Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS W - CDMA

LỜI NÓI ĐẦU cd Thế kỉ 21 được coi là thế kỉ của tri thức do đó nhu cầu và trao đổi và xử lý thông tin ngày càng lớn. Trong những năm đầu của thế kỉ mới chúng ta được chứng kiến bước phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin mà điển hình ngày càng có nhiều công nghệ mới để truyền dữ liệu có hiệu quả. Tại Việt Nam cũng đang có một cuộc cách mạng chuyển từ thế hệ 2G sang 3G trong lĩnh vực thông tin di động để bắt kịp với sự phát triển của thế giới. Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM và CDMA băng thông hẹp, các công nghệ này trở nên lạc hậu và quá tải trước là trước các yêu cầu về dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ cao, xem tivi trên điện thoại di động, truy cập WAP, internet và nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác. Vì vậy sự thay thế của các công nghệ thế hệ 3G như WCDMA và CDMA-EVDO là điều tất yếu. Thực tế phần lớn các thuê bao tại Việt Nam đang sử dụng mạng GSM mà WCDMA là bước phát triển tiếp của GSM nên em chọn đề tài “Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS W-CDMA” cho nội dung nghiên cứu đồ án của mình nhằm góp thêm hiểu biết cho những người quan tâm và tìm hiểu công nghệ mới này. Mặc dù em đã cố gắng nhiều nhưng do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những góp ý, phê bình và hướng dẫn từ thầy cô bạn bè. Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và hỗ trợ từ thầy hướng dẫn :Ths.Vương Hoàng Nam. Thầy đã luôn tận tình chỉ bảo và đưa ra những đánh giá, những lời khuyên thiết thực giúp em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình. Em xin trân trọng cảm ơn thầy. Em cũng xin cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ của các Thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông và bạn bè những người đã giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp. TÓM TẮT ĐỒ ÁN cd Nội dung chính cùa bản đồ án này nhằm giới thiệu một cách tổng quan về hệ thống W-CDMA theo tiêu chuẩn của Châu Âu. Trong chương đầu của đồ án là tổng quan về sự phát triển của hệ thống thông tin chủ yếu giới thiệu những mốc lịch sử đáng chú ý và những hệ thống điển hình của hệ thống thông tin qua các thời kì. Chương thứ hai đề cập chủ yếu đến công nghệ CDMA là nền tảng của W-CDMA gồm có các đặc tính điển hình của CDMA và kĩ thuật trải phổ là phương thức truy nhập mới quyết định sự ưu việt của hệ thống CDMA so với các hệ thống trước đó. Trong chương ba hệ thống W-CDMA được giới thiệu như là một công nghệ mới cho thế hệ 3G tại Việt Nam. Chương bốn là một số đề xuất về việc triển khai W-CDMA tại Việt Nam mang tính khả thi. Nội dung của đồ án này gồm 4 chương: Chương 1 Tổng quan về mạng thông tin di động. Chương 2 Kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA. Chương 3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 WCDMA. Chương 4 Những kiến nghị triển khai WCDMA tại Việt Nam MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 6 1.1.Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động. 6 1.2.Các phương thức đa truy nhập. 8 1.3 Hệ thống thông tin tổ ong Cellular. 10 1.4 Sự phát triển của hệ thống thông tin cellular. 15 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ CÔNG NGHỆ CDMA 17 2.1 Kỹ thuật trải phổ. 17 2.1.1. Khái niệm trải phổ. 17 2.1.2. Các ưu điểm của kỹ thuật trải phổ so với truyền dẫn băng hẹp. 18 2.1.3. Cơ sở kỹ thuật trải phổ. 20 2.1.4. Các hệ thống thông tin trải phổ. 21 2.1.4.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp (DS/SS) 21 2.1.4.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH/SS) 23 2.1.4.3 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) 25 2.1.4.4 Hệ thống lai (Hybrid) 26 2.2. Tổng quan công nghệ CDMA 26 2.2.1. Khái niệm CDMA 26 2.2.2. Các đặc tính của CDMA 27 CHƯƠNG 3:HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ BA UMTS W-CDMA 35 3.1. Khái quát về hệ thống W-CDMA 35 3.1.1Các thông số chính của WCDMA 37 3.1.3 Điều khiển công suất trong WCDMA 42 3.1.4 Sóng mang. 44 3.1.5 Đa tốc độ. 44 3.1.6 Gói dữ liệu. 44 3.2. Cấu trúc và chức năng các phần tử trong hệ mạng W-CDMA UMTS. 45 3.2.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống. 45 3.2.2. Chức năng của các phần tử trong hệ thống. 47 3.2.3. Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 47 3.2.3.1. Những yêu cầu: 47 3.2.3.2. Đặc tính mạng UTRAN 48 3.2.3.3. Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 50 3.2.4. Mạng lõi 51 3.2.5. Thiết bị người dùng UE 53 3.3. Các giao diện của W-CDMA UMTS. 53 3.3.1. Giao diện Iu. 53 3.3.2. Giao diện Iub. 53 3.3.3. Giao diện Iur. 54 3.4. Mạng truyền dẫn. 54 3.5. Kiến trúc phân lớp W-CDMA 55 3.5.1. Nguyên tắc phân lớp trong hệ thống W-CDMA 55 3.5.2. Lớp vật lý trong W-CDMA 56 3.6. Cấu trúc kênh trong W-CDMA 57 3.6.1. Các kênh logic. 57 3.6.2. Các kênh truyền tải 58 3.6.2.1. Các kênh truyền tải riêng(DCH-Dedicate Channel) 58 3.6.2.2. Các kênh truyền tải chung. 58 3.6.3.1. Các kênh vật lý đường lên. 62 3.6.3.2. Các kênh vật lý đường xuống. 65 3.6.3.3. Định kênh và ngẫu nhiên hóa trong các kênh vật lý. 73 3.7. Kỹ thuật vô tuyến. 75 3.7.1. Vấn đề điều khiển công suất 75 3.7.2. Vấn đề chuyển vùng. 78 3.7.3. Máy thu RAKE 81 3.8 Những ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM . 82 CHƯƠNG 4 : NHỮNG KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI W-CDMA TẠI VIỆT NAM . 83 4.1. Cơ sở hạ tầng mạng thông tin di động số ở nước ta. 83 4.2. Cơ sở triển khai mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 tại Việt Nam 86 4.3. Vấn đề liên kết các hệ thống. 87 4.4. Những xu hướng triển khai khác nhau về W-CDMA 88 KẾT LUẬN CHUNG 92 BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

doc98 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 1774 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS W - CDMA, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
h điều khiển quảng bá - BCCH. Kênh điều khiển nhắn tin - PCCH. Kênh điều khiển dành riêng - DCCH. Kênh điều khiển chung - CCCH. Kênh điều khiển phân chia kênh - SHCCH. Kênh điều khiển riêng cho ODMA - ODCCH. Kênh điều khiển chung cho ODMA - OCCCH Nhóm kênh lưu lượng bao gồm: Kênh lưu lượng dành riêng - DTCH. Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA - DTCH. Kênh lưu lượng chung - CTCH. Các kênh truyền tải Các kênh truyền dẫn có nhiệm vụ truyền thông tin giữa phân lớp MAC và lớp vật lý. Các kênh truyền tải được phân loại thành hai nhóm: các kênh riêng và các kênh chung. Kênh truyền tải riêng Kênh truyền tải chung Kênh riêng (DCH) (UL/DL) Kênh quảng bá (BCH) (DL) Kênh truy nhập đường xuống (FACH) (DL) Kênh tìm gọi (PCH) (DL) Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH) (UL) Kênh gói chung đường lên (CPCH) (UL) Kênh đường xuống dùng chung (DSCH) (DL) Các kênh truyền tải riêng(DCH-Dedicate Channel) Mạng thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người sử dụng bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời (chẳng hạn như các khung tiếng) và thông tin điều khiển lớp cao (các lệnh chuyển giao và các báo cáo đo đạc từ UE). Lớp vật lý không thể phân biệt hai loại thông tin này nên xử lý như nhau. Nhờ việc hỗ trợ tốc độ bit thay đổi và ghép kênh nên ở W-CDMA không cần kênh truyền tải tách biệt cho số liệu và điều khiển giống như GSM. Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến một phần ô hay đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thích ứng. Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm. Các kênh truyền tải chung UTRA định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung. Các kênh này có một số điểm khác với các kênh trong GSM chẳng hạn như truyền dẫn gói ở các kênh chung và một kênh dùng chung đường xuống để phát số liệu gói. Các kênh chung không có chuyển giao mềm, nhưng một số kênh có điều khiển công suất nhanh. Kênh quảng bá (BCH – Broadcast Channel) (Down link - bắt buộc) Được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRAN hoặc ô. Trong một mạng, số liệu quan trọng nhất là các mã truy nhập ngẫu nhiên và các khe thời gian có thể cấp phát hay các kiểu phân tập phát được sử dụng cho các kênh khác ở một ô cho trước. Vì UE chỉ có thể đăng ký đến một ô nếu nó có thể giải mã kênh quảng bá nên cần phát kênh này ở công suất khá cao để phủ sóng đến toàn bộ mọi người trong ô. Tốc độ thông tin trên kênh bị giới hạn bởi khả năng giải mã của các UE tốc độ thấp cho nên tốc độ kênh quảng bá UTRA là thấp và cố định. Kênh truy nhập đường xuống (FACH - Forward Access Channel) (Down Link - bắt buộc) Mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước. Các số liệu gói cũng có thể được phát trên kênh FACH. Trong một ô có thể có nhiều FACH. Một FACH cần có tốc độ bit đủ thấp để tất cả các UE thu được. FACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và để thu đúng các bản tin được phát nó có chứa thông tin nhận dạng trong băng. Kênh tìm gọi (PCH - Paging Channel) (Down Link - bắt buộc) Mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi khi mạng muốn khởi đầu thông tin với UE. Tuỳ theo cấu hình hệ thống bản tin tìm gọi có thể được phát trong một ô hoặc trong hàng trăm ô. Việc thiết kế kênh tìm gọi ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ của UE ở chế độ chờ. UE càng ít điều chỉnh máy thu của mình để thu bản tin tìm gọi thì pin của nó ở chế độ chờ càng lâu. Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH - Random Access Channel) (Up Link - bắt buộc) Được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như yêu cầu thiết lập một kết nối. Kênh này cũng được dùng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE. Để hoạt động đúng, hệ thống phải thu được kênh này từ toàn bộ vùng phủ của ô. Cho nên tốc độ số liệu thực tế phải đủ thấp. 5.Kênh gói chung đường lên (CPCH - Common Packet Channel) (Up Link - tuỳ chọn) Là mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người dùng phát theo gói. FACH ở đường xuống cùng với kênh này tạo nên cặp kênh để truyền số liệu. Khác với RACH, kênh này sử dụng điều khiển công suất nhanh, cơ chế phát hiện tranh chấp và thủ tục giám sát trạng thái CPCH. So với một hoặc hai khung của bản tin RACH, truyền dẫn CPCH đường lên có thể kéo dài nhiều khung. 6.Kênh đường xuống dùng chung (DSCH - Dedicated Shared Channel) (Down Link - tuỳ chọn) Mang thông tin của người dùng và/hoặc thông tin điều khiển chung cho nhiều người. Nó gần giống kênh FACH nhưng hỗ trợ sử dụng điều khiển công suất nhanh cũng như tốc độ bit thay đổi theo khung. Không cần thiết phải thu được kênh này trong toàn bộ vùng phủ của ô và có thể sử dụng các chế độ khác nhau của các phương pháp phân tập phát được sử dụng cho kênh DCH đường xuống. Kênh này luôn liên kết với DCH đường xuống. 3.6.3 Các kênh vật lý Trong phần này chúng ta phân tích cấu trúc kênh vật lý ở chế độ FDD. Các kênh vật lý trong FDD có dạng cấu trúc lớp như các khung vô tuyến và các khe thời gian. Khung vô tuyến là một khối xử lý bao gồm 15 khe thời gian có chiều dài 38400 chip, và khe thời gian là một khối chứa các trường bit có chiều dài 2560 chip. Cấu hình khe thời gian biến đổi tuỳ thuộc tốc độ bit của kênh vật lý. Vì thế số bit trên mỗi khe có thể khác nhau đối với các kênh vật lý khác nhau và trong một vài trường hợp có thể biến đổi theo thời gian. Một kênh vật lý tương ứng với một mã, một tần số sóng mang cụ thể, và trên đường lên sẽ có thêm một thành phần quan hệ pha (0 hoặc /2). Các kênh vật lý được phân loại dựa trên hai đặc trưng: Kênh đường lên và kênh đường xuống. Kênh riêng và kênh chung Kênh vật lý riêng (DCH) Kênh vật lý chung Kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) (UL/DL) Kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) (UL/DL) Kênh truy nhập ngẫu nhiên (PRACH) (UL) Kênh gói chung đường lên (PCPCH) (UL) Kênh hoa tiêu chung (CPICH) (DL) Kênh điều khiển chung sơ cấp(P-CCPCH) (DL) Kênh điều khiển chung thứ cấp(S-CCPCH)(DL) Kênh đồng bộ (SCH) (DL) Kênh chỉ thị bắt đầu (AICH) (DL) Các kênh vật lý đường lên Kênh vật lý riêng đường lên (DPDCH và DPCCH) Truyền dẫn đường lên có thể gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng DPDCH (Dedicated Physical Data Channel) với hệ số trải phổ thay đổi từ 256 đến 4 và một kênh điều khiển vật lý DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) duy nhất với hệ số trải phổ cố định bằng 256. Tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung. Thông thường đối với dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo trên kênh DPCCH. DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ được phát bằng chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TFCI (Tranfer Forming Composed Indicator), chính là thông tin DPCCH về tốc độ số liệu ở khung DPDCH hiện hành thông báo cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải khác nhau được ghép chung trên kênh DPDCH đường lên và tương ứng với số liệu được phát trong cùng khung. Chính UTRAN quyết định có cần phát TFCI hay không. Và nếu cần thì tất cả các UE phải đảm bảo TFCI đường lên. Nếu giải mã TFCI không đúng thì toàn bộ khung số liệu bị mất. Vì TFCI chỉ thị khuôn dạng số liệu của cùng khung nên mất TFCI không ảnh hưởng lên các khung khác. Độ tin cậy của TFCI cao hơn độ tin cậy của việc phát hiện số liệu người sử dụng trên kênh DPDCH. Vì thế ít khi xảy ra mất TFCI. Hình 3.12 Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đường lên. Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý đường lên PRACH Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PRACH (Physical Random Access Channel) được sử dụng để mang RACH. Phát RACH Phát truy nhập ngẫu nhiên dựa trên phương pháp phân khe ALOHA với chỉ thị yêu cầu nhận thực nhanh. UE có thể bắt đầu phát truy nhập ngẫu nhiên tại phần đầu một số khoảng thời gian đã được xác định rõ, ký hiệu là các khe truy nhập. Có l5 khe truy nhập trên 2 khung và chúng cách nhau 5120 chip. Hình vẽ cho thấy số thứ tự khe truy nhập và khoảng cách giữa chúng. Các lớp cao cung cấp thông tin về các khe truy nhập sử dụng ở ô hiện thời. Hình 3.13 Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng Hình 3.14 Cấu trúc truy nhập ngẫu nhiên Phát truy nhập ngẫu nhiên gồm một hay nhiều tiền tố dài 4096 chip và một bản tin dài 10ms hay 20ms. UE thông báo độ dài của phần bản tin cho mạng bằng các chữ ký riêng và các khe truy nhập. Các lớp cao hơn sẽ quy định chữ ký và khe thời gian truy nhập nào được sử dụng cho độ dài bản tin nào. Phần tiền tố của RACH Phần tiền tố của cụm truy nhập ngẫu nhiên gồm 256 đoạn lặp của chữ ký. Có tổng số 16 chữ ký được xây dựng từ tập 16 mã Hadamard có độ dài 16. Phần bản tin của RACH Hình 3.15 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH Khung vô tuyến phần bản tin dài 10 ms được chia thành 15 khe mỗi khe dài Tslot = 2560 chip. Mỗi khe gồm hai phần: phần số liệu mang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1. Các phần số liệu và điều khiển được phát đồng thời. Phần bản tin dài 20 ms gồm hai khung vô tuyến liên tiếp của phần bản tin. Kênh gói chung vật lý đường lên PCPCH Kênh gói chung vật lý PCPCH (Primary Common Control Physical Channel) được sử dụng để mang CPCH và đây là sự mở rộng của RACH. Sự khác nhau chủ yếu so với truyền số hiệu ở RACH là kênh này có thể dành trước nhiều khung và có sử dụng điều khiển công suất (điều này không cần thiết đối với RACH vì nó chỉ sử dụng một hoặc hai khung). CPCH đi cặp với DPCCH đường 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 4 tiền tố điều khiển công suất trước khi phát thực sự. Trong một số trường hợp điều này có lợi vì nó cho phép thực hiện điều khiển công suất trước khi phát số liệu thực sự. Kênh FACH thực hiện truyền báo hiệu đường xuống cho đầu cuối sử dụng CPCH. Sở dĩ không sử dụng DPDCH mang DPCCH cho báo hiệu CPCH vì đây là kênh thiết lập và giải phóng nhanh. Trong khi đó nội dung của DPDCH được xử lý ở lớp cao đặt tại RNC. Khi RNC muốn phát bản tin báo hiệu đến đầu cuối để trả lời sự tích cực của CPCH, một bản tin ARQ (phát lại) chẳng hạn, kết nối CPCH có thể đã được BS kết thúc. Các kênh vật lý đường xuống Các kênh vật lý đường xuống có sử dụng chế độ phát phân tập phát vòng hở gồm hai loại STTD và TSTD hoặc phân tập phát vòng kín được cho trong bảng sau: Ngoài ra còn có thể sử dụng phân tập phát ở chế độ hồi tiếp, trong đó việc chọn tín hiệu phát đi từ hai anten phụ thuộc vào thông tin hồi tiếp từ máy cầm tay. Chế độ hồi tiếp này sử dụng các dịch pha và trong một số trường hợp sử dụng cả biên độ giữa hai anten. Phân tập phát không gian - Thời gian (STTD) Hình 3.16 Sơ đồ khối hệ thống phân tập phát không gian và thời gian Số liệu đan xen được ghép chung với bit điều khiển công suất phát TPC (Transmitter Power Control). Sau ghép số liệu được đưa lên bộ mã hoá STTD (Space Time Transmit Diversity - Phân tập phát không gian thời gian). Nguyên lý hoạt động của bộ này được cho trong hình sau: Hình 3.17. Nguyên lý bộ mã hoá STTD Các bit kênh của số liệu sau ghép xen với các bit điều khiển công suất được chia thành hai luồng và được đưa đến hai anten. Hai luồng này còn được ghép với kênh hoa tiêu và kênh hoa tiêu phân tập trước khi đưa đến anten 1 và anten 2. Để máy thu của MS có thể phân biệt được kênh phát từ hai anten, hai kênh phân tập phát được phân biệt bởi mã định kênh và mã ngẫu nhiên Phân tập phát chuyển mạch phân chia theo thời gian (TSTD) Hình 3.18 Sơ đồ khối hệ thống phân tập phát chuyển mạch phân chia thời gian Trong sơ đồ phân tập này, chuyển mạch thực hiện chọn anten phát để được một trong hai đường truyền. Tín hiệu được chuyển mạch hoặc theo một mẫu được quyết định ở BS hoặc theo chất lượng tín hiệu thu được từ MS. Kênh vật lý riêng đường xuống DPCH Kênh truyền tải riêng đường xuống DCH (Dedicated Channel) được phát trên kênh vật lý riêng đường xuống DPCH (Dedicated Physical Channel). Chỉ có một kiểu kênh vật lý đường xuống là kênh vật lý riêng DPCH đường xuống. Trong một kênh DPCH đường xuống, số liệu riêng được tạo ra bởi lớp 2 và các lớp trên, nghĩa là kênh truyền tải riêng DCH được ghép kênh theo thời gian với thông tin điều khiển được tạo ra ở lớp 1 (các bit hoa tiêu, các lệnh điều khiển công suất phát TPC và một TFCI tùy chọn). DPCH đường xuống có thể được coi như là ghép kênh theo thời gian của hai kênh DPDCH và DPCCH như ở đường lên. UTRAN sẽ quyết định có phát TFCI hay không và nếu được quyết định thì tất cả các UE phải hỗ trợ việc sử dụng TFCI ở đường xuống. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống là mỗi khung dài 10 ms được chia thành 15 khe, mỗi khe dài Tslot = 2560 chip tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất. Hình 3.19. Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH đường xuống Kênh hoa tiêu vật lý chung đường xuống CPICH CPICH (Common Pilot Channel) là kênh vật lý đường xuống có tốc độ cố định (30 kbit/s, SF = 256) để mang chuỗi bit/ký hiệu được định nghĩa trước. Hình 3. 20Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh hoa tiêu chung đường xuống Trường hợp phân tập phát (vòng kín hay vòng hở, CPICH sẽ được phát cả hai anten với cùng mã định kênh và mã ngẫu nhiên hoá). Trong trường hợp này chuỗi ký hiệu định trước của CPICH sẽ khác nhau cho anten 1 và anten 2. Trường hợp không sử dụng phân tập thì chuỗi ký hiệu của anten 1 được sử dụng. Có hai kiểu kênh hoa tiêu chung: kênh CPICH sơ cấp và thứ cấp. Chúng khác nhau về lĩnh vực sử dụng và các hạn chế đối với các tính năng vật lý của chúng. Hình 3.18 Mẫu điều chế cho kênh hoa tiêu chung (với A=1+j) Kênh hoa tiêu chung sơ cấp Kênh hoa tiêu chung sơ cấp có các đặc tính sau: Luôn luôn sử dụng cùng một mã định kênh Được ngẫu nhiên hoá bởi mã ngẫu nhiên sơ cấp Mỗi ô có một kênh Phát quảng bá trên toàn bộ ô CPICH là tham chuẩn pha cho các kênh đường xuống sau: SCH, CCPICH, AICH, PICH. CPICH cũng là tham chuẩn pha mặc định cho tất cả các kênh đường xuống khác. Kênh hoa tiêu chung thứ cấp Kênh hoa tiêu chung thứ cấp có các đặc tính sau: Có thể sử dụng một mã định kênh tùy ý với SF = 256 Được ngẫu nhiên hoá hoặc bởi mã ngẫu nhiên sơ cấp hoặc thứ cấp Một ô có thể không có, có một hoặc nhiều kênh Có thể chỉ được phát ở một phần ô CPICH thứ cấp có thể là tham chuẩn cho CCPCH thứ cấp và DPCH đường xuống. Nếu xảy ra trường hợp này, báo hiệu lớp cao hơn phải thông báo cho UE. Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp đường xuống P-CCPCH P-CCPCH (Primary-Common Control Physical Channel) là các kênh vật lý đường xuống tốc độ cố định (30 kbit/s, SF = 256) được sử dụng để mang BCH. Hình 3.19 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh điều khiển chung sơ cấp Cấu trúc khung của P-CCPCH khác với DPCH đường 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 thời gian này SCH sơ cấp và thứ cấp được phát. Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp đường xuống S-CPPCH S-CCPCH (Secondary-Common Control Physical Channel) được 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. Nếu không sử dụng các bit TFCI, DTX (phát không liên tục) sẽ được sử dụng ở trường TFCI. Nếu khuôn dạng sử dụng TFCI, giá trị TFCI trong mỗi khung vô tuyến tương ứng với một khuôn dạng truyền dẫn nhất định của kênh truy nhập đường xuống FACH và (hoặc) kênh tìm gọi PCH hiện đang sử dụng. Sự tương ứng này được đàm phán (hoặc đàm phán lại) mỗi khi bổ sung hoặc loại bỏ FACH/PCH. Tập các tốc độ cũng giống như đối với DPCH đường xuống. Hình 3.20 Cấu trúc khung vô tuyến cho S-CCPCH Kênh vật lý đồng bộ đường xuống SCH Kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel) là tín hiệu đường xuống được sử dụng để tìm ô. SCH gồm hai kênh con: SCH sơ cấp và thứ cấp. Các khung 10 ms của SCH sơ cấp và thứ cấp được chia thành 10 khe, mỗi khe dài 2560 chip. Hình 3.21 Cấu trúc khung kênh đồng bộ SCH không được mã hoá SCH sơ cấp gồm một mã được điều chế 256 chip, mã đồng bộ sơ cấp PSC (Primary Synchronization) ký hiệu là cp. PSC như nhau cho mọi ô trong hệ thống. Kênh vật lý dùng chung đường xuống PDSCH Kênh vật lý dùng chung đường xuống PDSCH (Physical Downlink Shared Chanel) được sử dụng để mang kênh dùng chung đường xuống. Kênh này được nhiều người sử dụng dùng chung trên cơ sở ghép kênh mã. Vì DSCH luôn liên kết với DCH nên PDSCH luôn liên kết với DPCH. Hình 3.22 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh PDSCH Có hai phương pháp báo hiệu để thông báo cho UE về việc có số liệu cần trải mã trên DSCH: hoặc bằng trường TFCI hoặc bằng báo hiệu lớp cao. Truyền dẫn PDSCH liên kết với PPCH là trường hợp đặc biệt của phát đa mã. PDSCH VÀ PDCH không nhất thiết phải có cùng hệ số trải phổ đối với PDSCH, hệ số trải phổ có thể thay đổi theo khung. Thông tin điều khiển lớp 1 liên quan được phát trên phần DPCCH của DPCH liên kết, PDSCH không chứa thông tin lớp vật lý. Các hệ số trải phổ của PDSCH có thể thay đổi từ 256 đến 4. Kênh vật lý chỉ thị bắt đường xuống AICH Kênh chỉ thị bắt AICH (Acquisition Indicator Channel) là một kênh vật lý được sử dụng để mang các chỉ thị bắt. Chỉ thị bắt AIS tương ứng với chữ ký s trên kênh PRACH hoặc PCPCH. Lưu ý rằng đối với PCPCH, AICH hoặc tương ứng tiền tố truy nhập hoặc tương ứng tiền tố CD. AICH tương ứng tiền tố truy nhập là AP-AICH còn AICH tương ứng tiền tố CD là CD-AICH. APAICH và CD-AICH sử dụng các mã định kênh khác nhau. Hình 3.23. Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh chỉ thị bắt AICH AICH gồm một chuỗi lặp của 15 khe truy nhập liên tiếp AS (Access lot), mỗi khe dài 40 bit. Mỗi khe gồm hai phần: phần chỉ thị bắt AI Acquisition Indicator) 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. Kênh vật lý chỉ thị tìm gọi đường xuống PICH Kênh chỉ thị tìm gọi PICH là kênh vật lý tốc độ cố định (SF = 256) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi PI (Paging Indicator). PICH luôn liên kết với S-CCPCH mà ở đó kênh truyền tải PCH được sắp xếp lên. Một khung PICH dài 10 ms chứa 300 bit (b0, b1,..., b29). Trong số đó, 288 bit (b0, b1, ..., b287) được sử dụng để mang các chỉ thị tìm gọi. 12 bit còn lại (b288, b289, ..., b299) không được định nghĩa. Hình 3.24 Cấu trúc khung vô tuyến cho kênh chỉ thị tìm gọi PICH Định kênh và ngẫu nhiên hóa trong các kênh vật lý Định kênh Sự kết nối đường xuống và đường lên trong 1 ô của 1 UE được phân biệt bằng mã định kênh. Các mã định kênh ở đây phải được hiểu chính là các mã trải phổ ở UTRA được xây dựng dựa trên cơ sở kỹ thuật hệ số trải phổ khả biến trực giao OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor). Kỹ thuật này cho phép thay đổi các hệ số trải phổ khác nhau và bảo đảm tính trực quan giữa các mã định kênh có độ dài khác nhau. Các mã định kênh lấy từ cây mã ký hiệu Cch,SF,k, trong đó ch (Channel), SF (Spreading Factor), và 0 ≤ k ≤ SF-1 cho phép nén phổ theo hệ số trải phổ nhỏ nhất. Hình 3.25. Cấu trúc cây của mã định kênh Cách chọn mã định kênh là chọn mã định kênh từ nhánh được chỉ thị bởi mã có hệ số trải phổ nhỏ nhất. Một kênh vật lý có thể sử dụng một mã trong cây nếu không có kênh vật lý nào khác được phát sử dụng cùng cây mã đang sử dụng một mã ở nhánh dưới, nghĩa là sử dụng hệ số trải phổ cao hơn tạo ra từ mã trải phổ dự định sử dụng. Ngẫu nhiên hoá Quá trình này là cần thiết để phân biệt các UE và các BS. Nó không làm thay đổi độ rộng băng tần, nhưng nó cho phép phân biệt các tín hiệu từ các nguồn khác nhau. Sau khi ngẫu nhiên hóa tốc độ chip vẫn là 3,84 Mchip/s. Người ta sử dụng mã ngẫu nhiên hoá sau để phân biệt các ô: Chế độ FDD: Các mã Gold với chu kỳ 10 ms (38400 chip ở 3,84 Mchip/s) được sử dụng với độ dài mã bằng 2-1 chip. Chế độ TDD: Các mã ngẫu nhiên hoá có độ dài 16 chip được sử dụng. Người ta sử dụng mã ngẫu nhiên hóa sau để phân biệt các thiết bị người sử dụng: Chế độ FDD: Các mã Gold có chu kỳ 10 ms hoặc các mã S(2) có chu kỳ 256 chip. Chế độ TDD: Các mã có chu kỳ 16 chip cùng với chuỗi chèn giữa (Midamble) có độ dài phụ thuộc môi trường. Bảng chức năng của các mã định kênh và mã ngẫu nhiên Kỹ thuật vô tuyến Vấn đề điều khiển công suất Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng trong hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ W-CDMA, nhất là ở đường lên. Thiếu điều khiển công suất một MS phát công suất lớn sẽ chặn toàn bộ ô. Điều khiển công suất tuyến lên có vai trò: Cân bằng mức công suất mà BS nhận từ mỗi MS. Nhờ đó khắc phục được hiệu ứng gần xa và hiệu ứng che khuất do đó tăng dung lượng của hệ thống. Tối thiểu hoá mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tin cậy. Nhờ đó làm giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung lượng, tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất của MS. Điều khiển công suất tuyến xuống có vai trò: Đảm bảo phu sóng với chất lượng tốt cho những vùng tồi nhất trong vùng phục vụ. Tạo khả năng dàn trải lưu lượng giữa các ô có lượng tải không bằng nhau trong vùng phục vụ ( chẳng hanh dọc theo các đường cao tốc) bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối với các hệ thống có tải nặng. Tối hiểu hoá mức công suất cần thiết phát mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận, làm tăng dung lượng chất lượng hệ thống và tránh tác hại tới sức khoẻ. Các phương tiện điều khiển công suất: điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở. Với tuyến lên cả hai phương thức này đều được sử dụng còn với tuyến xuống do không có tín hiệu dẫn đường phát đi từ MS đến BS nên trong tuyến xuống chỉ sử dụng điều khiển công suất vòng kín. Cơ chế điều khiển công suất cho tuyến lên như sau (Hình 3.27): Đầu tiên, khi MS thâm nhập thệ thống thì điều khiển công suất vòng kín chưa khởi tạo. Lúc này, MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở, Nghĩa láM đo cường độ tín hiệu trên kênh truyền dẫ đường thu được từ BS, sau đó ước tính công suất phát đi trên kênh truy nhập. Mức công suất phát đi này tỉ lệ nghịch với cường độ tín hiệu dẫn đường thu được. Cụ thể công suất phát trung bình của MS là: P[dBm]=Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 Trong đó: Pmean: Công suất trung bình thu được đầu vào máy thu của MS NOM_PWR: Hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất của BS INIT_PWR: Hệ số sửa đổi cho công suất của BS Hình 3.26. Điều khiển công suất vòng hở cho tuyến lên Giá trị cụ thể của các thông số trên của mỗi BS được truyền đi trong bản tin các thông số truy nhập truyền đi trên kênh nhắn tin. Lúc này hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép tín. Mếu MS truy nhập không thành công, MS sẽ vừa tăng công suất phát lên từng bước gián đoạn, giá trị mỗi bước kỳ hiệu là PWR_STEP, vừa thực hiện tổng tích luỹ những thay đổi đã thực hiện, ký hiệu là SUMI1. Quá trình cứ như vậy tiếp diễn cho tới khi truy nhập thành công MS bắt đầu truyền kênh lưu lượng tuyến lên với công suất ước tính là: P[dBm] = Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + (tổng tích luỹ những thay đổi để truy nhập) = Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + SUMI1 Một khi thông tin từ MS tới được BS, BS sẽ căn cứ vào tỷ lệ lỗi được thông báo bởi MS và gửi đi thông tin điều khiển công suất vòng kín từ MS. Thông tin này được thực hiện bởi bit điều khiển công suất. Nếu bit điều khiển công suất là 0 nghĩa là yêu cầu MS tăng công suất 1dB, nếu bit là 1 nghĩa là yêu cầu MS giảm công suất 1dB. BS sẽ truyền bit điều khiển công suất cho mỗi MS riêng biệt với tốc độ 1,25ms một lần (800 bps). Điều này cũng có nghĩa là việc đo cường độ tín hiệu thu được từ MS của BS mất gần 1,25ms. Khi nhận các bit điều khiển công suất, công suất đầu ra của MS là: P[dBm] = Pmean + NOM_PWR + INIT_PWR – 73 + SUMI2 Trong đó: SUMI2(dB) là tổng luỹ tích tất cả những hiệu chỉnh công suất vòng kín. Việc ước tính công suất này của MS chỉ mất 500μs. Phạm vi thay đổi tổng cộng ước tính công suất vòng hở là ±24dB. Phạm vi thay đổi này đối với điều khiển công suất vòng kín là ±32dB. Hình 3.27. Điều khiển công suất vòng kín tuyến lên. Cơ chế điều khiển công suất vòng kín cho tuyến xuống tương tự như trong tuyến lên. BS nhận thông tin do MS cung cấp về chất lượng tín hiệu. Thông tin này có thể ở dạng tốc độ lỗi khung, mà MS đã đo trong kênh lưu lượng tuyến xuống được MS thông báo một cách có chu kỳ hoặc MS chỉ thông báo khi tốc độ lỗi vượt một ngưỡng nhất định. Thông tin chất lượng này được truyền đi trên kênh lưu lượng tuyến lên. Hình 3.28. Điều khiển công suất vòng kín tuyến xuống Phạm vi thay đổi công suất của BS là ±4dB, nhỏ hơn nhiều so với phạm vi thay đổi công suất tuyến lên và phụ thuộc tốc độ lỗi khung Vấn đề chuyển vùng Trong các hệ thống W-CDMA có các loại chuyển vùng sau: Chuyển vùng cứng Chuyển vùng nửa mềm Chuyển vùng mềm Chuyển vùng mềm hơn Chuyển vùng cứng dựa trên nguyên tắc: “cắt- trước khi- nối” và nó xuất hiện khi 2BS không được đồng bộ với nhau chẳng hạn thuộc hai hệ thống khác nhau hoặc 2BS sử dụng hai băng tần khác nhau. Quá trình chuyển vùng sẽ diễn ra giữa các trạm gốc hoặc các sector với các sóng mang CDMA khác nhau hoặc chuyển vùng từ hệ thống Analog sang CDMA và ngược lại. Chuyển vùng nửa mềm: xuất hiện khi chuyển vùng mềm trong mạng được MS xử lý như là chuyển vùng cứng. Khái niệm chuyển vùng mềm và mềm hơn đã trình bày ở mục trước thuộc 2.2.2 trong các hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ W-CDMA. Mục đích của nó là để tránh hiệu ứng gần xa xảy ra khi MS tiến sâu vào vùng phủ sóng của ô lân cận mà không được BS của ô này điều khiển công suất dẫn đến nó sẽ gây nhiễu lớn cho các MS khác ở ô này. Chuyển giao cứng thường xuyên và nhanh có thể tránh được diều này, nhưng chuyển giao này chỉ có thể thực hiện được với một thời gian trễ nhất định, trong khoảng thời gian này có thể xảy ra hiệu ứng gần xa. Vì thế cùng với điều khiển công suất thì chuyển vùng mềm và mềm hơn là công cụ quan trọng để giảm nhiễu ở W-CDMA. Với hệ thống này, cả BS và MS đều giám sát chất lượng tuyến vô tuyến và đều có thể yêu cầu chuyển vùng. Một trong hai phía có thể khởi tạo quá trình chuyển vùng bất cứ khi nào xuất hiện những hiện tượng sau: Tải lưu lượng của BS: Mạng có thể giám sát tải của tất cả các BS và chuyển vùng được sử dụng để cân bằng tải giữa chúng để đạt được hiệu quả lưu lượng cao hơn. Khoảng cách vượt quá giới hạn: Khi khoảng cách giưa BS và MS vượt quá giới hạn, MS hoặc BS có thể khởi tạo việc chuyển vùng. Cường độ tín hiệu dẫn đường thấp hơn mức ngưỡng: Khi đó MS hoặc BS có thể khởi tạo việc chuyển vùng. Công suất cực đại bị vượt quá: Khi BS yêu cầu MS tăng công suất và mức công suất cực đại của MS bị vượt quá thì MS hoặc BS có thể khởi tạo việc chuyển vùng. Trình tự bắt đầu thực hiện khi chuyển vùng mềm như sau: MS xác định một BS khác làm đích chuyển vùng. BS này có cường độ tín hiệu dẫn đường đủ lớn. MS gửi thông báo đo cường độ dẫn đường tới BS đang phục vụ. BS đang phục vụ gửi thông báo yêu cầu tham gia chuyển vùng giữa các BS tới MSC MSC nhận yêu cầu chuyển vùng và gửi thông tin yêu cầu chuyển vùng giữa các BS tới BS đích. BS đích thiết lập thông tin với MS bằng việc gửi tới nó thông báo lưu lượng không hợp lệ. BS đích gửi thông báo yêu cầu tham gia chuyển vùng tới MSC. MSC điều khiển các tuyến nối tới 2BS sao cho quá trình chuyển không bị gián đoạn và gửi thông tin nhận biết sự tham gia của BS tới BS đích. BS gửi thông báo nhận biết chuyển vùng giữa các BS tới MSC. MSC gửi thông báo nhân biết chuyển vùng giữa các BS tới BS đang phục vụ. BS đang phục vụ gửi thông tin chỉ dẫn chuyển vùng tới MS. MS gửi đi thông tin hoàn thành chuyển vùng tới BS đang phục vụ. BS đang phục vụ gửi thông báo thông tin chuyển vùng tới MSC. MSC xẫ nhận thông báo bầng báo nhận thông tin chuyển vùng. BS đích gửi lệnh yêu cầu đo cường độ tín hiều dẫn đường đến MS. MS gửi thông tin đo cường độ tín hiệu dẫn đường tới BS đích. Lúc này MS đang thông tin đồng thời với cả hai BS. Cả hai BS thông tin với MSC, MSC sử dụng tín hiệu tốt nhất từ hai BS. Sau khi chuyển vùng mềm, MS sẽ yêu cầu loại bỏ một BS ra khỏi tuyến nối để chỉ còn thông tin với BS đích (BS đang phục vụ mới) Nếu tiếp tục yêu cầu chuyển vùng mềm, các thủ tục chuyển vùng giống nhau trên lại được lặp lại. Máy thu RAKE Với tín hiệu băng hẹp, khả năng phân tập tự nhiên của băng tần rất nhỏ so với tín hiệu băng rộng. Vì vậy giao thoa giữa các ký hiệu lân cận là vấn đề qua trọng trong tín hiệu băng hẹp và để giải quyết vấn đề này, máy thu sử dụng bộ cân bằng để loại bỏ nhiễu giữa các ký hiệu lân cận. Trong khi đó, nhiễu giữa các ký hiệu lân cận trong tín hiệu băng rộng không phải là vấn đề nghiêm trọng nếu như biết lợi dụng ưu điểm của hệ thống băng rông là tăng ích lớn do phân tập vốn có của băng tần bằng cách sử dụng máy thu đa đường RAKE Mỗi đường hay nhánh sẽ thu một bản sao tín hiệu với những độ trễ khác nhau là nguyên lý làm việc của RAKE. Máy thu kết hợp tín hiệu thu được từ đầu ra của M bộ tương quan (M nhánh) để cải thiện tỷ số tín hiệu/ tạp âm tại máy thu. (Hình 3.30) Hình 3.29. Máy thu RAKE, M nhánh phân tập Các tín hiệu đa đường được coi là không tương quan với nhau tại máy thu nếu các tín hiều này có độ trễ tối thiểu là Tc (Tc là thời gian tồn tại của một chip). Dù cho chúng mang cùng một nội dung thông tin nếu như các tín hiệu đa đường này là các bản sao của tín hiệu truyền dẫn ban đầu. Máy thu RAKE tổ hợp M bản sao của tín hiệu truyền dẫn ban đầu với độ trễ giữa các nhánh lân cận tối thiểu là Tc. M tín hiệu đa đường mạnh nhất thu được ở đầu ra của M bộ tương quan được ký hiệu là z1, z2,… zM. Các tín hiều này được đánh giá bởi các hệ số α1, α2,… αM, các hệ số đánh giá này dựa trên cơ sở công suất hoặc S/N đầu ra mỗi bộ tương quan. Nếu như công suất hoặc S/N nhỏ thì hệ số đánh giá của M bộ tương quan. Nếu máy thu chỉ sử dụng một bộ tương quan thì việc quyết định bit có độ chính xác không cao do đầu vào của bộ tương quan có thể bị lỗi do ảnh hưởng của Fading. Bằng việc kết hợp đầu ra của M bộ tương quan, việc quyết định bit dựa vào M kết quả đánh giá riêng biệt nên cơ chế phân tập này của máy thu RAKE loại trừ ảnh hưởng của Fading, nâng cao chỉ tiêu về BER. 3.8 Những ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM W-CDMA là công nghệ dựa trên nền tảng là CDMA nhưng sử dụng băng rộng do đó nó càng phát huy được những ưu điểm của kỹ thuật trải phổ. Sau đây là nhưng ưu điểm vượt trội để W-CDMA thay thế GSM: Tính bảo mật cao hơn nhờ sử dụng kỹ thuật trải phổ với nhiều loại mã. Mức độ khai thác băng tần hiệu quả hơn do cùng một băng tần nhưng hệ thống W-CDMA cho dung lượng lớn hơn nhiều so với GSM. Có khả năng chuyển mạch mềm giúp cho chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Với khả năng điều khiển công suất W-CDMA giúp cho hệ thống cũng nhưng thiết bị tiết kiệm được năng lượng , người sử dụng đỡ tốn pin. W-CDMA cung cấp được nhiều dịch vụ tiện ích đa dạng như : fax, internet, truyền dữ liệu… Dễ dàng mở rộng dung lượng của hệ thống khi cần hay phân bố lại tần số cho các ô. CHƯƠNG 4 : NHỮNG KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI W-CDMA TẠI VIỆT NAM Cơ sở hạ tầng mạng thông tin di động số ở nước ta Những thử nghiệm ban đầu về thông tin di động số ở nước ta là mạng nhắn tin toàn quốc. Tháng 3/1993, mạng thông tin di động số GMS được triển khai ở miền Bắc. Thiết bị được sử dụng là của hãng Alcatel (Pháp) tổng đài vô tuyến đặt tại bưu điện Từ Liêm với 13 BTS tại Hà Nội. Gần một năm sau đó (1994), mạng GSM được triển khai tại phía Nam. Thiết bị được sử dụng là của hãng Ericsson (Thụy Điển), tổng đài đặt tại thành phố Hồ Chí Minh với 30BTS. Đến 10/1995, mạng GSM được triển khai tại miền Trung (Đà nẵng), thiết bị được sử dụng là của hãng Ericsson với 5 BTS. Tính từ năm 1996 lại đây việc phủ sóng đã được thực hiện khắp các tỉnh, thành phố của cả nước (64/64 tỉnh thành). Nhà khai thác dịch vụ GSM kể từ năm 1993 là Công ty Thông tin di động VMS, mạng do công ty này khai thác gọi là mạng Mobile Phone với đối tác là công ty COMVIK International VietNam-AB (Thụy Điển). Các tổng đài di động MSC đều được nối với tổng đài cổng Quốc gia ở cả 3 miền cho phép gọi quốc tế. Số thuê bao Mobile phone tính đến năm 2005 đã lên tới trên 2,5 triệu thuê bao, phủ sóng 64 tỉnh thành phố. Bên cạnh mạng Mobile phone của VMS, để tăng tính cạnh tranh, còn có mạng Vina phone của GPC sử dụng thiết bị của Siemens (Đức) được đưa vào hoạt động 6/1996 với số thuê bao tính đến nay là khoảng gần 4 triệu thuê bao. Mạng Vina phone cũng được triển khai rộng khắp ở cả 3 vùng miền Bắc- Trung- Nam. Bên cạnh đó, việc phát triển thêm một mạng GSM nữa vào tháng 8/2004 (Viettel) với khoảng 90.000 thuê bao chỉ sau một vài tháng kể từ ngày hoà mạng cũng góp phần đáng kể vào sự sôi động của thị trường viễn thông Việt Nam. Hình 4.1. Cấu hình chung mạng GSM của Việt Nam Tính đến thời điểm này, tại Việt Nam đã có khá nhiều nhà cung cấp các dịch vụ thông tin di động với chất lượng khá phong phú, đó là các dịch vụ như: Mobile phone, Vina phone, Viettel, S-phone. Tất cả các mạng đều cung cấp rất nhiều dịch vụ GTGT cho thuê bao của mình, ví dụ như: Dịch vụ hộp thư thoại: Khi thuê bao nằm ngoài vùng phủ sóng, cuộc gọi đến sẽ được ghi vào hộp thư thoại và được phát lại cho thuê bao ngay khi thuê bao đến một vùng phủ sóng gần nhất. Dịch vụ thư thoại khắc phục sự không liên tục của vùng phủ sóng trong tình hình hiện tại khá hữu hiệu. Dịch vụ nhắn tin ngắn, nhắn tin MMS giúp cho các mạng GSM hiện sử dụng it do nhiều nguyên nhân, trong đó có nhαững nguyên nhân về kỹ thuật (không ổn định) và cả giá thành (quá cao). Dịch vụ chuyển hướng cuộc gọi: Cho phép thuê bao chuyển tiếp cuộc gọi đến máy di động của mình sang một máy điện thoại hoặc hộp thư thoại khi cần thiết. Dịch vụ chuyển vùng quốc tế: Là dịch vụ mới cho phép các thuê bao di động thực hiện nhân cuộc gọi bằng di đông của mình khi di chuyển trên phạm vi nhiều quốc gia. Dịch vụ truy nhập Internet bằng GRPS đây cũng là dịch vụ cho phép các thuê bao di động có thể truy nhập và sử dụng các dịch vụ Internet trực tiếp trên màn hình máy di động. Ta thấy một thực tế rằng, ở đây, dich vụ mạng CDMA của Sphone ra đời hơn 1 năm, và cũng bao gồm khá nhiều dịch vụ nổi trội như: dịch vụ colouring tone ( hồi âm chuông bằng các file nhạc), truy cập internet tốc độ cao(115Kbps) dùng điện thoại vào máy vi tính…Nhưng vì vùng phủ sóng chưa tốt nên tốc độ phát triển thuê bao còn chậm. Ngoài ra còn một thực tế đáng lưu ý khác là những nơi lưu lượng tập trung lớn. Ví dụ: Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh thường xảy ra tắc nghẽn. Bán kính phủ sóng ở những nơi này có khi phải giảm xuống chỉ còn 500m và phải lắp thêm nhiều BTS mới. Một vấn đề mấu chốt cho việc phát triển mạng viễn thông là dự đoán nhu cầu thông tin trong tương lai. Đối với thông tin di động cũng như vậy. Kết quả dự báo nhu cầu thông tin di động giai đoạn 1996-2010 của đề tài nghiên cứu cấp nhà nước 01-01[TL5]. Trong đó, để dự đoán cho Việt Nam, nhóm chủ trì đã xem xét sự phát triển thông tin di động của một số nước trên thế giới và trong khu vực. Sự tương quan giữa tốc độ phát triển thông tin di động và GDP của nước đó được so sánh với nhau để có thể tìm ra mối liên hệ giữa tốc độ phát triển thông tin di động và tốc độ tăng trưởng GDP. Một số nước có hoàn cảnh giống Việt Nam được chọn làm mô hình mẫu. Trên cơ sở đó, người ta tính ba mức phát triển khả dụng là: mức cao, mức thoả hiệp và mức thấp. Mức cao được tính toán trong một điều kiện tốt nhất của tăng trưởng kinh tế xã hội. Mức thấp dựa trên những điều kiện xấu nhất của tăng trưởng kinh tế xã hội. Dựa vào 2 mức này người ta đưa một mức thoả hiệp giữa hai mức đó. Điều cần lưu ý trong tính toán là đối với những tỉnh chưa được phủ sóng tại một thời điểm nào đó sẽ được tính nhu cầu thông tin di động là 0 ( không có thuê bao nào). Các mạng thông tin di động hiện nay tuy cung cấp nhiều loại hình dịch vụ: thoại, các số dịch vụ GTGT khác như: thư thoại, nhắn tin ngắn, GPRS, Fax/Data, WAP, chuyển vùng quốc tế…Tuy nhiên các dịch vụ này mới chỉ ở tốc độ(tốc độ tối đa về lý thuyết cho thuê bao truy cập GPRS là 115Kbps nhưng điều này không thể xảy ra trên thực tế). Do đó khó thoả mãn nhu cầu về các dịch vụ băng rộng và dịch vụ thông tin đa phương tiện đang tăng lên. Một số điểm nóng đôi khi xảy ra tắc nghẽn và làm rớt cuộc gọi của thuê bao. Cùng với xu hướng phát triển của hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, việc triển khai hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ở Việt Nam như một xu thế tất yếu. Cơ sở triển khai mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 tại Việt Nam Việc triển khai công nghệ CDMA nói chung và thông tin di động thế hệ thứ 3 W-CDMA nói riêng tại nước ta có thể dự đoán là một xu thế chắc chắn. Có những cơ sở lý luận và thực tiễn đảm bảo cho việc triển khai nghiên cứu và ứng dụng CDMA, W-CDMA ở Việt Nam. Nghiên cứu về kỹ thuật trải phổ và công nghệ W-CDMA trên phạm vi toàn thế giới đã hoàn tất Kế hoạch triển khai các công nghệ mới của tổng công ty Bưu chính Viễn thông, theo đó năm 2020 triển khai rộng rãi công nghệ CDMA, W-CDMA nói chung và thông tin di động nói riêng Đội ngũ những nhà nghiên cứu, những cán bộ kỹ thuật nước ta đã được trang bị hoặc tự trang bị những kiến thức cần thiết cho việc chuẩn bị triển khai công nghệ CDMA, W-CDMA. Kể từ năm 1997, nhiều hội thảo về CDMA đã được tổ chức tại Việt Nam. Việt Nam cũng cử các cán bộ kỹ thuật tham gia hội thảo, học tập về CDMA ở nước ngoài. GSM vẫn là hệ thống chủ yếu hoạt động tại Việt Nam nên chọn phương án nâng cấp mạng GSM thành W-CDMA là phương án khả thi nhất. Sự triển khai CDMA ở nhiều quốc gia trên thế giới. Các hệ thống đã chỉ ra tính hoạt động hiệu quả và tin cậy của công nghệ CDMA và cũng chỉ ra nhu cầu cần thiết của các dịch vụ băng rộng cần được đưa vào sử dụng. Tính cấp bách của vấn đề giải quyết tràn lưu lượng mạng GSM, đặc biệt tại các thành phố lớn. Nhu cầu ngày càng tăng về đặc tính dịch vụ băng rộng, chất lượng, các dịch vụ đa phương tiện W-CDMA đã được đưa vào thử nghiệm và đã đi vào hoạt động. Ở Nhật, tháng 10/2001 do NTT DOCOMO và đến nay đã được triển khai rộng khắp trên phạm vi toàn thế giới với khoảng 140 triệu thuê bao. Các thị trường chính có thể kể ra như: Mỹ, Nhật, Trung Quốc… Hình 4.2 Phương án khả thi chuyển đổi GSM sang W-CDMA. Vấn đề liên kết các hệ thống. Do lịch sử phát triển, nhiều nước trong đó có Việt Nam đã có cơ sở hạ tầng GSM phát triển. Khả năng triển khai CDMA, W-CDMA ở những nước này có hai hướng. Xây dựng mới. Chồng ghép CDMA, W-CDMA với GSM. Giải pháp thứ 2 có tính thực tế hơn bởi lẽ nó cho phép tận dụng cơ sở hạ tầng là mạng GSM có sẵn. Mạng GSM có ưu điểm lớn là khả năng chuyển vùng hoàn hảo. Hai phương án có thể được miêu tả chi tiết hơn như sau: Xây dựng mới các trạm gốc CDMA, W-CDMA ở những vùng chưa phủ sóng GSM. Giải pháp này tương ứng với việc tập trung vào vùng phủ sóng đại diện cho một nhà khai thác GSM mới ở dải tần 1800MHz(GSM/DCS.1800). Phương án chồng ghép xây dựng trạm gốc CDMA, W-CDMA mới để xen vào những vùng đã tràn dung lượng hệ thống GSM cũ. Phương án này tương ứng với việc tập trung vào giải quyết lưu lượng nơi mà đã có nhà khai thác GSM cũ. Những xu hướng triển khai khác nhau về W-CDMA Quá trình hệ thống GSM tiến tới hệ thống 3G- có hai phương án: Phương án 1: Phát triển và hội nhập Khả năng thứ nhất: GSM→GPRS → EDGE→3G Bổ sung mạng vô tuyến truyền dữ liệu gói với tên gọi GPRS vào mạng GSM để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu tới 115Kbps, để cung cấp các dịch vụ Internet, email, fax, truyền số liều về lưu lượng. Sau đó tiếp tục nâng cấp với giai đoạn thực hiện là EDGE trên cơ sở dùng mạng GSM kết hợp với kỹ thuật điều chế mức cao và kỹ thuật ghép nhiều khe thời gian. Hình 4.3. Các phương án triển khai từ GSM lên 3G Khả năng thứ 2: GSM→GPRS→3G Bổ xung mạng vô tuyến truyền dữ liệu gói với tên gọi vào mạng GSM để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu tới 115Kbps, để cung cấp các dịch vụ Internet, email, fax, truyền số liệu về lưu lượng. Sau đó tiến thẳng lên 3G Cả hai khả năng trên đều sử dụng GPRS nhằm triển khai cơ sở hạ tầng chuyển mạch gói đặt trên nên mạng GSM hiện tại. GPRS là một bước trung gian trước khi tiến lên 3G, đây cũng có thể coi là hệ thống thông tin di động 2.5G. Nó đã khắc phục được những hạn chế của các kết nối thông tin theo phương thức chuyển mạch kênh truyền thống bằng việc chia nhỏ số liệu thành từng gói nhỏ và truyền đi theo một trật tự quy định và chỉ sử dụng tài nguyên vô tuyến khi một người sử dụng thật sự cần phát hoặc cần thu. Trong khoảng thời gian khi không có số liệu nào được phát, kết nối ngừng hoạt động nhưng khi có yêu cầu kết nối lập tức được khôi phục. Khoảng từ 50 đến 100 thuê bao GRPS là 115Kbps khi 8 khe thời gian cùng sử dụng một lúc., kết quả này cho phép nhanh hơn 10 lần so với các dịch vụ truyền số liệu sử dụng phương thức chuyển mạch kênh trong các hệ thống thông tin di động hiện tại. Sau khi tiến lên GPRS ta có thể tiếp tục tiến thêm một bước trung gian nữa là EDGE rồi mới tiến lên 3G hoặc tiến thẳng lên 3G. Với mỗi khả năng có ưu nhược điểm riêng: Nếu lựa chọn EDGE: EDGE là một tiếp cân cho phép cung cấp dữ liệu tốc độ cao sử dụng lại toàn bộ cấu trúc khe thời gian và độ rộng băng thông sóng mang GSM. Giao diện vô tuyến EDGE cho phép mạng GSM hoạt động tại các dải tần 800,900,1800,1900MHz và cung cấp các tính năng 3G. Ý tưởng cơ bản của EDGE là sử dụng các dịch vụ dữ liệu GSM thông dụng nhưng với tốc độ cao hơn 69.2 Kb/s với mỗi khe thời gian. Như vậy việc triển khai EDGE không làm thay đổi phần mạng lõi GSM bởi các phần tử mạng như MSC/HLR phục vụ cho chuyển mạch kênh hoặc các nút hỗ trợ GSM(GSN) phục vụ cho chuyển mạch gói đều có tính độclập tương đối với tốc độ người sử dụng. Nhưng EDGE lại mang đến những thay đổi lớn trong phương thức điều chế tín hiệu gây ra những tác động đáng kể đến phần thiết bị vô tuyến, kế hoạch mạng vô tuyến và kế hoạch vùng phủ sóng… Như: Các thiết bị đầu cuối và các trạm BTS phải được thiết kế mới hoặc nâng cấp lên nhiều để có thể có khả năng thu các tín hiệu kiểu EDGE mà kỹ thuật rất phức tạp. Điều này đòi hỏi chi phí cao mới có thể thực hiện được đồng thời. Với công nghệ này, tốc độ bit tăng (so với GPRS) làm giảm độ tin cậy của hệ thống trên khía cạnh phântán thời gian và tốc độ di chuyển của thuê bao. Tuy nhiên trong EDGE sẵn sàng cơ cấu khắc phục các hạn chế nêu trên, đó chính là cơ cấu trong tương thích kênh tự động, cho phép tự động lựa chọn sơ đồ mã hoá và điều chế phù hợp với chất lượng kênh vô tuyến. Nếu lựa chọn bỏ qua EDGE: Sau khi tiến hành GPRS nhằm xây dựng hạ tầng chuyển mạch gói đặt trên mạng GSM hiện tại sẽ triển khai ngay một mạng di động băng rộng 3G theo tiêu chuẩn của ITM2000. Mạng lõi GSM trong giải pháp này chỉ yêu cầu những hiệu chỉnh chủ yếu liên quan đến phân hạ tầng chuyển mạch gói. Tuy nhiên, những điều chỉnh này chỉ đáp ứng ở một mức độ nhất định các dịch vụ 3G trên nền mạng lõi GSM – GPRS. Các nút hỗ trợ GSM thuộc mạng GSM-GPRS không phải là hạ tầng chuyển mạch gói duy nhất trong mạng kép GPRS và 3G. Việc xây dựng mạng lõi cho hệ thống 3G đáp ứng đầy đủ các yêu cầu tổ hợp dịch vụ thoai và dữ liệu ở nước ta và đỏi hỏi một thiết kế tổng thể. Từ hệ thống đèn đến giao diện với các phần tử mạng khác. Về phương pháp này, toàn bộ phân hệ vô tuyến bao gồm các BTS và BSC phải được xây dựng lại từ đầu. Các thiết bị vô tuyến này làm việc trên băng tần dành riêng cho 3G, do đó không làm ảnh hưởng gì đến kế hoạch mạng vô tuyến hiệncó. Khi đó thức chất tồn tại hai mạng vô tuyến độc lập có thể bổ xung qua lại cho nhau với điều kiện sử dụng các thiết bị đầu cuối nhiều chế độ ở mức độ hạn chế bởi các đặc điểm yêu cầu, loại hình chất lượng, dịch vụ rất khácnhau giữa 3G và GPRS hay GSM. Tuy nhiên yêu cầu phải thiết kế các máy đầu cuối nhiều chế độ để thích hợp với một hệ thống kép như trên là không đơn giản với các nhà sản xuất. Phương án 2: Xây dựng mới Nếu tiến hành xây dựng m ới một mạng di độngbăng rộng ta sẽ có hai mạng song song cùng tồn tại đó là W-CDMA và GSM. Tuy nhiên để có khả năng hỗ trợ bổ xung giữa hai mạng ít nhất ở mức độ vùng phủ sóng cho dịch vụ thoại cơ bản thì giao thức mạng lõi của hai hệ thống phải tương thích. Hệ thống CDMA băng rộng không đồng bộ phù hợp hơn vì sử dụng chung hai giao thức mạng lõi GSM/ MAP. KẾT LUẬN CHUNG cd Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thông, hệ thống thông tin di động không ngừng được cải tiến nâng cấp lên các thế hệ cao hơn. Thế hệ thứ ba đã và đang được triển khai trên toàn thế giới trong khi thế hệ thứ tư đang được nghiên cứu và triển khai thử nghiệm. Thế hệ thứ ba ra đời và phát triển cải thiện được chất lượng dịch vụ, giá cước và phần lớn hạn chế của thế hệ thứ hai, mở ra kỷ nguyên ứng dụng đa phượng tiện cho các thiết bị di động. Công nghệ CDMA với những ưu điểm vượt trội đã được chứng minh là xu hướng phát triển tất yếu của thông tin di động. Ưu điểm vượt trội của CDMA với nhà khai thác là có chi phí triển khai thấp với hiệu suất sử dụng tần số cao, với người sử dụng là chất lượng thoại tốt, bảo mật tuyệt đối và cung cấp các tiện ích cao cấp mà các mạng GSM không thể làm được. CDMA đã được nghiên cứu, chuẩn hóa và triển khai rộng rãi trên toàn thế giới với hàng trăm triệu thuê bao. Với những kiến thức thu được trong quá trình học tập tại nhà trường và qua tìm hiểu nghiên cứu em nhận thấy rằng với nhu cầu phát triển ngày càng cao của khách hàng về dịch vụ số liệu, truy nhập internet và các dịch vụ đa phương tiện cao cấp thì việc triển khai các hệ thống di động thế hệ ba CDMA là rất cần thiết. Trong đó hệ thống W-CDMA với khả năng cung cấp dữ liệu với tốc độ tối đa 2Mbps là một điển hình. Qua thời gian tìm hiểu nghiên cứu và tổng hợp các vấn đề liên quan đến mạng thông tin di động thế hệ ba W-CDMA, em đã nắm bắt được một cách tổng quan cấu trúc hệ thống cũng như lộ trình phát triển của hệ thống mang tính khả thi đối với các mạng GSM khi chuyển đổi sang W-CDMA. Mạng W-CDMA đã được triển khai và trở nên phổ biến tại nhiều nước châu Âu và một số nước châu Á... Đó là tiền đề và động lực cho việc triển khai mạng di động tiên tiến này ở nước ta. Tuy nhiên đề tài này chủ yếu chỉ mang tính lý thuyết cung cấp cho các nhà khai thác tham khảo việc triển khai mạng ở một mô hình cụ thể. Do hạn chế về mặt thời gian và hiểu biết nên đồ án này còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy các cô và những người quan tâm tới vấn đề này để em được hiểu biết đầy đủ, chính xác và đồ án này được hoàn thiện hơn nữa. ĐHBK Hà Nội tháng 5 năm 2008 Trần Quang Hào BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến. ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động. ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết. BCC Base Station Colour Code Mã mẫu trạm gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc. BHCA Busy Hour Call Attempts Gọi trong giờ bận. BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá. BCC Base Station Colour Code Mã mẫu trạm gốc. C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu. CCITT International Telegraph and Telephone ConsulativeCommittee Uỷ ban quốc tế về điện thoại và điện tín. CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CODEC Code and DECode Mã hoá và giải mã. CPC Close Loop Power Control Điều khiển công suất vòng kín CRC Cyclic Redunancy Check Kiểm tra dư vòng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DCE Data Communication Equipment Thiết bị truyền số liệu DTX Discontinuous Transmission Truyền phát gián đoạn DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu ETS European Telecommunications Standard Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FDMA Frequence Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FSK Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu GOS Grade Of Service Cấp độ phục vụ GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile communication Thông tin di động toàn cầu IMTS Improved Mobile Telephone Systems Hệ thống điện thoại di động cải tiến IMSI International Mobile Subscriber Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Liên đoàn viễn thông quốc tế MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động PAGCH Paging and Access Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PCH Paging Channel Kênh nhắn tin PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại công cộng có chuyển mạch RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng SDMA Space Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo không gian TACH Traffic and Associated Channel Lênh lưu lượng và liên kết TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TMN Telephone Management Network Mạng quản lý viễn thông UTC Universal Coordinated Time Thời gian hợp tác toàn thế giới. TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Đức Thọ, Tính toán mạng thông tin di động số, Nhà xuất bản Giáo dục, 2001. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và ứng dụng, Nhà xuất bản Bưu điện, 2000. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nguyễn Bính, Thông tin di động thế hệ 3, Nhà xuất bản Bưu điện, 2001. Adam Rosenberg ,Sid Kemp, CDMA Capacity and Quality Optimization, McGraw-Hill, 2003. Raymond Steel, Chin Chun Lee, Peter Gould, GSM, cdmaOne and 3G system, John Wiley & Sons, Ltd, 2003. M.R.Karim, M.Sarraf, W-CDMA and cdma2000 for 3G mobile networks, McGraw-Hill, 2002.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docHệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS W-CDMA.doc