Đồ án tốt nghiệp ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G - UMTS VÀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực tập Mã số sinh viên Khoa Khóa : TS ĐỖ TRỌNG TUẤN : ĐỖ MINH NAM : TC10-6060 : Điện tử viễn thông : K50 Hà Nội 2015 GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 TỪ NGỮ VIẾT TẮT .5 LỜI NÓI ĐẦU .1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G .2 Giới thiệu chương .2 Hệ thống thông tin di động hệ IMT-2000 Công nghệ WCDMA CHƯƠNG II KIẾN TRÚC MẠNG UTMS 2.1 Hệ thống UMTS .5 2.1.1 Tổng quan .5 2.1.2 Dịch vụ hệ thống UMTS 2.1.3 Cấu trúc hệ thống UMTS 2.1.4 Mạng lõi CN (Core Network) 10 2.1.5 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) 11 2.1.6 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment) .13 2.2 Chuyển giao 13 2.2.1 Tổng quan chuyển giao mạng di động 13 2.2.2 Các loại chuyển giao hệ thống 3G WCDMA 14 2.3 Các loại thiết bị đầu cuối cho 3G: .16 2.4 Công nghệ 3G cho Việt Nam .18 CHƯƠNG III .20 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA 20 3.1 KIẾN TRÚC NGĂ XẾ GIAO THỨ CỦ GIAO DIỆ VÔ TUYẾ N P C A N N WCDMA/FDD 21 3.2 CÁC THÔNG SỐ LỚ VẬ LÝ VÀ QUY HOẠ P T CH TẦ SỐ N .23 3.2.1 Các thông số lớp vật lý 23 3.2.2 Quy hoạch tần số 23 3.3 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 27 3.3.1 Các kênh logic, LoCH 27 3.3.2 Các kênh truyền tải, TrCH 28 3.3.3 Các kênh vật lý 30 3.5.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH 35 3.5.5 Thí dụ báo hiệu thiết lập gọi sử dụng kênh logic truyền tải 36 3.6 CẤ TRÚC KÊNH VẬ LÝ RIÊNG .37 U T 3.7 SƠĐ TỔ Ồ NG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA .39 3.8 ĐỀ KHIỂ CÔNG SUẤ TRONG WCDMA .40 I U N T 3.8.1 Thí dụ điều khiển công suất vòng hở cho PRACH 41 3.8.2 Đều khiển công suất vòng kín đường lên 41 i 3.8.2.1 Đều khiển công suất vòng đường lên 42 i 3.8.2.2 Đều khiển công suất vòng đường lên 42 i 3.8.3 Đều khiển công suất vòng kín đường xuống .42 i 3.9 CÁC KIỂ CHUYỂ GIAO VÀ CÁC SỰKIỆ BÁO CÁO TRONG U N N WCDMA .43 3.9.1 Chuyển giao cứng 43 3.9.2 Chuyển giao mềm/ mềm .44 3.10 CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUYẾ CỦ UE 45 N A GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp 3.11 KẾT LUẬ 46 N DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các loại Q0S hệ thống UMTS Bảng 3.1 Các thông số lớp vật lý W-CDMA .23 Bảng 3.2 Cấp phát tần số 3G Việt Nam .27 Bảng 3.3 Danh sách kênh logic 28 Bảng 3.4 Danh sách kênh vật lý 31 Bảng 3.2 Các thông số máy thu máy phát vô tuyến quan trọng cho phần vô tuyến UE 45 GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các phổ tần dùng cho hệ thống UMTS .6 Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống UMTS .9 Hình 1.3 Cấu trúc UTRAN 12 Hình 1.4: loại chuyển giao hệ thống 3G .14 Hình 1.4 Chuyển giao mềm mềm 16 Hình 3.1 Kiến trúc giao diện vô tuyến WCDMA 21 Hình 3.2 Phân bố tần số cho WCDMA/FDD a) Các băng dùng cho WCDMA FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000 24 Hình 3.3 Cấp phát băng tần WCDMA/FDD .25 Hình 3.4 Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác Vương Quốc Anh 26 Hình 3.5 Cấp phát tần số cho sáu nhà khai thác Đức 26 Hình 3.6 Chuyển đổi LoCH TrCH đường lên đường xuống 30 Hình 3.7 Tổng kết kiểu kênh vật lý .31 Hình 3.8 Chuyển đổi kênh truyền tải kênh vật lý 34 34 Hình 3.9 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên kênh vật lý cung cấp thị lỗi cho khối truyền tải phía thu 34 Hình 3.10 Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói 35 Hình 3.11 Báo hiệu thiết lập gọi 37 Hình 3.12 Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên đường xuống 38 Hình 3.13 Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) máy thu vô tuyến (b) 40 Hình 3.17 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường lên 41 Hình 3.18 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường xuống 43 Hình 3.19 Thí dụ giải thuật SHO 44 TỪ NGỮ VIẾT TẮT GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Ký hiệu Tiếng Anh 1G First Generation 2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP A APICH ATM AuC B BCCH BCH BMC BS BSS BTS C CLPC CM CN COMC CPCH CPICH CRNC D DPDCH DRNC DTCH E EACH EDGE EGPRS Giải thích Hệ thống thông tin di động hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ thứ Hệ thống thông tin di động hệ Third Generation thứ Dự án hợp tác thông tin di động Partnership Project hệ thứ Auxilialy Pilot Channel Asynchronous Transfer Kênh điều khiển quảng bá Mode Authentication Centre Broadcast Control Channel Broadcast Channel Broadcast/Multicast Control Base Station Base Station System Base Transceiver Station Kiểu truyền dẫn bất đồng Trung tâm nhập thực Kênh điều khiển quảng bá Kênh hoa tiêu phụ Điều khiển hoa tiêu Trạm sở Hệ thống trạm sở Trạm phát sở Closed Loop Power Control Điều khiển công suất vòng kín Communication Quản lý thông tin Management Core Network Mạng lõi Communication Control Điều khiển thông tin Common Packet Channel Kênh gói chung Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung Bộ điều khiển mạng truy nhập vô Controlling Radio Network tuyến Delicated Phy Data Channel Kênh vật lý liệu dành riêng Drift Radio Network Bộ điều khiển mạng vô tuyến Controller Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng Enhanced Acces Channel Enhanced Data Rate For Kênh truy cập tăng cường Tốc độ Bit tăng cường cho hệ thống GSM Evolution Enhanced GPRS GSM GPRS mở rộng GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp EIR F FACH FBI FCCH FCH FDD FER G GGSN GMSC GPRS GPS GSM Equipment Identity Centre Trung tâm nhận thực thiết bị Forward Access Channel Feedback information Frequency Correction Kênh truy nhập đường xuống Thông tin phản hồi Channel Fundamental Channel Frequency Division Duplex Frame Error Rate Gateway GPRS Support Mode Gateway MSC General Racket Radio Service Global Positioning System Global System for Mobile Communications H HLR Home Location Register HSCSD Hight speed circuit Switch I ID IETF IMT-2000 ITU ISDN L L1 L2 L3 M MAC MAP ME MEHO Identifier Internet Enginer Task Group International Mobile Communication 2000 International Telecommunication Union Intergated Services Digital NE Kênh hiệu chỉnh tần số Kênh sở Đa truy nhập phân chia theo tần số Tỷ lệ lỗi khung Nút hỗ trợ cổng GPRS MSC cổng Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống đinh vị toàn cầu Hệ thống thông tin di động toàn cầu Thanh định vị thường trú Chuyển mạch kênh liệu tốc độ cao Nhận dạng Nhóm kỹ sư đặc trách Internet Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế 2000 Hiệp hội viễn thông quốc tế Mạng số liệu đa dịch vụ Radio Physical Layer Radio Data Link Layer Radio Network Layer Lớp vật lý Lớp liên kết liệu Lớp mạng Medium Access Control Mobile Application Part Mobile Equipment Mobile Evaluated Handover Truy nhập môi trường vật lý Phần ứng dụng di động Thiết bị di động Chuyển giao định máy GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp MGW MS MSC MTP MTP3 MUD N NBAP NEHO NMS O O&M OCCCH ODCCH ODMA ODTCH OLPC P PC PCCH PCH PCPCH PDCP PDSCH PDU PICH PLMN Media Gateway Cổng phuơng tiện MM Mobility Management Mobile Station Mobile Switching Center Massage Transfer Part Massage Transfer Part Quản lý di động Trạm di động Trung tâm chuyển mạch di động Phần chuyển giao tin Level Multi-User Detection Node B Application Part Network Evaluated Handover Network Management System Operation and Management ODMA Common Control Channel ODMA Dedicated Control Channel Opportunity Driven Multiple Access ODMA Dedicated Traffic Lớp Phần chuyển giao tin Phát nhiều người sử dụng Phần ứng dụng nút B Chuyển giao định mạng Phân hệ quản lý mạng Khai thác bảo dưỡng Kênh điều khiển chung choODMA Kênh điêu khiển riêng cho Đa truy nhập theo hội Kênh lưu lượng dành riêng cho Channel Open Loop Power Control ODMA Điều khiển công suất vòng hở Power Control Paging Control Channel Paging Channel Physical Common Packet Packet Data Covergence Điều khiển công suất Kênh điều khiển tìm gọi Kênh tìm gọi Kênh gói chung vật lý Pro Physical Downlink Shared Channel Packet Data Unit Page Indicator Channel Public Land Mobile GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Giao thức hội tụ gói số liệu Kênh chia sẻ đường xuống vật lý Đơn vị số liệu gói Kênh thị tìm gọi Mạng di động mặt đất công cộng Đồ án tốt nghiệp PPP PRACH PS PSTN Network Point to point Protocal Physical Random Access Channel Packet Switched Public Switched Telephone Network Q QoS R RAB RNC NS Radio Access Bearer Radio Network Controller Radio Network Sybsystem RNSA Ra.Net.Sub.App.Pat PRRC Radiao Resource Control Radio Resource RRM Quality of Service management Thủ tục điểm – điểm Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý Chuyển mạch gói Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Chất lượng dịch vụ Kênh mạng truy nhập vô tuyến Bộ điều khiển mạng vô tuyến Phân hệ mạng vô tuyến Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến Điều khiển tài nguyên vô tuyến Quản lý tài nguyên vô tuyến S SCCH SCH SDU SGSN SHCC HSIR SM SRN C SSCF T TD Synchronous Control Channel Synchronous Channel Service Data Unit Service GPRS Support Mode Shared Channel Control Signal to Interference Ratio Short Message Serving RNC RNC Service Specific Co-ordination Function Time Division Duplex Kênh đồng Kênh bổ xung Đơn vị số liệu dịch vụ Nút phục vụ GPRS Kênh điều khiển phân chia Tỷ số tín hiệu nhiễu Bản tin ngắn Phục vụ Chức phối hợp dịch vụ đặc thù Đa truy nhập phân chia theo thời Transport Format gian Bộ thị kết hợp khuôn dạng Combination Indicator truyền dẫn Transmit Power Lệnh điều khiển công suất Command User Thiết bị người dùng GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Equipment Uplink Universal Mobile Telecommu nication System Đường lên Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Terrestrial Radio Access Network Universal Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Indicator Channel: Kênh phát thông tin trạng thái kết nối PCPCH thị trạng thái CPCH) Các kênh truyền tải chuyển thành kênh vật lý hình 3.8 Hình 3.8 Chuyển đổi kênh truyền tải kênh vật lý Hình 3.9 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên kênh vật lý cung cấp thị lỗi cho khối truyền tải phía thu GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải 3.5.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói CPCH cho hình 3.10a 3.10b Hình 3.10 Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH truy nhập gói Các trủ tục truy nhập ngẫu nhiên hình 3.10a sau UE khởi xướng thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH cách phát AP (tiền tố truy nhập) Nếu chấp nhận (OK), nút B phát AICH (chỉ thị phát bắt) đến UE Sau UE phát tin kênh RACH (kênh truy nhập ngẫu nhiên) Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên CPCH sau Dựa thông tin khả dụng kênh PCPCH CSICH thông báo, UE khởi xướng thủ tục truy nhập CPCH kênh chưa sử dụng cách phát AP (tiền tố truy nhập) Nếu nút B chấp nhận (OK) UE phát CP (tiền tố phát va chạm) để thông GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp báo chiếm kênh Cuối nút B phát CD/CA-ICH (chỉ thị phát va chạm ấn định kênh) đến UE Sau UE phát gói kênh CPCH (kênh gói chung) 3.5.5 Thí dụ báo hiệu thiết lập gọi sử dụng kênh logic truyền tải Hình 3.11 cho thấy báo hiệu thiết lập lập gọi sử dụng kênh logic kênh truyền tải Đầu tiên UE sử dụng kênh logic CCCH truyền kênh truyền tải RACH để yêu cầu đường truyền báo hiệu (RRC) RNC trả lời kênh logic CCCH kênh truyền tải FACH Sau có kết nối RRC, UE trao đổi báo hiệu với RNC qua kênh logic DCCH kênh truyền tải DCH Sau nhận lệnh "truyền trực tiếp" từ UE, RNC phát lệnh yêu cầu dịch vụ CM (Connection Management: quản lý kết nối) giao thức RANAP (Radio Access Application Part: phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến) để khởi đầu báo hiệu thiết lập kênh mang lưu lượng Tùy thuộc vào yêu cầu UE lệnh báo hiệu chuyển đến MSC SGSN (trong trường hợp xét MSC) Sau thực thủ tục an ninh, thủ tục thiết lập kênh mang thực GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Hình 3.11 Báo hiệu thiết lập gọi 3.6 CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG Cấu trúc kênh vật lý riêng trình bày hình 3.12 Trong mô hình cặp hai bit thể cặp I/Q (một ký hiệu) điều chế QPSK Từ hình vẽ ta thấy, cấu trúc khung bao gồm chuỗi khung vô tuyến, khung bao gồm 15 khe (dài 10 ms, chứa 38400 chip) khe chứa 2560 chip (dài 0,667 ms) GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp chu kỳ điều khiển công suất (tần số điều khiển công suất 1500 lần giây) Hình 3.12 Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên đường xuống Cấu trúc kênh vật lý riêng đường lên cho khe (một chu kỳ điều khiển công suất) cho hình 3.12 Thông tin riêng lớp cao bao gồm số liệu người sử dụng báo hiệu mang DPDCH đường lên thông tin điều khiển tạo lớp mang DPCCH DPCCH bao gồm ký hiệu hoa tiêu quy định trước (được sử dụng để ước tính kênh tách sóng quán), lệnh điều khiển công suất (TPC: Transmit Power Control), thông tin phản hồi (FBI: Feedback Information) cho phân tập phát vòng kín kỹ thuật phân tập chọn trạm (SSDT: Site Selection Diversity Technique), TFCI (tùy chọn) Có thể không có, hay số (nhiều 6) kênh DPDCH liên kết vô tuyến, có DPCCH cho liên kết DPDCH (hoặc DPDCH) DPCCH ghép chung theo mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức Cấu trúc kênh vật lý riêng đường xuống mô tả hình 3.12.Trên đường xuống kênh riêng (DPCH) đường xuống bao gồm DPDCH đường xuống DPCCH đường xuống ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức Số liệu riêng tạo mức cao DPDCH ghép theo thời gian với bit hoa tiêu, lệnh TPC bit TFCI (tùy chọn) tạo lớp vật lý GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp TFCI có không có, bit TFCI, DTX (phát không liên tục) sử dụng trường tương ứng 3.7 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA Hình 3.13 cho thấy sơ đồ khối máy phát vô tuyến (hình 3.13a) máy thu vô tuyến 3.13b) W-CDMA Lớp (lớp vật lý) bổ sung CRC cho khối truyền tải (TB: Transport Block) đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận từ lớp MAC để phát lỗi phía thu Sau số liệu mã hoá kênh đan xen Số liệu sau đan xen bổ sung thêm bit hoa tiêu bit điều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control)), xếp lên nhánh I Q QPSK trải phổ hai lớp (trải phổ ngẫu nhiên hoá) Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá giới hạn băng tần MHz lọc Niquist cosin tăng hai (hệ số dốc 0,22) biến đổi vào tương tự biến đổi số vào tương tự (D/A) để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang Tín hiệu trung tần (IF) sau điều chế biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) băng tần GHz, sau đưa lên khuyếch đại trước chuyển đến anten để phát vào không gian Tại phía thu, tín hiệu thu khuyếch đại đại tạp âm thấp (LNA) khuyếch đại, biến đổi vào trung tần (IF) thu khuyếch đại tuyến tính khuyếch đại AGC (tự điều khuyếch) Sau khuyếch dại AGC tín hiệu giải điều chế để thành phần I Q Các tín hiệu tương tự thành phần biến đổi vào số biến đổi A/D, lọc lọc Nyquist cosine tăng hai phân chia theo thời gian vào số thành phần đường truyền có thời gian trễ truyền sóng khác Máy thu RAKE chọn thành phần lớn ngưỡng cho trước) Sau giải trải phổ cho thành phần này, chúng kết hợp kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng giải đan xen, giải mã kênh (giải mã sửa lỗi), phân kênh thành khối truyền tải TB phát lỗi Cuối chúng đưa đến lớp cao GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Hình 3.13 Sơ đồ khối máy phát tuyến (a) máy thu vô tuyến (b) 3.8 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA CDMA nhạy cảm với điều khiển công suất: để hệ thống WCDMA hoạt động bình thường, cần có chế điều khiển công suất tốt để trì tỉ số tín hiệu nhiễu (SIR) mức cho phép Vì nhiều người sử dụng truyền đồng thời tần số, nên mức nhiễu phụ thuộc vào số lượng người sử dụng Tồn hai kiểu điều khiển công suất: Điều khiển công suất vòng hở: cho kênh chung Điều khiển công suất vòng kín: cho kênh riêng DPDCH/DPCCH chia sẻ DSCH Điều khiển công suất vòng hở thường UE trước truy nhập mạng nút B trình thiết lập đường truyền vô tuyến sử dụng để ước lượng công suất cần phát đường lên dựa tính toán tổn hao đường truyền đường xuống tỷ số tín hiệu nhiễu yêu cầu GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Điều khiển công suất vòng kín có nhiêm vụ giảm nhiễu hệ thống cách trì chất lượng thông tin UE UTRAN (đường truyền vô tuyến) gần với mức chất lượng tối thiểu yêu cầu đối kiểu dịch vụ mà người sử dụng đòi hỏi Điều khiển công suất vòng kín bao gồm hai phần: điều khiển công suất nhanh vòng tốc độ 1500 Hz điều khiển công suất chậm vòng tốc độ 10-100Hz 3.8.1 Thí dụ điều khiển công suất vòng hở cho PRACH Dựa tính toán PC vòng hở, UE thiết lập công suất ban đầu cho tiền tố kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) Trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên (xem phần 3.5.4), UE thiết lập công suất phát tiền tố sau: Preamble_Initial_power = CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP + UL_interference + UL_required_CI (3.2) CPICH_Tx-power công suất phát P-CPICH, CPICH _RSCP công suất P-CPICH thu UE, CPICH_Tx_power – CPICH _RSCP ước tính suy hao đường truyền từ nút B đến UE UL_interferrence (được gọi ‘tổng công suất thu băng rộng’) đo nút B phát quảng bá BCH, UL_required_CI số tương ứng với tỷ số tín hiệu nhiễu thiết lập trình quy hoạch mạng vô tuyến 3.8.2 Điều khiển công suất vòng kín đường lên Sơ đồ điều khiển công suất vòng kín đường lên đựcc cho hình 3.17 Hình 3.17 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường lên GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp 3.8.2.1 Điều khiển công suất vòng đường lên Phương pháp điều khiển công suất nhanh vòng kín lên sau (xem hình 3.17) Nút B thường xuyên ước tính tỷ số tín hiệu nhiễu thu (SIR= Signal to Interference Ratio) hoa tiêu đường lên UL DPCCH so sánh với tỷ số SIR đích (SIRđích) Nếu SIRướctính cao SIRđích nút B thiết lập bit điều khiển công suất DPCCH TPC=0 để lệnh UE hạ thấp công suất (Tùy vào thiết lập cấu hình: 1dB chẳng hạn) , trái lại thiết lập bit điều khiển công suất DPCCH TPC=1 để lệnh UE tăng công suất (1dB chẳng hạn) Chu kỳ đo-lệnhphản ứng thực 1500 lần giây (1,5 KHz) W-CDMA Tốc độ cao thay đổi tổn hao đường truyền chí nhanh phađinh nhanh MS chuyển động tốc độ thấp 3.8.2.2 Điều khiển công suất vòng đường lên Điều khiển công suất vòng thực điều chỉnh giá trị SIR đích nút B cho phù hợp với yêu cầu đường truyền vô tuyến để đạt chất lượng đường truyền vô tuyến Chất lượng đường truyền vô tuyến thường đánh giá tỷ số bit lỗi (BER: Bit Error Rate) hay tỷ số khung lỗi (FER= Frame Error Rate) Lý cần đặt lại SIR đích sau SIR yêu cầu (tỷ lệ với Ec/N0) chẳng hạn FER=1% phụ thuộc vào tốc độ MS đặc điểm truyền nhiều đường Nếu ta đặt SIR đích đích cho trường hợp xấu (cho tốc cao độ nhất) lãng phí dung lượng cho kết nối tốc độ thấp Như tốt để SIRđích thả xung quanh giá trị tối thiểu đáp ứng yêu cầu chất lượng Để thực điều khiển công suất vòng ngoài, khung số liệu người sử dụng gắn thị chất lượng khung CRC Nếu kiểm tra CRC cho thấy BLER ướctính> BLERđích SIRđích bị giảm nấc ∆SIR, trái lại tăng lên nấc ∆SIR Lý đặt điều khiển vòng RNC chức thực sau thực kết hợp tín hiệu chuyển giao mềm 3.8.3 Điều khiển công suất vòng kín đường xuống Điều khiển công suất vòng kín minh họa hình 3.18 UE nhận BLER đích từ lớp cao RNC thiết lập với thông số điều khiển khác Dựa BLER đích nhận từ RNC, thực điều khiển công suất vòng cách tính toán SIR đích cho điều kiển công suất vòng kín nhanh đường GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp xuống UE ước tính SIR đường xuống từ ký hiệu hoa tiêu DL DPCCH Ước tính SIR so sánh với SIR đích Nếu ước tính lớn SIR đích, UE thiết lập TPC=0 UL DPCCH gửi đến nút B, trái lại thiết lập TPC=1 Tốc độ diều khiển công suất vòng 1500Hz Hình 3.18 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín đường xuống 3.9 CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA Chuyển giao trình thực UE có kết nối vô tuyến để trì chất lượng truyền dẫn Trong WCDMA có chuyển giao cừng chuyển giao mềm 3.9.1 Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng (HHO: Hard Handover) WCDMA giống GSM UE nối đén nút B Khi thực HO đến nút B khác, kết nối đến nút B cũ giải phóng Tất kết nối sử dụng kênh FACH (kênh không sử dụng điều khiển công suất dành cho gói ngắn) hay DSCH (kênh phù hợp cho dịch vụ chuyển mạch gói) sử dụng HHO Ngoài HHO sử dụng cho: √ HO hệ thống (giữa UTRAN GSM) √ HO tần số sóng mang khác UTRAN GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp 3.9.2 Chuyển giao mềm/ mềm Chuyển giao mềm (hoặc mềm hơn) sử dụng nhiều kết nối từ UE đến nhiều nút B Danh sách nút B tham gia vào kết nối với UE chuyển giao mềm/mềm gọi “tập tích cực” Có thể quy định kích thước cực đại tập tích cực Thực chất chuyển giao trình ô (đoạn ô) kết nạp vào tập tích cực bị loại khỏi tập tích cực Định kỳ kiện báo cáo (sự kiện 1A, 1B 1C chẳng hạn), SRNC nhận kết đo từ UE để đưa định chuyển giao Sau định chuyển giao, SRNC giửi tin lập lại cấu hình liên kết vô tuyến đồng đến nút B liên quan đồng thời gửi tin RRC lập lại cấu hình kênh vật lý đến UE để nút B UE thực chuyển giao Chuyển giao mềm cho phép tăng số đường truyền thu đường xuống đường lên nhờ tăng tỷ số tín hiệu nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio): Ec/I0 (Ec lượng chip I0 mật độ phổ công suất nhiễu) lượng tăng gọi độ lợi chuyển giao Sơ đồ tổng quát SHO cho hình 3.19 R1a, R1b dải báo cáo cho kiện 1a 1b thiết lập RNC; H 1a, H1b số trễ quy định cho kiện 1a 1b Hình 3.19 Thí dụ giải thuật SHO Trong thí dụ hình 3.19 ta sử dụng kiện báo cáo 1A, 1B 1C Từ hình 3.19 ta thấy: GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp √ Lúc đầu Chỉ có ô ô nằm tập tích cực √ Tại kiện A (Ec/I0)P-CPICH1 > (Ec/I0)P-CPICH3- (R1a-H1a/2) (Ec/I0)P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô mạnh nhất, (E c/I0)P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô nằm tập tích cực, R 1a số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H1a thông số trễ kiện (R1bH1a/2) 1à cửa sổ kết nạp cho kiện 1A Nếu bất đẳng thức tồn khoảng thời gian ∆T ô kết nạp vào tập tích cực √ Tại kiện C (Ec/I0)P-CPICH4 > (Ec/I0)P-CPICH2 +H1c, (Ec/I0)P-CPICH4 tỷ số tín hiệu nhiễu ô nằm tập tích cực (E c/I0)P-CPICH2 tỷ số tín hiệu nhiễu ô tồi tập tích cực, H 1c thông số trễ kiện 1C Nếu quan hệ tồn thời gian ∆T tập tích cực đầy ô bị loại khỏi tập tich cực ô chỗ tập tích cực √ Tại kiện B (Ec/I0)P-CPICH1 < (Ec/I0)P-CPICH3- (R1b+H1b) (Ec/I0)P-CPICH1 tỷ số tín hiệu nhiễu kênh hoa tiêu ô yếu tập tích cực, (Ec/I0)P-CPICH3 tỷ số tín hiệu nhiễu ô mạnh tập tích cực R1b số dải báo cáo (do RNC thiết lập), H 1b thông số số trễ (R1b+H1b) cửa sổ loại cho kiện 1C Nếu quan hệ tồn khoảng thời gian ∆T ô bị loại khỏi tập tích cực 3.10 CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE Các thông số máy thu máy phát quan trọng phần vô tuyến UE cho bảng bảng 3.2 Bảng 3.2 Các thông số máy thu máy phát vô tuyến quan trọng cho phần vô tuyến UE Các thông số chung Băng tần I: 2110-2170 MHz Tần số công tác Băng tần II: 1930-1990 MHz Băng tần III: 1805-1880 MHz Băng tần I: 190 MHz Phân cách song công chuẩn Băng tần II: 80 MHz Băng tần III: 95 MHz Các thông số máy thu Băng tần 1: -117dBm GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp Độ nhạy Băng tần II: -115dBm Băng tần III: - 114dBm Các thông số máy phát Loại 1: +33dBm +1/-3dB Loại 2: +27dBm +1/-3dB Công suất phát cực đai độ Loại 3: +24dBm +1/-3dB xác Loại 4: +21dBm ±2dB Điều khiển công suất phát Bình thường: ±9dB vòng hở 3.11 KẾT LUẬN Cực đai: ±12dB Hệ thống thông tin di động hệ gọi IMT- 2000 tổ chức quốc tế đưa tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm đáp ứng kịp thời cho việc triển khai hệ thống vào thực tế Trong UMTS hệ thống thông tin di động có nhiều ưu điểm trội hệ thống 2G Tuy nhiên phát triển dựa hệ trước Đề tài đưa nhìn tổng thể hệ thống thông tin di động thứ với biến đổi kỹ thuật sử lý giao diện vô tuyến Đây khía cạnh quan trọng thông tin vô tuyến tín hiệu chất lượng tín hiệu vấn đề định chất lượng dịch vụ tối ưu cho công tác quy hoạch Đồng thời đưa nhìn thực tế triển khai mạng 3G nhà khai thác dịch vụ di động Về phương diện người sử dụng dịch vụ di động, đề tài có ý nghĩa giới thiệu giải thích cách khái quát hệ thống phương thức hoạt động mạng dịch vụ mà mạng 3G cung cấp Tìm hiểu hệ thống hệ thống thông tin di động thứ hẳn nhiều vấn đề, có nghĩa không dừng lại nhìn tổng quan Đề tài tìm hiều cách tổng quan hệ thống thông tin di động thứ Nhưng sở cần thiết quan trọng tìm hiểu chuyên sâu hệ thống 3G Mà ứng dụng nghiên cứu kỹ truy nhập tốc độ cao HDPA kỹ thuật khác đế cải thiện chất lượng dịch vụ đồng thời tiền đề để tìm hiểu nghiên cứu hệ thống thông tin di động Trong đề tài trình bày ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến kênh logic, kênh truyền tải, kênh vật lý tạo nên giao diện Sau GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp chương trình bày thông số lớp vật lý quy hoạch tần số WCDMA Tại Việt- Nam băng I chia làm bốn khe phân cho nhà khai thác Ngăn xếp giao thức chia thành hai loại: mặt phẳng C-Plane để truyền báo hiệu mặt phẳng U-Plane để truyền lưu lượng Tiếp theo cấu trúc kênh trình bày cụ thể Các kênh chia thành hai loại: kênh điều khiển, báo hiệu kênh để truyền lưu lượng WCDMA giai đoạn phát triển đầu 3G WCDMA UMTS việc thiết kế kênh để truyền lưu lượng tập trung lên dịch vụ chuyển mạch kênh với kênh sử dụng cho dịch vụ DPCH Tuy nhiên kênh dung có chuyển mạch gói bắt đầu trọng DSCH (Kênh chia sẻ đường xuống), RACH, FACH CPCH sử dụng cho mục đích Các kênh RACH, FACH CPCH sử dụng để truyền nhanh gói nhỏ, kênh DSCH sử với kênh DPCH thời điểm gói lớn khả truyền kênh DPCH Đường xuống sử dụng sơ đồ điều chế QPSK kết hợp với mã hóa kênh kiểm soát lỗi Mã hóa kiểm soát lỗi thực hai lớp: (1) mã hóa phát lỗi CRC, (2) mã hóa sửa lỗi Các mã sửa lỗi mã xoắn mã turbo WCDMA sử dụng phương pháp trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip Rc=3,84Mcps Trải phổ thực hai thao tác với hai mã: mã định kênh mã nhận dạng nguồn phát Khác với GSM, 3G WCDMA sử dụng phân tập phát lẫn phân tập thu nút B Các sơ đồ nằm chế độ vòng hở vòng kín Để đảm bảo tỷ số tín hiệu nhiễu yêu cầu, hai sơ đồ điều khiển công suất sử dụng cho WCDMA: điều khiển công suất vòng hở vòng kín Điều khiển công suất vòng hở áp dụng khi UE bắt đầu truy nhập mạng Điều khiển vòng kín sử dụng UE kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng kín bao gồm điều khiển công suất vòng nhanh với tốc độ 1500 lần giây điều khiển công suất vòng chậm với tốc độ 10-100 lần giây WCDMA sử dụng chuyển giao cứng mềm Chuyển giao mềm thực tần số hệ thống Cuối chương số thông số thông tin quan trọng liên quan đến máy thu máy phát vô tuyến UE CODEC thoại cho WCDMA trình bày GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, sách “Thông tin di động hệ ba”, Nhà xuất Bưu điện, 2001 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thông tin di động hệ ba”, Học viện công nghệ Bưu viễn thông, Nhà xuất bưu điện, 2004 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G”, Học viện Công nghệ Bưu viễn thông, 12/2008 Vũ Đức Thọ, Sách “Thông tin di động số Cellular”, 1997 GVHD: TS Đỗ Trọng Tuấn SVTT: Đỗ Minh Nam