Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA chơng công nghệ w-cdma 5.1 Giới thiệu kỹ thuật đa truy nhập Thông tin di động đợc xây dựng từ năm 1980 thực phát triển mạnh mẽ từ đầu năm 1990 đến Các hệ thống thông tin di động thời đợc xây dựng dựa nhiều tiêu chuẩn khác nhau, nhng nói chung phân loại dựa phơng thức đa truy nhập mà tiêu chuẩn sử dụng 5.1.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Phổ tần số quy định cho liên lạc di động đợc chia làm 2N dảy tần kế tiếp, cách dải tần phòng vệ Mỗi dảy tần số đợc gán cho kênh liên lạc, N dảy tần dành cho liên lạc hớng lên, sau dảy tần phân cách N dảy tần dành cho liên lạc hớng xuống Đặc điểm: MS đợc cấp phát kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến Nhiễu giao thoa tần số kênh lân cận đánh kể BTS phải có thu phát riêng làm việc với MS ô Hệ thống FDMA điển hình AMPS (hệ thống điện thoại di động tiên tiến) 5.1.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Phổ tần số quy định cho liên lạc di động đợc chia thô thành dải tần liên lạc, dảy tần liên lạc, đợc dùng chung cho N kênh liên lạc, kênh liên lạc khe thời gian chu kỳ khung Tin tức đợc tổ chức dới dạng gói, gói có bít thị đầu gói, thị cuối gói, bít đồng bộ, bít bảo vệ bít liệu Đặc điểm: tín hiệu thuê bao đợc truyền dẫn số; liên lạc song công hớng thuộc dải tần liên lạc khác nhau; giảm nhiễu giao thoa; giảm số máy thu phát BTS Phading trễ truyền dẫn vấn đề kỹ thuật phức tạp: ISI Khoa ĐTVT Trang 46 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA (giao thoa ký hiệu), đồng Hệ thống TDMA điển hình GSM 5.1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Đây phơng pháp đa truy nhập MS đợc gán mã trải phổ (mã giả ngẫu nhiên) kỹ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho MS không gây nhiễu lẫn ®iỊu kiƯn cã thĨ mét lóc cïng dïng chung dảy tần Việc tách biệt thông tin thuê bao đợc thực nhờ tính trực giao mã trải phổ Việc giải mã tín hiệu đợc thực phía thu biết đợc mã trải phổ mà phía phát sử dụng để mã hoá tín hiệu Việc ứng dụng CDMA vào thông tin di động tạo u điểm bật mà hệ thống thông tin di động khác nh: khả chống nhiễu cố ý không cố ý, tính bảo mật, giảm độ phức tạp công tác quy hoạch tần số Hệ thống CDMA điển hình IS-95 Kỹ thuật CDMA đợc phát triển nhờ u điểm trội so với kỹ thuật đa truy nhập khác nh: Khai thác đợc đặc tính đàm thoại: thời gian mà kênh truyền dẫn thực tải tiếng nói thực chiếm 40% thời gian đàm thoại nghe ngời ta không nói tồn khoảng thời gian ngắt câu, từ Đối với hệ thống FDMA TDMA, đàm thoại đợc thiêt lập đàm thoại đợc dành riêng băng tần hay khe thời gian không phụ thuộc vào việc ngời đàm thoại có nói hay không Trong hệ thống CDMA, tất thuê bao sử dụng chung kênh vô tuyến, thuê bao ngừng nói tất thuê bao khác bị can nhiễu Nh vËy víi 40% thêi gian thùc sù dïng ®Ĩ trun tiếng nói, hệ số can nhiễu giảm 100/40 = 2,5 lần so với lý thuyết điều làm cho dung lợng hệ thống tăng 2,5 lần Khoa ĐTVT Trang 47 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Về ảnh hởng can nhiễu lên cđa dÉy tÝn hiƯu: §èi víi hƯ thèng FDMA TDMA can nhiễu loại vấn đề phức tạp thời gian trễ tín hiệu khác Để làm giảm can nhiễu này, hệ thống FDMA TDMA cần cân (equalizer) hệ thống CDMA cần tơng quan có cấu trúc yêu cầu đơn giản cân Thiết bị vô tuyến: hệ thống FDMA TDMA cần nhiều kênh vô tuyến cho cell hay sector hệ thống CDMA cần kênh vô tuyến Điều làm cho thiết bị vô tuyến nhỏ dễ lắp đặt  Chun tiÕp cell cđa thuª bao: Do sư dơng chun tiÕp mỊm (soft handoff) nªn hƯ thèng CDMA thuê bao đồng thời kết nối với hai nhiều cell (vì có tần số) tránh đợc việc ngắt quãng thông tin, tạp âm thuê bao di chuyển cell Việc phân chia thành sector: với hệ thông FDMA TDMA việc phân chia thành sector cho cell với mục đích làm giảm can nhiễu Trong hệ thống CDMA, việc phân chia thành sector làm tăng dung lợng hệ thống, cell chia làm sector tăng dung lợng hệ thống lên lần Về quy hoạch tần số: hệ thống FDMA TDMA, quy hoạch phân bổ tần số nhiệm vụ quan trọng hàng đầu cần phải thực Trong ®ã hƯ thèng CDMA chØ sư dơng chung kênh vô tuyến tính đến việc phân bổ tần số Ngoài ra, hệ thống FDMA TDMA phải sử dụng quy hoạch phân bổ tần số động (dynamic frequency) để giảm can nhiễu theo thời gian Điều đòi hỏi phải có khuyếch đại công suất băng rộng tuyến tính phức tạp khó chế tạo, hệ thống CDMA không cần quan tâm đến vấn đề Kết hệ thống CDMA có hiệu suất sử dụng tần số cao (hệ số sử dụng lại tần số FDMA Khoa ĐTVT Trang 48 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA TDMA 7) để tăng dung lợng hệ thống FDMA TDMA tăng số cell mạng phải thay đổi hoàn toàn quy hoạch tần số CDMA không cần đến điều Khả đáp ứng dung lợng hệ thống: dung lợng mềm u kỹ thuật CDMA so với FDMA TDMA Với FDMA TDMA gọi chiếm băng tần hay khe thời gian thêm vào gọi Trong hệ thống CDMA tất gọi dùng chung kênh vô tuyến, thêm gọi vào cell mà chất lợng gọi giảm chút Ngoài ra, hệ thống CDMA có khả thay đổi tải cách thích ứng: số lợng thuê bao cell tăng số kênh cực đại mà hệ thống CDMA chấp nhận (can nhiễu vào trạm sở trạm di động lớn) hệ thống CDMA sử dụng chức soft handoff kích thớc cell Kết bán kính cell tải nhỏ lại, số thuê bao vùng biên cell trở thành thuê bao cell lân cận có số lợng thuê bao Bằng cách hệ thống cân tải cell Đây tính mà có hệ thống cellular sử dụng kỹ thuật CDMA thực đợc Trong trờng hợp mạng có nhiều cell cell chia làm sector dung lợng hệ thống CDMA lớn gấp 10 lần FDMA lần TDMA Nh mặt dung lợng CDMA có khả cung cấp đợc dung lợng lớn mềm dẻo Có thể tăng dung lợng hệ thống cách giảm không đáng kể chất lợng thoại hay cách cân tải cell FDMA TDMA tính Công nghệ CDMA bị ảnh hởng phading nhờ băng tần lớn mà làm tăng đợc mức tín hiệu thu nhờ đờng truyền tín hiệu khác phù hợp với địa hình có nhiều vật phản xạ nh khu vực thành phố Khoa ĐTVT Trang 49 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Công nghệ CDMA làm giảm công suất tiêu thụ máy di động nhờ kỹ thuật điều khiển công suất nhận kênh nhắn tin theo chế độ phân khe Công suất phát đủ lớn ảnh hởng đến ngời sử dụng điều khiển khuếch đại công suất triệt đợc nhiễu nên tỷ số tín hiệu tạp âm lớn dẫn đến công suất phát cần nhỏ Khả chống nhiễu bảo mật cao Dự trữ chống nhiễu cần thấp nên hệ thống trải phổ vừa tích kiệm đợc công suất vừa cải thiện phạm vi hoạt động hƯ thèng (so víi c¸c hƯ thèng kh¸c sư dơng phơng pháp điều chế thông thờng có công suất phát) Độ tăng ích xử lý lớn Số lợng cell cần Vocoder có tốc độ truyền dẫn thay đổi theo hoạt động tiếng nói Khi tốc độ truyền dẫn giảm dẫn đến giảm nhiễu tăng dung lợng hệ thống Công nghệ CDMA đời sau nhng u điểm nên đợc nhà khoa học, nhà khai thác công nhận vị trí hàng đầu tơng lai 5.2 Công nghệ W-CDMA 5.2.1 Trải phổ điều chế 5.2.1.1 Giới thiệu kỹ thuật trải phổ a Tạp âm biện pháp chống ảnh hởng tạp âm Để đánh giá ảnh hởng tạp âm đến chất lợng hệ thống thông tin ngời ta thờng sư dơng hai tham sè: - Tû sè tÝn hiƯu tạp âm (trong hệ thống tơng tự) - Xác xuất lỗi (trong hệ thống số) b Kỹ thuật trải phổ Định nghĩa: Một hệ thống đợc gọi trải phổ nến thoả mãn yêu cấu sau: Khoa ĐTVT Trang 50 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghƯ W-CDMA - TÝn hiƯu sau tr¶i phỉ chiÕm mét độ rộng băng truyền dẫn lớn gấp nhiều lần bề rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền thông tin - Sự trải phổ đợc thực mã trải phổ Sự trải phổ độc lập với liệu - Tại phía thu việc nén phổ đợc thực tơng quan tín hiệu thu đợc với đợc đồng mã trải phổ phía phát Nguyên lý trải phổ Phơng thức trải phổ cung cấp tất tiềm tần số thời gian rời rạc đồng thời cho thuê bao, khống chế mức công suất phát từ thuê bao mức tối thiểu đủ để trì tỷ số tín hiệu / tạp âm theo mức chất lợng yêu cầu Mỗi thuê bao sử dụng tín hiệu băng rộng giống nh tạp âm chiếm toàn giải tần phân bố mức cần thiết Theo cách thuê bao tham gia vào tạp âm tác động đến tất thuê bao khác, nhng ë ph¹m vi Ýt nhÊt cã thĨ cã Can nhiƠu bổ sung làm hạn chế dung lợng, nhng phân bố tiềm thời gian giải thông không bị giới hạn, nên cuối dung lợng lớn đáng kể so với hệ thống thông thờng Theo đánh giá sơ bộ, dung lợng tuyến lên hệ thống trải phổ nh cho kết theo lập luận sau: giả sử thuê bao sử dụng sóng mang tạp âm Gauss băng rộng giả sử dạng sóng đợc lu trữ máy phát máy thu, điều chế giả điều chế phép nhân đơn giản băng tần gốc, đợc đồng vị trí Khoa ĐTVT Trang 51 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Dạng sóng digital (R bit/s) RF Băng tần gốc RF Bộ lọc * Sóng mang hình sin * Giải thông lọclà WHz Bộ giải điều chế Dạng sóng Sóng mang tạp âm băng rộng + + Đồng digital đồng theo thời gian Hình 5.1 Modem trải phổ Giả sử tiếp công suất phát thuê bao đợc khống chế cho tất tín hiệu đợc thu trạm gèc víi cïng mét møc c«ng st nh NÕu công suất tín hiệu thuê bao PS(W), tạp âm bỏ qua công st can nhiƠu tỉng céng I cã ë bé gi¶i điều chế thuê bao là: I = (KU 1) PS Trong : KU tổng số thuê bao có mức lợng Bây giả sử giải điều chế số cho thuê bao hoạt động tạp âm Gauss, mức mật độ lợng Bit/tạp âm lµ Eb/I0 Tham sè nµy lµ hƯ sè phÈm chÊt modem số Nó thờng biến đổi phạm vi vµ dB, t thc vµo viƯc thùc hiƯn nã, sư dơng m· sưa sai, nh÷ng u tè làm giảm chất lợng kênh chẳng hạn nh Phading, yêu cầu tỷ lệ lỗi Mật độ tạp âm giải điều chế thuê bao nhận đợc : I0 = I / W Khoa ĐTVT Trang 52 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Trong W(Hz) toàn dải thông trải phổ sóng mang tạp âm băng rộng mà mật độ phổ chúng đợc giả định đồng toàn dải thông này; tơng tự nh vậy, lợng thu đợc cho bit công suất tín hiệu thu chia cho tốc ®é sè liƯu R bit/s nªn: Eb = PS / R Từ công thức cho thấy, với giả thiết nêu, số lợng thuê bao đồng thêi cã thĨ cïng tån t¹i cïng mét tÕ bào độc lập có quan hệ đến hệ số giãn phổ yêu cầu E b / I0 dải ®iỊu chÕ theo hƯ thøc: w/ R Ku- = p = E / I s b o TiÕp tục giả thiết có thêm hai đặc trng đợc bổ sung vào hệ thống đa truy nhập trải phổ nhằm hạn chế bớt can nhiễu Trớc hết, chấm dứt trình truyền dẫn phải giảm tốc độ công suất Khi hoạt động tiếng nói số liệu không diện bị giảm Đối với vùng dân c đồng đều, điều làm giảm công suất tín hiệu trung bình tất thuê bao giảm đợc can nhiễu mà thuê bao thu đợc Theo đó, dung lợng tăng lên tỉ lệ thuận với mức giảm tốc độ tổng thể này, với điều kiện mật độ thuê bao đủ lớn để đảm bảo can nhiễu gần với giá trị trung bình hầu hết thời gian Chúng ta biểu thị hệ số độ lợi hoạt ®éng cđa tiÕng nãi (G V) NhiỊu phÐp ®o đàm thoại hai chiều xác định tiếng nói hoạt động khoảng 3/8 thời gian, GV 2,67 Tơng tự, ta giả thiết mật độ thuê bao đợc phân bố cách đồng khu vực tế bào th× viƯc sư dơng mét anten chia theo cung sÏ làm giảm can nhiễu làm tăng dung lợng nhờ hệ số tăng ích anten (GV) Lu ý rằng, thuê bao đợc phân bố đồng theo vùng Khoa ĐTVT Trang 53 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA định nhĩa cổ điển tăng ích anten - lợng thu đợc theo hớng máy phát chia cho lợng trung bình thu đợc, lấy trung bình chu trình Đối với anten ba cung, hệ số tăng ích nhỏ Nếu lấy tăng ích lý tởng trừ tổn hao 1dB GV 2,4 Cuối cùng, hệ thống di động tế bào mà tất thuê bao tế bào đợc phân bổ số W(Hz) chung phải đánh giá can nhiễu tất thuê bao tế bào khác đa vào giải điều chế thuê bao Một tranh cãi lâu dài hình học thống kê học dựa tổn hao truyền sóng mặt đất đa đến kết luận: Đối với mật độ thuê bao đợc phân bố đồng thời tất tế bào mà thuê bao đợc trạm gốc thích hợp khống chế công suất tổng can nhiễu từ thuê bao tế bào khác xấp xỉ 3/5 can nhiễu tất thuê bao tế bào nói gây Do đó, việc đa hệ số tăng ích anten độ lợi âm thoại G A GV hệ số can nhiễu liên quan đến tế bào khác (f) vào biểu thức tính dung lợng ta cã: Ku  w / R Gv / G A Eb / I  f 4w / R Víi Gv  2,67, GA  2,4 vµ 1+f = 1,6 ta đợc : ku E / I b Với hệ thống điều chế đợc thiết kế tèt, ®ã cã sư dơng m· sưa sai cïng với anten phân tập kép máy thu tổ hợp phân tập nhiều đờng (gọi máy thu Rake) tai trạm gốc, đạt đợc mức chất lợng cao (tỉ số lỗi thấp) với Eb/I0 dB Đối với thí dụ trên, dung lợng đạt đợc cho tế bào hệ thống đa truy nhập xấp xỉ bằng: KU W/R thuê bao Khoa ĐTVT Trang 54 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Điều chứng tỏ dung lợng lớn gần giá trị so với dung lợng hệ thống phân bố tiềm rời rạc cho thuê bao riêng, với hệ số sử dụng lại tần số nh Tất nhiên, đánh giá khái quát nhằm để nêu bật tham số việc xác định dung lợng thuê bao hệ thống đa truy nhập trải phổ Nhất thiết phải có phân tích phức tạp tỷ mỉ để làm sáng tở khẳng định phép tính gần sơ Các phơng pháp trải phổ a, Trải phổ theo phơng pháp nhảy tần (FHSS) Trong FHSS, tần số sóng mang đợc nhẩy bớc rời rạc theo mẫu PN Mã đợc chọn để tránh giao thoa hệ thống trải phổ hệ thống không trải phổ Trong FHSS, tần số tín hiệu không đổi chu kỳ chip Hệ thống FHSS hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần xảy với tốc độ lớn tốc độ bít tin Hệ thống vô tuyến FHSS sai lỗi cụm Hệ thống DSSS sai lỗi cụm nhng có mức sai lỗi ngẫu nhiên thấp Hệ thống FHSS phân bố sai lỗi thành cụm sai lỗi cụm thuộc tính phading giao thoa đơn tần số (phụ thuộc thời gian tần số) DSSS trải phổ tín hiệu miền tần số thời gian, làm tối thiểu hoá tác hại phading nhiễu * Nhảy tần chậm.: - Những truyền tin sóng AM FM hồi đầu kỷ 20 thờng bị quấy phá Bên pháp dùng máy thu dò tần số làm việc bên nói phát tần số với máy phát công suất lớn - Để chống lại, bên nói chuyển sang làm việc tần số khác bị phá bên phá dò tần số làm việc * Nhảy tần nhanh: Khoa ĐTVT Trang 55 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA CPICH kênh vật lý đờng xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s, SF =256) để mang chuỗi bit/ký hiệu đợc định nghĩa tríc H×nh 5.16 cho thÊy cÊu tróc khung cđa CPICH Chuỗi ký hiệu đợc định nghĩa trớc Tkhe = 2560 chip, 20 bit = 10 ký hiÖu Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 khung v« tuyÕn : Tf = 10 ms H×nh 5.16 CÊu tróc khung cho kênh hoa tiêu chung Trong trờng hợp phân tập phát (vòng kín hay vòng hở, CPICH đợc phát hai anten với mã định kênh mã ngẫu nhiên hoá) Trong trờng hợp chuỗi ký hiệu định trớc CPICH khác cho anten anten (hình 5.17) Trờng hợp không sử dụng phân tập chuỗi ký hiệu anten đợc sử dụng An ten AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA An ten -A -A A A -A -A A A -A A -A -A A A -A -A A A -A -A A A -A -A Khe Khung#14 #i Khe #0 Biªn giíi khung Khung #i+1 Khe #1 Hình 5.17 Mẫu điều chế cho kênh hoa tiêu chung (víi A = 1+ j) Cã hai kiĨu kªnh hoa tiêu chung: kênh CPICH sơ cấp thứ cấp Chúng khác lĩnh vực sử dụng hạn chế tính vật lý chúng Khoa ĐTVT Trang 89 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Kênh hoa tiêu chung sơ cấp Kênh hoa tiêu chung sơ cấp có đặc tính sau: Luôn sử dụng mã định kênh Đợc ngẫu nhiên hoá mã ngẫu nhiên sơ cấp Mỗi ô có kênh Phát quảng bá toàn ô CPICH tham chuẩn pha cho kênh đờng xuống sau: SCH, CCPICH, AICH, PICH, CPICH tham chuẩn pha mặc định cho tất kênh đờng xuống khác Kênh hoa tiêu chung thứ cấp Kênh hoa tiêu chung thứ cấp có ®Ỉc tÝnh sau:  Cã thĨ sư dơng mét m· định kênh tuỳ ý với SF =256 Đợc ngẫu nhiên hoá mã ngẫu nhiên sơ cấp thø cÊp  Mét « cã thĨ kh«ng cã, cã nhiều kênh Có thể đợc phát phần ô CPICH thứ cấp tham chuẩn cho CCPCH thứ cấp DPCH đờng xuống Nếu xảy trờng hợp này, báo hiệu lớp cao phải thông báo cho UE - Kênh vật lý điều khiển chung sơ câp (P-CCPCH) P-CCPCH kênh vật lý đờng xuống tốc độ cố định (30 kbit/s, SF = 256) đợc sử dụng để mang BCH 256 chip (TX t¾t) Sè liƯu 18 bit Tkhe = 2560 chip, 20 bit Khe #0 Khoa §TVT Khe #1 Khe #i khung v« tuyÕn: Tf = 10 ms Trang 90 Khe #14 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Hình 5.18 Cấu trúc khung cho kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp Hình 5.18 cho thấy cấu trúc khung P-CCPCH Cấu trúc khung khác với DPCH đờng xuống chỗ lệnh TPC, TFCI bit hoa tiêu P-CCPCH không đợc phát 256 chip đầu khe Trong khoảng thời gian SCH sơ cấp thứ cấp đợc phát - Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp (S-CCPCH) S-CCPCH đợc sử dụng để mang thông tin FACH PCH Cã hai kiĨu S-CCPCH: kiĨu cã TFCI vµ kiĨu TFCI UTRAN xác định có phát TFCI hay không, có UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI Tập tốc độ giống nh DPCH đờng xuống Cấu trúc khung S-CCPCH đợc cho bëi h×nh 5.19 TFCI NTFCI bit Khe #0 TSlot Khe #1 Sè liÖu Ndata = 2560 bit chip, 20*2k bit (k=0 6) Khe #i khung v« tuyÕn: Tf = 10 ms Hoa tiêu Npilot bit Khe #14 Hình 5.19 Cấu trúc khung cho S-CCPCH Thông số k hình 5.19 xác định tổng số bit khe thời gian kênh S-CCPCH đờng xuống Quan hệ k hƯ sè tr¶i phỉ nh sau : SF = 256/2k Hệ số trải phổ thay đổi từ 256 đến FACH PCH đợc xếp hay kênh SCCPCH khác Nếu FACH PCH đợc xếp kênh S-CCPCH, chúng đợc xếp khung Sự khác biệt kênh CCPCH kênh vật lý riêng đờng xuống CCPCH không đợc điều khiển công suất vòng Sự Khoa ĐTVT Trang 91 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA khác biệt P-CCPCH S-CCPCH P-CCPCH có tốc độ định trớc cố định S-CCPCH hỗ trợ tốc độ thay đổi với giúp đỡ TFCI Ngoài P-CCPCH phát liên tục toàn ô S-CCPCH phát có số liệu phát mét bóp híng hĐp gièng nh kªnh vËt lý riêng (chỉ cho S-CCPCH mang FACH) Đối với khuôn dạng sử dụng TFCI, giá trị TFCI khung vô tuyến tơng ứng với kết khuôn dang truyền dẫn định FACH PCH sử dụng Sự tơng ứng đợc đàm phán (hoặc đàm phán lại) bổ sung loại bỏ FACH/PCH 5.2.3 Các tiêu W- CDMA CDMA băng réng cã tiªu chn J-STD-007 (tiªu chn PCS giao diƯn vô tuyến băng rộng PCS1900) quy định độ rộng băng tần 5, 10, 15 MHz có khác biệt ë líp m¹ng (líp 3) so víi CDMA, W- CDMA sử dụng mô hình gọi ISDN tham chiếu gọi bao gồm tin thiết lập cuéc gäi -vËycã thÓ thiÕt lËp cuéc gäi béi Nhng W -CDMA không hỗ trợ chọn kiểu đăng ký, định nghĩa đăng ký theo vùng, đăng ký nối nguồn ngắt nguồn Trong W- CDMA, chuyển giao mềm đợc gọi loại A chuyển giao cứng đợc gọi loại B Các tiêu W- CDMA: Chỉ tiêu #1 : Tốc độ chíp W- CDMA hỗ trợ tốc độ chíp 4.096 Mc/s, tốc độ đa hiệu cao chuẩn tốc ®é 3.6864 Mc/s cđa IS- 95 Thùc tÕ, viƯc sư dụng tốc độ chíp 4.096 Mc/s tạo bất lợi cho nhà điều hành có phổ MHz, hay thËm chØ lµ phỉ 15 MHz víi phổ MHz, nhà điều hành thực thi CDMA băng rộng với tốc độ chíp 4.096 dải phòng vệ, tốc độ chip 3.6864 cho phép có 250 KHz dải tần phòng vệ Với 15 MHz, ba sóng mang 3.6864 băng rộng đKhoa ĐTVT Trang 92 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA ợc triển khai với hai sãng mang IS- 95 1.25 MHz bæ sung chØ cho thoại dịch vụ liệu thấp Tốc độ chip 4.096 cho phép ba sóng mang băng rộng Chỉ tiêu #2 : Cấu trúc cell phân cấp W- CDMA hỗ trợ cho cấu trúc cell phân cấp (HCS) cách giới thiệu phơng thức chuyển giao sóng mang CDMA Các tiêu W- CDMA cã mét sù cung cÊp cho chuyÓn giao sóng mang CDMA, nhng phơng thức không đợc chấp nhận điều nghĩa tốt cho cấu trúc cell phân cấp Với phơng thức kế hoạch, khung đợc cắt ®i mét nưa ®Ĩ MS cã thĨ dµnh 50% thêi gian tìm kiếm tần số khác 50% điều khiển tần số thời Có hàng loạt nhợc điểm cho giải pháp Thực tế giải pháp chuyển giao cứng tần số có thành phần: * Bộ thu kép: giải pháp MS có thu độc lập Mỗi thu thu tần số khác Điều đợc đề xuất cho đầu cuối cao cấp dùng tốc độ bit cao Nhợc điểm thiết bị đầu cuối phức tạp Nó có nghĩa ghép hai điện thoại vào thành * Truyền dẫn chế độ khe: giải pháp thích hợp cho thiết bị đơn giản (nghĩa thoại truyền dẫn số liệu tốc độ trung bình) Các bit thông tin đợc Ðp theo thêi gian vµo mét nưa khung Sè liệu ký hiệu đợc điều chế khung không đợc giảm xuống nhng đợc truyền ms thay 10 ms Tốc độ truyền đợc nhân đôi, yêu cầu hai lần công suất.Vấn đề giải pháp MS BS cần phải nâng công suất hai lên dB cho MS chế độ Xem xét chuyển giao cứng tần số xẩy MS rỉa vùng phủ sóng (chạy công suất) phơng thức có nghĩa MS chạy công suất khả hoàn Khoa ĐTVT Trang 93 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA thành chuyển giao thành công trừ quỹ công suất đợc xet lại cho phù hợp với hoàn cảnh Chỉ tiêu #3 : Giải điều chế kết hợp hớng lên Cũng nh CDMA- 2000, W- CDMA dùng giải điều chế kết hợp hớng lên để cải thiện vùng phủ sóng, yêu cầu khuyếch đại giải ®iỊu chÕ 2-3 dB MS ®iỊu chÕ tÝn hiƯu mét cách kết hợp BS giải điều chế cách kết hợp Điều chế giải điều chế hoạt động đảo Điều chế có nghĩa bên phát cung cấp tham chiếu pha đến bên thu để giúp bên thu chống lại hiệu ứng méo kênh vô tuyến Những ý IS- 95 CDMA- 2000: Liên kết hớng xuống IS- 95 A/B kết hợp có kênh pilot Liên kết hớng lên IS- 95 A/B không kết hợp (trạm gốc cần xác định pha tín hiệu híng lªn) CDMA- 2000 cã mét liªn kÕt híng lên kết hợp Điều có nghĩa MS gửi tín hiệu pilot không đổi đợc dùng BS thu để xác định pha Cấu trúc liên kết hớng lên W- CDMA đơn giản, hầu nh y hƯt liªn kÕt híng lªn CDMA- 2000 ChØ tiªu #4 : Cải thiện điều khiển công suất W- CDMA cải thiện việc điều khiển công suất, nhng CDMA2000 thực điều tốt Phơng thức điều khiển công suất tốt phơng thức mà công suất đợc điều khiển nhanh giảm độ chễ vòng lặp (nghĩa thời gian từ lúc bắt đầu đo lúc xẩy hiệu quả) W- CDMA đa tốc độ cập nhật cao (1600 bps) Nếu tốc độ cập nhật cao đoạn mào đầu phải lớn Điều làm giảm dung lợng hệ thống Tốc độ tối u phụ thuộc tốc độ di động 800 bps dờng nh lựa chọn tốt cho nhiều tốc độ Khoa ĐTVT Trang 94 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Chỉ tiêu #5 : Hỗ trợ cho mảng anten thích ứng pilot gọi Công nghệ W- CDMA hỗ trợ cho mảng anten thích ứng Điều mang lại khả tăng dung lợng W- CDMA có ký hiệu pilot cho cc gäi so víi c¸c hƯ thèng CDMA hiƯn thời, hệ thống mà dùng kênh pilot chung cho dải quạt Giải pháp ký hiệu pilot dành riêng lợng pilot cho ngời dùng Giải pháp chung chia lợng lợng pilot theo số ngời dùng Phần lợng pilot cho MS để đạt đợc tỷ số S/N cho trớc không phụ thuộc kênh pilot đợc ghép kênh theo thời gian hay ghép kênh theo mã (kênh pilot) Phơng pháp ghép kênh theo mã chia sẻ pilot cho hàng loạt ngời dùng ký hiệu ghép kênh theo thời gian Điều có nghĩa kênh pilot ghép kênh theo mã phải điều tiết để có đủ lợng pilot cho trờng hợp xÊu nhÊt cđa ngêi sư dơng Trong chÕ ®é chia sẻ (ghép kênh theo mã), phân bố công suất cho trêng hỵp xÊu nhÊt cđa ngêi sư dơng còng sÏ đợc đáp ứng nh tất ngời dùng khác Trong chế độ dành riêng(ghép kênh theo thời gian), tổng công suất phân bố cho ký hiệu pilot tổng toàn công suất đợc yêu cầu máy di động Chỉ tiêu #6 : Hỗ trợ dò đa ngời dùng W-CDMA hỗ trợ dò đa ngời dùng Điều hạn chế giao thoa cell cải thiện dung lợng Dò đa ngời dùng khả huỷ bỏ ngời dùng khác hớng lên Điều có nghĩa máy thu đơn vị thuê bao cố gắng dành đợc tất tín hiệu hớng lên Sau giải điều chế tín hiệu quan tâm huỷ bỏ tín hiệu khác Huỷ bỏ có nghĩa thu trừ tín hiệu từ tất ngời dùng khác, mà tạo giao thoa 5.3 Cấu trúc mạng W - CDMA Khoa ĐTVT Trang 95 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Cấu trúc mạng W- CDMA đợc cho hình 5.20 Từ hình 5.20 ta thấy mạng thông tin W -CDMA gồm hai phần mạng: mạng lõi mạng truy nhập vô tuyến Mạng lõi gồm trung tâm chuyển mạch kênh (MSC: Mobile Services Switching Center) nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN : Serving Genneral Packet Radio Service Support node) Các kênh thoại truyền số liệu chuyển mạch gói đợc kết nối với mạng qua trung tâm chuyển mạch kênh nút chuyển mạch gói cổng : GMSC GGSN Để kết nối với trung tâm chuyển mạch kênh mạng cần có thêm phần tử làm chức tơng tác mạng (IWF) Ngoài trung tâm chuyển mạch kênh nút chuyển mạch gói, mạng lõi chứa sở liệu cần thiết cho mạng di động: HLR, AUC EIR Mạng truy nhập vô tuyến chứa phần tử sau: * RNC: Radio Network Controller = Bộ điều khiển vô tuyến đóng vai trò nh BSC mạng thông tin di động * NB: Node Node B = Nut B, đóng vai trò nh BTS mạng thông tin di động * MS: Mobile Station = Trạm di động * TE: Terminal Equipement = Thiết bị đầu cuối Giao diện MSC RNC IuCS, giao diện SGSN RNC IuPS giao diện RNC với Iu r Khoa ĐTVT Trang 96 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Mạng đờng trục PLMN PSTN/ISD N PDN AUC HLR EIR IWF GMSC VLR M¹NG LâI GGSN MSC SGSN IuP U IuC S S RN NB C Iur RN NB C NB NB TE NB MT TE MT NB MạNG TRUY NHậP VÔ TUYếN Hình 5.20 Cấu trúc mạng W -CDMA Ký hiệu: NB = Node B: Nót B RNC = Radio Network Controler: Bộ điều khiển mạng vô tuyến 5.4 Cấu trúc phân lớp mạng W- CDMA Cấu trúc phân lớp mạng W -CDMA đợc xây dựng sơ tiêu UMTS đợc thể hình 5.21 Các giao thức phần tử mạng W -CDMA đợc chia làm hai phần : Tầng không truy nhập tầng truy nhập Cấu trúc giao thức giao diện giao diên vô tuyến đợc cho hình 5.22 Giao diện vô tuyến đợc phân thành líp giao thøc : - Líp vËt lý (L1) - Líp kÕt nèi sè liƯu (L2) - Líp m¹ng (L3) Khoa ĐTVT Trang 97 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA GC Nt DC UE GC Tầng truy nhËp Radi o (Uu) Iu Nt DC M¹ng lâi - GC: General Control = §iỊu khiĨn chung - Nt: Notification = Thông báo - DC: Dedicated Control = Điều khiển riêng - UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Netwok = Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất treo tiêu chuẩn UMTS - UE: User Equipement = ThiÕt bÞ cđa ngêi sư dụng Hình 5.21 Cấu trúc phân lớp mạng W- CDMA Lớp hai đợc chia thành lớp con: MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trờng) RLC (Radio Link Control: điều khiển kết nối vô tuyến), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: giao thøc héi tô sè liệu gói) BMC (Broadcast/ Multicast control: Điều khiển quảng bá/đa phơng) Lớp RLC đợc chia thành hai thành phần: phần điều khiển (C) phần ngời sử dụng (U) PDCP BMC có phần U Khoa ĐTVT Trang 98 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA GC Báo hiệu mặt phẳng C Nt GC: Điều khiển chung Nt: Thông báo DC: Điều khiển riêng Thông tin mặt phẳng U DC Tránh lặp GC RRC (Điều khiển tài nguyên VT) Nt DC Điều khiển Biªn giíi L3 DPCP L2/PDCP (Giao thøc héi tơ sè liÖu gãi) DPCP BMC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC L2/BMC (Điều khiển quảng bá/ đa phơng) L2/RLC (Điều khiển đoạn VT) Các kênh logic L2/MA C Các kênh logic L1 MAC PHY Hình 5.22 Cấu trúc giao thức giao diện vô tuyến Trong mặt phẳng C lớp đợc chia thành lớp con: tránh lặp (TBD) n»m ë tÇng truy nhËp nhng kÕt cuèi ë mạng lõi (CN : Core Network) lớp RRC (Radio Resource control: điều khiển tải nguyên vô tuyến) Báo hiệu lớp cao hơn: MM (Mobility Managment) CC (Connection Management) đợc coi tầng không truy nhập 5.5 Tổng quan truy nhập gói W-CDMA Phần trình bày ngắn gọn truy nhập gói vô tuyến WCDMA Việc phân bổ gói W-CDMA đợc điều khiển bëi bé lËp biÓu gãi (PS = Packet Scheduler) Chøc : Phân chia dung lợng giao diện vô tuyến ngời sử dụng gói Khoa ĐTVT Trang 99 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Phân chia kênh truyền tải để sử dụng cho truyền dẫn số liệu ngời sử dụng Giám sát phân bổ gói tải hệ thống Truy nhập gói W-CDMA cho phép vật mang thời gian thực sử dụng động kênh chung, riêng dùng chung Việc sử dụng kênh khác đợc điều khiÓn bëi bé lËp biÓu gãi (PS) Bé lËp biÓu gói phân bổ tốc độ bit cho vật mang, thay đổi tốc độ bit kết nối tích cực BS Phân bổ gói RNC (PS) Đo tải BS Phân bổ gói Hình 5.23 Truy nhập gói W-CDMA Thông thờng lập biểu gói đợc đắt RNC, việc lập biểu đợc thực hiệu cho nhiều ô, xem xét kết nối chuyển giao mềm BS đảm nhận việc đo tải lu lợng cho lập biểu gói (xem hình 5.23) Nếu tải lu lợng vợt đích, lập biểu lu lợng giảm tải cách giảm tốc độ bit vật mạng gói; tải thấp đích tăng tải cách phân bổ nhiều số liệu Bộ lập biểu gói phần điều khiển tải mạng tăng tải mạng 5.6 Các u điểm mà công nghệ W- CDMA mang lại * Dịch vụ linh hoạt : W- CDMA cho phép sóng mang Mhz xử lý dịch vụ hỗn hợp dải từ Kb/s lên đến 2Mb/s Khoa ĐTVT Trang 100 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Các dịch vụ chuyển mạch kênh chuyển mạch gói với độ rộng băng thay đổi đợc trộn tự đồng thời truyền đến ngời sử dụng có số mức yêu cầu Mỗi máy đầu cuối WCDMA dịch vụ âm thoại tổ hợp dịch vụ khác Các dịch vụ dịch vụ âm thoại tổ hợp dịch vụ nh Internet, th điện tử, multimedia video * Hiệu phổ : W- CDMA tạo nên việc sử dụng phổ tần vô tuyến có hiệu Không đòi hỏi có quy hoạch tần số việc sử dụng lại cell đợc áp dơng Khi sư dơng kü tht nh c¸c cÊu tróc ô phân cấp, dãy anten tơng hợp dải điều chế Coherent hai hớng làm tăng dung lợng mạng Mạng phân lớp đợc triển khai phạm vi băng tần 2x15Mhz Hầu hết phân phối cho nhà khai thác băng tần 2Mhz lớp ô yêu cầu tất 2x5Mhz Sự phân phối cho phép áp dụng với cấu trúc « ph©n cÊp cđa WCDMA Nh vËy ph©n phèi cđa 2x5Mhz đủ cho nhà khai thác triển khai truy nhập W- CDMA sóng mang đơn * Dung lợng vùng bao phủ : Mỗi sóng mang tần số vô tuyến W- CDMA cã thĨ sư lý ®ång thêi 100 cc gọi âm tần sử dụng mã hoá tiếng nói 13Kb/s 50 ngời sử dụng (NSD) với liệu Internet cho sóng mang số vô tuyến Độ rộng băng tần rộng việc sử dụng giải điều chế coherent điều khiển nhanh công suất tuyến lên tuyến xuống cho phép có ngỡng thu thấp hơn, cho dung lợng đạt gấp lần so với công nghệ CDMA băng hẹp * Tính kinh tế mạng : qua việc truy nhập vô tuyến WCDMA đợc bổ xung vào mạng tế bào số có nh GSM IS136/D- AMPS việc kết nối đến hai hệ thống, mạng lõi đợc sử dụng lại trạm gốc đợc sử dụng Khoa ĐTVT Trang 101 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA tuyến từ mạng truy nhập W- CDMA mạng lõi GSM- 136 sư dơng giao thøc trun dÉn mini-cell cđa ATM BiƯn ph¸p xư lý cc gäi sè liƯu cã hiƯu cao làm tăng dung lợng tuyến tiêu chuẩn E1/T1 lên xấp xỉ 300 gọi âm tho¹i so víi 30 cđa m¹ng hiƯn nay, tÝch kiƯm chi phí truyền dẫn đến 50% * Dung lợng âm thoại cao : mục đích truy nhập di động hệ 3G truyền dẫn lu lợng multimedia với tốc độ cao điều chế hiệu phổ lu lợng thoại Nhà khai thác với phân phối phổ 2x15Mhz có khả sử lý 192 gọi âm thoại cho vùng cell, kết so với 100 gọi âm thoại cho vùng cell mạng GSM * Truy nhập dịch vụ nhanh : để trợ giúp cho việc truy nhập đến mạng Internet dịch vụ multimedia, thủ tục truy nhập trực tiếp đợc nghiên cứu phát triển sử dụng đồng nhanh để xử lý dịch vụ số liệu gói 384 Kb/s, cần vài choc giây ®Ĩ thiÕt lËp cc nèi gi÷a ngêi sư dơng (NSD) di động trạm gốc * Thiết bị đầu cuối đơn giản, kinh tế : việc sử lý số liệu yêu cầu máy đầu cuối W-CDMA thấp so với công nghệ cũ Do phức tạp nên thiết bị đầu cuối yêu cầu chi phí thấp đợc sản xuất rễ dàng với số lợng lớn, nên có tính kinh tế cao, cạnh tranh mạnh mẽ tạo nên nhiều khả lựa chọn cho nhà khai thác ngời sử dụng (NSD) Khoa ĐTVT Trang 102 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG Công nghệ W-CDMA Khoa ĐTVT Trang 103 ... x(1)=x(2)=.=x(16)=x(17)=0 (5. 2) y(0)=y(1)=.=y(16)=y(17)=0 (5. 3) - phơng trình đệ quy cho ký hiÖu x(i+ 18)= x(i+7) + x(i) mod 2, i =0,….218 -20 (5. 4) y(i+18)= y(i+10)+ y(i+7) +y(i +5) + y(i) mod 2, i= 0, 218 -20 (5. 5)... z(2),…, hm( 255 )  z( 255 )>, (5. 12) Trong m = 16 (k-1) chip bên trái chip đợc phát Phân bổ mã SSC 64 chuỗi SCH thứ cấp đợc kết cấu cho dịch vòng chúng chuỗi nhất, nghĩa dịch vòng khác 15 số 64 chuỗi... dung lợng hệ thống Công nghệ CDMA đời sau nhng u điểm nên đợc nhà khoa học, nhà khai thác công nhận vị trí hàng đầu tơng lai 5. 2 Công nghệ W -CDMA 5. 2.1 Trải phổ điều chÕ 5. 2.1.1 Giíi thiƯu vỊ kü