Đang tải... (xem toàn văn)
CÔNG NGHỆ W-CDMA và CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG -∗∗∗∗ - BÁO CÁO MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG CÔNG NGHỆ W-CDMA & CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT GVHD : Trương Tấn Quang SVTH : Nguyễn Hoàng Nam 0620044 Hoàng Quốc Thoại 0520072 -THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 1/2010 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ I Giới thiệu II Hệ thống thông tin di dộng hệ III Hệ thống thông tin di dộng hệ Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Đa truy cập phân chia theo mã CDMA IV Hệ thống thơng tin di động hệ ba Chương CƠNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA I Giới thiệu công nghệ W-CDMA Cấu trúc mạng W-CDMA II Mạng truy nhập vô tuyến A Đặc trưng UTRAN B Bộ điều khiển mạng vô tuyến UTRAN C Node B Giao diện vô tuyến A B C Giao diện UTRAN – CN, IU Giao diện RNC – RNC, IUr Giao diện RNC – Node B, IUb Chương CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA I II Giới thiệu Mã hóa Mã vịng Mã xoắn Mã Turbo III Điều chế BIT/SK QPSK Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Điều chế BIT/SK Điều chế QPSK IV Trải phổ W-CDMA Giới thiệu Nguyên lý trải phổ DSSS Mã trải phổ Các hàm trực giao V Cấu trúc phân kênh WCDMA Kênh vật lý A Kênh vật lý riêng đường lên B Kênh vật lý chung đường lên C Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) D Kênh vật lý chung đường xuống Kênh truyền tải A Kênh truyền tải riêng B Kênh truyền tải chung C Sắp xếp kênh truyền tải lên kênh vật lý VI Truy nhập gói W-CDMA Tổng quan truy nhập gói W-CDMA Lưu lượng số liệu gói Các phương pháp lập biểu gói A Lập biểu phân chia theo thời gian B Lập biểu phân chia theo mã Kết luận Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Chương TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ I Giới thiệu Ra đời vào cuối năm 1940, đến thông tin di động trải qua nhiều hệ.Thế hệ không dây thứ hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA).Thế hệ thứ sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) phân chia theo mã (CDMA).Thế hệ thứ đời đánh giá nhảy vọt nhanh chóng dung lượng ứng dụng so với hệ trước đó, có khả cung cấp dịch vụ đa phương tiện gói hệ triển khai số quốc gia giới Quá trình phát triển hệ thống thông tin di động giới thể phát triển hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS : Cellular Mobile Telephone System) nhắn tin (PS : Paging System) tiến tới hệ thống chung toàn cầu tương lai Hình : thể mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm trạm gốc(BTS) Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Hình : Hệ thống điện thoại di động II Hệ thống thông tin di dộng hệ Phương pháp đơn giản truy nhập kênh đa truy nhập phân chia tần số Hệ thống di động hệ sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) hổ trợ dịch vụ thoại tương tự sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang liệu thoại người sử dụng Với FDMA , khách hàng cấp phát kênh tập hợp có trật tự kênh lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệu hệ thống FDMA phức tạp, MS bật nguồn để hoạt động dị sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho Nhờ kênh này, MS nhận liệu báo hiệu gồm lệnh kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp số thuê bao nhiều so với kênh tần số có thể, số người bị chặn lại không truy cập Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa nhiều khách hàng sử dụng dãi tần gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần thành nhiều đoạn Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách dải tần phòng vệ Mỗi dải tần số gán cho kênh liên Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật lạc N dải dành cho liên lạc hướng lên, sau dải tần phân cách N dải dành riêng cho liên lạc hướng xuống Đặc điểm : -Mỗi MS cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến -Nhiễu giao thoa tần số kênh lân cận đáng kể -BTS phải có thu phát riêng làm việc với MS Hệ thống FDMA điển hình hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS) Hệ thống thông tin di động hệ sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày tăng người dùng dung lượng tốc độ Vì khuyết điểm mà nguời ta đưa hệ thống thông tin di dộng hệ ưu điểm hệ dung lượng dịch vụ cung cấp Hệ thống thông tin di dộng hệ III Cùng với phát triển nhanh chóng thuê bao số lượng chất lượng, hệ thống thông tin di động hệ đưa để đáp ứng kịp thời số lượng lớn thuê bao di động dựa công nghệ số Tất hệ thống thông tin di động hệ sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng phương pháp đa truy cập : • Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -TDMA) • Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access -CDMA) Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Với phương pháp truy cập TDMA nhiều người sử dụng sóng mang trục thời gian chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người sử dụng cho khơng có chồng chéo Phổ quy định cho liên lạc di động chia thành dải tần liên lạc, dải tần liên lạc dùng chung cho N kênh liên lạc, kênh liên lạc khe thời gian chu kỳ khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, thuê bao cấp phát cho khe thời gian cấu trúc khung Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Đặc điểm : -Tín hiệu thuê bao truyền dẫn số -Liên lạc song công hướng thuộc dải tần liên lạc khác nhau, băng tần sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến máy di động băng tần sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần cho phép máy thu máy phát hoạt động lúc mà khơng sợ can nhiễu -Giảm số máy thu phát BTS -Giảm nhiễu giao thoa Hệ thống TDMA điển hình hệ thống thơng tin di động tồn cầu (Global System for Mobile Communications - GSM) Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số tín hiệu MS tương tự có khả xử lý khơng q 106 lệnh 01 giây, MS số TDMA phải có khả xử lý 50x106 lệnh giây Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nhiều người sử dụng chiếm kênh vô tuyến đồng thời tiến hành gọi mà không sợ gây nhiễu lẫn Những người sử dụng nói phân biệt với nhờ dùng mã đặc trưng không trùng với Kênh vô tuyến CDMA dùng lại cell toàn mạng, kênh phân biệt nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN) Đặc điểm CDMA: -Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz -Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp -Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vơ tuyến sử dụng có cường độ trường nhỏ chống fading hiệu FDMA, TDMA Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật -Việc thuê bao MS cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số khơng cịn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell linh hoạt IV Hệ thống thông tin di động hệ ba Công nghệ thông tin di động số hệ ba Công nghệ liên quan đến cải tiến thực lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại liệu thông qua chuẩn chuẩn Đầu tiên tăng tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps Khi số lượng thiết bị cầm tay thiết kế để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt phải có công nghệ truyền thông không dây nhanh chất lượng Công nghệ nâng cao chất lượng thoại, dịch vụ liệu hỗ trợ việc gửi nội dung video multimedia đến thiết bị cầm tay điện thoại di động Các hệ thống thông tin di động số giai đoạn chuyển từ hệ 2.5G sang hệ (3 - Generation) Để đáp ứng nhu cầu ngày tăng dịch vụ thông tin di động, từ đầu năm đầu thập kỷ 90 người ta tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động hệ ba ITU-R tiến hành cơng tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thơng tin di động toàn cầu IMT-2000 Ở châu Âu ETSI tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên với tên gọi UMTS (Universal Mobile Telecommunnication System) Hệ thống làm việc dải tần 2GHz Nó cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm dịch vụ thoại số liệu tốc độ cao, video truyền Tốc độ cực đại người sử dụng lên đến 2Mbps Người ta tiến hành nghiên cứu hệ thống vô tuyến hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps Hệ thống thông tin di động hệ ba xây dựng sở IMT – 2000 với tiêu chí sau : - Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 1885-2025MHz đường xuống có dải tần 2110-2200MHz - Là hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho loại hình thơng tin vơ tuyến, tích hợp mạng thông tin hữu tuyến vô tuyến, đồng thời tương tác với loại dịch vụ viễn thông Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật - Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng mơi trường khai thác khác - Có thể hỗ trợ dịch vụ : Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – Vitual Home Environment) sở mạng thông minh, di động cá nhân chuyển mạch toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; Đảm bảo dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh số liệu chuyển mạch theo gói - Dể dàng hỗ trợ dich vụ xuất Các hệ thống thông tin di động hệ hai phát triển thông dụng : GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC Trong q trình thiết kế hệ thống thơng tin di động hệ ba, hệ thống hệ hai quan chuẩn hóa vùng xem xét để đưa đề xuất tương ứng thích hợp với vùng Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Chương CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA I Giới thiệu công nghệ W-CDMA Chương giới thiệu công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng W-CDMA, mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, giao diện vô tuyến đặc trưng riêng chúng, ta có nhìn tổng quan mạng W-CDMA 3G WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng) công nghệ 3G hoạt động dựa CDMA có khả hỗ trợ dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận liệu cho hệ thống GSM cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động băng tần rộng thay cho TDMA Trong công nghệ thông tin di động hệ ba W-CDMA nhận ủng hộ lớn nhờ vào tính linh hoạt lớp vật lý việc hỗ trợ kiểu dịch vụ khác đặc biệt dịch vụ tốc độ bit thấp trung bình W-CDMA có tính sở sau : - Hoạt động CDMA băng rộng với băng tần 5MHz - Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp tất thơng tin sóng mang - Hệ số tái sử dụng tần số - Hỗ trợ phân tập phát cấu trúc thu tiên tiến Nhược điểm W-CDMA hệ thống không cấp phép băng TDD phát liên tục không tạo điều kiện cho kỹ thuật chống nhiễu môi trường làm việc khác Hệ thống thông tin di động hệ ba W-CDMA cung cấp dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn truyền dẫn đối xứng không đối xứng, thông tin điểm đến điểm thông tin đa điểm Với khả đó, hệ 10 Trang 10 Cơng nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Hình 4.3 – Khoảng cách hai tín hiệu BPSK Xác suất lỗi BPSK: Pe = Eb erfc N (4.4) Với : Eb lượng bit N0 mật độ xác suất nhiễu trắng Điều chế QPSK Tín hiệu điều chế QPSK có dạng: ( ) 2E cos 2π f c t + ( 2i − 1) π + θ ,0 ≤ t ≤ T S QPSK (t ) = T 0, t < 0; t > T (4.5) Trong Eb : Năng lượng bit Tb : Thời gian bit E = 2Eb : Năng lượng tín hiệu phát ký hiệu T = 2Tb : Thời gian ký hiệu fc : Tần số sóng mang, θ : góc pha ban đầu i = 1, 2, 3, Biến đổi lượng giác ta có phương trình dạng tương đương sau : 2E π cos ( 2i − 1) cos( 2π f c t ) ,0 ≤ t ≤ T − S QPSK ( t ) = T 4 0, t < 0; t > T (4.6) Nếu ta chọn Q1và Q2 hàm lượng sở trực giao chuẩn : 33 Trang 33 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Q1 ( t ) = − Q2 ( t ) = sin ( 2π f c t ) ,0 ≤ t ≤ T T cos( 2π f c t ) ,0 ≤ t ≤ T T (4.7) Ta biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bốn điểm khơng gian tín hiệu với toạ độ xác định sau : S QPSK π Q1 = E sin ( 2i − 1) = , i = 1,2,3,4 Q = E cos ( 2i − 1) π (4.8) Quan hệ cặp bit điều chế tọa độ điểm tín hiệu điều chế QPSK khơng gian tín hiệu thể bảng sau : Cặp bit vào 0≤t≤T Pha tín hiệu Điểm tín hiệu QPSK Toạ độ điểm tín hiệu Q1 Si Q2 00 π/4 S1 + E/2 + E/2 01 3π/4 S2 + E/2 - E/2 11 5π/4 S3 - E/2 - E/2 10 7π/4 S4 - E/2 + E/2 Xác suất lỗi QPSK: Eb Pe,QPSK = Q N Ta thấy xác suất lỗi BPSK QPSK Tuy nhiên, với QPSK hiệu suất băng thơng gấp lần BPSK Băng thông QPSK xấp xỉ Rb IV Trải phổ W-CDMA Giới thiệu Tín hiệu sau trải phổ chiếm độ rộng băng truyền dẫn lớn gấp nhiều lần 34 Trang 34 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật độ rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền thông tin Sự trải phổ thực tín hiệu trải phổ gọi mã trải phổ, mã trải phổ độc lập với liệu.Tại phía thu, việc nén phổ (khôi phục lại thông tin ban đầu) thực tương quan tín hiệu thu với đồng mã trải phổ sử dụng phía phát Trong hệ thống thơng tin việc sử dụng hiệu băng tần vấn đề quan tâm hàng đầu Các hệ thống thiết kế cho độ rộng băng tần nhỏ tốt Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền liệu, phương pháp đa truy cập kết hợp TDMA FDMA GSM thay phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động băng tần rộng (5MHz) gọi hệ thống thông tin trải phổ Đối với hệ thống thông tin trải phổ (SS : Spread Spectrum) độ rộng băng tần tín hiệu mở rộng trước phát Tuy độ rộng băng tần tăng lên nhiều lúc nhiều người sử dụng dùng chung băng tần trải phổ, mà hệ thống sử dụng băng tần có hiệu đồng thời tận dụng ưu điểm trải phổ Ở phía thu, máy thu khơi phục tín hiệu gốc cách nén phổ ngược với trình trải phổ bên máy phát Có ba phương pháp trải phổ sau : - Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit - Trải phổ nhảy tần (FHSS : Frequency Hopping Spreading Spectrum) : Hệ thống FHSS thực trải phổ cách nhảy tần số mang tập tần số Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên Tần số khoảng thời gian chip T C cố định không đổi Tốc độ nhảy tần thực nhanh chậm, hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực tốc độ cao tốc độ bit tin, cịn hệ thống nhảy tần thấp ngược lại - Trải phổ nhảy thời gian (THSS : Time Hopping Spreading Spectrum) : Thực trải phổ cách nén khối bit số liệu phát ngắt quảng hay nhiều khe thời gian Mẫu nhảy tần thời gian xác định khe thời gian sử dụng để truyền dẫn khung 35 Trang 35 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Trong hệ thống DSSS, tất người sử dụng dùng chung băng tần phát tín hiệu họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên xác để lấy tín hiệu cách nén phổ Các tín hiệu khác xuất dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm Trong hệ thống FHSS THSS người sử dụng ấn định mã ngẫu nhiên cho khơng có cặp máy phát dùng chung tần số khe thời gian, máy phát tránh bị xung đột Nói cách khác DSSS kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS THSS kiểu hệ thống tránh xung đột Hệ thống thông tin di động công nghệ CDMA sử dụng DSSS nên ta xét kỹ thuật trải phổ DSSS Nguyên lý trải phổ DSSS Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực trải phổ cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao nhiều so với tốc độ bit Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên tốc độ bit tính theo cơng thức sau : RC = 1/TC (4.9) Rb = 1/Tb (4.10) Trong : RC : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên Rb : tốc độ bit TC : thời gian chip Tb : thời gian bit Tb = Tn Tb = Tn Tc Tb : Thời gian bit luồng số cần phát Tn : Chu kỳ mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ 36 Trang 36 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật TC : Thời gian chip mã trải phổ Hình 6: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Mã trải phổ Các tín hiệu trải phổ băng rộng tạo cách sử dụng chuỗi mã giả tạp âm PN (Pseudo Noise) Mã giả tập âm gọi mã giả ngẫu nhiên có tính chất thống kê tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) có biểu ngẫu nhiên, bất xác định Tuy nhiên máy thu cần biết mã để tạo cách xác đồng với mã phát để giải mã tin Vì mã giả ngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định Mã giả ngẫu nhiên tạo ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR : Linear Feedback Shift Register) cổng XOR ci Si(1) Si(2) g1 g2 gm-1 ci-m Đến điều chế Si(m) Hình 7: Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j ghi dịch xung đồng hồ i gi = : khóa mở, gi = : khóa đóng Một chuỗi ghi dịch hồi tiếp tuyến tính xác định đa thức tạo mã tuyến tính bậc m (m > 0) : g ( x ) = g m x m + g m −1 x m −1 + + g1 x + g (với g = g = 1) m 37 (4.11) Trang 37 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật xm : Đơn vị trễ Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho ghi dịch : S0 = {S0(1), S0(1), …S0(m)} Giá trị đầu (m -1) xung đồng hồ : C0 = S0(m) C1 = S0(m-1) … Cm-1 = S0(1) Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta có trạng thái ghi dịch : Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) (4.12) Si-m+1(1) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (gm = 1) => Si(m) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (4.13) Áp dụng công thức (4.12), ta có : Si(m) = g1.Si-1(m) + g2.Si-2(m) + …+ Si-m(m) (4.14) Giá trị đầu xung thứ i giá trị phần tử nhớ Si(m) ghi dịch : => Ci = g1.Ci-1 + g2.Ci-2 + …+ Ci-m (4.15) Ci+m = g1.Ci+m-1 + g2.Ci+m-2 + …+ Ci (4.16) Hay : Tốc độ mạch bị hạn chế tốc độ tổng thời gian trễ ghi cổng loại trừ đường hồi tiếp Để hạn chế thời gian trễ, nâng cao tốc độ mạch tạo mã ngẫu nhiên ta sử dụng sơ đồ mạch sau : Si(1) Si(2) g2 gm-1 ci Đến điều chế 38 Trang 38 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Si(m) Hình 8: Mạch ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j ghi dịch xung đồng hồ i gi = : khóa mở, gi = : khóa đóng g1 Các hàm trực giao Các hàm trực giao sử dụng để cải thiện hiệu suất sử dụng băng tần hệ thống DSSS Trong hệ thống thông tin di động W-CDMA người sử dụng phần tử hàm trực giao Hàm Walsh chuỗi Hadamard tạo nên tập hàm trực giao Trong W-CDMA hàm Walsh sử dụng theo hai cách mã trải phổ ký hiệu trực giao Các hàm Walsh tạo ma trận vuông đặc biệt gọi gọi ma trận Hadamard Các ma trận chứa hàng tồn bit “0”, hàng cịn lại có số bit “1” số bit “0” Hàm Walsh cấu trúc cho độ dài khối N = j, j số nguyên dương Tổ hợp mã hàng ma trận hàm trực giao xác định theo ma trận Hadamard sau : 0 0 H = 0, H = ,H4 = 0 1 0 1 H , H 2N = N HN HN HN Trong H N đảo số hai HN V Cấu trúc phân kênh WCDMA Cũng hệ thống thông tin di động hệ hai, kênh thông tin WCDMA chia làm hai loại tuỳ thuộc vào quan điểm nhìn nhận Theo quan điểm truyền dẫn ta có kênh vật lý cịn theo quan điểm thơng tin ta có kênh truyền tải Lớp vật lý ảnh hưởng lớn đến phức tạp thiết bị mặt đảm bảo khả 39 Trang 39 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật xử lý băng tần sở cần thiết trạm gốc trạm đầu cuối Trên quan điểm hệ thống thông tin di động hệ ba hệ thống băng rộng, khơng thể thiết kế lớp vật lý cho dịch vụ thoại mà cần đảm bảo tính linh hoạt cho dịch vụ tương lai Kênh vật lý A Kênh vật lý riêng đường lên Kênh vật lý đường lên gồm hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) kênh điều khiển vật lý (DPCCH) Kênh điều khiển vật lý (DPCCH) Kênh điều khiển vật lý đường lên sử dụng để mang thông tin điều khiển lớp vật lý Thông tin gồm : bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá kênh cho tách sóng qn, lệnh điều khiển cơng suất (TCP : Transmit Control Power), thông tin hồi tiếp (FBI : Feedback Information) thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) Hoa tiêu TFCI FBI Npilot bit NTFCI bit NFBI bit TCP NTPC bit Số liệu Ndata bit Tkhe = 2560 chip, 10.2k bit (k = 0…6) Khe #0 Khe #1 Khe #14 Khe #i Một khung vơ tuyến : Tf = 10ms DPDCH DPCCH Hình 9:Cấu trúc khung vô tuyến DPDCH/DPCCH đường lên 40 Trang 40 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Thông số k xác định số bit khe DPDCH/DPCCH đường lên Mỗi khung có độ dài 10ms chia thành 15 khe, khe dài Tslot = 2560 chip ứng với 666μs, tương ứng với chu kỳ điều khiển công suất Như độ rộng khe gần với độ rộng khe GSM (577μs) Các bit FBI sử dụng sử dụng phân tập phát vịng kín đường xuống Có tất cấu trúc khe cho DPCCH đường lên Có tuỳ chọn sau : 0, hay hai bit cho FBI có khơng bit TFCI Các bit hoa tiêu TPC ln ln có mặt số bit chúng thay đổi để sử dụng hết khe DPCCH Cấu trúc trường DPCCH : Khuôn Tốc độ Tốc độ dạng bit kênh ký #i (kbit/s) SF Số bit kênh bit /khun hiệu Số Npilot NTPC NTFCI NFBI Số khe phát /khe tuyến khung vô g 15 15 256 150 10 2 15 0A 15 15 256 150 10 10 – 14 0B 15 15 256 150 10 4 8–9 15 15 256 150 10 0 – 16 15 15 256 150 10 2 15 2A 15 15 256 150 10 10 – 14 2B 15 15 256 150 10 8–9 15 15 256 150 10 – 15 15 15 256 150 10 2 – 15 15 15 256 150 10 2 15 5A 15 15 256 150 10 10 – 14 5B 15 15 256 150 10 8–9 Kênh số liệu vật lý riêng DPDCH Kênh truyền số liệu cho người sử dụng, tốc độ số liệu DPDCH thay đổi theo khung Thông thường dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu kênh DPDCH thông báo kênh DPCCH DPCCH phát liên tục thông tin tốc 41 Trang 41 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật độ trường phát với thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI), thông tin DPCCH tốc độ số liệu khung DPDCH hành Nếu giải mã TCFI khơng tồn khung số liệu bị Tuy nhiên độ tin cậy TCFI cao số liệu nên xảy TCFI Cấu trúc trường DPDCH sau : Khuôn dạng Tốc độ bit kênh Tốc độ ký SF Số bit /khung Số bit /khe Ndata 15 256 150 10 10 30 30 128 300 20 20 60 60 64 600 40 40 120 120 32 1200 80 80 240 240 16 2400 160 160 480 480 4800 320 320 960 960 9600 640 640 #i (kbit/s) hiệu kênh 15 B Kênh vật lý chung đường lên Kênh truy cập ngẫu nhiên PRACH Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH) sử dụng để mang RACH - Phát RACH : Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa vào phương pháp ALOHA theo phân khe với thị bắt nhanh Cứ hai khung có 15 khe truy nhập khoảng cách chúng là 5120 chip Các lớp cao cung cấp thông tin khe truy nhập sử dụng thời Kênh truy nhập #0 #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #0 42 Trang 42 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Khung vô tuyến 10ms Khung vô tuyến 10ms 5120 chip Phát truy cập ngẫu nhiên Kênh truy nhập #1 Kênh truy nhập #7 Kênh truy nhập #8 Kênh truy nhập #14 Hình 10: Số thứ tự khe truy nhập RACH khoảng cách chúng Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên Phát truy cập ngẫu nhiên - Phần tiền tố RACH : Phần tiền tố cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 lần lặp chữ ký Tiền tố Tiền tố Tiền tố Tiền tố Tiền tố Phần tin Phần tin 4096 chip 4096 chip 10ms (Một khung vô tuyến) 20ms (Hai khung vơ tuyến) Tiền tố Hình 4.9 Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 43 Trang 43 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật - Phần tin RACH : Khung vô tuyến phần tin 10ms chia thành 15 khe, khe dài Tslot = 2560 chip Mỗi khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin lớp phần điều khiển mang thông tin lớp Cả hai phần phát đồng thời Phần số liệu gồm 10.2k bit với k = 0, 1, 2, Phần điều khiển gồm bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá cho tách sóng quán hai bit TFCI Tổng số bit TFCI tin truy nhập ngẫu nhiên 30 Giá trị TFCI tương ứng với khuôn dạng truyền tải định tin truy nhập thời Số liệu Ndata bit Khe #0 Khe #1 Khe #14 Khe #i Khung vô tuyến phần tin TRACH = 10 Hoa tiêu Npilot bit Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k=0 3) Số liệu Điều khiển Hình 11: Cấu trúc khung vô tuyến phần tin RACH Các trường số liệu phần tin RACH : Khuôn dạng Tốc độ bit kênh Tốc độ ký hiệu SF Số bit/ khung Số bit/ khe Ndata khe #i 150 300 600 1200 10 20 40 80 10 20 40 80 (kbit/s) 15 30 60 120 kênh (kbit/s) 15 30 60 120 256 128 64 32 Trường điều khiển phần tin RACH : Khuôn dạng Tốc độ bit Tốc độ ký hiệu SF 44 Số bit/ Số bit/ khe Npilot NTFCI Trang 44 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật khe #i kênh (kbit/s) kênh (kbit/s) 15 15 khung 256 150 10 Kênh gói chung PCPCH Kênh gói chung vật lý sử dụng để mang CPCH PCPCH thực chất mở rộng RACH Sự khác so với RACH kênh dành trước nhiều khung có sử dụng điều khiển công suất - Phát CPCH : Phát CPCH dựa nguyên tắc DSMA – CD (DSMA – Collision Detection) với thị bắt nhanh Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm hay nhiều tiền tố truy nhập (AP : Access Preamble) dài 4096 chip, tiền tố phát tranh chấp (CDP : Collisiion Detection Preamble) dài 4096 chip, tiền tố điều khiển công suất (PCP : Power Control Preamble) dài từ đến khe tin có độ dài khả biến Nx10ms Phần tin hay khe N.10ms Tiền tố truy nhập Tiền tố phân giải va chạm DPCCH DPDCH Hình 12: Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH - Phần tiền tố truy nhập CPCH : Phần tiền tố truy nhập ngẫu nhiên CPCH tương tự RACH Số chuỗi sử dụng nhỏ số chuỗi sử dụng tiền tố RACH - Phần tiền tố phát tranh chấp : Phần giống phần tiền tố RACH - Phần tiền tố điều khiển công suất : Là tiền tố điều khiển cơng suất có độ dài lấy giá trị từ đến khe thiết lập bit cao - Phần tin CPCH : Gồm khung tin 10ms, số khung tin lớp cao quy định Mỗi khung 10ms chia 15 khe dài 2560 chip, khe gồm hai phần : phần số liệu mang thông tin lớp cao phần điều khiển mang thông tin lớp thấp Phần số liệu phần điều khiển phát đồng thời 45 Trang 45 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật C Kênh vật lý riêng đường xuống (DPCH) Kênh riêng đường xuống tạo lớp hai lớp Một khung kênh riêng đường xuống dài 10ms chia làm 15 khe, khe dài 2560 chip tương ứng với chu kỳ điều khiển công suất Cấu trúc khung kênh riêng đường xuống thể hình sau : Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 Số liệu Ndata bit DPDCH TPC TFCI Số liệu Hoa tiêu NTPC bit NTFCI bit Ndata2 bit Npilot bit DPCCH DPDCH DPCCH Tslot = 2560 chip, 10.2k bit (k = 7) Hình 13 Cấu trúc khung DPCH đường xuống Một khung vô tuyến Tf = 10ms D Kênh vật lý chung đường xuống Kênh hoa tiêu chung (CPICH) Kênh hoa tiêu chung kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định để mang chuỗi bit/ký hiệu định nghĩa trước Khe #0 Khe #1 Khe #i 46 Trang 46 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Khe #14 Chu ỗi ký hi ệu đư ợc đ ịnh nghĩa trư ớc Tslot = 2560 chip, 20 bit = 10 ký hiệu Hình 14 Cấu trúc khung DPCH đường xuống Một khung vơ tuyến Tf = 10ms Có hai kiểu kênh hoa tiêu chung kênh hoa tiêu chung sơ cấp kênh hoa tiêu chung thứ cấp, phân biệt lĩnh vực sử dụng hạn chế tính vật lý chúng - Kênh hoa tiêu chung sơ cấp : Được ngẫu nhiên hóa mã ngẫu nhiên sơ cấp sử dụng mã định kênh Mỗi có kênh chúng phát quảng bá tồn - Kênh hoa tiêu chung thứ cấp : Mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp thứ cấp sử dụng mã định kênh tuỳ ý Một khơng có có nhiều kênh Chúng phát phần ô Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp (P-CCPCH) Là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s) đưọc sử dụng để mang BCH Khe #0 Khe #1 Khe #i Khe #14 S ố li ệu 18 bit Tslot = 2560 chip, 20 bit Hình 15 Cấu trúc khung kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 47 Trang 47 ... Trang 23 Cơng nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật G1 G1 b1 b1 b1 b1 + + + 24 Trang 24 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật + b0 b0 b0 b0 + + + + b2 25 Trang 25 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật b2 b2... hợp với vùng Trang Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật Chương CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA W-CDMA I Giới thiệu công nghệ W-CDMA Chương giới thiệu công nghệ W-CDMA, cấu trúc mạng W-CDMA, mạng truy... cố kết nối vô tuyến Chương CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA 22 Trang 22 Công nghệ W-CDMA giải pháp kĩ thuật I Giới thiệu Trong chương tìm hiểu kỹ thuật WCDMA, kỹ thuật mã hóa, điều chế, ngun
