control PhysicalChannel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đườ ng xuống vật

lýPHY Physical Layer Lớ p vật lý

PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PS Packet Switch Chuyển mạch gói

PSTN Public Switched TelephoneNetwork

Mạng điện thoại chuyển mạchcông cộng

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc



12


QoS Quality of Service Chất lượ ng dịch vụ

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

S-

CCPCH

Secondary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ

cấpSCH Synchronization channel Kênh đồng bộ

SF Spreading Factor Hệ số trải phổ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Modun nhận dạng thuê bao

SHO Soft Handover Chuyển giao mềm

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theothờ i gian

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thờ igian

TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theothờ i gian

TFC Transport Format Combination Kết hợ p khuôn dạng truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khoảng thờ i gian phát

UE User Equipment Thiết bị ngườ i sử dụng

UMTS Universal MobileTelecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàncấu

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đấtUMTS



13


UTRAN UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork

Mạng truy nhập vô tuyến mặtđất UMTS

WCDMA Wideband Code Division MultipleAccess Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng

Wifi Wireless FIdelitity Chất lượ ng không dây cao

WiMAX Worldwide interoperability forMicrowave Access

Tương hỗ truy nhập vi ba toàncầu

VoIP Voice over IP Thoại trên IP

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Lộ trình phát triể n các công nghệ thông tin di động lên 4G........................ 19 Hình 1.2. Các phổ t ần dùng trong UMTS ................................................................... 21 Hình 1.3. Kiế n trúc t ổ ng quát của một mạng 3G sử d ụng công nghệ WCDMA ......... 22 Hình 1.4. Vùng phủ sóng của UMTS ........................................................................... 24 Hình 1.5. Kiế n trúc mạng 3G trong 3GPP phát hành năm 1999 ................................ 25 Hình 1.6. Kiế n trúc mạng WCDMA UMTS phát hành 4 ............................................. 32 Hình 1.7. Kiế n trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6 .................................................. 34 Hình 1.8. Kiế n trúc t ồn t ại đồng thờ i GSM và UMTS ................................................. 37 Hình 1.9. Kiế n trúc mạng RAN tích hợ p của 3GR2 ..................................................... 38



14


Hình 1.10. Kiế n trúc RAN thố ng nhấ t của 3GR3 ......................................................... 39 Hình 2.1. Máy phát vô tuyế n ........................................................................................ 40 Hình 2.2. Máy thu vô tuyế n .......................................................................................... 41 Hình 2.3. M ạch mã hóa vòng với đa thứ c sinh ............................................................ 44 Hình 2.4. C ấ u hình bộ mã hóa và giải mã turbo ......................................................... 46 Hình 2.5. Trích bỏ các kênh TrCH đƣợ c mã hóa turbo ............................................... 47 Hình 2.6. Tr ải phổ chuỗ i tr ự c tiế p (DSSS) ................................................................... 50 Hình 2.7. Quá trình giải tr ải phổ và lọc tín hiệu của ngƣờ i sử d ụng k t ừ t ậ p K ngƣờ i sử d ụng ............................................................................................................... 52

Hình 2.8. Sơ đồ khố i của máy phát DSSS BPSK .......................................................... 52 Hình 2.9. Sơ đồ máy thu của hệ thố ng DSSS-BPSK .................................................... 54 Hình 2.10. Sơ đồ tr ải phổ DSSS-QPSK........................................................................ 55 Hình 2.11. Sơ đồ khố i máy thu DSSS-QPSK ................................................................ 55 Hình 2.12. H ệ thố ng DSCDMA: Máy phát và máy thu t ƣơ ng quan ............................ 58 Hình 2.13. Quan hệ giữ a tr ải phổ và ngẫ u nhiên hóa ................................................. 59 Hình 2.14. Cây mã định kênh ....................................................................................... 60 Hình 2.15. Truyền sóng đa đƣờ ng ............................................................................... 62 Hình: 2.16. Máy thu RAKE .......................................................................................... 63 Hình 2.17. Chuyể n giao mề m (a) và mề m hơ n (b) ....................................................... 66 Hình 3.1. Kiế n trúc giao thứ c của giao diện vô tuyế n WCDMA ................................. 69 Hình 3.2. Các kênh của lớ p vật lý ................................................................................ 71 Hình 3.3. C ấ u trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đƣờ ng lên ......................... 74 Hình 3.4. Quá trình truy nhậ p ngẫ u nhiên RACH ...................................................... 74 Hình 3.5. C ấ u trúc phát truy nhậ p ngẫ u nhiên ............................................................ 75 Hình 3.6. C ấ u trúc khung vô tuyế n phần bản tin của RACH ....................................... 75 Hình 3.7. Thủ t ục truy nhậ p gói CPCH ....................................................................... 76 Hình 3.8. Tr ải phổ và điề u chế DPDCH và DPCCH đƣờ ng lên ................................. 78 Hình 3.9. Chúm tín hiệu đố i vớ i ghép mã I/Q sử d ụng ngẫ u nhiên hóa phứ c ............. 79 Hình 3.10. Tr ải phổ và điề u chế phần bản tin PRACH ............................................... 80 Hình 3.11. C ấu trúc khung cho DPCH đƣờ ng xuố ng .................................................. 81



15


Hình 3.12. C ấ u trúc khung cho kênh hoa tiêu chung ................................................... 82 Hình 3.13. C ấ u trúc khung vô tuyế n cho kênh P-CCPCH ........................................... 82 Hình 3.14. C ấ u trúc khung cho S-CCPCH .................................................................. 83 Hình 3.15. C ấu trúc kênh đồng bộ (SCH) .................................................................... 84 Hình 3.16. C ấ u trúc khung cho PDSCH ...................................................................... 85 Hình 3.17. C ấ u trúc kênh chỉ thị bắ t (AICH) ............................................................... 86 Hình 3.18. C ấ u trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) ......................................................... 86 Hình 3.19. Sơ đồ tr ải phổ và điề u chế cho các kênh vật lý đƣờ ng xuố ng .................... 87 Hình 3.20. Chuyển đổ i giữ a kênh các kênh truyề n t ải và các kênh vật lý ................... 91 Hình 3.21. Ghép các kênh truyề n t ải lên kênh vật lý .................................................. 92 Hình 3.22. Chuyển đổ i giữ a các kênh logic và các kênh truyề n t ải đƣờ ng lên và xuố ng ............................................................................................................................ 93 Hình 3.23. Thủ t ục thiế t lậ p cuộc gọi ở WCDMA UMTS ............................................ 94 Hình 3.24. Phân t ậ p phát vòng hở của WCDMA ......................................................... 98 Hình 3.25. Phân t ậ p phát vòng kín của WCDMA ........................................................ 99 Hình 4.1. T ốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (công nghệ HSDPA) ........... 100 Hình 4.2. Kiế n trúc giao diện vô tuyế n HSDPA và HSUPA ...................................... 101 Hình 4.3. C ấ u trúc mã của HS-DSCH ....................................................................... 103 Hình 4.4. Nguyên lý lậ p biể u HSDPA của node B ..................................................... 104 Hình 4.6. Chùm tín hiệu điề u chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cự c tiể u giữ ahai điể m tín hiệu ......................................................................................................... 106

Hình 4.7. Nguyên lý xử lý phát lại của node B .......................................................... 108 Hình 4.8. Kiế n trúc HSDPA ....................................................................................... 110 Hình 4.9. C ấ u trúc kênh HSDPA k ế t hợ p WCDMA ................................................... 110 Hình 4.11. Chƣơ ng trình khung lậ p biể u của HSUPA ............................................... 115 Hình 4.12. Kiế n trúc mạng đƣợ c lậ p cấ u hình E-DCH (và HS-DSCH) .................... 118



16


CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DIĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA

1.1 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN THẾ HỆ 4G

Trong quá trình phát triển của mình, các công nghệ thông tin di động đượ c

chia thành các thế hệ: Thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư; đượ c viết tắt là 1G, 2G,

3G và 4G.

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống thông tin di động thế hệ một (1G) 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 ngườ i sử dụng. Đa

truy nhập phân chia theo tấn số là phương thức truy nhập mà trong đó mỗi kênh

dành cho ngườ i sử dụng đượ c cấp phát một tần số cố định, không trùng vớ i các

kênh ngườ i dùng khác nhờ phân chia phổ tần số thành nhiều đoạn riêng biệt.

Một số hệ thống FDMA điển hình là:

Hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Servise – Dịch vụ điện thoại

di động tiên tiến) đượ c sử dụng trên toàn nướ c Mỹ.

NMT (Nordic Mobile Telephone System – Hệ thống điện thoại di động

Bắc Âu)

TACS (Total Access Communication System – Hệ thống thông tin truy

nhập toàn bộ)

Tuy nhiên, thông thườ ng các công nghệ 1G thường đượ c triển khai tại một

số nước, không đượ c tiêu chuẩn hóa bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế. Không

thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của ngườ i dùng về dung lượ ng và tốc độ. Chính

vì vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ hai được đưa ra giớ i thiệu.



17


1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Khác vớ i thế hệ thứ nhất, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)

đượ c thiết kế để triển khai quốc tế, các thiết kế 2G nhấn mạnh hơn lên tính tương

thích, khả năng chuyển mạch phức tạp và sử dụng truyền dẫn tiếng số hóa trên các

kênh vô tuyến.

Hệ thống 2G sử dụng hai phương pháp đa truy nhập: Đa truy nhập phân

chia theo thờ i gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA).

Một số hệ thống trong mạng 2G điển hình là:

GSM (Global for System Mobile Communications - Hệ thống thông tin di động

toàn cầu), cdma One, ngoài ra còn một số hệ thống khác đó là: iDEN, D-AMPS,

GPRS (2,5G), HSCSD và WiDEN.

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

Để đáp ứng yêu cầu phát triển dung lượ ng mạng, tốc độ (tốc độ dịch

chuyển dữ liệu) và những ứng dụng đa phương tiện, chuẩn 3G bắt đầu được đưa

ra. Những hệ thống trong chuẩn này là sự phát triển tuyến tính của hệ thống 2G,

chúng dựa vào hai cơ sở hạ tầng chính cùng tồn tại song song đó là những node

chuyển mạch kênh và những node chuyển mạch gói.

Một hệ thống thông tin di động là 3G nếu nó đáp ứng một số yêu cầu đượ c

ITU đề ra như sau:

- Hoạt động trong một trong số các tần số đượ c ấn định cho các dịch

vụ 3G.

-

Phải cung cấp các dịch vụ số liệu mới cho ngườ i sử dụng bao gồm cả các dịch vụ đa phương tiện, độc lập vớ i các công nghệ ở giao diện vô

tuyến.

- Phải hỗ trợ truyền dẫn số liệu di động tại 144 kbps cho ngườ i sử

dụng di động tốc độ cao và truyền dẫn số liệu lên đến 2 Mbps cho

ngườ i sử dụng cố định hoặc tốc độ thấp.

- Phải cung cấp các dịch vụ số liệu gói.

- Đảm bảo tính độc lập của mạng lõi vớ i giao diện vô tuyến.



18


Một số hệ thống 3G: UMTS (WCDMA), CDMA2000&1xEV-DO, iS865,

TD-SCDMA; 3,5G: UMTS (HSPA).

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tƣ

Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải

quyết đượ c hoặc mớ i chỉ giải quyết đượ c một phần là:

Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để

thỏa mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, các

dịch vụ khác nhau vớ i nhu cầu về chất lượ ng dịch vụ (QoS) và băngthông khác nhau.

Sự giớ i hạn của giải phổ sử dụng.

Dù có sự thỏa thuận về các khả năng chuyển vùng toàn cầu nhưng do

tồn tại những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong

việc chuyển vùng (roaming) giữa các môi trườ ng dịch vụ khác biệt trong

các băng tần số khác nhau.

Thiếu cơ chế chuyển tải “liền mạch” giữa đầu cuối với đầu cuối khi mở

rộng mạng con di động vớ i mạng cố định.

Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướ ng tớ i mục tiêu tạo ra

một mạng di động có khả năng cung cấp cho ngườ i sử dụng các dịch vụ thoại,

truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi, mọilúc; do vậy mạng di động thế hệ thứ tư (4G) đã được đề xuất nghiên cứu và hứa

hẹn những bướ c triển khai đầu tiên. Cơ sở hạ tầng cho 4G sẽ chỉ là gói (all-IP)

Những kỹ thuật đang được xem xét như pre-4G là Wimax, WiBro, iBurst,

3GPP Long Term Evolution và 3GPP2 Ultra Mobile Broadband.



19


Hình 1.1. Lộ trình phát triể n các công nghệ thông tin di động lên 4G

1.2 KIẾN TRÚC CHUNG MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

1.2.1 Công nghệ WCDMA

WCDMA (Wideband CDMA) là một công nghệ phát triển của GSM để

tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu bằng cách sử dụng kỹ thuật CDMA hoạt động ở

băng rộng thay thế cho TDMA. Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ thứ

ba thì WCDMA nhận đượ c sự ủng hộ lớ n nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớ p vật

lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bít thấp

và trung bình.

Một số đặc điểm của WCDMA:

Là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ

bit cao (lên đến 2 Mbps)

Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 Mhz, do đó hỗ trợ tốc

độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợ i đa phân tập.

AMPSTASC

GSMcdma One

WCDMAcdma 20001x

HSPA1xEVDO

LTEUMB

1G

2G

3G3G+ E3G

WiFi

WiMax

4G

Tốc độ số liệu

Thờ i gian

Khả năng di động

1985

< 10 kbps

1995 2000 2005 2010 2015

< 200 kbps 300kbps – 10Mbps < 100 Mbps 100Mbps – 1Gbps

Cao

Thấp



20


Hỗ trợ tốc độ ngườ i sử dụng thay đổi liên tục. Mỗi ngườ i sử dụng đượ c

cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng

tốc độ có thể thay đổi từ khung này đến khung khác.

Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD. Trong mô hình FDD sóng

mang 5 Mhz sử dụng cho đường lên và đườ ng xuống, còn trong mô hình

TDD sóng mang 5 Mhz chia sẻ theo thờ i gian giữa đường lên và đườ ng

xuống.

WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ

dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ.

WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên

kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượ ng và vùng phủ.

WCDMA đượ c thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ

sóng và dung lượ ng của mạng.

Lớ p vật lý mềm dẻo dễ tích hợp đượ c tất cả thông tin trên một sóng

mang.

Hệ số tái sử dụng bằng 1. Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.

1.2.2 Tổng quan hệ thống UMTS

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đượ c xây dựng vớ i mục đích cung

cấp cho một mạng di động toàn cầu vớ i các dịch vụ phong phú bao gồm thoại,

nhắn tin, internet và dữ liệu băng rộng.

Tại Châu Âu hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba đã đượ c tiêu chuẩnhóa bở i học viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI: European

Telecommunications Standard Institute) phù hợ p vớ i tiêu chuẩn ITM-2000 của

ITU (International Telecommunication Union).

Hệ thống có tên là UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).

UMTS đượ c xem là hệ thống kế thừa của hệ thống GSM, nhằm đáp ứng các yêu



21


cầu phát triển của các dịch vụ di động và ứng dụng internet vớ i tốc độ truyền dẫn

lên tớ i 2 Mbps và cũng cấp một tiêu chuẩn chuyển vùng toàn cầu.

UMTS đượ c phát triển bở i Third Generation Partnership Project (3GPP) là

dự án phát triển chung của nhiều cơ quan tiêu chuẩn hóa (SDO) như: ETSI (Châu

Âu), ARIB/TCC (Nhật Bản), ANSI (Mỹ), TTA (Hàn Quốc) và CWTS (Trung

Quốc).

Hội nghị vô tuyến thế giới năm 1992 đã đưa ra các phổ tần số dùng cho hệ

thống UMTS:

1920 ÷ 1980 MHz và 2110 ÷ 2170 MHz dành cho các ứng dụng FDD

(Frequency Division Duplex: Ghép kênh theo tần số) đườ ng lên và

đườ ng xuống, khoảng cách kênh là 5MHz.

1900 ÷ 1920 MHz và 2010 ÷ 2025 MHz dành cho các ứng dụng TDD

(Time Division Duplex: Ghép kênh theo tần số), khoảng cách kênh là

5MHZ.

1980 ÷ 2010 MHz và 2170 ÷ 2200 MHz: Đườ ng xuống và đườ ng lên vệ

tinh.

Hình 1.2. Các phổ t ần dùng trong UMTS

15 85

1900 1920 1980 2010 2025 2170 2200 2110 MHz

20 60 30 3060

UMTS TDD UMTS FDD

UMTSSatellite



22


1.2.3 Kiến trúc chung của một mạng WCDMA

Mạng thông tin di động thế hệ ba ban đầu sẽ là mạng kết hợ p giữa các vùng

chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền dữ liệu gói và tiếng. Các trung

tâm chuyển mạch gói là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trong quá

trình phát triển đến sử dụng toàn mạng IP, chuyển mạch kênh dần đượ c thay thế

bằng chuyển mạch gói. Các dịch vụ số liệu và thờ i gian thực cuối cùng sẽ đượ c

chuyển trên cùng một môi trườ ng IP bằng các chuyển mạch gói.

1.2.3.1 Thiết bị ngƣờ i sử dụng

Thiết bị ngườ i sử dụng (UE: User Equipment): Thực hiện chức năng giao

tiếp ngườ i sử dụng vớ i hệ thống.

1.2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến

Hình 1.3. Kiế n trúc t ổ ng quát của một mạng 3G sử d ụng công nghệ WCDMA

Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN: UMTS Terestrial RadioAccess

Network): Có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến.

Kiến trúc ban đầu của mạng 3G có thể sử dụng hai kiểu mạng truy nhập vô tuyến.

Thiếtbị

cổng

Mạng báo hiệu

Điều khiển

dịch vụ

Thông tin

vị trí

Chức năngdịch vụ CS

Chức năng

dịch vụ PS

Chức năngdịch vụ CS

Chức năng

dịch vụ PS

BTS

NodeB

BSC

RNC

TE

ME

Internet

PLMN

Nút kết hợ p dịch vụ CS và PS



23


Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA đượ c gọi là UTRAN.

Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA đượ c gọi là GERAN (GSM

EDGE Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến dựa trên công nghệ

EDGE của GSM).

1.2.3.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN: Core Network): Thực hiện chức năng chuyển mạch, định

tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu. Mạng lõi là kết hợ p của chuyển mạch kênh và

chuyển mạch gói đượ c thể hiện bằng nhóm các đơn vị chức năng logic (hình 1.3).

Trong thực thế các miền chức năng này đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Nhưchức năng chuyển mạch kênh CS (MGC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói

(SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để đượ c một hệ thống tích hợ p cho phép

chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau từ lưu lượ ng tiếng đến

lưu lượ ng số liệu dung lượ ng lớ n.

1.2.4 Các loại lƣu lƣợ ng và dịch vụ đƣợ c mạng 3G WCDMA hỗ trợ

WCDMA UMTS cung cấp các loại dịch vụ xa (teleservices) như dịch vụ

điện thoại hoặc bản tin ngắn (SMS) và các loại dịch vụ mang (bearer service: Một

dịch vụ viễn thông cung cấp khả năng truyền tín hiệu giữa hai giao diện ngườ i sử

dụng - mạng).Vì thế, nói chung mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ truyền thông đa

phương tiện. Do đó vớ i mỗi kiểu lưu lượ ng cần đảm bảo một mức QoS nhất định

tùy theo ứng dụng của dịch vụ. QoS ở hệ thống WCDMA UMTS đượ c phân loại

như sau: Loại hội thoại (Thoại, thoại thấy hình): Thông tin tương tác yêu cầu trễ

nhỏ.

Loại luồng (đa phương tiện, video theo yêu cầu): Thông tin một chiều

đòi hỏi dịch vụ luồng vớ i trễ nhỏ.

Loại tương tác (duyệt web, trò chơi qua mạng, truy nhập cơ sở dữ

liệu..): Đòi hỏi trả lờ i trong một thờ i gian nhất định và tỉ lệ lỗi thấp.



24


Loại cơ bản (thư điện tử, SMS, tải dữ liệu xuống): Đòi hỏi các dịch vụ

nỗ lực nhất đượ c thực hiện trên nền cơ sở .

Vùng phủ sóng của mạng WCDMA UMTS đượ c chia thành bốn vùng vớ i các

tốc độ bít Rb phục vụ như sau:

- Vùng 1: Vùng trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2 Mbps

- Vùng 2: Vùng thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 Kbps

- Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 Kbps

- Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 Kbps

Hình 1.4. Vùng phủ sóng của UMTS

1.3 CÁC KIẾN TRÚC CHO CÔNG NGHỆ WCDMA THEO 3GPP

Mạng di động thế hệ 3 đượ c xây dựng theo các phát hành chính đượ c gọi là

R3, R4, R5 và R6. Trong đó R3 và R4 có mạng lõi bao gồm hai miền chuyển

mạch: Miền CS (Circuit Switch: Chuyển mạch kênh) và PS (Packet Switch:

Chuyển mạch gói). Việc kết hợ p này phù hợ p với giai đoạn đầu khi PS chưa đáp

ứng tốt các dịch vụ thờ i gian thực như thoại và hình ảnh. Khi đó miền CS sẽ thực

hiện các dịch vụ thoại, còn các dịch vụ số liệu đượ c truyền trên miền PS. R4 phát



25


triển hơn R3 ở chỗ CS chuyển sang chuyển mạch mềm, vì thế toàn bộ mạng truyền

tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP.

Lịch trình nghiên cứu trong 3GPP:

- Phát hành 1999 (R3) tháng 12/1999




1.1.3 Kiến trúc WCDMA UMTS R3

Đây là kiến trúc mạng 3G sử dụng công nghệ WCDMA trong 3GPP năm

1999, tập tiêu chuẩn đầu tiên cho hệ thống UMTS.

Hình 1.5. Kiế n trúc mạng 3G trong 3GPP phát hành năm 1999

Mạng UMTS R3 có hỗ trợ cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Tốc

độ thông tin lên tớ i 384 Kbps trong miền chuyển mạch kênh và 2 Mbps trong

miền chuyển mạch gói. Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các

dịch vụ mới cho ngườ i sử dụng di động gồm: Điện thoại có hình (hội nghị Video)

âm thanh chất lượ ng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối.

TE

ME

USIM

R

Cu Node B

RNC

Node B

Node B

RNC

Node B

Iub

Iur

MSC/VLR

EIR HLR/AuC

SGSN GGSN

GMSC

E

CD

F

Gf

Gn

Gc

Gr

PSTN

ISDN

Internet

IuUu

UE UTRAN CN



26


Mạng UMTS R3 gồm ba phần chính đó là: Thiết bị di động (UE: User

Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial

Radio Network) và mạng lõi (CN: Core Network).

1.3.1.1 Thiết bị ngƣờ i sử dụng

Thiết bị ngườ i sử dụng (UE): Là đầu cuối mạng UMTS của ngườ i sử dụng.

là phần có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh hưở ng lớ n lên các ứng

dụng và các dịch vụ khả dụng.

Thiế t b ị đầu cuố i (TE: Terminal Equipment): Trong mạng 3G, thiết bị đầu cuối

không đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp dịch vụ số liệu mớ i. Thiế t b ị di độ ng (ME: Mobile Equipment): Là đầu cuối vô tuyến để giao tiếp vớ i

mạng qua đườ ng vô tuyến.

Modun nhậ n d ạ ng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subcriber Identity Modulo)

Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao. USIM chứa các hàm và

số liệu cần để nhận dạng, nhận thực thuê bao và có thể giữ các khóa nhận thực

cùng một số thông tin thuê bao cần thiết cho thiết bị đầu cuối. Ngườ i sử dụng phải

tự mình nhận thực đối vớ i USIM bằng cách nhập mã PIN. Điều này đảm bảo rằng

chỉ ngườ i sử dụng đích thực mới đượ c truy nhạp UMTS, và mạng cũng chỉ cung

cấp dịch vụ cho ngườ i nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng

ký.

1.3.1.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

Mạng truy nhập vô tuyến UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio

Access Netwok): Là mạng liên kết giữa ngườ i sử dụng và mạng lõi. Nó bao gồm

một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem),

trong một RNS gồm một RNC và gồm một hay nhiều nút B (node B).

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện: Giao diện Iu giữa UTRAN

và mạng lõi (CN) gồm hai phần là IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho

miền chuyển mạch kênh và giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị ngườ i dùng

(UE).



27


Các đặc tính chính của UTRAN:

- Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan. Đặc biệt là các ảnh

hưở ng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một

đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý

tài nguyên đặc thù WCDMA.

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và

chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy

nhất và bằng cách sử dụng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả

hai vùng PS và CS của mạng lõi.

- Đảm bảo tính chung nhất vớ i GSM khi cần thiết.

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN.

Hai thành phần của UTRAN là bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và

node B.

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: Radio Network Controller): Là mộtphần tử mạng, chịu tránh nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển tài

nguyên cho chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung

cấp cho mạng lõi (CN). Nó đượ c nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền

chuyển mạch gói đến SGSN và một đến chuyển mạch kênh đến MSC.

Các chức năng chính của RNC:

- Điều khiển tài nguyên vô tuyến

- Cấp phát kênh

- Thiết lập điều khiển công suất

- Điều khiển công suất vòng hở

- Điều khiển chuyển giao

- Phân tập Macro

- Mật mã hóa

-

Báo hiệu quảng bá



28


Node B

Trong hệ thống UMTS, trạm gốc đượ c gọi là node B và nhiệm vụ của nó là

thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối vớ i nó. Nó nhận tín hiệu trên giao

diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng

thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như “điều khiển công

suất vòng trong”. Tính năng này là để phòng ngừa vấn đề gần xa, nghĩa là khi tất

các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần node B nhất sẽ che

lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa. Node B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối

khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho

node B luôn thu đượ c công suất như nhau tại tất cả các đầu cuối.

1.3.1.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN: Core Network) của hệ thống UMTS chia thành hai phần:

Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Thành phần chuyển mạch gói gồm những

nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và cổng hỗ trợ

dịch vụ GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node). Thành phần chuyển mạch

kênh là MSC và GMCS. Một số thành phần của mạng như HLR và AuC đượ c chiasẻ cho cả hai phần. Cấu trúc của mạng lõi có thể được thay đổi khi các dịch vụ mớ i

và các đặc điểm mớ i của hệ thống được đưa ra. Các phần tử chính trong mạng lõi:

SGSN

SGSN (Serving GPRS Support Node): Là nút chính của miền chuyển mạch

gói. Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông qua giao

diện Gn. SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao. Nólưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: Thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê

bao.

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

- IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: Số nhận dạng thuê bao

di động quốc tế)



29


- Các nhận dạng tạm thờ i gói (P-TMSI: Packet - Temporary Mobile

Subscriber Identity: Số nhận dạng thuê bao di động tạm thờ i gói)

- Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

Số VLR

Các địa chỉ GGSN của từng GGSN có kết nối tích cực

GGSN

Khi một SGSN (Gateway GPRS Support Node) kết nối vớ i mạng số liệu

khác. Tất cả các cuộc truyền dữ liệu từ thuê bao đến các mạng ngoài đều qua

GGSN. Cũng như SGSN, nó lưu cả hai kiểu số liệu: Thông tin thuê bao và thông

tin vị trí.

Số liệu về thông tin thuê bao:

- IMSI

- Các địa chỉ PDP

Số liệu về vị trí: Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến.

MSC

MSC (Mobile Switching Center) thực hiện chức năng kết nối chuyển mạch

kênh giữa thiết bị đầu cuối và mạng. Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và

chuyển mạch cho các thuê baoo trong vùng quản lý của mình. Chức năng của

MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều chức

năng hơn. Các kết nối chuyển mạch kênh đượ c thực hiện trên giao diện chuyển

mạch kênh giữa UTRAN và MSC. Các MSC đượ c nối đến các mạng ngoài qua

GMSC.

GMSC

GMSC (Gateway MSC) chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định

tuyến đến vùng có MS. Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhà



30


khai thác khác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện

thờ i quản lý MS.

VLR

VLR (Visitor Location Register): Là bản sao của HLR, dữ liệu thuê bao cần

thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao đượ c lấy từ HLR và lưu ở đây. Cả MSC và

SGSN đều có VLR nối vớ i chúng.

HLR

HLR (Home Location Register): Là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý

các thuê bao di động. Một mạng di động có thể có nhiều HLR tùy thuộc vào số

lượ ng thuê bao, dung lượ ng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng.

HLR và AuC là hai nút mạng logic nhưng thường đượ c thực hiện trong

cùng một nút vật lý. HLR lưu trữ mọi thông tin về ngườ i sử dụng và đăng lý thuê

bao như: Thông tin tính cướ c, các dịch vụ nào đượ c cung cấp và các dịch vụ nào bị

từ chối, thông tin chuyển hướ ng cuộc gọi, số lần chuyển hướ ng cuộc gọi.

Trung tâm nhận thự c

Trung tâm nhận thực (AuC: Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu

cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ thông tin của ngườ i dùng. Nó liên

kết với HLR và đượ c hiện cùng vớ i một nút vật lý.

Bộ nhận dạng thiết bị

Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm

lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile

Equipment Identity). Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ

liệu này đượ c chia thành ba danh mục: Danh mục trắng, xám và đen. Danh mục

trắng chứa các số IMEI đượ c phép truy nhạp mạng, danh mục xám chứa IMEI của

các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu

cuối bị cấm truy nhập mạng. Danh mục nay cũng có thể đượ c sử dụng để cấm các



31


seri máy đặc biệt không đượ c truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu

chuẩn.

Các giao diện vô tuyến

Giao diện Cu: Là giao diện chuẩn cho các card thông minh. Trong UE

đây là giao diện kết nối giữa USIM và UE

Giao diện Uu: Là giao diện vô tuyến mà UE truy nhập vào phần cố định

của mạng. Giao diện này nằm giữa nút B và thiết bị đầu cuối.

Giao diện Iu: Là giao diện kết nối UTRAN và CN. Một CN có thể kết

nối vớ i nhiều UTRAN, nhưng vớ i mỗi UTRAN thì chỉ có thể kết nối vớ i

một điểm truy nhập CN.

Giao diện Iur: Đây là giao diện giữa RNC vớ i RNC. Giao diện này có

các tính năng cơ bản sau:

- Di động giữa các RNC

- Lưu thông kênh riêng

- Lưu thông kênh chung - Quản lý tài nguyên toàn cục

Giao diện Iub: Giao diện Iub nối nút B với RNC. Đây là một giao diện

mở

1.3.2 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R4

Mạng WCDMA UMTS phát hành 4 tạo ra tăng cường đáng kể cho kiến

trúc mạng lõi. Sự khác biệt cơ bản giữa phát hành 1999 (R3) vớ i R4 là ở chỗ khinày mạng lõi của R4 là mạng phân bố. R4 thay thế cho các MSC chuyển mạch

kênh truyền thống là MSC Server và các cổng phương tiện MGW (Media

Gateway).

MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, chức năng quản lý di

động có ở một MSC tiêu chuẩn. Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch.

Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt

xa MSC Server. MGW không chứa các phần mềm nói trên mà chỉ có nhiệm vụ



32


thiết lập điều khiển và giải phóng các luồng phương tiện (các luồng tiếng) dướ i sự

điều khiển của MSC Server. MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các

cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đườ ng trục gói. Số liệu gói từ RNC đi qua

SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đườ ng trục IP.

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh đượ c thực hiện giữa

RNC và MSC Server. Đườ ng truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh đượ c

thực hiện giữa RNC và MGW. MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các

cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đườ ng trục gói. Trong nhiều trườ ng hợp đườ ng

trục gói sử dụng “giao thức truyền tải thờ i gian thực ” (RTP: Real Time Transport

Protocol) trên giao thức Internet (IP). Trong kiến trúc trên ta thấy lưu lượ ng số liệu

gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đườ ng trục IP. Cả số

liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi. Đây là mạng

truyền tải hoàn toàn IP.

Hình 1.6. Kiế n trúc mạng WCDMA UMTS phát hành 4

Khi cuộc gọi cần được định tuyến đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ

có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bở i MSC Server cổng

(GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu

Node B

Node B

RNC

RNC

SGSN GGSN

MGW MGW

MSCServer

GMSCServer

MGW

MGW

HSS/HL

SS7

Internet

PSTNIub

Iur Iu-CS

Iu-PS

Iu-CS

IP

RTP/IP

PCM

Gn Gi

H248/IP H248/IP



33


chuẩn để đưa đến PSTN. Để có cái nhìn rõ ràng, giả thiết rằng nếu tiếng ở giao

diện vô tuyến đượ c truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào

64 kbps ở MGW giao tiếp vớ i PSTN. Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm đáng

kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau. Như vậy chuyển đổi mã

chỉ cần thực hiện tại điểm kết nối vớ i PSTN và ở mạng đườ ng trục gói, chỉ cần

truyền tiếng ở độ rộng băng tần nhỏ hơn, điều này cho phép giảm giá thành của

mạng. Trong nhiều trườ ng hợ p MSC hỗ trợ cả chức năng của GMSC Server.

Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server vớ i MGW là

giao thức ITU H.248. Giao thức này đượ c ITU và IETF cộng tác phát triển. Nó có

tên là điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control).

Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một

giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ.

MGW có khả năng giao diện vớ i cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi đến

hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư. Để

ví dụ, xét trườ ng hợ p khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển

bở i một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọinội hạt. Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến

thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối vớ i thuê bao PSTN tại chính thành phố A.

Vớ i cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố

B nhưng đườ ng truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy

giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng.

HLR cũng có thể đượ c gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home

Subscriber Server). HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện

vớ i HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (ví dụ là IP) trong khi HLR sử dụng

giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7. Ngoài ra còn có các giao diện giữa SGSN vớ i

HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS không đượ c chỉ ra trên hình vẽ.

Rất nhiều giao thức đượ c sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên

cơ sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiên mạng phải giao diện vớ i các

mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng các phương tiện. Ngoài ra mạng



34


cũng phải giao diện vớ i các mạng SS7 tiêu chuẩn. Giao diện này đượ c thực hiện

thông qua cổng SS7 (SS7 GW). Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải

bản tin SS7 trên đườ ng truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản

tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (ví dụ là IP). Các thực thể như MSC Server,

GMSC Server và HSS liên lạc vớ i cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức

truyền tải đượ c thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP. Bộ giao thức

này đượ c gọi là Sigtran.

1.3.3 Kiến trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6

Hình 1.7. Kiế n trúc mạng WCDMA UMTS R5 và R6

Kiến trúc WCDMA UMTS R5 và R6 là đưa ra kiến trúc mạng đa phương

tiện IP. Bướ c phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi. Ở đây

cả tiếng và số liệu đượ c xử lý giống nhau trên toàn bộ đườ ng truyền từ đầu cuối

IMS

Node B

RNC GGSN

Node B

CSCF R-SGW

MRF

MGW

HSS/HL

SS7

PSTN

Internet

SS7

RNC

T-SGW

SGSN

MGCFCSCF

Iub

Iur

Iu

GnGi

Gi PCMGr

Cx

Cx

Mr

Gi



35


của ngườ i sử dụng đến nơi nhận cuối cùng. Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ

toàn diện của tiếng và số liệu.

Điểm mớ i của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới đượ c gọi là phân hệ đa

phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đây là một miền mạng IP đượ c

thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thờ i gian thực IP. Cả dữ liệu tiếng và

số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang

tất cả phương tiện. Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có

MGW riêng.

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau:

- CSCF (Connection State Control Function: Chức năng điều khiển trạng

thái kết nối)

- MRF (Multimedia Resource Function: Chức năng tài nguyên đa phương

tiện)

- MGCF (Media Gateway Control Function: Chức năng điều khiển cổng

các phương tiện)

- T-SGW (Transport Signalling Gateway: Cổng báo hiệu truyền tải)- R-SGW (Roaming Signalling Gateway: Cổng báo hiệu chuyển mạng)

CSCF: Quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến

và từ ngườ i sử dụng. Nó bao gồm các chức năng như biên dịch và định tuyến.

CSCF hoạt động như một đại diện Server.

SGSN và GGSN: Là các phiên bản tăng cườ ng của các nút đượ c sử dụng ở GPRS

và UMTS R3 và R4. Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ

trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh. Vì thế cần hỗ trợ các khả

năng chất lượ ng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các

Router kết nối trực tiếp vớ i chúng.



36


Chức năng tài nguyên đa phƣơng tiện (MRF): Là chức năng lập cầu hội nghi

đượ c sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ

hội nghị .

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW): Là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo

tương tác SS7 vớ i các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN. T-SGW hỗ trợ các giao

thức Sigtran.

Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW): Là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu

vớ i các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn. Trong nhiều trườ ng hợ p T-

SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng.

MGW thực hiện tương tác vớ i các mạng ngoài ở mức đườ ng truyền đa

phương tiện. MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở

R4. MGW được điều khiển bở i chức năng cổng điều khiển các phương tiện

(MGCF). Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248. MGCF

cũng liên lạc vớ i CSCF. Giao thức đượ c chọn cho giao diện này là SIP.

Điểm đáng chú ý là kiến trúc này thể hiện ở sự bổ sung thêm cho mạng lõi

chứ không thay đổi mạng lõi hiện có (R4). Phát hành 3GPP R5 và R6 đưa vào một

vùng mạng lõi mới để bổ sung cho các vùng CS và PS, đó là vùng đa phương tiện

IP (IM: IP Multimedia). Vùng mớ i này cho phép mang cả thoại và số liệu qua IP

trên toàn tuyến nối đến máy cầm tay.

Như vậy UTRAN bây giờ có thể kết nối đến ba vùng của mạng lõi logic

khác nhau: Vùng CS, vùng PS và vùng đa phương tiện IP (IM). Khi UE muốn sử

dụng các dịch vụ của mạng lõi, nó phải chỉ ra đượ c vùng nó muốn (vùng IM là

vùng sử dụng các dịch vụ của vùng PS). Tất cả lưu lượ ng của IM đều là gói và

đượ c truyền tải qua các nút của vùng PS như SGSN và GGSN. Kiến trúc IM cho

phép xử lý tiếng và gói một cách thống nhất trên đườ ng truyền từ UE đến nơi

nhận, ở đây xảy ra sự hòa nhập hoàn toàn của tiếng và số liệu, vì thế tiếng chỉ là

một dạng số liệu có các yêu cầu QoS riêng. Sự hòa nhập này cho phép phát triển

nhiều dịch vụ mớ i.



37


1.4 KIẾN TRÚC MẠNG DỊCH CHUYỂN TỪ GMS SANG UMTS

Phần này giớ i thiệu chiến lượ c dịch chuyển từ GSM sang UMTS của hãng

Alcatel. Hãng này dự kiến sẽ phát triển mạng truy nhập RAN từ GSM lên UMTS

theo ba phát hành là: 3GR1, 3GR2 và 3GR3.

1.4.1 Phát hành 3GR1: Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn

Hình 1.8. Kiế n trúc t ồn t ại đồng thờ i GSM và UMTS

Phát hành 3GP1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các đặc tả kỹ

thuật vào tháng 6 năm 2000. Phát hành đầu của 3GR1 chỉ hỗ trợ UTRA-FDD và sẽ

đượ c triển khai chồng lấn lên GSM. Chiến lượ c dịch chuyển từ GSM sang UMTS

phát hành 3GR1 đượ c chia thành ba giai đoạn đượ c ký hiệu là R1.1, R1.2 và R1.3

(R: Release - phát hành). Trong các phát hành này các phần cứng và các tính năng

BTS

Node B

RNC

RNC

BSC

Node B

SGSN

GGSN

MSC/VLR

Router

Đườ ng trụcGPRS

PSTN

Internet

OMCGSM

OMCGSM

Node B

Abis

Iub

Iub

Gi

Gn

IuPs

X25

Gb

A

Iur

IuCs

X25



38


mới được đưa ra. Các node B đượ c gọi là MBS (Multistandard Base Station: Trạm

gốc đa tiêu chuẩn).

1.4.2 Phát hành 3GR2: Tích hợ p các mạng UMTS và GSM

Trong giai đoạn triền khai UMTS thứ hai sự tích hợp đầu tiên giữa hai

mạng sẽ đượ c thực hiện bằng cách đưa ra các thiết bị đa tiêu chuẩn như: Node B

kết hợ p BTS và RNC kết hợ p BSC Các chức năng khai thác và bảo dưỡ ng mạng

vô tuyến cũng có thể đượ c thực hiện chung bở i cùng một OMC. Kiến trúc mạng

RAN tích hợ p của giai đoạn hai (hình 1.11)

Hình 1.9. Kiế n trúc mạng RAN tích hợ p của 3GR2

Node

Node B

BTS

RNC/BSC

GSM/UMTS

SGSN

MSC/VLR


UMTS/GSMOMC

GGSN

Internet

PSTN

BSC

GSMOMC

Iu-PS

Iu-CS

Gn

Gi



39


1.4.3 Phát hành 3GR3: Kiến trúc RAN thống nhất

Hình 1.10. Kiế n trúc RAN thố ng nhấ t của 3GR3

Trong kiến trúc RAN của phát hành này đượ c xây dựng trên cơ sở phát

hành R5 vào tháng 9 năm 2000 của 3GPP. Trong phát hành này RAN chung cho

cả hệ thống UMTS và GSM. Cả UTRA-FDD và UTRA-TDD đều đượ c hỗ trợ .

Giao thức truyền tải đượ c thống nhất cho GSM, E-GPRS và UMTS, ngoài ra có

thể ATM kết hợp IP. GERAN (GSM/EDGE RAN) cũng sẽ đượ c hỗ trợ bở i phát

hành này của mạng

NodeB/BTS

Node B

BTS

RNC/BSC

GSM/UMTS

SGSN

MSC/VLR


UMTS/GSMOMC

GGSN

Internet

PSTN



40


CHƢƠNG 2 - CÁC KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG HỆ

THỐNG WCDMA

2.1 SƠ ĐỒ MÁY THU – PHÁT VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA

Máy phát

Hình 2.1. Máy phát vô tuyế n

Sơ đồ khối của máy phát vô tuyến trong WCDMA (hình 2.1). Lớ p vật lý

bổ sung CRC cho từng khối truyền tải (TB: Transport Block) là đơn vị số liệu gốc

cần xử lý nhận đượ c từ lớ p MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập

trung gian) để phát hiện lỗi ở phía thu. Sau đó số liệu được mã hóa kênh và đan

xen. Mã hóa nguồn thực hiện biến đổi tương tự sang số và loại bỏ các thông tin

Kênh truyền tải A

CộngCRC

Phân đoạnkhối mã

Mã hóakênh

Phối hợ ptốc độ

Đanxen

Số liệuphát

Các bíthoa tiêu

Ghép

Anten

Điềuchế

QPSK

Trảiphổ

Bộ lọcNiquist

cosin tăngcăn hai

D/A

Điều chế vuông

góc

Biến đổinâng tần

Bộ khuếchđại phát

TPC

Kênh truyền tải B



41


thừa không cần thiết. Mật mã hóa để ngăn sự xâm nhập và can thiệp vào luồng

thông tin. Mã hóa kênh nhằm giảm yêu cầu đối với độ rộng băng tần và trả giá

bằng tỉ số tín hiệu trên tạp âm và xác suất lỗi. Số liệu sau đan xen đượ c bổ sung

thêm các bit điều khiển công suất phát TPC (Transmit Power Control), đượ c sắp

xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và đượ c trải phổ hai lớ p (trải phổ và ngẫu

nhiên hóa). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hóa đượ c giớ i hạn trong băng tần 5 MHz

bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc 0,22) và đượ c biến đổi thành

tương tự bằng bộ biến đổi D/A để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang. Tín

hiệu trung tần (IF) sau điều chế đượ c biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF)

trong băng tần 2 GHz, sau đó được đưa lên khuếch đại trướ c khi chuyển đến anten

để phát vào không gian.

Máy thu

Hình 2.2. Máy thu vô tuyế n

Tại phía thu, tín hiệu thu đượ c khuếch đại bằng bộ khuếch đại tạp âm nhỏ,

sau đó được đưa vào tầng trung tần (IF) thu rồi đượ c khuếch đại tuyến tính bở i bộ

khuếch đại AGC. Sau khuếch đại AGC, tín hiệu đượ c giải điều chế để đượ c các

Anten

Số liệuđã

khôiphục

Bộ tìm đườ ng truyền

Ngânhàng giảitrải phổ

Bộ kếthợ p

RAKE

Giảiđan xen

Bộ khuếchđại âm thấp

Biến đổihạ tần

Bộ lọc Niquist cosintăng căn hai

Khuếchđại AGC A/D

Giải mãkênh

Đo SIR Bộ tạo

lệnh TPCKênh tru ền tải B

Kênh truyền tải A

Phát hiệnlỗi khối



42


thành phần I và Q. Các tín hiệu tương tự của các thành phần này đượ c biến đổi

thành số tại bộ biến đổi A/D sau đó tín hiệu qua bộ lọc Nyquist coin tăng căn hai

và đượ c phân chia theo thờ i gian vào một số thành phần đườ ng truyền có các thờ i

gian trễ truyền sóng khác nhau. Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng

đượ c kết hợ p lại bở i bộ kết hợ p máy thu RAKE, tín hiệu tổng đượ c giải đan xen,

giải mã kênh, đượ c phân thành các khối truyền tải TB và đượ c phát hiện lỗi. Cuối

cùng chúng được đưa đến lớp cao hơn.

Trong hệ thống thông tin di động, các bướ c xử lý số và tín hiệu sau đây

đượ c thực hiện:

- Mã hóa nguồn

- Cộng CRC cho từng khối truyền tải hoặc khung vô tuyến

- Mã hóa kênh

- Đan xen

- Phối hợ p tốc độ

- Điều chế

Ở phần dướ i sẽ xét nguyên lý của các bướ c nói cho các thiết bị vô tuyến.

2.2 MÃ HÓA KIỂM SOÁT LỖI

Có hai phương pháp để sửa lỗi là: Mã hóa kênh (Sửa lỗi thuận - FEC) và

yêu cầu phát lại tự động (ARQ). Trong hệ thống WCDMA sử dụng phương pháp

mã hóa kênh (FEC) do có băng thông rộng nhờ quá trình trải phổ tín hiệu bằng các

mã ngẫu nhiên, việc sử dụng này có thể làm tăng thêm độ lợ i xử lý (so với độ lợ i

xử lý sau khi trải phổ)

Có ba loại mã kiểm soát lỗi đượ c sử dụng trong WCDMA là:

- Mã khối tuyến tính hay cụ thể là mã vòng

- Mã xoắn

- Mã turbo



43


Trong ba loại mã trên, mã vòng đượ c sử dụng để phát hiện lỗi, còn hai loại

mã còn lại đượ c sử dụng để sửa lỗi. Mã Turbo chỉ đượ c sử dụng ở các hệ thống

thống tin di động thế hệ thứ ba khi tốc độ bit cao.

2.2.1 Mã vòng

Mã vòng cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC: Cyclic Redundancy Cheek)

hay chỉ thị chất lượ ng khung ở các khung bản tin. Mã vòng là một tập con của mã

khối tuyến tính. Bộ mã hóa được đặc trưng bằng đa thức tạo mã. Cứ k bit đầu vào

thì bộ tạo mã sẽ cho ra một từ mã n bit, trong đó n-k bit là các bit CRC đượ c bổ

sung vào k bit đầu vào. Tỉ số được gọi là tỉ lệ mã với là số bitđưa thêm vào bộ mã hóa cùng với số bit được truyền. Do n bit ra chỉ phụ thuộc

vào k bit thông tin đầu vào, bộ tạo mã không cần nhớ và có thể được thể hiện bằng

mạch logic tổ hợp.

Ở mã này, từ mã được rút ra từ hai đa thức:

Đa thức tạo mã g(x) hay còn được gọi là đa thức sinh có bậc r

Đa thức bản tin u(x).

Từ mã này được tính toán như sau:

- Nhân đa thức bản tin u(x) với

- Chia tích u(x). vừa thực hiện ở trên cho đa thức sinh g(x) để

được phần dư b(x).

-

Kết hợp tích u(x). với phần dư b(x) ta được đa thức từ mã:- u(x). + b(x)

Trong hệ thống WCDMA, các đa thức sinh có thể đượ c sử dụng là:

gCRC24(x) =

gCRC16(x) =

gCRC12(x) =



44


gCRC8(x) =

Hình 2.3. M ạch mã hóa vòng với đa thứ c sinh

g(x) = 1+ g1x + g2 +…+ gn-k

2.2.2 Mã xoắn

Các mã vòng đượ c gọi là các mã không có sự ghi nhớ , các từ mã hoặc các

bit thêm vào chỉ là một hàm của khối bit hiện tại. Trái lại, các mã xoắn

(Convolutional Code) hoạt động có sự ghi nhớ. Đối vớ i các mã xoắn, các bit sau

khi mã hóa là các hàm của các bit thông tin và các hàm của độ dài giớ i hạn. Đặc

biệt, mỗi bit sau khi mã hóa (tại đầu ra của bộ mã hóa xoắn) là một tổ hợ p tuyến

Một khâu của thanh ghi dịch

Cổng XOR

g2g1g0 gn-k

Thông tin u(x).

Các số kiểm tra chẵn lẻ

Cổng

b0 b1 b2 bn-k

gMối liên kết: g = 1: Có liên kết

g = 2: Không có liên kết



45


tính của một số bit thông tin trướ c đó (n bit mã đượ c tạo ra không chỉ phụ thuộc

vào k bit đầu vào).

Mã xoắn xác định bở i các thông số sau:

- Tỉ lệ mã r = k/n

- Độ dài hữu hạn của k bit đầu vào (phụ thuộc vào số phần tử nhớ của

thanh ghi dịch tạo nên bộ mã hóa)

Một bộ mã hóa xoắn gồm một thanh ghi dịch tạo thành các phần tử nhớ , các

đầu ra của các phần tử nhớ đượ c cộng lại vớ i nhau theo một quy luật nhất định để tạo nên các chuỗi mã, sau đó các chuỗi này đượ c ghép xem vớ i nhau tạo chuỗi mã

đầu ra.

2.2.3 Mã hóa turbo

Bộ mã hóa turbo (hình 2.4) bao gồm hai bộ mã hóa xoắn theo phương pháp

đệ quy RSC1 và RSC2 và một bộ đan xen turbo bên trong bộ mã hóa turbo.

Đan xen

RSC1

RSC1

bk x1

x2

x3

Giải đan xen

Giải đan xen

Giải đan xen

Giải mã1

Giải mã2y

y1

y2

L

L

bkL

Sau m tương tác



46


Hình 2.4. C ấ u hình bộ mã hóa và giải mã turbo

Máy thu sẽ đưa vào bộ giải mã turbo (tái tạo) các kênh đã đan xen đến từ

đầu ra của bộ thu RAKE quyết định mềm (y1, y2, y3). Trong thuật toán giải mã lặp

của bộ giải mã turbo thì bộ giải mã 1 sẽ tính toán thông tin ra L theo y1, y2 và Le

phản hồi về bộ giải mã 1 để lặp lại quá trình trên. Sau m phép lặp, chuỗi số liệuphát sẽ đượ c khôi phục bở i một ngưỡ ng quyết định (quyết định cứng) thep tỉ lệ

loga gần đúng (LLR) là L(bk). LLR cho ra bit giải mã bk. L(bk) đượ c biểu diễn bở i

phương trình sau:

L(bk) = ln [P(bk= +1)/P(bk= -1)] (2.1)

Trong phương trình này, P(bk= +1) và P(bk= -1) là các xuất tương ứng để

bk= +1 và bk= -1. Trong WCDMA, mã hóa kênh sử dụng mã xoắn cho truyền số liệu tốc độ thấp và tín hiệu thoại còn mã turbo đượ c sử dụng cho truyền số liệu tốc

độ cao 64 kbps hoặc 384 kbps.

2.3 PHỐI HỢP TỐC ĐỘ VÀ ĐAN XEN

2.3.1 Phối hợ p tốc độ

Mã hóakênh

r = 1/3

Phântáchbit Thuật toán

phối hợ ptốc độ

Y

….11x10101x… Y’

X ….111101011…

….11x10101x…



47


Hình 2.5. Trích bỏ các kênh TrCH đƣợ c mã hóa turbo

Phối hợ p tốc độ có nghĩa là lặp hoặc trích bỏ các ký hiệu ở kênh truyền tải

(viết tắt là TrCH) để đạt đượ c tốc độ ký hiệu như nhau cho các kênh có tốc độ bit

khác nhau ở các cấu hình vô tuyến khác nhau. Lớ p cao sẽ ấn định thuộc tính của

phối hợ p tốc độ cho từng TrCH. Thuộc tính này là bán cố định và chỉ có thể thay

đổi theo thông báo của lớ p cao. Thuộc tính phối hợ p tốc độ đượ c sử dụng để tính

số bit cần lặp hoặc trích bỏ.

Ta xét trích bỏ cho mã turbo ở WCDMA để làm ví dụ cho phối hợ p trích bỏ để phối hợ p tốc độ áp dụng riêng rẽ cho Y và Y’. Trích bỏ không áp dụng cho X

(trừ các bit đuôi mã lướ i) nên cần tách riêng các chuỗi bit X, Y, Y’. Chức năng

phân tách bit sẽ trong suốt đối với các TrCH không đượ c mã hóa các kênh TrCH

mã hóa xoắn và các kênh mã hóa turbo đượ c lặp.

2.3.2 Đan xen

Đan xen đượ c thực hiện trên nguyên tắc là luồng ký hiệu phát đượ c viết vàomột ma trận nhớ gồm các hàng và các cột theo trình tự phát, sau đó được đọc ra từ

ma trận này theo các địa chỉ được xác định bở i một quy định nào đó để bảo đảm

việc hoán vị vị trí các kí tự.

2.4 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA

Hệ thống WCDMA sử dụng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA hoạt

động ở băng tần rộng.CDMA là phương pháp đa truy nhập mà ở đó mỗi máy đầu cuối đượ c cung

cấp một kênh tần số và một mã duy nhất. Đây là phương thức đa truy nhập dựa

trên nguyên lý trải phổ.

Tồn tại ba phương pháp trải phổ là:

- Trải phổ theo chuỗi trực tiếp (DS: Direct Sequency)

- Trải phổ theo nhảy tần (FH: Frequency)

- Trải phổ theo nhảy thờ i gian (TH: Time Hopping)



48


2.4.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng thông là vấn đề

quan tâm chính và các hệ thống này đượ c thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng

thông càng tốt. Trong các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng thông

cần thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng thông của

nguồn này. Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng thông này có thể bằng vài

lần độ rộng băng thông nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế. Đối vớ i một số tín

hiệu số, độ rộng băng thông chính xác cần thiết trong trườ ng hợ p này phụ thuộc

vào kiểu điều chế (BPSK, QPSK..).

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Strectrum) độ rộng băng

thông của tín hiệu đượ c mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi đượ c phát.

Khi chỉ có một ngườ i sử dụng trong băng thông SS, sử dụng băng thông như vậy

không có hiệu quả. Tuy nhiên ở môi trườ ng nhiều ngườ i sử dụng, những ngườ i sử

dụng này có thể dùng chung một băng thông SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử

dụng băng thông có hiệu suất cao mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ.

Một hệ thống thông tin số đượ c coi là SS nếu:- Tín hiệu đượ c phát chiếm độ rộng băng thông lớn hơn độ rộng băng

thông tối thiểu cần thiết để phát thông tin.

- Trải phổ đượ c thực hiện bằng một ma trận độc lập vớ i số liệu.

2.4.2 Nguyên lý chung của DSSS và áp dụng DSSS vào CDMA

Hệ thống WCDMA sử dụng DSSS. Hệ thống DSSS đạt đượ c trải phổ bằng

cách nhân tín hiệu nguồn vớ i một tín hiệu giả ngầu nhiên có tốc độ chip (Rc =1/Tc, Tc là thờ i gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb = 1/Tb, Tb là thờ i gian

một bit) của luồng số liệu cần phát.

Quá trình trải phổ (hình 2.6) trong đó Tb = 10Tc. Sơ đồ đơn giản của bộ trải

phổ DSSS (hình 2.6 a), luồng số liệu cần truyền là x có tốc độ là Rb đượ c nhân vớ i

một mã trải phổ c có tốc độ là Rc để đượ c luồng đầu ra là y có tốc độ là Rc lớn hơn

rất nhiều so vớ i tốc độ Rb của luồng vào.



49


Tại phía thu luồng y thức hiện nhiệm vụ giải trải phổ để khôi phục lại luồng

x bằng cách nhân luồng này vớ i mã trải phổ c giống như phía phát:

x = y×c

Rc Rb

x

c

y = c×x

a. Sơ đồ tr ải phổ DSSSx(t

t

Tb

t

Tc

Tb = 15Tcy(t

t

TcTb = 15Tc

Tb = 15Tcc(t

f X(f)

B = Rc

Bss = Rc

C(f)

Y(f

f

f



50


Hình 2.6. Tr ải phổ chuỗ i tr ự c tiế p (DSSS)

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập

mã trực giao đượ c sử dụng và mỗi ngườ i sử dụng đượ c gắn một mã trải phổ riêng.

Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao, giả sử c là mã trải phổ thì

điều kiện trực giao là:

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

2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mớ i trong tập mã: ci×c j = ck

3. Nếu có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã hay:

∑ (2.2)

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

Trong hệ thống WCDMA có nhiều ngườ i sử dụng một tài nguyên vô

tuyến. Nếu xét một hệ thống gồm K ngườ i sử dụng, thì sau trải phổ những ngườ i

sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu sau:

∑ ∑ (2.3)

Ta xét quá trình xử lý tín hiệu tại một máy thu k bất kì nào đó. Máy thu này

sẽ phải có nhiệm vụ là lấy ra tín hiệu xk mong muốn từ tập các tín hiệu trên, và loại

bỏ các tín hiệu còn lại (những tín hiệu này đượ c gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ

thống CDMA chúng đượ c phát trên cùng một tần số).

Để máy k bất kỳ có thể lấy đượ c tín hiệu xk, theo nguyên tắc trải phổ và giải

trải phổ ở mục trên thì ta phải nhân tín hiệu thu đượ c (2.3) vớ i mã giải trải phổ

riêng của xk là ck và áp dụng quy tắc trực giao ở trên ta có:



51


∑ (2.4)

Trong biểu thức (2.4), yk là thông tin máy k thu đượ c, thành phần thứ nhấtbên vế phải là tín hiệu máy thu k mong muôn thu (thông tin hữu ích), còn thành

phần thứ hai là nhiễu của những ngườ i sử dụng khác đượ c gọi là MAI (Multiple

Access Interferrence: Nhiễu đa ngườ i sử dụng). Để loại bỏ thành phần thứ hai,

máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trong miền thờ i gian kết hợ p vớ i bộ lọc tần số

trong miền tần số.

Quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại một máy thu k bất kỳ

trong một hệ thống CDMA có K ngườ i sử dụng (hình 2.7.) vớ i giả thiết công suất

phát từ K máy như nhau tại đầu vào máy thu k. Sơ đồ giải trải phổ DSSS (hình

2.7.a), phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trải phổ (hình 2.7.b),

phổ của tín hiệu sau giải trải phổ tại máy thu thu k (hình 2.7.c) và phổ của tín hiệu

sau bộ lọc thông thấp với băng thông bằng Rb (hình 2.7.d).

Từ hình 2.7 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference

Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật (phần tô đậm) trên hình 2.7c và diệntích phần tô đậm trên hình 2.7d: SIR = S1 /S2.

Lọc thông

thấp B = Rb

ck

yk

Hình a. Sơ đồ giải trải phổ DSSS

S1Xk(f)

XK(f)

X2(f)

X1(f)f

XK(f)

Xk(f)

X2(f)

X1(f)f

Xk(f)

S2

MAI



52


Hình 2.7. Quá trình giải tr ải phổ và lọc tín hiệu của ngƣờ i sử d ụng k t ừ t ậ p K

ngƣờ i sử d ụng

2.4.3 Hệ thống DSSS-BPSK

Máy phát DSSS BPSK

Hình 2.8. Sơ đồ khố i của máy phát DSSS BPSK

Dữ liệu hoặc tin tức b(t) nhận các giá trị ±1. Tín hiệu b(t) đượ c trải phổ bằng

tín hiệu trải phổ c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này vớ i nhau. Tín hiệu nhận đượ c

b(t)c(t) sau đó được điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK, cho ta tín hiệu

DS/SS –BPSK xác định theo công thức:

b(t)=Ab(t)c(t)cos(2f Пct+θ) (2.5)

b(t)c(t)

Tín hiệu nhị phân

Bộ điều chế BPSK

Sóng mangAcos(2Пf ct + θ)

Tín hiệu PN nhị phân

Tín hiệu DS/SS-BPSKS = Ab(t)c(t)sin(2Пf ct + θ)

b(t)

c(t



53


Trong đó: A là biên độ , f c tần số và θ là pha của sóng mang

Trong rất nhiều ứng dụng một bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu PN,

nghĩa là T=NTc.

Máy thu DSSS BPSK

Mục đích của máy thu là lấy ra bản tin b(t) (tín hiệu thu đượ c gồm tín đượ c

hiệu phát và tạp âm). Do tồn tại trễ truyền lan nên tín hiệu thu đượ c là:

s(t-τ) = Ab(t-τ)c(t-τ)cos[2Пf c(t-τ)+θ’] + n(t) (2.6)

trong đó: n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu.

Để mô tả lại quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết không có tạp âm.

Trướ c hết tín hiệu đượ c giải trải phổ để đưa từ băng tần rộng về băng tần hẹp sau

đó giải điều chế để nhận đượ c tín hiệu băng gốc. Để giải trải phổ, tín hiệu thu đượ c

nhân vớ i tín hiệu (đồng bộ) PN c(t-τ) đượ c tạo ra ở máy thu.

w(t) = Ab(t-τ)c2(t-τ)cos[2θf c(t-τ)+ θ’]

= Ab(t-τ)cos[2Пf c(t-τ)+ θ’] (2.7)

Vì c2(t) = 1 trong đó θ’ = θ-2Пf cτ. Tín hiệu nhận đượ c là một tín hiệu băng

hẹp với độ rộng băng tần là 2/T. Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết

đượ c pha θ’ và tần số f c và điểm khởi đầu của từng bit. Tín hiệu w(t) thu đượ c

nhân vớ i tín hiệu sóng mang ta đượ c tín hiệu gốc b(t). Tín hiệu PN đóng vai trò

như một mã đã biết trướ c ở máy thu chủ định do đó nó có thể khôi phục bản tin,

còn các máy thu khác nhìn thì thấy một tín hiệu ngẫu nhiên 1.

s(t-τ) = Ab(t-τ)c(t-τ)sin(2Пf ct + θ’)

Khôi phụcđịnh thờ isymbol

Khôi phụcsóng mang

Đồng bộ PN

Tạo PNtại chỗ

+

-

zi

∫

w(t)

C(t-τ)

sin(2Пf ct + θ’)

Bộ giải điều chế BPSK

ti



54


Hình 2.9. Sơ đồ máy thu của hệ thố ng DSSS-BPSK

Để máy thu có thể khôi phục bản tin thì máy thu phải đồng bộ vớ i tín hiệu

thu được. Quá trình xác định này đượ c gọi là quá trình đồng bộ, thường đượ c thực

hiện hai bướ c là bắt và bám mã. Quá trình nhận đượ c ti gọi là quá trình khôi phục

đồng hồ STR (Symbol Timing Recovery: Định thờ i). Quá trình nhận đượ c θ’ cũng

như f c là quá trình khôi phục sóng mang.

2.4.4 Hệ thống DSSS-QPSK

Sơ đồ khối chức năng của máy phát DSSS-QPSK như trên hình 2.10 cùng

vớ i các biểu đồ dạng sóng tại các điểm khác nhau. Nó gồm hai nhánh: Nhánh cùng

pha và nhánh vuông pha.

Sơ đồ máy phát của hệ thống DSSS-QPSK

Tạo chuỗiPN1

Bộ điều chế (BPSK

Bộ điều chế (BPSK)

Dịch П/2

Acos(2Пf ct + θ(t))

c2(t)b(t)

b(t)

S1(t)

S2(t)

S(t)Tạo chuỗiPN1

Acos(2Пf ct + θ(t))

c1(t)b(t)

c1(t)

c2(t

Tín hiệuDSSS-QPSK



55


Hình 2.10. Sơ đồ tr ải phổ DSSS-QPSK

Trong ví dụ này cùng một dữ liệu vào là b(t) điều chế các tín hiệu PN c1(t)và c2(t) trong cả hai nhánh. Tín hiệu DS/SS-QPSK là:

s(t) = s1(t) + s2(t)

= Ab(t)c1(t)sin(2Пf ct + θ) + Ab(t)c2(t)cos(2Пf ct + θ)

= √ A sin(2Пf ct + θ + γ(t)) (2.8)

Trong đó: γ(t) = ( )

П /4 c1(t) b(t) = 1 & c2(t) b(t) = 13П /4 c1(t) b(t) = -1 & c2(t) b(t) = 1 (2.9)

5П /4 c1(t) b(t) = -1 & c2(t) b(t) = -1

7П /4 c1(t) b(t) = 1 & c2(t) b(t) = -1

Như vậy tín hiệu s(t) có thể nhận 4 pha khác nhau: θ + П/4, θ + 3П/4, θ +

5П/4 và θ + 7П/4.

Sơ đồ máy thu DSSS-QPSK

Hình 2.11. Sơ đồ khố i máy thu DSSS-QPSK

Các thành phần cũng pha và vuông pha đượ c giải trải phổ riêng biệt bở i

c1(t) và c2(t). Giả sử độ trễ truyền lan là τ thì tín hiệu tớ i sẽ là (bỏ qua tạp âm).

s(t - τ) = Ab(t - τ)c1(t - τ)sin(2Пf ct + θ’) + Ab(t - τ)c2(t - τ)cos(2Пf ct + θ’)

=

+

-

zi

∫

u(t)c1(t-τ)

c2(t-τ)

sin(2Пf ct + θ’)

cos(2Пf ct + θ’)

s(t-τ)

u1(t)

u2(t)

w1(t)

w2(t)



56


trong đó θ’ = θ - 2Пf cτ. (2.10)

Các tín hiệu trướ c bộ cộng là:

u1(t) = Ab(t - τ)(2Пf ct + θ’) + Ab(t - τ)c1(t - τ)c2(t - τ)sin(2Пf ct + θ’)cos(2Пf ct

+ θ’)

= Ab(t - τ)[1- cos(4Пf ct + 2θ’)]+Ab(t - τ)c1(t - τ) c2(t - τ) sin(4Пf ct + 2θ’)

u2(t) = Ab(t - τ)(2Пf ct + θ’) + Ab(t - τ)c1(t - τ) c2(t - τ)sin(2Пf ct + θ’)cos(2Пf ct

+ θ’)

= Ab(t - τ)

[1- cos(4Пf ct + 2θ’)]+Ab(t - τ)c1(t - τ) c2(t - τ)

sin(4Пf ct + 2θ’)

Tổng của các tín hiệu u1(t) và u2(t) đượ c lấy tích phân trên một khoảng bit,

tạo ra zi = AT nếu bit tin tương ứng là +1 hay zi = -AT nếu bit tin tương ứng là -1,

vì tất cả các số hạng có tần số 2f c đều có trung bình bằng 0. Do đó, lối ra của bộ so

sánh là +1 (hoặc “1” logic) khi bit tin là +1, và bằng -1 (hoặc “0” logic) khi bit tin

là -1.

Hai tín hiệu PN có thể là hai tín hiệu độc lập hoặc có thể lấy từ một tín hiệu

PN.

Các hệ thống DSSS có thể đượ c sử dụng ở các cấu hình khác nhau. Các hệ

thống trên đượ c sử dụng để phát một tín hiệu có tốc độ bit là 1/T bit/s. PG (độ lợ i

xử lý) và độ rộng băng tần bị chiếm bở i tín hiệu DSSS-QPSK phụ thuộc vào các

tốc độ chip của c1(t) và c2(t). Ta cũng có thể sử dụng một hệ thống DSSS-QPSK

để phát hai tín hiệu số 1/T bit/s bằng cách để mỗi tín hiệu điều chế một nhánh. Một

dạng khác có thể sử dụng một hệ thống DSSS-QPSK để phát một tín hiệu số có

tốc độ bit gấp đôi 2/T bit/s bằng cách chia tín hiệu số thành hai tín hiệu có tốc độ

bit 1/T bit/s và để chúng điều chế một trong hai nhánh.

2.4.5 Mô hình hệ thống DS CDMA

Trong trải phổ chuỗi trực tiếp, tín hiệu băng gốc đượ c trải thành băng

rộng bằng mã trải phổ hay mã giả tạp âm PN. Tín hiệu trải phổ có mật độ công

suất thấp (W/Hz). Nó xuất hiện gần như là tạp âm nền đối vớ i máy thu thông



57


thườ ng và nói chung chỉ gây nên nhiễu nhỏ. Có thể coi thông tin trải phổ như

thông tin riêng, chỉ máy thu chủ định biết đượ c mã trải mớ i có thể giải trải tín hiệu

trải phổ và giải mã tin tức. Khi hai tín hiệu trải phổ chia sẻ cùng băng tần, sẽ có có

lượ ng xuyên âm hoặc nhiễu lẫ nhau nhất định, tuy nhiên khác vớ i các truyền dẫn

băng hẹp, nhiễu này không có hại. Đó là vì chúng ta có thể thiết kế các mã trải tốt

vớ i các giá trị tương quan chéo thấp sao cho chúng gần như là trực giao, tức hàm

tương quan chéo gần bằng 0. Kết quả là nhiều tín hiệu trải phổ có thể chia sẻ cùng

kênh tần số và sẽ không có nhiễu tương hỗ nghiêm trọng. Dưới đây là hệ thống

DSSS và ứng dụng vào CDMA.

Để tìm hiểu rõ hơn về hệ thống DS-CDMA, ta xét sơ đồ khối của một hệ

thống DS-CDMA điển hình (hình 2.12.). Ở sơ đồ này, có k tín hiệu của các ngườ i

sử dụng khác nhau phát đồng thờ i tớ i máy thu. Mỗi tín hiệu phát đượ c gán một chỉ

số k, trong đó k = 1, 2, ..,K. Dạng sóng số liệu cơ số hai (±) dk(t) là hàm chữ nhật

có biên độ +1 hay -1 và có thể đổi dấu sau Tb giây. Dạng sóng trải phổ (±) ck(t)

cũng có hình chữ nhật nhưng nó tuần hoàn và có tốc độ cao hơn nhiều so vớ i tốc

độ bit số liệu. Ta coi rằng thờ i gian 1 bit số liệu (Tb giây) chứa đúng 1 chu kỳ (Nchip) mã trải phổ sao cho tốc độ chip = N/Tb = 1/Tc; trong đó Tc là thờ i gian chip

hay tốc độ chip.

Máy phát DSCDMA

∑ n(t)

r(t)

Lp1,τ1

Lp2,τ2

Lpk,τk

c1(t)

c2(t)

ck(t)

d1(t)

d2(t)

dk(t)

cos(2Пf ct +θ1)

cos(2Пf ct +θ2)

cos(2Пf ct +θk)



58


Máy thu tƣơng quan

Hình 2.12. H ệ thống DSCDMA: Máy phát và máy thu tƣơng quan

Vì thế tốc độ chip (ký hiệu là Rc) gấp N lần tốc độ bit (Rb= 1/Tb), dạng sóng

của trải phổ chuỗi trực tiếp là:

S j(t) = dk(t)c j(t) cos(2Пf ct + θ j) (2.11)

Có độ rộng băng tần truyền dẫn gần bằng B = 1/Tc = N/Tb, lớ n gấp N lần

độ rộng băng truyền dẫn cần thiết thông thường đối vớ i BPSK.Giả thiết rằng máy thu đang giải mã luồng bit phát k. Trướ c hết, nó phải

đồng bộ với đồng hồ của máy phát k. Sau đó nó giải trải phổ bằng cách nhân vớ i

ck(t – τk), loại bỏ sóng mang bằng phương pháp nhất quán (nhân

vớ i cos(2Пf ct +θrk)) và sau đó tích phân trong khoảng thờ i gian Tb giây để

khôi phục lại năng lượ ng số liệu và đồng thờ i loại bỏ tạp âm ngoài băng.

Thông số θrk = θk - 2Пf cτk ở bộ dao động nội máy thu, được đánh giá (chẳng

hạn nhờ mạch đồng bộ vòng khóa pha)

Đầu ra của bộ tương quan đượ c lấy mẫu sau đó đưa đến mạch ngưỡ ng (bộ

phân biệt) và bit số liệu + đượ c quyết định nếu mẫu > 0V và là – nếu ngượ c lại.

∫

1

ck(t) cos(2Пf ct +θrk)

“1”

“-1”

d'k(t –τk)r(t)



59


2.5 NGẪU NHIÊN HÓA

Khái niệm trải phổ vừa được xét trong mục 2.4. Ngoài trải phổ, một bộ

phận của máy phát sẽ thực hiện việc ngẫu nhiên hóa. Quá trình này cần thiết để

phân biệt các UE và các node B.

Ngẫu nhiên hóa được thực hiện thêm, vì thế nó không làm thay đổi độ rộng

băng tần, nhưng cho phép phân biệt các tín hiệu từ các nguồn khác nhau. Hình

2.13 cho thấy quan hệ giữa tốc độ chip trong kênh với trải phổ và ngẫu nhiên hóa

ở UTRA. Tốc độ chip điều chế trải phổ ở WCDMA là 3,84 Mcps. Vì vậy tốc độ

chip đã đạt được khi trải phổ bằng các mã định kênh nên tốc độ ký hiệu khôngthay đổi khi ngẫu nhiên hóa.

Hình 2.13. Quan hệ giữ a tr ải phổ và ngẫ u nhiên hóa

2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ DÙNG TRONG WCDMA

Khái niệm trải phổ đượ c áp dụng cho các kênh vật lý. Có hai giai đoạn, đầu

tiên là định kênh, trong đó mỗi ký hiệu số liệu đượ c chuyển thành một số chip nhờ

vậy tăng độ rộng phổ tín hiệu. Số chip trên một ký hiệu (hay tỷ số giữa tốc độ chip

và tốc độ ký hiệu) đượ c gọi là hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói cách

khác SF=Rs /Rc trong đó R s là tốc độ ký hiệu còn Rc là tốc độ chip. Hệ số trải phổ

là một giá trị khả biến, ngoại trừ đối vớ i kênh chia sẻ đườ ng xuống vật lý tốc độ

cao (HS-PDSCH ) trong HSDPA có SF=16. Thứ hai là ngẫu nhiên hóa để tăng

tính trực giao trong đó một mã ngẫu nhiên hóa đượ c trộn vớ i tín hiệu trải phổ. Mã

ngẫu nhiên hoá đượ c xây dựng trên cơ sở mã Gold.

Mã định kênh Mã ngẫu nhiên hóa

Tốc độ chipTốc độ chipTốc độ bit

Số liệu



60


Trong quá trình định kênh, các ký hiệu số liệu đượ c nhân vớ i một mã

OVSF (Orthogonal Variable Spread Factor: Mã trực giao hệ số khả biến) đồng bộ

về thờ i gian vớ i biên của ký hiệu. Trong 3GPP, OVSF đượ c sử dụng cho các tốc

độ ký hiệu khác nhau và đượ c ký hiệu là Cch,SF,k trong đó SF là hệ số trải phổ của

mã và k là số thứ tự mã (0 k SF-1). Các mã định kênh có các tính chất trực

giao và đượ c sử dụng để phân biệt các thông tin được phát đi cùng từ một nguồn:

- Các kết nối khác nhau trên đườ ng xuống trong cùng một ô trên

đườ ng xuống và giảm nhiễu nội ô (1)

-

Các kênh số liệu vật lý đườ ng lên từ một UE (2)Trên đườ ng xuống các mã OVSF trong mộ ô bị hạn chế vì thế cần đượ c

quản lý bởi RNC, tuy nhiên điều này không xẩy ra đối với đườ ng lên.

Khi chọn mã định kênh để chúng không tương quan vớ i nhau. Chẳng hạn

khi đã chọn mã Cch,8,4=+1-1+1-1+1-1+1-1, không đượ c sử dụng mã Cch,16,8=+1-

1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1; vì hai mã này hoàn toàn giống nhau (tích của

chúng bằng 1) và chúng sẽ gây nhiễu cho nhau.

Hình 2.14. Cây mã định kênh

Các mã OVSF chỉ hiệu quả khi các kênh được đồng bộ hoàn hảo tại mức ký

hiệu. Mất tương quan chéo do truyền sóng đa đường đượ c bù trừ bở i thao tác ngẫu

nhiên hóa bổ sung. Vớ i thao tác ngẫu nhiên hóa, phần thực (I) và phần ảo (Q) của



61


tín hiệu trải phổ đượ c nhân bổ sung vớ i mã ngẫu nhiên hóa phức. Mã ngẫu nhiên

hóa phức đượ c sử dụng để phân biệt các nguồn phát: Nguồn (1) các ô khác nhau

đối với đườ ng xuống và nguồn (2) các UE khác nhau đối với đườ ng lên. Các mã

này có các tính chất tương quan tốt (trung bình hóa nhiễu) và luôn đượ c sử dụng

để trộn vớ i các mã trải phổ nhưng không làm ảnh hưởng độ rộng phổ tín hiệu và

băng thông truyền dẫn.

Đườ ng truyền giữa node B và UE trong WCDMA chứa nhiều kênh. Có thể

chia các kênh này thành hai loại:

-

Kênh riêng để truyền lưu lượ ng- Kênh chung mang các thông tin điều khiển và báo hiệu

Đườ ng truyền từ UE đến node B đượ c gọi là đường lên, còn đường ngượ c lại

từ node B đến UE đượ c gọi là đườ ng xuống. Trướ c hết ta xét trải phổ cho các kênh

đườ ng lên.

2.7 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƢỜ NG – MÁY THU RAKE

Phadinh đa đườ ng trên kênh vô tuyến dẫn đến phân tán thờ i gian và chọn lọc

tần số làm hỏng tín hiệu thu. Để đánh giá hiện tượ ng phân tán thờ i gian trên đườ ng

truyền vô tuyến, người ta phát đi một xung hẹp (xung kim) và đo đáp ứng xung

này tại phía thu. Đáp ứng thể hiện sự phụ thuộc công suất của các đườ ng truyền

khác nhau đến máy thu vào thờ i gian trễ của các đườ ng truyền này.

Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên được phát đi ở CDMA có thuộc tính là các

phiên bản dịch thờ i của nó tại phía thu hầu như không tương quan.

Trạm gốcĐầu cuối di động

t1

t0

t2



62


Hình 2.15. Truyền sóng đa đƣờ ng

Như vậy một tín hiệu đượ c truyền từ máy phát đến máy thu theo nhiều

đườ ng khác nhau (thờ i gian trễ khác nhau) có thể đượ c phân giải vào các tín hiệu

phadinh khác nhau bằng cách lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên bản

dịch thờ i của chuỗi giả ngẫu nhiên. Máy thu sử dụng nguyên lý này đượ c gọi là

máy thu phân tập đa đườ ng hay máy thu RAKE (hình 2.16).

Trong máy thu RAKE để nhận đượ c các phiên bản dịch thờ i của chuỗi ngẫu

nhiên, tín hiệu thu phải đi qua đườ ng trễ trước khi đượ c lấy tương quan và đượ c

kết hợp. Đườ ng trễ bao gồm nhiều mắt trễ có thờ i gian trễ bằng thờ i gian một chip

Tc.

Máy thu dịch định thờ i bản sao mã trải phổ từng chip cho từng ký hiệu

thông tin để giải trải phổ ký hiệu trong vùng một ký hiệu. Vớ i tham khảo lý lịch trễ

công suất, máy thu chọn các đườ ng truyền có công suất vượt ngưỡng để kết hợ p

RAKE trên cơ sở số lượ ng bộ tương quan, bộ ướ c tính kênh và bộ bù trừ thay đổi pha. Trong trườ ng hợ p áp dụng thu phân tập không gian hay phân tập giữa các

đoạn ô, lý lịch trễ công suất đượ c tạo ra cho mỗi nhánh và các đườ ng truyền đượ c

chọn từ lý lịch trễ công suất suất tổng hợ p của tất cả các nhánh.

Mức tạp âm nền

Ngưỡ ng chọn đườ ng truyềnĐầura bộ tươngquan

Phương pháp chọn đườ ng truyền để kết hợ p của máy thu RAKE

Tínhiệu

Chọn đườ ng truyền L

Cấu hình máy thu RAKE



63


Hình: 2.16. Máy thu RAKE

Trong thực tế, vì các tín hiệu trải phổ gồm nhiễu của các ngườ i sử dụng

khác và các tín hiệu đa đườ ng của kênh ngườ i sử dụng, nên giá trị ngưỡng đượ clập dựa trên mức công suất tạp âm nền và các đườ ng truyền có SIR hiệu dụng (có

công suất thu vượt ngưỡng) đượ c chọn.

Vì MS chuyển động (hoặc môi trườ ng truyền sóng thay đổi khi MS cố

định), nên vị trí đườ ng truyền (thờ i gian trễ) đượ c kết hợ p RAKE cũng sẽ thườ ng

xuyên thay đổi, máy phải định kỳ cập nhật lý lịch trễ đườ ng truyền và cập nhật các

đườ ng truyền đượ c kết hợp RAKE trên cơ sở lý lịch mới (quá trình này đượ c gọi

là tìm kiếm đườ ng truyền vì nó liên quan đến tìm kiếm đườ ng truyền để kết hợ p

RAKE).

2.8 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Trong trườ ng hợ p một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần

node 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 đượ c tín hiệu của

mình. Hiện tượng này đượ c gọi là hiện tượ ng gần và xa. Để tránh hiện tượ ng này



64


hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại node B của tất cả các

UE đều bằng nhau. Điều khiển công suất trong WCDMA đượ c chia thành:

- Điều khiển công suất vòng hở

- Điều khiển công suất vòng kín

Điều khiển công suất vòng hở đượ c thực hiện tự động tại UE khi nó thực

hiện thủ tục xin truy nhập node B (dựa trên công suất mà nó thu đượ c 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 đượ c thực hiện khi UE đã kết nối vớ i node B. Điều khiển công suất

vòng hở lại đượ c chia thành:

Điều khiển công suất vòng trong đượ c thực hiện tại node B. Điều khiển

công suất vòng trong đượ c thực hiện nhanh vớ i 1500 lần trong một giây

dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích

Điều khiển công suất vòng ngoài đượ c thực hiện tại RNC để thiết lập

SIR đích cho node B. Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi

khối (BLER) thu đượ c vớ i tỷ lệ đích.

2.9 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG WCDMA

Thông thườ ng chuyển giao (HO: Handover) đượ c hiểu là quá trình trong đó

kênh lưu lượ ng của một UE đượ c chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất

lượ ng truyền dẫn. Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợ p cho

chuyển giao cứng còn đối vớ i chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ

xét cụ thể trong phần dưới đây.

Có thể chia HO thành các kiểu HO sau:

HO nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA. Có thể chia nhỏ

HO này thành

- HO nội hệ thống giữa các ô thuộc cùng môt tần số sóng mang

WCDMA

- HO giữa các tần số (IF-HO) giữa các ô hoạt động trên các tần số

WCDMA khác nhau



65


HO giữa các hệ thống (IS-HO) giữa các ô thuộc hai công nghệ truy nhập vô

tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác

nhau. Trườ ng hợp thườ ng xuyên xẩy ra nhất đối vớ i kiểu thứ nhất là HO

giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE. Tuy nhiên cũng có thể là IS-

HO giữa WCDMA và hệ thống các hệ thống CDMA khác (cdma20001x).

Ví dụ về HO giữa các RAM là HO giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA

TDD.

Có thể có các thủ tục HO sau:

Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong đó tất cả các đườ ngtruyền vô tuyến cũ của một UE đượ c giải phóng trướ c khi thiết lập các

đườ ng truyền vô tuyến mớ i

Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn (hình 2.18) là các

thủ tục trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đườ ng vô tuyến nối đến

UTRAN. Trong chuyển giao mềm UE đồng thời đượ c nối đến một hay

nhiều ô thuộc các nút B khác nhau của cùng một RNC (SHO nội RNC)

hay thuộc các RNC khác nhau (SHO giữa các RNC). Trong chuyển giao

mềm hơn UE đượ c nối đến ít nhất là hai đoạn ô của cùng một nút B.

SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang

và trong cùng một hệ thống.

Phụ thuộc sự tham gia trong SHO, các ô trong một hệ thống WCDMA đượ c

chia thành các tập sau đây:

Tập tích cực bao gồm các ô (đoạn ô) hiện đang tham gia vào một kết nốiSHO của UE

Tập lân cận/ tập đượ c giám sát (cả hai từ đượ c sử dụng như nhau). Tập

này bao gồm tất cả các ô được giám sát/đo liên tục bở i UE và hiện thờ i

không có trong tập tích cực

Tập đượ c phát hiện. Tập này bao gồm các ô đượ c UE phát hiện nhưng

không thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận.



66


Hình 2.17. Chuyể n giao mề m (a) và mềm hơn (b)

CHƢƠNG 3 - GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA MẠNG

WCDMA UMTS

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống 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 công nghệ WCDMA và mạng lõi

đượ c phát triển từ GSM/GPRS. WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô

tuyến:

- Ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division

Duplex)

- Ghép song công phân chia theo thờ i 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 đượ c triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ đượ c

triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico). Hiện nay mớ i chỉ có WCDMA/FDD

đượ c triển khai nên chúng ta chỉ xét tớ i giải pháp này.

γ

β

α

a. Chuyển giao mềm giữa haiđoạn ô của hai ô

b. Chuyển giao mềm hơn giữahai đoạn ô của cùng một ô



67


Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz vớ i hai sóng mang phân cách

nhau 190 MHz: Đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980

MHz, đườ ng xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz.

Độ rộng băng danh định là 5 MHz, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz

đến 5 MHz vớ i nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép

tránh đượ c 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 - 1920 MHz và từ

2010 - 2025 MHz, ở đây đường lên và đườ ng xuống sử dụng chung một băng tần.

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD (vì trong bài chỉ nói tớ i giải pháp

WCDMA/FDD nên ta chỉ nói tớ i WCDMA). WCDMA sử dụng phương pháp trải

phổ chuỗi trực tiếp vớ i tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy nhập

vô tuyến đượ c gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Các

phần tử của UTRAN rất khác vớ i 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 BTS của GSM cho WCDMA họ sẽ thay thế một số bộ thu phát BTS từ GSM và thay vào đó các bộ thu phát mớ i

cho WCDMA. Một số ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các

BSC đồng thờ i cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải

thay thế GSM BSC bằng RNC mớ i cho WCDMA.

WCDMA 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 đượ c nâng cấp

từ mạng hiện có để hỗ trợ đồng thờ i WCDMA và GSM.

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD đượ c 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 lớ p cao

trướ c khi sắp xếp vào kênh truyền tải. Nhiều kênh truyền tải đượ c ghép chúng vào

kênh vật lý. Kênh vật lý đượ c xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết



68


hợ p vớ i FDMA/FDD. Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bở i một cặp tần số và một

mã trải phổ.

3.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN

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

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớ p giao thức:

- Lớ p vật lý (L1): Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến

như điều chế và mã hóa, trải phổ..

- Lớ p 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

- Lớ p mạng (L3): Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến

Mỗi khối thể hiện một trườ ng hợ p của giao thức tương ứng. Đườ ng không

liền nét thể hiện các giao diện điều khiển, qua đó giao thức RRC điều khiển và lập

cấu hình các lớp dướ i.

BMC

RRCPDCP

PDCP

RLC

RLC

RLC

RLC

RLC

RLC

RLC RLC

MAC

PHY L1

Các kênh truyền tải

L2 /MAC

Các kênh logic

L2 /RLC

L2 /BMC

L2 /PDCP

L3

Mặt phẳng điều khiển C Mặt phẳng sử dụng U

Điều khiển Điểm truy nhập dịch vụ (SAP) cho thông tin đồng cấp



69


Hình 3.1. Kiế n trúc giao thứ c của giao diện vô tuyế n WCDMA

Lớp 3 và RLC đượ c chia thành hai mặt phẳng: Mặt phẳng điều khiển (C-Plane)

và mặt phẳng ngườ i sử dụng (U-Plane). PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U.

Trong mặt phẳng C lớ p 3 bao gồm RRC (Radio resource Control: Điều khiển

tài nguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (MobilityManagement) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility

Management), SM (Session Management) kết cuối tại mạng lõi (CN).

Lớp 2 đượ c 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 ).

Lớ p vật lý là lớ p thấp nhất ở giao diện vô tuyến. Lớ p vật lý đượ c sử dụng để

truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng

một tổ hợ p tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đườ ng lên).

Các kênh đượ c sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớ p cao trên giao diện vô

tuyến, tuy nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ đượ c dành cho hoạt động của lớ p

vật lý.

Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớ p cao phải chuyển các thôngtin này qua lớp MAC đến lớ p vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic. MAC sắp

xếp các kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớ p vật lý để lớ p này

sắp xếp chúng lên các kênh vật lý.

3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA

Các kênh của WCDMA đượ c chia thành các loại kênh sau đây:



70


- Kênh vật lý (PhCH): Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến. Mỗi

PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt vớ i kênh

khác. Một ngườ i sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng,

chung hoặc cả hai. Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một UE

còn kênh chung đượ c chia sẻ giữa các UE trong một ô.

- Kênh truyền tải (TrCH): Kênh do lớ p vật lý cung cấp cho lớp 2 để

truyền số liệu. Các kênh TrCH đượ c sắp xếp lên các PhCH.

- Kênh Logic (LoCH): Kênh đượ c lớ p con MAC của lớ p 2 cung cấp

cho lớp cao hơn. Kênh LoCH được xác định bở i kiểu thông tin mà

nó truyền.

3.4 KÊNH VẬT LÝ

3.4.1 Các kênh vật lý

Mỗi kênh vật lý đượ c coi là tổ hợ p của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh

và cả pha tương đối (đối với đườ ng lên). Lớ p vật lý ảnh hưở ng lớ n lên sự phức tạp

của thiết bị về mặt đảm bảo khả năng xử lý băng tần cơ sở cần thiết ở trạm gốc vàtrạm đầu cuối. Các hệ thống thê hệ ba là các hệ thống băng rộng, vì thế cần thiết

kế các lớ p vật lý đảm bảo tính linh hoạt cho các dịch vụ tương lai

PHYSICALCHANNEL

DPCH

CPCH

DPDCH

DPCCH

CPICH

P-CCPCH

S-CCPCH

SCH

PDSCH

PRACH

PCPCH

AICHPICH

CSICH

CD/CA-ICH

Đườ ng lên

Đườ ng xuống



71


Hình 3.2. Các kênh của lớ p vật lý

DPCH (Dedicated Physical Channel: Kênh vật lý riêng)Kênh hai chiều đườ ng xuống, đường lên đượ c ấn định riêng cho UE. Gồm

DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng) và DPCCH

(Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng). Trên đườ ngxuống DPDCH và DPCCH đượ c ghép theo thờ i gian vớ i ngẫu nhiên hóa phức còn

trên đường lên đượ c ghép mã I/Q vớ i ngẫu nhiên hóa phức.

DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: Kênh vật lý số liệu riêng)

Khi sử dụng DPCH mỗi UE đượ c ấn định ít nhất một DPDCH. Kênh đượ c

sử dụng để phát số liệu ngườ i sử dụng từ lớp cao hơn.

DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ đượ c ấn định một DPCCH. Kênh đượ c sử

dụng để điều khiển lớ p vật lý của DPCH. DPCCH là kênh đi kèm vớ i DPDCH.

CPICH (Common Pilot Channel: Kênh hoa tiêu chung)

Kênh chung đườ ng xuống. Có hai kiểu kênh CPICH: P-CPICH (Primary

CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp). P-

CPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quán cho toàn bộ ô để UE thu đượ c SCH. KênhS-CPICH đảm bảo tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho

trườ ng hợ p sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp.

P-CCPCH (Primary Common Control Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp): Kênh chung đườ ng xuống. Mỗi ô có

một kênh để truyền BCH



72


S-CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung thứ cấp) Kênh chung đườ ng xuống. Một ô có thể có một hay nhiều S-

CCPCH. Đượ c sử dụng để truyền PCH và FACH.

SCH (Synchrronization Channel: Kênh đồng bộ)

Kênh chung đườ ng xuống. Có hai kiểu kênh SCH: SCH sơ cấp và SCH thứ

cấp. Mỗi ô chỉ có một SCH sơ cấp và thứ cấp. Đượ c sử dụng để tìm ô.

PDSCH (Physical Downlink Shared Channel: Kênh vật lý chia sẻ đườ ng xuống)

Kênh chung đườ ng xuống. Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có). Đượ csử dụng để mang kênh truyền tải DSCH.

PRACH (Physical Random Access Channel: Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

Kênh chung đường lên. Đượ c sử dụng để mang kênh truyền tải RACH.

PCPCH (Physical Common Packet Channel: Kênh vật lý gói chung)

Kênh chung đường lên. Đượ c sử dụng để mang kênh truyền tải CPCH.

AICH (Acquisition Indication Channel: Kênh chỉ thị bắt)

Kênh chung đườ ng xuống đi cặp với PRACH. Đượ c sử dụng để điều khiển

truy nhập ngẫu nhiên của PRACH.

PICH (Page Indication Channel: Kênh chỉ thị tìm gọi)Kênh chung đườ ng xuống đi cặp vớ i S-CCPCH (khi kênh này mang PCH)

để phát thông tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối. Khi nhận

đượ c thông báo này, UE thuộc nhóm kết cuối cuộc gọi thứ n sẽ thu khung vô tuyến

trên S-CCPCH.CSICH (CPCH Status Indicator Channel: Kênh chỉ thị trạng thái CPCH)

Kênh chung đườ ng xuống liên kết vớ i AP-AICH để phát thông tin về trạng

thái kết nối của PCPCH.

CD/CA-ICH (CPCH Collision Detection/ Channel Assignment Indicator Channel:

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ ấn định kênh): Kênh chung đườ ng xuống

đi cặp với PCPCH. Đượ c sử dụng để điều khiển va chạm PCPCH.



73


3.4.2 Các kênh đƣờ ng lên

3.4.2.1 Cấu trúc kênh DPDCH và DPCCH

Kênh vật lý đườ ng lên sử dụng ghép mã I-Q cho số liệu của ngườ i sử dụng và

thông tin điều khiển lớ p vật lý. Thông tin điều khiển lớ p vật lý đượ c mang bở i

kênh điều khiển lớ p vật lý riêng (DPCCH) vớ i hệ số trải phổ cố định bằng 256.

Thông tin lớp cao hơn bao gồm số liệu của ngườ i sử dụng đượ c mang ở kênh số

liệu vật lý riêng (DPDCH) vớ i dải hệ số trải phổ từ 256 đến 4. Truyền dẫn số liệu

đườ ng lên có thể gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) vớ i hệ số

trải phổ thay đổi và một kênh điều khiển vật lý (DPCCH) duy nhất vớ i hệ số trải

phổ cố định.

DPCCH sử dụng cấu trúc khe vớ i 15 khe trên một khung vô tuyến 10ms. Một

khe thời gian có độ lâu là 2560 chip. Điều này dẫn đến 2560 chip sẽ có độ rộng là

666 µs. Như vậy độ rộng khe rất gần với độ rộng khe bằng 577 µs. Mỗi khe gồm

bốn trườ ng dành cho các bit hoa tiêu, TFCI (chỉ thị kết hợ p khuôn dạng), các bit

điều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control) và các bit thông tin

phản hồi (FBI: Feedback Information). Các bit FBI đượ c sử dụng khi sử dụng

phân tập phát vòng kín ở đườ ng xuống. Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH

đườ ng lên. Có các tùy chọn sau: 0, 1 hay hai bit cho FBI và có hoặc không có các

bit TFCI. Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt và số bit của chúng đượ c thay

đổi để luôn sử dụng hết khe DPCCH. Hình 3.3 cho thấy cấu trúc khung của các

kênh vật lý riêng đườ ng lên, mỗi khung có độ dài 10ms đượ c chia thành 15 khe,

mỗi khe dài Tslot = 2560 chip, tương ứng vớ i một chu kỳ điều khiển công suất.

DPCCH

Số liệu

Ndata bit

Hoa tiêu

N ilot bit

TFCI

NTFCI bit

FBI

NFBI bit

TPC

NTPC bit

Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6)

DPDCH

Khe 0 Khe 2 Khe 3 Khe 14…………..



74


Hình 3.3. C ấ u trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đƣờ ng lên

Trên hình 3.3 xác định số bit trên khe của DPDCH/DPCCH đườ ng lên. Nó

liên quan đến hệ số trải phổ của kênh vật lý như sau: SF = 256/2k.

Như vậy hệ số trải phổ của DPDCH có thể thay đổi từ 256 xuống 4.

3.4.2.2 Cấu trúc kênh PRACH và kênh PCPCH

a. Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH)

Đượ c sử dụng để mang RACH. Hình 3.4 ở dướ i là quá trình truy nhập

ngẫu nhiên RACH.

Hình 3.4. Quá trình truy nhậ p ngẫ u nhiên RACH

Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên như sau: UE khởi xướ ng thủ tục truy

nhập ngẫu nhiên RACH bằng cách phát đi một AP (tiền tố truy nhập). Nếu chấp

nhận (OK) thì node B phát AICH (chỉ thị phát hiện bắt) đến UE. Sau đó UE có thể

phát bản tin trên kênh RACH (kênh truy nhập ngẫu nhiên).

UE Node B AP (tiền tố truy nhập)

AICH (chỉ thị bắt)

PRACH (bản tin truy nhập ngẫu nhiên)

OK

Tiền tố Tiền tố Tiền tố Phần bản tin

Tiền tố Tiền tố Tiền tố Phần bản tin

4096 chip 10 ms (Một khung vô tuyến)



75


Hình 3.5. C ấ u trúc phát truy nhậ p ngẫ u nhiên

Phát truy nhập ngẫu nhiên ở hình 3.5 gồm một hay nhiều tiền tố dài 4096

chip và một bản tin dài 10 hay 20 ms. UE thông báo độ dài của phần bản tin cho

mạng bằng các chữ ký riêng hoặc các khe truy nhập. Các lớp cao hơn sẽ quy định

chữ ký và khe thờ i gian truy nhập nào đượ c sử dụng cho độ dài bản tin nào.Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp lại một chữ ký.

Và có 16 tổng số chữ ký đượ c xây dựng trên tập mã Hadamard có độ dài 16, do

vậy phần tiền tố có độ dài là 4096 chip.

Hình 3.6 là cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH. Khung vô

tuyến phần bản tin 10 ms đượ c chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot= 2560 chip.

Mỗi khe gồm hai phần: Phần số liệu mang thông tin lớ p 2 và phần điều khiển

mang thông tin lớ p 1.

Hình 3.6. C ấ u trúc khung vô tuyế n phần bản tin của RACH

Các phần số liệu và điều khiển được phát đồng thờ i. Phần bản tin dài 20 ms

gồm hai khung vô tuyến liên tiếp của phần bản tin. Phần số liệu gồm 10.2k bit,

Số liệu

Điều khiển

Số liệu (Ndata bit)

Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…3)

Hoa tiêu (Npilot bit) TFCI (NTFCI bit)

1 khung vô tuyến: TRACH = 10 ms

Khe 0 Khe 2 Khe 3 Khe 14…………..



76


trong đó k = 0, 1, 2, 3 tương ứng vớ i hệ số trải phổ là 256, 128, 64 và 32 cho phần

bản tin.

b. Kênh gói chung vật lý (PCPCH)

Kênh gói chung vật lý (PCPCH) đượ c sử dụng để mang CPCH và đây là sự

mở rộng của RACH. Sự khác biệt chủ yếu so vớ i truyền số liệu ở RACH là kênh

này có thể dành trướ c nhiều khung, và có sử dụng điều khiển công suất (điều này

không cần thiết đối vớ i RACH vì nó chỉ sử dụng một hoặc hai khung). CPCH đi

cặp với DPCCH đườ ng xuống để cung cấp thông tin điều khiển công suất nhanh.

Ngoài ra mạng cũng có một tùy chọn để thông báo cho các đầu cuối phát hiện cáctiền tố điều khiển công suất trướ c khi phát thực sự.

Hình 3.7. Thủ t ục truy nhậ p gói CPCH

Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên CPCH như sau: Dựa trên thông tin khả

dụng của từng kênh PCPCH do CSICH thông báo, UE khởi xướ ng thủ tục truy

nhập CPCH trên kênh chưa sử dụng bằng cách phát đi một AP (tiền tố truy nhập).

Nếu đượ c node B chấp nhận (OK) UE phát đi một CP (tiền tố phát hiện va chạm)

để thông báo rằng nó đã chiếm kênh này. Cuối cùng node B phát đi CD/CA-ICH

(chỉ thị phát hiện va chạm và ấn định kênh) đến UE. Sau đó UE có thể phát gói

trên kênh CPCH (kênh gói chung).

UE Node B CSICH (chit thị trạng thái CPCH)

AP (tiền tố truy nhập)

AP-AICH(chỉ thị bắt tiền tố truy nhập)

OK

CD (tiền tố phát hiện va chạm)

CD/CA-ICH

PCPCH (kênh gói chung)



77


3.4.3 Trải phổ và điều chế đƣờ ng lên

3.4.3.1 Trải phổ và điều chế các kênh riêng đƣờ ng lên

Nguyên lý trải phổ cho DPDCH (Dedicated Physical Data Channel: kênh số

liệu vật lý riêng, kênh để truyền lưu lượ ng của ngườ i sử dụng) và DPCCH

(Dedicated Physical Control Channel: kênh điều khiển vật lý riêng; kênh đi cùng

với DPDCH để mang thông tin điều khiển lớ p vật lý) đượ c minh họa trên hình 3.8.

DPDCH1 Cd,1 βd

DPDCH1

Cd,4 βd

DPDCH1

Cd,2 βd

DPDCH1

Cd,3 βd

DPDCH1

Cd,5 βd

DPDCH1

Cd,6 βd

DPCCH

Cc Βc

∑

∑ -sin(ωt)

cos(ωt)

S dch n

I

j

S

I

Q

Cd,i: Mã định kênh dùng để trải phổ để phân biệtkênh.

βd: Hệ số khuếch đại (dùng để điều chỉnh)



78


Hình 3.8. Tr ải phổ và điề u chế DPDCH và DPCCH đƣờ ng lên

Một DPCCH và cực đại sáu DPDCH song song giá trị thực có thể đượ c trảiphổ và phát đồng thời. DPCCH luôn đượ c trải phổ bằng mã Cc=Cch,256,0, trong đó

k=0. Nếu chỉ một kênh DPDCH được phát trên đườ ng lên, thì DPDCH1 đượ c trải

phổ vớ i mã Cd,1=Cch,SF,k, trong đó k=SF/4 là số mã OVSF và k=SF/4. Nghĩa là nếu

hệ số trải phổ SF=128 thì k=32. Nếu nhiều DPDCH đượ c phát, thì tất cả DPDCH

đều có hệ số trải phổ là 4 (tốc độ bit kênh là 960 kbps) và DPDCHn đượ c trải phổ

bở i mã Cd,n=Cch,4,k, trong đó k=1 nếu n{1,2}, k=3 nếu n{3,4} và k=2 nếu

n{5,6}. Để bù trừ sự khác nhau giữa các hệ số trải phổ của số liệu, tín hiệu trải

phổ được đánh trọng số bằng các hệ số khuyếch đại ký hiệu là c cho DPCCH và

d cho DPDCH.

Các hệ số khuyếch đại này đượ c tính toán bởi SRNC và đượ c gửi đến UE

trong giai đoạn thiết lập đườ ng truyền vô tuyến hay đặt lại cấu hình. Các hệ số

khuyếch đại nằm trong dải từ 0 đến 1 và ít nhất một trong số các giá trị của c và

d luôn luôn bằng 1. Luồng chip của các nhánh I và Q sau đó đượ c cộng phức vớ inhau và đượ c ngẫu nhiên hóa bở i một mã ngẫu nhiên hóa phức đượ c ký hiệu là

Sdpch,n (hình 3.8). Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ vớ i khung vô tuyến, nghĩa

là chip thứ nhất tương ứng với đầu khung vô tuyến.

X

β = 0,5

XX

X X

β = 1

XX

X X

β = 0,5

Trướ c khi ngẫunhiên hóa phức

Các DPDCH đượ cghép mã I/Q vớ ingẫu nhiên hóa

phức

X

X

X

Xβ =1 0,5



79


Hình 3.9. Chúm tín hiệu đố i vớ i ghép mã I/Q sử d ụng ngẫ u nhiên hóa phứ c

Các mã ngẫu nhiên hóa phức đượ c tạo ra bằng cách quay pha giữa các chip

trong một chu kỳ ký hiệu trong giớ i hạn 900. Bằng cách này hiệu suất của bộ

khuếch đại (liên quan đến tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình) trong UE

hầu như không đổi không phụ thụ thuộc vào tỷ số giữa DPDCH và DPCCH.

DPCCH và các DPDCH có thể đượ c ngẫu nhiên hóa bằng các mã ngẫu

nhiên dài hoặc ngắn. Có 224 mã ngẫu nhiên hóa dài đườ ng lên và 224 mã ngẫunhiên ngắn đườ ng lên. Vì có thể sử dụng đượ c hàng triệu mã nên không cần quy

hoạch mã đườ ng lên. Số mã ngẫu nhiên cho DPCH (0,.., 16777215), cùng vớ i SF

thấp nhất đượ c phép của mã định kênh (4, 8, 16, 32, 128 và 256) cho phần số liệu

đượ c ấn định bở i các lớp cao hơn, chẳng hạn khi thiết lập kết nối RRC hoặc khi

điều khiển chuyển giao.

3.4.3.2 Trải phổ và điều chế các kênh chung đƣờ ng lênTrải phổ và ngẫu nhiên hóa phần bản tin PRACH đượ c minh họa trên hình

3.10.

Phần số liệuPRACH

Phần điềukhiển

PRACH

Cc

Cd βd

βc

j

Q

I

I+jQ

Sr-msg,n

S

cos(ωt)

-sin(ωt)

I

Q



80


Hình 3.10. Tr ải phổ và điề u chế phần bản tin PRACH

Phần điều khiển của bản tin PRACH đượ c trải phổ bằng mã định kênh Cc =Cch,256,m, trong đó m=16.s+15 và s (0 s 15) là chữ ký tiền tố và phần số liệu

đượ c trải phổ bằng mã định kênh Cd = Cch,SF,m, trong đó SF (có giá trị từ 32 đến

256) là hệ số trải phổ sử dụng cho phần số liệu và m = SF.s/16. Phần bản tin

PRACH luôn luôn đượ c trải phổ bằng mã ngẫu nhiên hóa dài. Độ dài của mã ngẫu

nhiên hóa đượ c sử dụng cho phần bản tin là 10ms. Có tất cả là 8192 mã ngẫu

nhiên hóa.

3.4.4 Các kênh đƣờ ng xuống

3.4.4.1 Cấu trúc kênh riêng đƣờ ng xuống (DPCH)

Kênh riêng đườ ng xuống (DCH) đượ c phát trên kênh vật lý riêng đườ ng

xuống. Chỉ có một kiểu kênh vật lý đườ ng xuống. Kênh vật lý riêng đườ ng xuống

(DPCH đườ ng xuống). Trong một kênh DPCH đườ ng xuống, số liệu riêng đượ c

tạo ra bở i lớ p hai và các lớp trên, nghĩa là kênh truyền tải riêng (DCH) đượ c ghép

kênh theo thờ i gian với thông tin điều khiển đượ c tạo ra ở lớ p một (các bit hoatiêu, các lệnh điều khiển công suất phát TPC và một TFCI tùy chọn). DPCH

đườ ng xuống có thể được coi như là ghép kênh theo thờ i gian của hai kênh

DPDCH và DPCCH như đườ ng lên. UTRAN sẽ quyết định có phát TFCI hay

không và nếu đượ c quyết định thì tất cả các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI ở

đườ ng xuống.

Khe 0 Khe 1 Khe i Khe 14

Số liệu 1Ndata 1 bit

TPCNTCP bit

TFCINTCP bit

Số liệu 2Ndata 2 bit

Hoa tiêuNpilot bit

DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…7)

Một khung vô tuyến, Tf = 10ms



81


Hình 3.11. C ấu trúc khung cho DPCH đƣờ ng xuố ng

Ở hình 3.11 cho thấy cấu trúc khung của DPCH đườ ng xuống. Mỗi khung

dài 10 ms đượ c chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip tương ứng vớ i

một chu kỳ điều khiển công suất.

Thông số k trên hình 3.11 xác định tổng số bit trên một khe của DPCHđườ ng xuống. Quan hệ của nó vớ i hệ số trải phổ như sau: SF = 512/2k. Hệ số trải

phổ có thể thay đổi từ 512 đến 4.

3.4.4.2 Các kênh vật lý chung đƣờ ng xuống

a. Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

CIPCH là kênh vật lý đườ ng xuống có tốc độ cố định (30 kbps, SF = 256) để

mang chuỗi bit/ký hiệu được định nghĩa trướ c. Hình 3.12 cho thấy cấu trúc khung

của CPICH.

Trườ ng hợ p phân tập phát (vòng kín hay phân hở , CPICH sẽ đượ c phát ở cả

hai anten với cùng mã định kênh ngẫu nhiên hóa).


Chuỗi ký hiệu được định nghĩa trướ c

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…7)




82


Hình 3.12. C ấ u trúc khung cho kênh hoa tiêu chung

b. Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

Hình 3.13. C ấ u trúc khung vô tuyế n cho kênh P-CCPCH

P-CCPCH là các kênh vật lý đườ ng xuống tốc độ cố định (30 kbps, SF =

256) đượ c sử dụng để mang BCH.

Cấu trúc khung của P-CCPCH (hình 3.13). Cấu trúc khung này khác vớ i

DPCH đườ ng xuống ở chỗ không có lệnh TPC, TFCI và các bit hoa tiêu. P-

CCPCH không được phát trong 256 chip đầu của từng khe. Trong khoảng thờ i

gian này SCH sơ cấp và thứ cấp đượ c phát

c. Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH)S-CCPCH đượ c sử dụng để mang thông tin FACH và PCH. Có hai kiểu S-

CCPCH: Kiểu có TFCI và kiểu không có TFCI. UTRAN xác định có phát TFCI

hay không, nếu có các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI. Tập các tốc độ cũng

giống như đối với DPCH đườ ng xuống. Cấu trúc khung của S-CCPCH (hình

3.14).


Số liệu 18 bit

Tslot = 2560 chi , 20 bit

M t khun vô tu ến, T = 10ms

(Tx tắt)

256 chip



83


Thông số k trên hình 3.14 xác định tổng số bit trên khe thờ i gian kênh S-

CCPCH đườ ng xuống. Quan hệ giữa k và hệ số trải phổ như sau: SF = 256/2k. Hệ

số trải phổ thay đổi từ 256 xuống 4. Các tốc độ bit và ký hiệu kênh là các tốc độ

ngay khi trải phổ.

Hình 3.14. C ấ u trúc khung cho S-CCPCH

FACH và PCH đượ c sắp xếp trên cùng một hay ở các kênh S-CCPCH khác

nhau. Nếu FACH và PCH đượ c sắp xếp trong cùng khung. Sự khác biệt chính giữa

kênh CCPCH và kênh vật lý riêng đườ ng xuống là CCPCH không được điều khiển

công suất vòng trong. Sự khác biệt chính giữa P-CCPCH và S-CCPCH là P-

CCPCH có tốc độ định trướ c cố định còn S-CCPCH có thể hỗ trợ tốc độ thay đổi

vớ i sự giúp đỡ của TFCI. Ngoài ra P-CCPCH phát liên tục trên toàn bộ ô còn S-

CCPCH phát khi có số liệu và có thể phát trong một búp hướ ng hẹp giống như

kênh vật lý riêng (chỉ đúng cho S-CCPCH cho S-CCPCH mang FACH).

d. Kênh đồng bộ (SCH)

Kênh đồng bộ (SCH) là tín hiệu đườ ng xuống đượ c sử dụng để tìm ô.

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…7)



Số liệuNdata bit

TFCINTFCI bit

Hoa tiêuNpilot bit



84


SCH gồm hai kênh con: SCH sơ cấp và thứ cấp. Các khung 10 ms của SCH sơ cấp

và thứ cấp đượ c chia thành 15 khe, mỗi khe dài 2560 chip. Hình 3.15 minh họa

cấu trúc khung vô tuyến SCH.

SCH sơ cấp gồm một mã được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp PSC

(Primary Synchronization) ký hiệu cp (hình 3.15). PSC như nhau trong mọi ô hệ

thống.

Hình 3.15. C ấu trúc kênh đồng bộ (SCH)

SCH thứ cấp gồm phát lặp 15 chuỗi các mã được điều chế có độ dài 256

chip. Các mã đồng bộ thứ cấp (SSC) được phát đồng thờ i với SCH sơ cấp. SSC

đượ c ký hiệu csi,k trên hình 3.15, trong đó i = 1, 2, .., 64 là con số của nhóm mã dài

256. Chuỗi này ở SCH là thứ cấp chỉ thị mã ngẫu nhiên đườ ng xuống của ô thuộc

nhóm mã này.

e. Kênh vật lý dùng chung đƣờ ng xuống (PDSCH)

Kênh vật lý dùng chung đườ ng xuống (PDSCH) đượ c sử dụng để mang kênh

dùng chung đườ ng xuống. Kênh này đượ c nhiều ngườ i sử dụng dùng chung trên

cơ sở ghép kênh mã. Vì DSCH luôn liên kết vớ i DCH nên PDSCH luôn liên kết

vớ i DPCH. Cấu trúc khung vô tuyến và khe thờ i gian của PDSCH (hình 3.16).

Có hai phương pháp báo hiệu để thông báo cho UE về việc có số liệu cần

giải mã trên DSCH: Hoặc bằng trườ ng TFCI hoặc bằng báo hiệu lớ p cao. Truyền

2560 chip

Khe 0

SCH sơ cấp

SCH thứ cấp

Khe 1 Khe 14

256 chip

acp

acpi,1

acp

acpi,0


acp

acpi,14



85


dẫn PDSCH liên hết với PPCH là trườ ng hợp đặc biệt của phát đa mã. PDSCH và

DPCH không nhất thiết phải có cùng hệ số trải phổ, đối vớ i PDSCH PDSCH hệ số

trải phổ có thể thay đổi theo khung. Thông tin điều khiển lớp 1 liên quan đượ c

phát trên phần DPCCH và DPCH liên kết, PDSCH không chứa thông tin lớ p vật

lý.

Hình 3.16. C ấ u trúc khung cho PDSCH

f. Kênh chỉ thị bắt (AICH)

Kênh chỉ thị bắt (AICH: Acquisition indicator Channel) là một kênh vật lý

đượ c sử dụng để mang các chỉ thị bắt. Chỉ thị bắt AIs tương ứng vớ i chữ ký s trên

kênh PRACH hoặc PCPCH. Lưu ý rằng đối với PCPCH, AICH hoăc tương ứng

tiền tố truy nhập hoặc tiền tố CD. AICH tương ứng tiền tố truy nhập là AP-AICH

còn AICH tương ứng tiền tố CD là CD-AICH. AP-AICH và CD-AICH sử dụng

các mã định kênh khác nhau.


Số liệu Ndata bit

Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6)


20 ms

AS 0 AS 1 AS i ASAS AS 0

5120 chip, 40 bit

a0 a1 a2 a31 a32 a39

Phần AI Phần không sử dụng



86


Hình 3.17. C ấ u trúc kênh chỉ thị bắ t (AICH)

Cấu trúc của AICH (hình 3.17), AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe truy

nhập liên tiếp (AS: Time Slot), mỗi khe dài 40 bit. Mỗi khe gồm hai phần: Phần

chỉ thị bắt (AI) gồm 32 ký hiệu giá trị thực a0,…, a31 và một phần không sử dụng

gồm 8 ký hiệu giá trị thực a32,…, a39.

Kênh có hệ số trải phổ bằng 256.

g. Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH) là kênh vật lý tốc độ cố định (SF = 256) đượ c

sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi (PI) luôn liên kết vớ i S-CCPCH mà ở đó kênh

PCH đượ c sắp xếp lên. Hình 3.18 minh họa cấu trúc khung vô tuyến của PICH.

Một khung PICH dài 10 ms chứa 300 bit (b0, b1,…, b299). Trong số đó, 288 bit (b0,

b1,…, b287) đượ c sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi và 12 bit còn lại (b288,

b289,…, b299) không được định nghĩa.

Hình 3.18. C ấ u trúc kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)

3.4.5 Trải phổ và điều chế cho đƣờ ng xuống

3.4.5.1 Sơ đồ trải phổ và điều chế cho đƣờ ng xuống

b1b0 b299b287 b288

288 bit cho chỉ thị tìm gọi 12 bit không định nghĩa

Một khung vô tuyến (10ms)



87


Hình 3.19. Sơ đồ tr ải phổ và điề u chế cho các kênh vật lý đƣờ ng xuố ng

Sơ đồ trải phổ và ngẫu nhiên hóa tất cả các kênh đườ ng xuống (trừ kênh

đồng bộ SCH) (hình 3.19). Mỗi cặp hai bit kênh trướ c hết đượ c biến đổi từ nối tiếpvào song song tương ứng một ký hiệu điều chế, sau đó được đặt lên các nhánh I và

Q. Sau đó các nhánh I và Q đượ c trải phổ đến tốc độ 3,84 Mcps bằng cùng mỗi mã

định kênh Cch,SF,m. Các chuỗi chip giá trị thực trên các nhánh I và Q sau đó đượ c

ngẫu nhiên hóa bằng mã ngẫu nhiên hóa phức để nhận dạng nguồn phát node B,

mã này đựợ c ký hiệu là Sdl,n. Mã ngẫu nhiên hóa này được đồng bộ vớ i mã ngẫu

nhiên hóa sử dụng cho P-CCPCH, trong đó chíp phức đầu tiên của khung P-

CCPCH đượ c nhân vớ i chip số 0 của mã ngẫu nhiên hóa này.

Sau trải phổ, mỗi kênh vật lý đườ ng xuống (trừ các SCH) được đánh trọng

số bằng các hệ số trọng số riêng ký hiệu là Gi như trên hình 3.19. P-SCH và S-

SCH giá trị phức được đánh trọng số riêng bằng các hệ số trọng số Gp và Gs. Tất

cả các kênh đườ ng xuống đượ c kết hợ p vớ i nhau bằng cộng phức. Chuỗi nhận

đượ c sau trải phổ và ngẫu nhiên hóa được điều chế QPSK.

3.4.5.2 Các mã trải phổ đƣờ ng xuống

∑ ∑

-sin(ωt)

cos(ωt)

I

Q

P-SCH

S-SCH

Gp

Gs

G1

G2

I

Q

j

I + jQ

Cch,SF,m

Sdl,n

Điều chỉnh hệ số khuếch đại

Phân chia phầnthực và ảo

Ngẫu nhiên hóa phứcđể phân biệt nguồn

phát (node B)

Trải phổ bằng mã địnhkênh để phân biệt kênh



88


Trên đườ ng xuống, cùng các mã định kênh như trên đườ ng lên (mã OVSF)

đượ c sử dụng. Thông thườ ng mỗi ô chỉ có một cây mã và mỗi cây mã được đặt

dướ i một mã ngẫu nhiên hóa để dùng chung cho nhiều ngườ i sử dụng. Theo quy

đinh, các mã định kênh dùng cho P-CPICH (kênh hoa tiêu chung sơ cấp) và P-

CCPCH là Cch,256,0 và Cch,256,1. Bộ quản lý tài nguyên trong RNC ấn định các mã

định kênh cho tất cả các kênh khác vớ i giớ i hạn SF=512 trong trườ ng hợ p sử dụng

chuyển giao phân tập.

Mã OVSF có thể thay đổi theo từng khung trên kênh PDSCH (kênh vật lý

chia sẻ đườ ng xuống). Quy tắc thay đổi như sau, mã (các mã) OVSF đượ c sử dụng

cho kết nối phía dướ i hệ số trải phổ nhỏ nhất là mã từ nhánh cây, mã nhánh cây mã

đượ c chỉ ra bở i hệ số trải phổ thấp nhất này. Nếu DSCH đượ c sắp xếp lên nhiều

PDSCH song song, thì quy tắc tương tự đượ c áp dụng, nhưng tất các nhánh mã

đượ c sử dụng bởi các mã này tương ứng vớ i hệ số trải phổ nhỏ nhất đều có thể sử

dụng cho ấn định hệ số trải phổ cao hơn.

3.5 CÁC KÊNH TRUYỀN TẢI

Các kênh logic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải. Tồn tại

hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung.

Điểm khác nhau giữa chúng là: Kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho

tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng được ấn

định riêng cho một người sử dụng duy nhất.

Các kênh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng

bá), FACH (Fast Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel:

Kênh tìm gọi), RACH (Random Access Channel: Kênh truy nhập ngẫu nhiên),

DSCH (Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ đườ ng xuống), CPCH

(Common Packet Channel: Kênh gói chung). Kênh riêng chỉ có một kênh duy nhất

là DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng).

Kênh truyền tải chung có thể đượ c áp dụng cho tất cả các ngườ i sử dụng

trong ô hoặc cho một ngườ i hoặc nhiều người đặc thù. Khi kênh truyền tải chung



89


đượ c sử dụng để phát thông tin cho tất cả các ngừơi sử dụng thì kênh này không

cần có địa chỉ. Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất cả các

ngườ i sử dụng trong ô. Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một ngườ i sử dụng

đặc thù, thì cần phát nhận dạng ngườ i sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ đượ c

phát). Kênh PCH là kênh truyền tải chung đượ c sử dụng để tìm gọi một UE đặc

thù sẽ chứa thông tin nhận dạng ngườ i sử dụng bên trong bản tin phát.

3.5.1 Các kênh truyền tải

DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng)

Kênh hai chiều đượ c sử dụng để phát số liệu của ngườ i sử dụng. Đượ c ấn

định riêng cho ngườ i sử dụng. Có khả năng thay đổi tốc độ và điều khiển công suất

nhanh.

BCH (Broadcast Channel: Kênh quảng bá)

Kênh chung đườ ng xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin

hệ thống, thông tin ô)

FACH (Forward Access Channel: Kênh truy nhập đườ ng xuống)Kênh chung đườ ng xuống để phát thông tin điều khiển và số liệu của ngườ i

sử dụng. Kênh chia sẻ chung cho nhiều UE. Đượ c sử dụng để truyền số liệu tốc độ

thấp cho lớp cao hơn.

PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi)

Kênh chung dườ ng xuống để phát các tín hiệu tìm gọi

RACH (Random Access Channel: Kênh truy nhập ngẫu nhiên)

Kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu ngườ i sử

dụng. áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và đượ c sử dụng để truyền số liệu thấp

của ngườ i sử dụng.

CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung)

Kênh chung đường lên để phát số liệu ngườ i sử dụng. áp dụng trong truy

nhập ngẫu nhiên và đượ c sử dụng trướ c hết để truyền số liệu cụm.

DSCH (Dowlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đườ ng xuống)



90


Kênh chung đườ ng xuống để phát số liệu gói. Chia sẻ cho nhiều UE. Sử

dụng trướ c hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao.

3.5.2 Chuyển đổi và ghép các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

Hình 3.20 minh họa các kênh truyền tải đượ c sắp xếp lên các kênh vật lý.

Hình 3.21 là ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý.

DCHKênh vật lý số liệu riêng (DPDCH)Kênh vật lý điều khiển riêng (DPCCH)

RACH

CPCH

BCH

PCH

DSCH

FACH

Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên (PRACH)

Kênh vật lý gói chung (PCPCH)Kênh hoa tiêu chung (CPICH)

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH)

Kênh đồng bộ (SCH)Kênh vật lý chia sẻ đườ ng xuống (PDSCH)Kênh chỉ thị bắt (AICH)Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập (AP-AICH)Kênh chỉ thị tìm gọi (PICH)Kênh chỉ thị trạng thái CPCH (CSICH)Kênh chỉ th hát hi n va ch m/ ấn đ nh kênh

Các kênh truyền tải Các kênh vật lý



ê c t át va c /ấ đ ê

91


Hình 3.20. Chuyển đổ i giữ a kênh các kênh truyề n t ải và các kênh vật lý

Máy phát

Lớ p vật lý

Các lớp cao hơn

TF1Khối truyền tải

và chỉ thị lỗi TF1Khối truyền tảivà chỉ thị lỗi

Khối truyền tảivà chỉ thị lỗi

Khối truyền tảivà chỉ thị lỗi

Khốitruyền

KhốitruyềnTF

Khốitruyền

Khốitruyền

TF1

Kênh điềukhiển vật

lý

Các kênhsố liệu vật

lý

Kênh điềukhiển vật

lý

Các kênhsố liệu vật

lý

Giải mã hóa vàghép kênh

Mã hóa vàghép kênh

TFCI Giải TFCI

Khối truyền tải 1 Khối truyền tải 2

Máy thu



92


Hình 3.21. Ghép các kênh truyề n t ải lên kênh vật lý

TFI (Transport Format Indicator): Chỉ thị khuôn d ạng truyề n t ải

TFCI (Transport Format Combination Indicator): Chỉ thị k ế t hợ p khuôn d ạng

truyề n t ải

3.6 KÊNH LOGIC

3.6.1 Các kênh điều khiển

Các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) có chức năng để truyền thông

tin điều khiển, bao gồm các kênh:

BCCH (Broadcast Control Channel: Kênh điều khiển quảng bá): Kênh đườ ng

xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống.

PCCH (Paging Control Channel: Kênh điều khiển tìm gọi): Kênh đườ ng xuống để

phát quảng bá thông tin tìm gọi

CCCH (Common Control Channel: Kênh điều khiển chung): Kênh hai chiều để

phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE. Đượ c sử dụng khi không có kếtnối RRC hoặc khi truy nhập một ô mớ i.

DCCH (Dedicated Control Channel: Kênh điều khiển riêng): Kênh hai chiều điểm

đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng. Đượ c thiết lập bở i

thiết lập kết nối của RRC.

3.6.2 Các kênh lƣu lƣợ ng

Các kênh lưu lượ ng (TCH: Traffic Channel) có chức năng để truyền thôngtin của ngườ i sử dụng, bao gồm các kênh:

DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kênh lưu lượ ng riêng): Kênh hai chiều điểm

đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của ngườ i sử dụng. DTCH có thể

tồn tại cả ở đườ ng lên lẫn đườ ng xuống.

CTCH (Common Traffic Channel: Kênh lưu lượ ng chung): Kênh một chiều điểm

đa điểm để truyền thông tin của một ngườ i sử dụng cho tất cả hay một nhóm ngườ i



93


sử dụng quy định hoặc chỉ cho một ngườ i sử dụng. Kênh này chỉ có ở đườ ng

xuống.

3.6.3 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đƣờng lên và đƣờ ng xuống

Hình.22. Chuyển đổ i giữ a các kênh logic và các kênh truyề n t ải đƣờ ng lên và

xuố ng

3.7 THIẾT LẬP CUỘC GỌI TRONG WCDMA UMTS

Đườ ng lên Đườ ng xuống

Cáckênhlogic

Cáckênh

truyềntải

DCH DSCH HS-DSCHBCH PCH FACHRACH CPCH DCH

CCCH DTCH/DCCH BCCH PCCH CCCH CTCH DTCH/DCCH

Các MACSAP

RNC MSC/VLR

DCCH: Security mode Conmand(Lệnh chế độ bảo mật)

DCCH: Security mode Complete(Hoàn thành chế độ bảo mật)

DCCH: Director Transfer (Setup)(Truyền trực tiếp (Thiết lập))

RANAP: Security mode Command(Lệnh chế độ nhận thực)

RANAP: Security Mode Complete(Hoàn thành chế độ bảo mật)

RANAP: director Transfer (Set up)(Truyền trực tiếp (Thiết lập))

DCCH: Innitial Direct Transfer(Authentication Response)

(Truyền trực tiếp (Trả lờ i nhận thực))

RANAP: Direct Transfer (Truyềntrực tiếp (Trả lờ i nhận thực))

UE CCCH: RRC Connection Request(Yêu cầu kết nối)

CCCH: RRC Connection Setup(Thiết lập kết nối RRC)

DCCH: RRC Connection Conplete(Kết nối RRC đã hoàn thành)

DCCH: Innitial Direct Transfer(Truyền trực tiếp khởi đầu)

DCCH: Innitial Direct Transfer(Authentication Request)

(Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực))

RANAP: Innitial UE message(CM Service Request) (Bản tin

UE khởi đầu (Yêu cầu dịch vụ CM

RANAP: Direct Transfer (Truyềntrực tiếp (Yêu cầu nhận thực))



( y ự p ( ập)) ( y ự p ( ập))

94


Hình 3.23. Thủ t ục thiế t lậ p cuộc gọi ở WCDMA UMTS

Thủ tục để thiết lập một cuộc thoại cơ sở WCDMA UMTS đượ c cho ở hình

3.23 (bỏ qua truyền các bản tin NBAP). Quá trình này bắt đầu bằng yêu cầu truy

DCCH: Director Transfer (Alerting)(Truyền trực tiếp (Báo chuông))

RANAP: Direct Transfer( Alerting)(Truyền trực tiếp (Kết nối))

DCCH: Director Transfer (Connect)(Truyền trực tiếp (Kết nối))

RANAP: Direct Transfer( Connect)

(Truyền trực tiếp (Kết nối))

DCCH: Director Transfer (ConnectAcknowledge)(Truyền trực tiếp (Công nhận kết nối))

RANAP: Direct Transfer( Connect Acknowledge)

(Truyền trực tiếp (Công nhận kếtnối))



95


nhập từ UE. Yêu cầu truy nhập này đượ c phát trên kênh truyền tải RACH hoặc

kênh truyền tải CPCH. Bản tin đượ c phát là một yêu cầu để thiết lập một kết nối

RRC (điều khiển tài nguyên vô tuyến), trướ c khi thực hiện các giao dịch báo hiệu

hay thiết lập vật mang. Yêu cầu kết nối RRC bao gồm cả lý do yêu cầu kết nối.

RNC trả lờ i một bản tin thiết lập kết nối RRC. Bản tin này đượ c phát ở kênh logic

CCCH (thường đượ c truyền trên kênh truyền tải FACH). Nếu một kênh truyền tải

DCH đượ c cấp phát, thì bản tin thiết lập kết nối RRC sẽ chỉ ra một mã ngẫu nhiên

để UE sử dụng ở đườ ng lên. Cần lưu ý một DPCCH liên kết vớ i một mã ngẫu

nhiên để UE sử dụng đườ ng lên. PPCCH chứa TFCI, TFCI chứa thông tin về hệ số

trải phổ SF (Spectrum Factor) và cho phép UTRAN xác định được mã định kênh

cho DPDCH.

Nếu RNC không ấn định một kênh DCH thì báo hiệu tiếp tục đượ c phát

trên FACH đườ ng xuống và PACH hay CPCH đườ ng lên.

UE trả lờ i RNC bằng bản tin kết nối RRC đã hoàn thành. Bản tin này đượ c

mang trên kênh logic DCCH đường lên. Sau đó UE phát mộ t bản tin cho mạng lõi.Bản tin này đượ c phát ở bản tin truyền trực tiếp khởi đầu, vì khi này chưa có thiết

lập một quan hệ báo hiệu nối giữa UE và mạng lõi. Bản tin này chỉ thị cho RNC và

mạng lõi là cần thiết lập một quan hệ báo hiệu nối giữa UE và mạng lõi. RNC đặt

bản tin truyền trực tiếp khởi đầu vào bản tin UE khởi đầu của RANAP (Radio

Access Network Applocation Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến)

RANAP là giao thức báo hiệu ở Iu, và gửi bản tin này đến mạng lõi. Trong trườ ng

hợ p này bản tin đượ c gửi đến MSC. Việc chọn MSC hay SGSN phụ thuộc vào

thông tin ở tiêu đề của bản tin truyền khởi đầu, phát đi từ UE.

Tiếp theo, MSC sẽ khởi đầu các thủ tục bảo an. Thủ tục này bắt đầu bằng

nhận thực trên nguyên tắc hiệu lệnh – trả lờ i giống như ở GSM. Ở đây có một

điểm khác là UE và mạng nhận thực lẫn nhau. Nghĩa là mạng không chỉ phát số

ngẫu nhiên đến UE để nhận thực trả lời đúng mà còn phát cả thẻ nhận dạng mạng

(AUTN: Anthentication Token Network) được tính toán độc lập ở UE trong SIM.



96


UE phát yêu cầu nhận thực bằng cách phát đi bản tin truyền trực tiếp của RANAP

và giao thức RRC.

Nếu nhận thực thành công, UE phát trả lờ i bằng một bản tin trả lờ i nhận thực

để MSC kiểm tra. Bản tin này đượ c mang bằng cách sử dụng các khả năng truyền

trực tiếp của RANAP và RRC.

Sau đó mạng lõi khởi đầu các thủ tục mã hóa MSC gửi bản tin lệnh chế độ

bảo mật RRC đến UE. UE trả lờ i MSC bằng bản tin RANAP. Hoàn thành chế độ

bảo mật. Tại thời điểm này, thông tin thiết lập cuộc gọi thực sự như: Số điện thoại

bị gọi đượ c gửi ở bản tin thiết lập từ UE đến MSC bằng cách sử dụng báo hiệu để

truyền trực tiếp. Nếu có thể xử lý đượ c cuộc gọi này, MSC sẽ trả lờ i bản tin đang

tiến hành cuộc gọi. Sau đó RNC cần thiết lập vật mang truy nhập vô tuyến (RAB)

để truyền tải luồng tiếng thực sự của ngườ i sử dụng. RAB là một vật mang giữa

UE và mạng lõi để truyền tải số liệu của ngườ i sử dụng. Tiếng hoặc số liệu gói

RAB được đặt trên một hay nhiều vật mang vô tuyến ở giao diện vô tuyến. Mỗi

RAB có số nhận dạng riêng của mình để sử dụng trong quá trình báo hiệu giữa UE

và mạng. Mạng lõi phát triển yêu cầu thiết lập RAB thông qua bản tin yêu cầu ấnđịnh RAB của RANAP.

Trên cơ sở thông tin yêu cầu ấn định RAB, NRC có thể thiết lập một vật

mang vô tuyến mớ i cho UE hoặc có thể lập lại cấu hình vật mang hiện đang hoạt

động. RNC sử dụng hoặc bản tin RRC thiết lập vật mang vô tuyến để hướ ng dẫn

UE sử dụng các vật mang mớ i hoặc lập lại cấu hình. UE trả lờ i hoặc bằng bản tin

thiết lập vật mang vô tuyến đã hoàn thành hoặc bản tin lập lại cấu hình vật mang

vô tuyến đã hoàn thành. Đến lượ t mình RNC trả lờ i MSC bằng bản tin RANAP:

Hoàn thành ấn định RAB. Khi này có một đườ ng dẫn vật mang từ UE đến MSC.

Phần còn lại của quá trình thiết lập cuộc gọi hoàn toàn giống như thiết lập

cuộc gọi ở GSM. Phần còn lại này bảo gồm: Các bản tin báo chuông, kết nối và

xác nhận kết nối đượ c truyền ở báo hiệu truyền trực tiếp.



97


3.8 PHÂN TẬP PHÁT

Khi nhiều anten thu đượ c sử dụng, ta nói máy thu sử dụng phân tập anten

thu (Rx). Phân tập Rx có thể đượ c sử dụng tại node B để tăng dung lượng đườ ng

lên và vùng phủ sóng. Do giá thành và không gian chiếm lớ n, phân tập anten thu

không phổ biến tại máy đầu cuối. Để khắc phục nhược điểm này WCDMA sử

dụng phân tập phát cho máy đầu cuối. Tồn tại hai kỹ thuật phân tập phát ở

WCDMA: Phân tập vòng hở và phân tập vòng kín.

3.8.1. Phân tập vòng hở

Phân tập phát vòng hở sử dụng bộ mã hóa đượ c gọi là STTD (Space time

Transmit Diversity: Phân tập phát không gian thời gian). Sơ đồ máy phát và máy

thu sử dụng STTD đượ c cho trên hình 3.24a và 3.24b.

STTD đượ c xây dựng trên cơ sở mã Alamouti như sau :

[ ] (3.1)

Trong đó cột 1 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 1 còn cột 2 chứa các

ký hiệu được phát đi từ anten 2.

a. Máy phát

Hoa tiêu

Số liệu

phát

TFCI

TPCXử lý số

Tín hiệuphát choANT1


CPICH cho ANT1ANT2

Ghép Mã hóaSTTD

Bộ tạo mã trải phổ

Ghép

Ghép

Bộ giảimã

STTD

Xử lýsố

MF

cho

MFcho

Bộ ướ c tínhcho ANT1

Bộ ướ c tínhcho ANT1

Bộ kết hợ p

RAKE

Bộ kết hợ pRAKE

Tínhiệuthu

Số liệuđượ c

khôiphục



98


b. Máy thu

Hình 3.24. Phân t ậ p phát vòng hở của WCDMA

3.8.2. Chế độ vòng kín

Phát hành R3 và R4 sử dụng phân tập phát vòng kín. Trong cả hai chế độ

này, thông tin đồng chỉnh pha đượ c phát trên một kênh hồi tiếp nhanh (tốc độ 1500

bps) cho phép chọn 4 hoặc 16 khả năng trọng số búp sóng. Cả hai khái niệm này

đều có thể coi là truyền dẫn nhất quán (tạo búp thích ứng kênh) vớ i sử dụng cân

bằng kênh và các chiến lượ c báo hiệu hồi tiếp khác nhau. Kiến trúc máy phát và

máy thu node B (hình 3.26a và 3.26b).

Trong cả hai chế độ trọng số phát đượ c lựa chọn theo thủ tục dưới đây:

- Đầu cuối đo các kênh hoa tiêu chung CPICH1 và CPICH2 đượ c phát

trên anten 1 và anten 2.- Đầu cuối nhận được ước tính kênh cho đườ ng truyền h1 và h2

- Vectơ trọng số phát cần thiết W(w1, w2) được xác định, được lượ ng

tử và đượ c gửi đến BTS trong trườ ng FBI của kênh DCCH.

Bộ tạomã trải

phổ

Bộ đánhtrọng số

ANT

W1,n

Hoa tiêu

Số liệuphát

TFCI

TPCXử lý số Ghép


Tín hiệu

phát choANT2

CPICH cho ANT1ANT2

Ghép

Ghép

W2,n

Bit FBItừ UE

MF choDPCH

Ướ c tính kênhcho ANT1



Xử lýsố

Số liệu

đượ ckhôiphục



99


Hình 3.25. Phân t ậ p phát vòng kín của WCDMA

CHƢƠNG 4 - CÔNG NGHỆ TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ

CAO HSPA

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Công nghệ HSPA là công nghệ đượ c 3GPP chịu trách nhiệm chuẩn hóa.

3GPP phát hành R3 cho WCDMA vào năm 1999, đây là lần phát hành đầu tiên

chứa đựng toàn bộ các đặc tả WCDMA. Phát hành R4 được đưa ra sau đó vào đầu

năm 2001. Truy nhập gói tốc độ cao đườ ng xuống (HSDPA: High Speed Down

Link Packet Access) đượ c 3GPP chuẩn hóa trong phát hành R5 vớ i phiên bản tiêu

chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói tốc độ cao đườ ng lên (HSUPA: HighSpeed Up Link Packet Access) trong 3GPP đượ c chuẩn hóa trong R6 vào tháng 12

năm 2004. Cả hai HSDPA và HSUPA đượ c gọi chung là HSPA. HSDPA và

HSUPA được đưa vào thương mại lần lượt vào năm 2005 và 2007. Trong phát

hành R6, HSDPA có tốc độ đỉnh là 14,4 Mbps, HSUPA là 5,7 Mbps.

RN

SGSN GGSN

Node B

Số liệutừ

GGSNUE

Iu

Iu-cs

Tốc độ bit Iub Tốc độ bit cựcTốc độ HS-DSCH đỉnh



Tốc độ bit Iub Tốc độ bit cựcTốc độ HS DSCH đỉnh

100


Hình 4.1. T ốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện (công nghệ HSDPA)

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8 Mbps và tăng lên 3,6 Mbps

và 7,2 Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4 Mbps vàonăm 2008. Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2 Mbps trong giai đoạn

sau tốc độ này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008.

Khác với WCDMA trong đó tốc độ số liệu trên các giao diện như nhau, tốc

độ số liệu HSPA trên các giao diện khác nhau. Trên hình 4.1 tốc độ đỉnh

(14,4Mbps trên 2 ms) tại đầu cuối chỉ xẩy ra trong thời điểm điều kiện kênh truyền

tốt vì thế tốc độ trung bình có thể không quá 3 Mbps. Để đảm bảo truyền lưulượ ng mang tính cụm này, nút cần có bộ đệm để lưu lại lưu lượ ng và bộ lập biểu

để truyền lưu lượ ng này trên hạ tầng mạng

4.2 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA

Kiến trúc giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho số liệu ngườ i sử dụng.

Mặt phẳng báo hiệu không đượ c thể hiện trên hình 4.2 (trong mặt phẳng này báo

hiệu đượ c nối đến RLC sau đó được đưa lên DCH hay HSDPA hoặc HSUPA). Số liệu từ các dịch vụ khác nhau được nén tiêu đề IP tại PDCP (Packet Data

Convergence Protocol). MAC-hs (high speed) thực hiện chức năng lập biểu nhanh

dựa trên node B.

Nén tiêu đề IP (PDCP)

Phân đoạn và lặp (RLC)

Ghép kênh (MAC-d)

Các dịch vụ CS như:

Tiếng thoạiAMR, video

Sắp đặt lại



101


MAC-hs: High Speed MAC: MAC t ốc độ cao; MAC-e - E-DCH MAC: MAC kênh

E-DCH; MAC-es: Thự c thể MAC kênh E- DCH để sắ p đặt lại thứ t ự

Hình 4.2. Kiế n trúc giao diện vô tuyế n HSDPA và HSUPA

Chức năng mớ i của các phần từ trong WCDMA khi đưa vào HSPA:

a. Các chức năng mớ i do HSDPA

RNC: Quản lý di động và tài nguyên vô tuyến HSDPA, quản lý lưu lượ ng HSDPA

Iub, thể tích số liệu lớn hơn.

Node B: Nhớ đệm số liệu, xử lý HARQ, giải mã phản hồi, điều khiển luồng, lập

biểu đườ ng xuống, điều chế 16QAM.

UE: Xử lý HARQ bằng bộ nhớ đệm giá trị mềm. Tạo tín hiệu phản hồi và phát

giải điều chế 16QAM.

b. Các chức năng mớ i do HSUPA

RNC: Quản lý di dộng và tài nguyên vô tuyến HSUPA, ấn định dung lượ ng

HSUPA Iub, thể tích số liệu UL lớn hơn, sắp xếp lại thứ tự gói.

Node B: Xử lý HARQ bằng bộ nhớ giá trị mềm, mã hóa phản hồi, lập biểu đườ ng

lên phụ thuộc vào nhiễu băng gốc và dung lượ ng Iub.

UE: Xử lý HARQ, tạo thông tin phản hồi về trạng thái bộ đệm và công suất phát,

truyền dẫn đa mã, lập biểu đườ ng lên.



102


4.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƢỜNG XUỐNG

Truy nhập gói tốc độ cao đườ ng xuống (HSDPA) đượ c thiết kế để tăng

thông lượ ng số liệu gói đườ ng xuống bằng cách kết hợ p các công nghệ lớ p vật lý:

Truyền dẫn kết hợ p phát lại nhanh và thích ứng nhanh đượ c truyền theo sự điều

khiển của node B. Mục tiêu của HSDPA là mở rộng giao diện vô tuyến của

WCDMA, tăng cườ ng hiệu năng và dung lượ ng (tốc độ số liệu đỉnh cao) của

WCDMA.

4.3.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ

Đặc điểm chủ yếu của HSDPA là truyền dẫn kênh chia sẻ. Trong truyền dẫnkênh chia sẻ, một bộ phận của tổng tài nguyên vô tuyến đườ ng xuống khả dụng

trong ô (công suất phát và mã định kênh trong WCDMA) đượ c coi là tài nguyên

chung đượ c chia sẻ động theo thờ i gian giữa các ngườ i sử dụng. Truyền dẫn kênh

chia sẻ đượ c thực hiện thông qua kênh chia sẻ đườ ng xuống tốc độ cao (HS-

DSCH: High-Speed Dowlink Shared Channel). HS-DSCH cho phép cấp phát

nhanh một bộ phận tài nguyên đườ ng xuống để truyền số liệu cho một ngườ i sử

dụng đặc thù. Phương pháp này phù hợ p cho các ứng dụng số liệu gói thườ ng

đượ c truyền theo dạng cụm và vì thể có các yêu cầu về tài nguyên thay đổi nhanh.

Cấu trúc mã của HS-DSCH đượ c cho trên hình 4.4. Tài nguyên mã cho HS-

DSCH bao gồm một tập mã định kênh có hệ số trải phổ 16, trong đó số mã có thể

sử dụng để lập cấu hình cho HS-DSCH nằm trong khoảng từ 1 đến 15. Các mã

không dành cho HS-DSCH đượ c sử dụng cho mục đích khác, như cho báo hiệu

điều khiển, các dịch vụ MBMS hay các dịch vụ chuyển mạch kênh.

SF=2

SF=8

SF=16

SF=1

SF=4

Các mã định kênh đượ c s

ửdụ

ng cho truyềndẫn HS-DSCH (ví dụ là 10)



103


Hình 4.3. C ấ u trúc mã của HS-DSCH

Ngoài việc đượ c ấn định một bộ phận của tổng tài nguyên mã khả dụng,một phần tổng công suất khả dụng của ô phải đượ c ấn định cho truyền dẫn HS-

DSCH. HS-DSCH không được điều khiển công suất mà được điều khiển tốc độ.

Trong trườ ng hợ p sử dụng chung tần số vớ i WCDMA, sau khi phục vụ các kênh

WCDMA, phần công suất còn lại có thể đượ c sử dụng cho HS-DSCH, điều này

cho phép khai thác hiệu quả tổng tài nguyên công suất khả dụng.

4.3.2 Lập biểu phụ thuộc kênh

Lập biểu (Scheduler) điều khiển việc dành kênh chia sẻ cho ngườ i sử dụng

nào tại một thời điểm cho trướ c. Bộ lập biểu này là một phần tử then chốt và quyết

định rất lớn đến tổng hiệu năng của hệ thống, đặc biệt khi mạng có tải cao. Trong

mỗi TTI, Bộ lập biểu quyết định HS-DSCH sẽ được phát đến ngườ i (hoặc các

ngườ i) sử dụng nào kết hợ p chặt chẽ với cơ chế điều khiển tốc độ (tại tốc độ số

liệu nào).

Dung lượ ng hệ thống có thể được tăng đáng kể khi có xét đến các điều kiệnkênh trong quyết định lập biểu: Lập biểu phụ thuộc kênh. Vì trong một ô, các điều

kiện của các đườ ng truyền vô tuyến đối với các UE khác nhau thay đổi độc lập,

nên tại từng thời điểm luôn luôn tồn tại một đườ ng truyền vô tuyến có chất lượ ng

kênh gần với đỉnh của nó. Vì thế có thể truyền tốc độ số liệu cao đối với đườ ng

truyền vô tuyến này. Giải pháp này cho phép hệ thống đạt được dung lượ ng cao.

Độ lợ i nhận đượ c khi truyền dẫn dành cho các ngườ i sử dụng có các điều kiện

đườ ng truyền vô tuyến thuận lợi thường đượ c gọi là phân tập đa ngườ i sử dụng và

độ lợ i này càng lớ n khi thay đổi kênh càng lớ n và số ngườ i sử dụng trong một ô

càng lớ n. Vì thế trái với quan điểm truyền thống rằng phadinh nhanh là hiệu ứng

không mong muốn và rằng cần chống lại nó, bằng cách lập biểu phụ thuộc kênh

phadinh có lợ i và cần khai thác nó.

Chiến lượ c của bộ lập biểu thực tế là khai thác các thay đổi ngắn hạn (do

phadinh đa đường) và các thay đổi nhiễu nhanh nhưng vẫn duy trì đượ c tính công



104


bằng dài hạn giữa các ngườ i sử dụng. Về nguyên tắc, sự mất công bằng dài hạn

càng lớn thì dung lượ ng càng cao. Vì thế cần cân đối giữa tính công bằng và dung

lượ ng.

Ngoài các điều kiện kênh, bộ lập biểu cũng cần xét đến các điều kiện lưu

lượ ng. Chẳng hạn, sẽ vô nghĩa nếu lập biểu cho một ngườ i sử dụng không có số

liệu đợ i truyền dẫn cho dù điều kiện kênh của ngườ i sử dụng này tốt. Ngoài ra một

số dịch vụ cần đượ c cho mức ưu tiên cao hơn. Chẳng hạn các dịch vụ luồng đòi

hỏi được đảm bảo tốc độ số liệu tương đối không đổi dài hạn, trong khi các dịch

vụ nền như tải xuống không có yêu cầu gắt gao về tốc độ số liệu không đổi dài

hạn.

Nguyên lý lập biểu của HSDPA đượ c cho trên hình 4.4. Node B đánh giá

chất lượ ng kênh của từng ngườ i sử dụng HSDPA tích cực dựa trên thông tin phản

hồi nhận đượ c từ đường lên. Sau đó lập biểu và thích ứng đườ ng truyền đượ c tiến

hành theo giải thuật lập biểu và sơ đồ ưu tiên ngườ i sử dụng.

Hình 4.4. Nguyên lý lậ p biể u HSDPA của node B



105


4.3.3 Điều khiển tốc độ và điều chế bậc cao

Điều khiển tốc độ đã được coi là phương tiện thích ứng đườ ng truyền cho

các dịch vụ truyền số liệu hiệu quả hơn so với điều khiển công suất thường đượ c

sử dụng trong CDMA, đặc biệt là khi nó đượ c sử dụng cùng vớ i lập biểu phụ

thuộc kênh.

Đối với HSDPA, điều khiển tốc độ đượ c thực hiện bằng cách điều chỉnh

động tỷ lệ mã hóa kênh và chọn lựa động giữa điều chế QPSK và 16QAM. Điều

chế bậc cao như 16QAM cho phép đạt đượ c mức độ sử dụng băng thông cao hơn

QPSK nhưng đòi hỏi tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Eb /N0) cao hơn. Vì thế 16QAMchủ yếu chỉ hữu ích trong các điều kiện kênh thuận lơi. Node B lựa chọn tốc độ số

liệu độc lập cho từng TTI 2ms và cơ chế điều điều khiển tốc độ có thể bám các

thay đổi kênh nhanh.

4.3.3.1 Mã hóa kênh HS-DSCH

Do mã hóa turbo có hiệu năng vượ t trội mã hóa xơắn nên HS-DSCH chỉ sử

dụng mã hóa turbo. Nguyên lý tổng quát của bộ mã hóa turbo như sau (hình 4.5).

Luồng số đưa vào bộ mã hóa turbo đượ c chia thành ba nhánh, nhánh thứ nhất

không đượ c mã hóa và các bit ra của nhánh này đượ c gọi là các bit hệ thống,

nhánh thứ hai và thứ ba đượ c mã hóa và các bit ra của chúng đượ c gọi là các bit

chẵn lẻ 1 và 2. Như vậy cứ một bit vào thì có ba bit ra, nên bộ mã hóa turbo này có

tỷ lệ mã là r=1/3.

P1

P2

d

Bộ mãhóa 1

Bộ mãhóa 2

Bộ đụcLuồng vào Luồng ra

Bộ mã hóa turbo



106


d: Bit hệ thống (không đƣợ c mã hóa); P1: Bit chẵ n lẻ 1; P2:Bit chẵ n lẻ 2

Hình 4.5. Mã hóa turbo và đục lỗ

4.3.3.2 Điều chế HS-DSCH

HS-DSCH có thể sử dụng điều chế QPSK và 16-QAM. Chùm tín hiệu

QPSK và 16QAM (hình 4.6).

Điều chế QPSK chỉ cho phép mỗi ký hiệu điều chế truyền đượ c hai bit,

trong khi đó điều chế 16QAM cho phép mỗi ký hiệu điều chế truyền đượ c bốn bit

vì thế 16QAM cho phép truyền tốc độ số liệu cao hơn.

Tuy nhiên từ hình 4.6 ta thấy khoảng cách giữa hai điểm tín hiệu trong chùm

tín hiệu 16QAM lại ngắn hơn khoảng cách này trong chùm tín hiệu QPSK và vì

thế khả năng chịu nhiễu và tạp âm của 16QAM kém hơn QPSK.

Hình 4.6. Chùm tín hiệu điề u chế QPSK, 16-QAM và khoảng cách cự c tiể u

giữ a hai điể m tín hiệu

4.3.3.3 Truyền dẫn thích ứng trên cơ sở điều chế và mã hóa kênh thích ứ ng

Truyền dẫn thích ứng là quá trình truyền dẫn trong đó tốc độ số liệu đượ c

thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đườ ng truyền: Tốc độ đườ ng truyền được tăng

khi chất lượng đườ ng truyền tốt hơn, ngượ c lại tốc độ đườ ng truyền bị giảm. Để

Khoảng cáchcực tiểu giữahai điểm củachùm tín hiệu

QPSK 16-QAM



107


thay đổi tốc độ truyền phù hợ p vớ i chất lượ ng kênh, hệ thống thực hiện thay đổi sơ

đồ điều chế và tỷ lệ mã nên phương pháp này đượ c gọi là điều chế và mã hóa thích

ứng (AMC: Adaptive Modulation and Coding). Chẳng hạn khi chất lượng đườ ng

truyền tốt hơn, hệ thống có thể tăng tốc độ truyền dẫn số liệu bằng cách chọn sơ đồ

điều chế 16QAM và tăng tỷ lệ mã bằng 3/4 bằng cách đục lỗ, trái lại khi chất

lượ ng truyền dẫn tồi hơn hệ thống có thể giảm tốc độ truyền dẫn bằng cách sử

dụng sơ đồ điều chế QPSK và không đục lỗ để giảm tỷ lệ bằng 1/3.

4.3.4 HARQ vớ i kết hợ p mềm

HARQ vớ i kết hợ p mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại các khối thu

mắc lỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng và bù trừ các lỗi gây ra do cơ

chế thích ứng đườ ng truyền. Đầu cuối giải mã từng khối truyền tải mã nó nhận

đượ c rồi báo cáo về node B về việc giải mã thành công hay thất bại cứ 5ms một

lần sau khi thu đượ c khối này. Cách làm này cho phép phát lại nhanh chóng các

khối số liệu thu không thành công và giảm đáng kể trễ liên quan đế phát lại so vớ i

phát hành R3.Nguyên lý xử lý phát lại HSDPA (hình 4.7). Đầu tiên gói đượ c nhận vào bộ

nhớ đệm của nút B. Ngay cả khi gói đã đượ c gửi đi node B vẫn giữ gói này. Nếu

UE giải mã thất bại nó lưu gói nhận đượ c vào bộ nhớ đệm và gửi lệnh không công

nhận (NAK) đến node B. Node B phát lại cả gói hoặc chỉ phần sửa lỗi của gói tùy

thuộc vào giải thuật kết hợ p gói tại UE. UE kết hợp gói phát trướ c với gói đượ c

phát lại và giải mã. Trong trườ ng hợ p giải mã phía thu thất bại, node B thực hiện

phát lại mà không cần RNC tham gia. Máy di động thực hiện kết hợ p các phát lại.

Phát theo RNC chỉ thực hiện khi xẩy ra sự cố hoạt động lớ p vật lý (lỗi báo hiệu

chẳng hạn). Phát lại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC

không thườ ng xuyên xẩy ra.

Không như HARQ truyền thống, trong kết hợ p mềm, đầu cuối không loại bỏ

thông tin mềm trong trườ ng hợ p nó không thể giải mã đượ c khối truyền tải mà kết

hợ p thông tin mềm từ các lần phát trước đó vớ i phát lại hiện thời để tăng xác suất



108


giải mã thành công. Tăng phần dư (IR) đượ c sử dụng làm cơ sở cho kết hợ p mềm

trong HSDPA, nghĩa là các lần phát lại có thể chứa các bit chẵn lẻ không có trong

các lần phát trướ c. IR có thể cung cấp độ lợi đáng kể khi tỷ lệ mã đối vớ i lần phát

đầu cao vì các bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã. Vì thế IR chủ yếu hữu

ích trong tình trạng giớ i hạn băng thông khi đầu cuối ở gần trạm gốc và số lượ ng

các mã định kênh chứ không phải công suất hạn chế tốc độ số liệu khả dụng. Node

B điều khiển tập các bit đượ c mã hóa sẽ sử dụng để phát lại có xét đến dung lượ ng

nhớ khả dụng của UE.

Hình 4.7. Nguyên lý xử lý phát lại của node B

4.3.5 Kiến trúc

Từ các phần trên ta thấy rằng các kỹ thuật HSDPA dựa trên thích ứng nhanh

đối với các thay đổi nhanh trong các điều kiện kênh. Vì thế các kỹ thuật này phải

được đặt gần vớ i giao diện vô tuyến tại phía mạng, nghĩa là tại node B. Ngoài ra

một mục tiêu quan trọng của HSDPA là duy trì tối đa sự phân chia chức năng giữa

các lớ p và các nút của R3. Cần giảm thiểu sự thay đổi kiến trúc, vì điều này sẽ đơn



109


giản hóa việc đưa HSDPA vào các mạng đã triển khai cũng như đảm bảo hoạt

động trong các môi trườ ng mà ở đó không phải tất cả các ô đều đượ c nâng cấp

bằng chức năng HSDPA. Vì thế HSDPA đưa vào node B một lớ p con MAC mớ i,

MA-hs, chịu trách nhiệm cho lập biểu, điều khiển tốc độ và khai thác giao thức

HARQ. Do vậy ngoại trừ các tăng cường cho RNC như điều khiển cho phép

HSDPA đối với các ngườ i sử dụng, HSDPA chủ yếu tác động lên node B (hình

4.8).

Di động từ một ô hỗ trợ HSDPA đến một ô không hỗ trợ HSDPA đượ c xử lý

dễ ràng. Có thể đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn cho ngườ i sử dụng (mặc dùtại tốc độ số liệu thấp hơn) bằng chuyển mạch kênh trong RNC trong đó ngườ i sử

dụng đượ c chuyển mạch đến kênh dành riêng (DCH) trong ô không có HSDPA.

Tương tự, một ngườ i sử dụng đượ c trang bị đầu cuối có HSDPA có thể chuyển

mạch từ kênh riêng sang HSDPA khi ngườ i này chuyển vào ô có hỗ trợ HSDPA.

Chức năng MAC-hs

- Lập biểu- Thích ứng tốc độ - HARQ

Mạng lõi

RNC RNC

Đến cácnode B khác


(F-)DPCH trên DL

DCH trên UL

TE

Ô phục vụ Ô không phục vụ

HSDPA

Node B



110


Hình 4.8. Kiế n trúc HSDPA

Cấu trúc kênh tổng thể của HSDPA kết hợ p WCDMA (hình 4.9)

Hình 4.9. C ấ u trúc kênh HSDPA k ế t hợ p WCDMA

a. HS-DSCH

HS-DSCH (High Speed-Downlink Shared Channel: Kênh chia sẻ đườ ng lên

tốc độ cao). Đượ c sắp xếp lên nhiều kênh vật lý HS-PDSCH để truyền tải lưu

lượ ng gói chia sẻ cho nhiều ngườ i sử dụng, trong đó mỗi HS-PDSCH có hệ số trải

phổ không đổi và bằng 16. Cấu hình cực đại của HS-DSCH là 15SF16 (tương ứng

vớ i tốc độ đỉnh khi điều chế 16QAM và tỷ lệ mã 1/1 là 14,4Mbps). Các ngườ i sử

HS-DSCH

Node B

UE

HS-SCCH (F-)DPCH DPCCHDPDCH HS-DPCCH

Số liệu ngườ isử dụng

đườ ng xuống

Báo hiệu điềukhiển cho HS-

DSCH

Các lệnhđiều khiểncông suất

Số liệu ngườ isử dụng

đườ ng lên

Báo hiệuđiều khiển

cho DPDCH

Báo hiệu điềukhiển liên

quan đến HS-DSCH

Kênh chia sẻ, cho một ô Kênh riêng, cho một UE



111


dụng chia sẻ HS-DSCH theo số kênh vật lý HS-PDSCH (số mã vớ i SF=16) và

khoảng thờ i gian truyền dẫn TTI=2ms.

b. HS-SCCH

HS-SCCH (High Speed-Shared Control Channel: Kênh điều khiển chia sẻ

tốc độ cao). Sử dụng hệ số trải phổ 128 và có cấu trúc thờ i gian dựa trên một

khung con có độ dài 2ms bằng độ dài của HS-DSCH. Các thông tin sau đây đượ c

mang trên HS-SCCH:

- Số mã định kênh

- Sơ đồ điều chế

- Kích thướ c khối truyền tải

- Gói đượ c phát là gói mớ i hay phát lại (HARQ) hoặc HARQ theo

RNC RLC

- Phiên bản dư

- Phiên bản chùm tín hiệu

Khi HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo thờ i gian, chỉ cần lập cấuhình một HS-SCCH, nhưng kho HSDPA hoạt động trong chế độ ghép theo mã thì

cần có nhiều HS-SCCH hơn. Một UE có thể xem xét đượ c nhiều nhất là 4 HS-

SCCH tùy vào cấu hình đượ c lập bở i hệ thống.

c. HS-DPCCH

HS-DPCCH (High Speed-Dedicated Physical Control Channel: Kênh điều

khiển vật lý riêng tốc độ cao). Đườ ng lên có hệ số trải phổ 256 và cấu trúc từ 3 khe2ms chứa các thông tin sau đây:

Thông tin phản hồi (CQI: Channel Quality Indicator: chỉ thị chất lượ ng

kênh) để báo cho bộ lập biểu nút B về tôc độ số liệu mà UE mong muốn

ACK/NAK (công nhận và phủ nhận) cho HARQ

d. DPCCH



112


DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh điều khiển vật lý riêng).

Là kênh đi cùng vớ i HS-DPCCH đườ ng lên chứa các thông tin giống như ở R3.

e. F-DPCH

F-DPCH (Fractional-Dedicated Physical Channel: DPCH một phần (phân

đoạn)): Là kênh đườ ng xuống có hệ số trải phổ 256 chứa thông tin điều khiển công

suất cho 10 ngườ i sử dụng để tiết kiệm tài nguyên mã trong truyền dẫn gói.

4.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƢỜNG LÊN

Công nghệ truy nhập gói tốc độ cao đườ ng lên (HSUPA) cũng sử dụng haicông nghệ cơ sở như HSDPA: Lập biểu nhanh và HARQ nhanh vớ i kết hợ p mềm.

Cũng giống như HSDPA, HSUPA sử dụng khoảng thờ i gian ngắn 2ms cho TTI

đường lên. Các tăng cường này đượ c thực hiện trong WCDMA thông qua một

kênh truyền tải mớ i, E-DCH (Enhanced Dedicated Channel: Kênh riêng tăng

cườ ng).

Mặc dù sử dụng các công nghệ giống HSDPA, HSUPA cũng có một số

khác biệt căn bản so vớ i HSDPA và các khác biệt này ảnh hưở ng lên việc thực

hiện chi tiết các tính năng:

Trên đườ ng xuống, các tài nguyên chia sẻ là công suất và mã đều đượ c

đặt trong một nút trung tâm (node B). Trên đườ ng lên, tài nguyên chia

sẻ là đại lượ ng nhiễu đường lên cho phép, đại lượ ng này phụ thuộc vào

công suất của nhiều nút nằm phân tán (các UE)

Trên đườ ng xuống bộ lập biểu và các bộ đệm phát được đặt trong cùngmột nút, còn trên đườ ng lên bộ lập biểu được đặt trong nút B trong khi

đó các bộ đệm số liệu đượ c phân tán trong các UE. Vì thế các UE phải

thông báo thông tin về tình trạng bộ đệm cho bộ lập biểu

Đườ ng lên WCDMA và HSUPA không trực giao và vì thế xẩy ra nhiễu

giữa các truyền dẫn trong cùng một ô. Trái lại trên đườ ng xuống các

kênh đượ c phát trực giao. Vì thế điều khiển công suất quan trọng đối vớ i

đường lên để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH đượ c phát vớ i khoảng dịch



113


công suất tương đối so với kênh điều khiển đường lên được điều khiển

công suất và bằng cách điều chỉnh dịch công suất cho phép cực đại, bộ

lập biểu có thể điều khiển tốc độ số liệu E-DCH. Trái lại đối vớ i

HSDPA, công suất phát không đổi (ở mức độ nhất định) cùng vớ i sử

dụng thích ứng tốc độ số liệu.

Chuyển giao đượ c E-DCH hỗ trợ . Việc thu số liệu từ đầu cuối tại nhiều

ô là có lợi vì nó đảm bảo tính phân tập, trong khi đó phát số liệu từ

nhiều ô trong HSDPA là phức tạp và chưa chắc có lợ i lắm. Chuyển giao

mềm còn có nghĩa là điều khiển công suất bở i nhiều ô để giảm nhiễu

gây ra trong các ô lân cận và duy trì tương tích ngượ c vớ i UE không sử

dụng E-DCH

Trên đườ ng xuống, điều chế bậc cao hơn (có xét đến hiệu quả công suất

đối vớ i hiệu quả băng thông) đượ c sử dụng để cung cấp các tốc độ số

liệu cao trong một số trườ ng hợ p, chẳng hạn khi bộ lập biểu ấn định số

lượng mã định kênh ít cho truyền dẫn nhưng đại lượ ng công suất truyền

dẫn khả dụng lại khá cao. Đối với đườ ng lên tình hình lại khác; khôngcần thiết phải chia sẻ các mã định kênh đối với các ngườ i sử dụng khác

và vì thể thông thườ ng tỷ lệ mã hóa kênh thấp hơn đối với đườ ng lên.

Như vậy khác với đường lên điều chế bậc cao ít hữu ích hơn trên đườ ng

lên trong các ô vĩ mô và vì thế không được xem xét trong phát hành đầu

của HSUPA.

4.4.1 Lập biểuĐối vớ i HSUPA, bộ lập biểu là phần tử then chốt để điều khiển khi nào và

tại tốc độ số liệu nào một UE được phép phát. Đầu cuối sử dụng tốc độ càng cao,

thì công suất thu từ đầu cuối tại nút B cũng phải càng cao để đảm bảo tỷ số Eb /N0

(Eb=Pr /Rb, Pr là công suất thu tại nút B còn Rb là tốc độ bit được phát đi từ UE) cần

thiết cho giải điều chế. Bằng cách tăng công suất phát, UE có thể phát tốc độ số

liệu cao hơn. Tuy nhiên do đườ ng lên không trực giao, nên công suất thu từ một

UE sẽ gây nhiễu đối với các đầu cuối khác. Vì thế tài nguyên chia sẻ đối vớ i



114


HSUPA là đại lượ ng công suất nhiễu cho phép trong ô. Nếu nhiễu quá cao, một số

truyền dẫn trong ô, các kênh điều khiển và các truyền dẫn đường lên không đượ c

lập biểu có thể bị thu sai. Trái lại mức nhiễu quá thấp cho thấy rằng các UE đã bị

điều chỉnh thái quá và không khai thác hết toàn bộ dung lượ ng hệ thống. Vì thế

HSUPA sử dụng bộ lập biểu để cho phép các ngườ i sử dụng có số liệu cần phát

đượ c phép sử dụng tốc độ số liệu cao đến mức có thể nhưng vẫn đảm bảo không

vượ t quá mức nhiễu cực đại cho phép trong ô.

Hình 4.10. Nguyên lý lậ p biể u HSUPA của node B

Khác vớ i HSDPA, bộ lập biểu và các bộ đệm phát đều được đặt tại node B,

số liệu cần phát được đặt tại các UE đối với đườ ng lên. Tại cùng một thời điểm bộ

lập biểu đặt tại nút B điều phối các tích cực phát của các UE trong ô. Vì thế cần có

một cơ chế để thông báo các quyết định lập biểu cho các UE và cung cấp thông tin

về bộ đệm từ các UE đến bộ lập biểu. Chương trình khung HSUPA sử dụng các

cho phép lập biểu phát đi từ bộ lập biểu của node B để điều khiển tích cực phát của

UE và các yêu cầu lập biểu phát đi từ UE để yêu cầu tài nguyên. Các cho phép lập

biểu điều khiển tỷ số công suất giữa E-DCH và hoa tiêu được phép mà đầu cuối có

thể sử dụng; cho phép lớn hơn có nghĩa là đầu cuối có thể sử dụng tốc độ số liệu



115


cao hơn nhưng cũng gây nhiễu nhiều hơn trong ô. Dựa trên các kết quả đo đạc

mức nhiễu tức thờ i, bộ lập biểu điều khiển cho phép lập biểu trong từng đầu cuối

để duy trì mức nhiễu trong ô tại mức quy định (hình 4.11).

Trong HSDPA, thông thườ ng một ngườ i sử dụng đượ c xử lý trong một TTI.

Đối vớ i HSUPA, trong hầu hết các trườ ng hợ p chiến lượ c lập biểu đườ ng lên đặc

thù thực hiên lập biểu đồng thờ i cho nhiều ngườ i sử dụng. Lý do vì một đầu cuối

có công suất nhỏ hơn nhiều so vớ i công suất node B: một đầu cuối không thể sử

dụng toàn bộ dung lượ ng ô một mình.

Hình 4.11. Chƣơng trình khung lậ p biể u của HSUPA

Nhiễu giữa các ô cũng cần được điều khiển. Thậm chí nếu bộ lập biểu đã

cho phép một UE phát tại tốc độ số liệu cao trên cơ sở mức nhiễu nội ô chấp thuận

được, nhưng vẫn có thể gây nhiễu không chấp nhận được đối vớ i các ô lân cận. Vì

thế trong chuyển giao mềm, ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho họat động lậpbiểu, nhưng UE giám sát thông tin lập biểu từ tất cả các ô mà UE nằm trong

chuyển giao mềm. Các ô không phục vụ yêu cầu tất cả các ngườ i sử dụng mà nó

không phục vụ hạ tốc độ số liệu E-DCH bằng cách phát đi chỉ thị quá tải trên

đườ ng xuống. Cơ chế này đảm bảo hoạt động ổn định cho mạng.

Lập biểu nhanh cung cấp một chiến lượ c cho phép kết nối mềm dẻo hơn. Vì

cơ chế lập biểu cho phép xử lý tình trạng trong đó nhiều ngườ i sử dụng cần phát



116


đồng thờ i, nên số ngườ i sử dụng số liệu gói tốc độ cao mang tính cụm đượ c cho

phép lớn hơn. Nếu điều này gây ra mức nhiễu cao không thể chấp nhận đượ c trong

hệ thống, thì bộ lập biểu có thể phản ứng nhanh chóng để hạn chế các tốc độ số

liệu mà các UE có thể sử dụng. Không có lập biểu nhanh, điều khiển cho phép có

thể chậm trễ hơn và phải dành một dự trữ nhiễu trong hệ thống trong trườ ng hợ p

nhiều ngườ i sử dụng hoạt động đồng thờ i.

4.4.2 HARQ vớ i kết hợ p mềm

HARQ nhanh vớ i kết hợ p mềm đượ c HSUPA sử dụng vớ i mục đích cơ bản

giống như HSDPA: để đảm bảo tính bền vững chống lại các sai lỗi truyền dẫnngẫu nhiên. Sơ đồ đượ c sử dụng giống như đối với HSDPA. Đối vớ i từng khối

truyền tải được phát trên đườ ng lên, một bit đượ c phát từ nút B đến UE để thông

báo giải mã thành công (ACK) hay yêu cầu phát lại khối truyền tải thu bị mắc lỗi

(NAK).

Điểm khác biệt chính so vớ i HSDPA bắt nguồn từ việc sử dụng chuyển

giao mềm trên đườ ng lên. Khi UE nằm trong chuyển giao mềm, nghĩa là giao thức

HARQ kết cuối tại nhiều ô. Vì thế trong nhiều trườ ng hợ p số liệu truyền dẫn có

thể đượ c thu thành công tại một số node B nhưng lại thất bại tại các node B khác.

Nhìn từ phía UE, điều này là đủ, vì ít nhất một node B thu thành công số liệu. Vì

thế trong chuyển giao mềm tất cả các nút B liên quan đều giải mã số liệu và phát

ACK hoặc NAK. Nếu UE nhận đượ c ACK ít nhất từ một node B, UE coi rằng số

liệu đã đượ c thu thành công.

HARQ vớ i kết hợ p mềm có thể đượ c khai thác không chỉ để đàm bảo tínhbền vững chống lại nhiễu không dự báo đượ c mà còn cải thiện hiệu suất đườ ng

truyền để tăng dung lượ ng và (hoặc) vùng phủ. Các bit đượ c mã hóa bổ sung chỉ

đượ c phát khi cần thiết. Vì thế tỷ lệ mã sau các lần phát lại được xác định theo tỷ

lệ mã cần thiết cho điều kiện kênh tức thời. Đây cũng chính là mục tiêu mà thích

ứng tốc độ cố gắng đạt được, điểm khác chính là thích ứng tốc độ cố gắng tìm ra tỷ

lệ mã phù hợ p trứơc khi phát.



117


4.4.3. Kiến trúc

Để hoạt động hiệu quả, bộ lập biểu phải có khả năng khai thác các thay đổi

nhanh theo mức nhiễu và các điều kiện đườ ng truyền. HARQ vớ i kết hợ p mềm

cũng cho lợ i từ các phát lại nhanh và điều này giảm chi phí cho các phát lại. Vì thế

hai chức năng này phải được đặt gần giao diện vô tuyến. Vì thế cũng giống như

HSDPA, các chức năng lập biểu và HARQ của HSUPA được đặt tại node B.

Ngoài ra cũng giống như đối với HSDPA, cũng cần đảm bảo giữ nguyên các lớ p

cao hơn lớ p MAC. Vì thế mật mã, điều khiển cho phép...vẫn đặt dướ i quyền điều

khiển của RNC. Điều này cho phép đưa HSUPA êm ả vào các vùng đượ c chọn

lựa; trong các ô không hỗ trợ truyền dẫn E-DCH, có thể sử dụng chuyển mạch

kênh để sắp xếp luồng số của ngườ i sử dụng lên DCH.

Giống như triết lý thiết kế HSDPA, một thực thể MAC mớ i (MAC-e) đượ c

đưa vào UE và node B. Trong node B, MAC-e chịu trách nhiệm truyền tải các phát

lại HARQ và lập biểu, còn trong UE, chịu trách nhiệm chọn lựa tốc độ số liệu

trong các giớ i hạn do bộ lập biểu trong MAC-e của node B đặt ra.

Ô phục vụ Ô không phục vụ

Chức năng MAC-e

- Lập biểu- HARQ

TENode B

Chức năng MAC-es

- Sắp đặt lại thứ tự

Mạng lõi

RNC RNC



E-DCHE-DCH

HS-DSCH



118


Hình 4.12. Kiế n trúc mạng đƣợ c lậ p cấ u hình E-DCH (và HS-DSCH)

Khi UE nằm trong chuyển giao mềm vớ i nhiều node B, các khối truyền tải

khác nhau có thể đượ c giải mã đúng tại các node B khác nhau. Kết quả là một khối

truyền tải có thể được thu đúng tại một node B, trong khi đó một node B khác vẫn

tham gia và các phát lại của một khối truyền tải đượ c phát sớm hơn. Vì thế để đảm

bảo chuyển các khối truyền tải đúng trình tự đến giao thức RLC, cần có chức năng

sắp xếp lại thứ tự trong RNC ở dạng một thực thể mớ i: MAC-es. Trong chuyển

giao mềm, nhiều thực thể MAC-e đượ c sử dụng cho một UE vì số liệu đượ c thu từ

nhiều ô. Tuy nhiên MAC-e trong ô phục vụ chịu trách nhiệm chính cho lập biểu;

MAC-e trong ô không phục vụ chủ yếu xử lý giao thức HARQ (hình 4.12).

Trong các kênh cần thiết cho HSUPA. E-DCH đượ c sắp xếp lên một tập

các mã định kênh đường lên đượ c gọi là các kênh số liệu vật lý riêng của E-DCH

(E-DPDCH). Phụ thuộc vào tốc độ số liệu tức thờ i, số các E-DPDCH và các hệ số

trải phổ có thể thay đổi. Ngoài kênh số liệu E-DCH còn có các kênh báo hiệu cho

nó như sau. Các kênh E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: Kênh cho phép

tuyệt đối của E-DCH) và E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: Kênh cho

phép tương đối của E-DCH) là các kênh hỗ trợ cho điều khiển lập biểu. Kênh E-

HICH (E-DCH HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ của E-DCH) là

kênh hỗ trợ cho phát lại sử dụng cơ chế HARQ.

Không như HSDPA, HSUPA không hỗ trợ điều chế thích ứng vì nó khônghỗ trợ các sơ đồ điều chế bậc cao. Lý do là các sơ đồ điều chế bậc cao phức tạp

hơn và đòi hỏi phát nhiều năng lượ ng trên một bit hơn, vì thể để đơn giản đườ ng

lên sử dụng sơ đồ điều chế BPSK kết hợ p vớ i truyền dẫn nhiều mã định kênh song

song.

Tổng kết các kênh đườ ng lên cần thiết cho hoạt động của E-DCH đượ c minh

họa trên hình 4.18 cùng vớ i các kênh sử dụng cho HSDPA.



119


Vì đườ ng lên không trực giao theo thiết kế, nên cần thiết điều khiển công suất

nhanh để xử lý vấn đề gần xa. E-DCH không khác vớ i mọi kênh đườ ng lên khác

và vì thế công suất được điều khiển theo cách giống như các kênh đườ ng lên khác.

Node B đo tỷ số tín hiệu trên nhiễu và phát đi các lệnh điều khiển công suất trên

đườ ng xuống đến UE để điều chỉnh công suất phát của UE. Các lệnh điều khiển

công suất có thể đượ c phát bằng cách sử dụng DPCH hay để tiết kiệm các mã định

kênh bằng F-DPCH.

(Các kênh mới đƣợc đƣa vào cho HSUPA đƣợ c thể hiện bằng các đƣờng đứ t nét)

Hình 4.13. C ấ u trúc kênh t ổ ng thể vớ i HSDPA và HSUPA

a. E-DPCH

EDPDCH (bao gồm hai kênh truyền đồng thờ i: E-DPDCH và DPCCH) cóhệ số trải phổ khả biến từ 2 đến 256 vớ i cấu hình cực đại 2xSF2+2SF4 (tốc độ số

liệu đỉnh bằng 5,76 Mbps vớ i tỷ lệ mã hóa 1/1). Khoảng thờ i gian truyền dẫn (TTI)

của E-DPDCH có thể là 2ms (tốc độ số liệu lớn hơn 2Mbps) hoặc 10ms (tốc độ số

liệu bằng hoặc dướ i 2Mbps). DPCCH truyền đồng thờ i vớ i E-DPDCH chứa các

thông tin hoa tiêu và điều khiển công suất (TPC).

b. E-DPCCH

Chia sẻ, cho ô phục vụ

NodeB

UE

HS-DSCH

Số liệungườ i

sử dụng đườ ngxuống

HS-SCCH

Báo hiệuđiều khiểncho HS-DSCH

DPCCH

Báohiệuđiều

khiển

Riêng, cho một UE

E-AGCH

Chophéptuyệtđối

E-DPCCH

Báo hiệuđiềukhiểncho

DPDCH

Các lệnhđiềukhiển

công suất

(F-)DPCH

E-HICH

HARQ

ACK/ NAK

E-RGCH

Chophéptương

đối

E-DPDCH

Số liệungườ i

sử dụng đườ ng

lên



120


Là kênh vật lý mới đườ ng lên tồn tại song song vớ i E-DPDCH để truyền

thông tin ngoài băng liên quan đến truyền dẫn E-DPDCH. E-DPCCH có hệ số trải

phổ 256 chứa các thông tin sau:

- E-TFCI (Enhanced-Transport Format Combination Indicator: chỉ thị kết

hợ p khuôn dạng truyền tải) để thông báo cho máy thu node B về kích

thướ c khối truyền tải đượ c mang trên các E-DPDCH. Từ thông tin này

máy thu rút ra số kênh E-DPDCH và hệ số trải phổ đượ c sử dụng.

- Số thứ tự phát lại (RSN: Retransmission Sequence Number) để thông

báo về số thứ tự của khối truyền tải hiện thời đượ c phát trong chuỗiHARQ.

- Bit hạnh phúc để thông báo rằng UE có hài lòng vớ i tốc độ hiện thờ i

(công suất tương đối ấn định cho nó) hay không và nó có thể sử dụng

đượ c ấn định công suất cao hơn hay không.

c. HICH

HICH (HARQ Indicator Channel: kênh chỉ thị HARQ). Là kênh vật lýđườ ng xuống để truyền ACK hoặc NAK cho HARQ.

d. E-RGCH

E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-

DCH). Là kênh vật lý đườ ng xuống mới để phát lệnh tăng/giảm một nấc công suất

của lập biểu (thườ ng chỉ 1dB) so vớ i giá trị tuyệt đối đượ c ấn định bở i kênh E-

AGCH. E-RGCH đượ c sử dụng cho các điều chỉnh nhỏ trong khi đang xẩy ratruyền số liệu. 20E-RGCH đượ c ghép chung với 20HICH trên cơ sở 40 chữ ký vào

một DPDCH có mã định kênh vớ i hệ số trải phổ 128.

e. E-AGCH

E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối). Là

kênh vật lý đườ ng xuống mớ i có mã định kênh vớ i hệ số trải phổ 128 để chỉ thị

mức công suất chính xác của E-DPDCH so vớ i DPCCH.



121


KẾT LUẬN

Việc triển khai rộng rãi các hệ thống 3G nói chung và hệ thống 3G

WCDMA nói riêng đã đáp ứng phần nào sự bùng nổ về nhu cầu truyền thông

không dây cả về số lượ ng, chất lượ ng và các loại hình dịch vụ. Các hệ thống 3G

WCDMA vớ i những ưu điểm nổi bật về cung cấp các dịch vụ băng rộng, dịch vụ

truyền dữ liệu tốc độ cao đã và đang đượ c sử dụng rất hiệu quả, đem lại những tiện

ích to lớn cho con ngườ i.

Truy nhập gói tốc độ cao đườ ng xuống (HSDPA) đượ c 3GPP chuẩn hóa ra

trong R5 vớ i phiên bản tiêu chuẩn đầu tiên vào năm 2002. Truy nhập gói đườ ng

lên tốc độ cao (HSUPA) đượ c 3GPP chuẩn hóa trong R6 và tháng 12 năm 2004.

Cả hai HSDPA và HSUPA đượ c gọi chung là HSPA. Các mạng HSDPA và

HSUPA đầu tiên được đưa vào thương mại lần lượ t vào các năm 2005 và 2007.

Tốc độ số liệu đỉnh của HSDPA lúc đầu là 1,8 Mbps và tăng đến 3,6 Mbps và 7,2

Mbps vào năm 2006 và 2007, tiềm năng có thể đạt đến trên 14,4 Mbps năm 2008.

Trong giai đoạn đầu tốc độ đỉnh HSUPA là 1-2 Mbps trong giai đoạn hai tốc độ

này có thể đạt đến 4-5,7 Mbps vào năm 2008.

Trong khuôn khổ của đề tài em đã trình bày tổng quát công nghệ 3G

WCDMA và công nghệ 3,5G HSPA. Do các nội dung của hai công nghệ này rất

sâu và rộng, trong khi thời gian hoàn thành đồ án và khả năng nghiên cứu hạn chế

nên đồ án chỉ giới thiệu những vấn đề chung nhất của hai công nghệ trên. Hướng

phát triển của đồ án sẽ là nghiên cứu quá trình triển khai công nghệ WCDMA và

HSPA tại Việt Nam.



122


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

..................................

Ngày tháng 5 năm 2010

ThS. ĐÀM MỸ HẠNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................

..................................

Ngày tháng 5 năm 2010



123


………………………….

LỜI CẢM ƠN

V ớ i nhữ ng tình cảm chân thành, em xin bày t ỏ lòng cảm ơn sâu sắ c

nhấ t đế n cô giáo, Th.s Đàm Mỹ H ạnh, n gƣời đã tận tình hƣớ ng d ẫ n, giúp

đỡ em hoàn thành đồ án này.

Em cũng gử i lờ i cảm ơn đế n các thầ y, cô giáo trong bộ môn K ỹ thuật

Viễ n thông, khoa Điện - Điện t ử, Trƣờng Đại học Giao thông vận t ải đã giúp

đỡ em trong suố t thờ i gian học t ậ p.

Xin cảm ơn gia đình , ngƣờ i thân và bạn bè đã luôn quan tâm, ủng hộ

em trong quá trình học t ậ p và làm đồ án vừ a qua.

Em xin chân thành cảm ơn!



124


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, sách “Thông tin di động thế hệ ba”, Họcviện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, nhà xuất bản Bưu Điện, 2004.

2. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di động”, Học

viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông 2007.

3. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin

di động 3G lên 4G”, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông,

12/20084. Thông tin di động thế hệ 3, Nhà xuất bản Bưu điện, 2001.

5. W-CDMA Mobile Communications System, John Wiley & Sons LTD,

2002.

6. WCDMA for UMTS – Radio Access for Third Generation Mobile

Communications – Harri Holma and Antti Toskala.

7. WCDMA for UMTS lectures – Nokia Research Centre, Finland.

8. GSM, cdmaOne and 3G Systems - Raymond Steele, Chin-Chun Lee and

Peter Gould - Copyright © 2001 John Wiley & Sons Ltd.

9. M.R.Karim and M.Sarrap, “W-CDMA and CDMA 2000 for 3G Mobile

Networks,” McGraw-Hill Telecom professional, 2002.

Đồ án VIET

Documents

Transcript of Đồ án VIET