Công nghệ GSM và quá trình phát triển GSM lên 3G

t giao diện mở hoàn toàn. Giao diện Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho từng kiểu kênh truyền tải. Các chức năng chính của Iub: + Thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng. + Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, nút B, kết nối vô tuyến + Xử lý kết hợp chuyển giao +Quản lý sự cố kết nối vô tuyến V. CÁC DỊCH VỤ TRONG MẠNG W-CDMA Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác. VI. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Giao diện vô tuyến được phân thành 3 lớp giao thức: - Lớp vật lý (Lớp 1): Là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến, được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. - Lớp liên kết dữ liệu (Lớp 2): được chia thành các lớp con sau: + Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control): Điều khiển truy nhập môi trường + Lớp điều khiển liên kết vô tuyến RLC (Radio Link Control): Có chức năng điều khiển phát lại và một số chức năng khác. Mặt phẳng giao diện điều khiển có chức năng truyền các tín hiệu điều khiển, mặt phẳng giao diện thuê bao có chức năng truyền các tin tức của thuê bao. Giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP) và điều khiển đa địa chỉ/quảng bá (BMC) của lớp 2 có thể sử dụng cho mặt phẳng giao diện thuê bao. - Lớp mạng (Lớp 3): Bao gồm lớp con điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) kết thúc tại UTRAN và các lớp cao hơn kết thúc tại CN. Để xử lý linh hoạt các dạng dịch vụ khác nhau và các khả năng gọi hội nghị, giao diện vô tuyến được cấu trúc dựa trên ba lớp kênh cơ bản: các kênh vật lý, các kênh truyền tải và các kênh logic. Các kênh logic được phân loại theo chức năng của các tín hiệu truyền dẫn và các đặc tính logic của chúng, và được gọi tên theo nội dung thông tin mà nó truyền. Các kênh truyền tải được phân loại theo khuôn dạng truyền, được định rõ đặc tính theo cách truyền và loại thông tin được truyền qua giao diện vô tuyến. Các kênh vật lý được phân loại theo các chức năng của lớp vật lý , được nhận biết bởi mã trải phổ, sóng mang và dạng pha điều chế của đường lên. Việc ghép và phát các kênh truyền tải trên các kênh vật lý tạo các khả năng: ghép tín hiệu điều khiển với tín hiệu số liệu của các thuê bao, ghép và phát tín hiệu số liệu của các thuê bao kết hợp với đa truy nhập. Việc liên kết các kênh logic với một kênh truyền tải đơn cũng đem lại khả năng truyền dẫn hiệu quả hơn. Việc xếp kênh truyền tải với kênh vật lý được tiến hành trong lớp vật lý, việc xếp kênh logic với kênh truyền tải được tiến hành trong lớp con MAC. Hình 3.3 Sắp xếp giữa các kênh vật lý chính ,các kênh truyền tải và các kênh logic SCCPCH Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp BCH Kênh thông tin quảng bá FACH Kênh truy nhập đường xuống PCH Kênh tìm gọi RACH Kênh truy nhập ngẫu nhiên DCH Kênh riêng DSCH Kênh chung đường xuống BCCH Kênh điều khiển quảng bá PCCH Kênh điều khiển tìm gọi CCCH Kênh điều khiển chung DCCH Kênh điều khiển riêng DTCH Kênh lưu lượng riêng PCCPCH Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp PRACH Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý DPCH Kênh vật lý riêng PDSCH Kênh vật lý chung đường xuống Các kênh vật lý Các kênh truyền tải Các kênh logic 1. Các kênh logic Các kênh logic có thể được chia thành hai nhóm chủ yếu là: nhóm kênh điều khiển và nhóm kênh lưu lượng - Nhóm kênh điều khiển bao gồm: + Kênh điều khiển quảng bá BCCH + Kênh điều khiển nhắn tin PCCH + Kênh điều khiển dành riêng DCCH + Kênh điều khiển chung CCH + Kênh điều khiển phân chia kênh SHCCH + Kênh điều khiển riêng cho ODMA – OCCH + Kênh điều khiển chung cho ODMA – OCCH - Nhóm kênh lưu lượng bao gồm: + Kênh lưu lượng dành riêng DTCH + Kênh lưu lượng chung CTCH 2. Các kênh truyền tải Các kênh truyền tải có nhiệm vụ truyền thông tin giữa phân lớp MAC và lớp vật lý. Các kênh truyền tải được phân loại chung thành hai nhóm: các kênh riêng và các kênh chung. - Các kênh truyền tải dành riêng DCH: Là một kênh thực hiện việc truyền thông tin điều khiển và thông tin thuê bao giữa UTRAN và UE. DCH được truyền trên toàn bộ ô hoặc chỉ truyền trên một phần ô đang sử dụng. Thông thường chỉ có một kênh truyền dẫn dành riêng sử dụng cho đường lên hoặc đường xuống ở chế độ TDD hoặc FDD. - Các kênh truyền tải chung: Mặc dù chức năng chủ yếu của từng kênh truyền tải chung có thể không nhất thiết phải là giống nhau ở hai chế độ FDD và TDD nhưng chúng có cùng một vài chức năng và dấu hiệu cơ bản. Cả FDD và TDD đều có một số kênh truyền tải khác nhau, tuy nhiên FDD không có kênh dùng chung đường lên và TDD không có kênh gói chung. + Kênh quảng bá BCH: Kênh truyền tải đường xuống, dùng cho hệ thống quảng bá và thông tin cụ thể về ô. BCH thường được truyền trên toàn bộ ô. + Kênh truy nhập đường xuống FACH: Kênh truyền tải đường xuống, truyền thông tin điều khiển tới trạm di đông khi hệ thống biết được định vị ô của trạm di động. + Kênh tìm gọi PCH: Kênh truyền tải đường xuống, thường được truyền trên toàn bộ ô, dùng để truyền thông tin điều khiển tới trạm di động khi hệ thống không biết vị trí ô của trạm đi động. + Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH: Kênh truyền tải đường lên, thường thu được từ toàn bộ ô, thực hiện truyền thông tin điều khiển từ trạm di động. + Kênh gói chung CPCH: Với FDD: là kênh truyền tải đường lên kết hợp với một kênh riêng đường xuống tạo các lệnh điều khiển CPCH. Nó được đặc trưng bởi nguy cơ xung đột ban đầu và việc sử dụng điều khiển công suất vòng trong cho việc truyền dẫn. Với TDD: kênh truyền tải đường lên được dùng chung bởi một vài UE thực hiện truyền số liệu điều khiển dành riêng hoặc lưu lượng. + Kênh dùng chung đường xuống DSCH: là kênh truyền tải đường xuống được dùng chung bởi một vài UE, thực hiện truyền số liệu điều khiển dành riêng hoặc lưu lượng. 3. Các kênh vật lý Các kênh vật lý được phân loại dựa trên hai đặc trưng: kênh đường lên và đường xuống, kênh dành riêng và kênh chung. 3.1. Các kênh vật lý đường lên - Các kênh vật lý dành riêng đường lên: Có hai kiểu: + Kênh số liệu vật lý dành riêng DPDCH + Kênh điều khiển vật lý dành riêng DPCCH Các kênh vật lý dành riêng đường lên có mã I/Q ghép kênh cho từng khung vô tuyến. DPDCH truyền kênh truyền dẫn DCH, còn DPCCH truyền thông tin điều khiển như: các bit hoa tiêu để hỗ trợ đánh giá việc xác định kênh trong quá trình phát hiện tương quan, các lệnh điều khiển công suất phát TPC, thông tin phản hồi FBI và một bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền dẫn TFCI. TFCI thông báo cho phía thu việc kết hợp định dạng truyền dẫn tức thời của các kênh truyền dẫn để truyền một cách đồng thời. Có một và chỉ một kênh DPCCH đường lên trên một liên kết vô tuyến. Tuy nhiên có thể không có, có một hoặc vài kênh DPDCH đường lên trên mỗi liên kết vô tuyến. Có hai kiểu kênh vật lý dành riêng đường lên, vì thế một kênh có chứa trường TFCI và một kênh không chứa TFCI.. Ở chế độ nén, các khe DPCCH được định dạng với các trường TFCI bị thay đổi. Có hai dạng khe nén có thể có cho mỗi dạng khe danh định. Chúng được đánh nhãn là A và B và việc lựa chọn chúng tùy thuộc vào số khe được truyền trên từng khung ở chế độ nén. Khi chỉ có một kênh DPCCH trên một liên kết vô tuyến thì có một vài kênh DPDCH song song sử dụng các mã kênh khác nhau có thể được truyền theo phương thức đa mã trên các kênh vật lý dành riêng đường lên. - Các kênh vật lý chung đường lên: được chia thành hai loại: + Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PCH: mang thông tin của kênh giao vận RACH. + Kênh gói chung vật lý PCPCH: mang thông tin của kênh giao vận CPCH. 3.2. Các kênh vật lý đường xuống Các kênh vật lý đường xuống bao gồm một kênh vật lý dành riêng, một kênh phân chia và 5 kênh điều khiển chung. Các kênh điều khiển chung: - Kênh vật lý dành riêng đường xuống DPCH: phát số liệu dành riêng được tạo từ lớp 2 và lớp cao hơn. - Các kênh hoa tiêu chung CPICH: là một kênh vật lý đường xuống tốc độ cố định 30 kbit/s, thực hiện truyền chuỗi bit / ký tự xác định trước. Trong phân tập phát, trên bất kỳ kênh đường xuống nào không có điều khiển công suất vòng kín hoặc hở, CPICH có thể được phát từ hai anten sử dụng cùng mã kênh và mã ngẫu nhiên. - Kênh phân chia vật lý đường xuống DSCH - Kênh vật lý điều khiển chung chính và dự phòng CCPCH: + CCPCH sơ cấp: là một kênh vật lý đường xuống với tốc độ cố định 30 kbit/s truyền hình quảng bá BCH. Nó khác với DPCH đường xuống ở chỗ nó không truyền các lệnh TCP hoặc các bit hoa tiêu + CCPCH thứ cấp: có hai kiểu: một có TFCI và một không có TFCI truyền FACH và PCH. Do UTN xác định khi nào TFCI có thể được truyền nếu nó được ủy nhiệm bởi tất cả các UE hỗ trợ sử dụng TFCI. Tốc độ CCPCH thứ cấp có thể giống với DPCH đường xuống. - Kênh đồng bộ SCH: là một tín hiệu đường xuống sử dụng trong quá trình dò tìm khe, nó bao gồm 2 kênh con: SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. VII. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA 1. Thiết bị thu phát vô tuyến trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba Ghép Cộng CRC Phân đoạn khối mã Mã hóa kênh Phối hợp tốc độ Đan xen Kênh truyền tải A Kênh truyền tải B Các bit hoa tiêu TCP Số liệu phát a/ Máy phát Điều chế QPSK Trải phổ Bộ lọc Nyquist cosin tăng căn hai D/A Điều chế vuông góc Biến đổi nâng tần Bộ khuếch đại b/ Máy thu Khuếch đại tạp âm thấp Biến đổi hạ tần Khuếch đại AGC A/D Bộ lọc Nyquist cosin tăng căn hai Ngân hàng giải điều chế Bộ kết hợp RAKE nhất quán Đo SIR Bộ tạo lệnh TCP Bộ tìm đường truyền Giải đan xen Giải mã kê Ghép khối mã Phát hiện lỗi khối Kênh truyền tải A Kênh truyền tải B Số liệu được khôi phục Hình 3.4 Sơ đồ khối máy phát và máy thu vô tuyến * Máy phát: Lớp vật lý bổ sung mã CRC cho từng khối truyền tải để phát hiện lỗi ở phía thu. Sau đó số liệu được mã hóa kênh và đan xen. Số liệu đan xen được bổ sung thêm các bit điều khiển công suất TPC (Transmit Power Control), được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hóa). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hóa được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Nyquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và được biến đổi thành tương tự bằng bộ biến đổi D/A để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang. Tín hiệu trung tần IF sau điều chế được biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến RF trong băng tần 2 GHz, sau đó được đưa lên khuếch đại trước khi chuyển đến anten để phát vào không gian. * Máy thu: Tại phía thu, tín hiệu thu được khuếch đại bằng bộ khuếch đại tạp âm thấp, sau đó được đưa vào tầng trung tần IF thu rồi được khuếch đại tuyến tính bởi bộ khuếch đại AGC. Sau khuếch đại AGC, tín hiệu được giải điều chế để được các thành phần I và Q. Các tín hiệu tương tự của các thành phần này được biến đổi thành tín hiệu số tại bộ biến đổi A/D, sau đó tín hiệu qua bộ lọc Nyquist cosin tăng căn hai và được phân chia theo thời gian vào một số thành phần đường truyền có các thời gian trễ truyền sóng khác nhau. Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng được kết hợp lại bởi bộ kết hợp máy thu KE. Tín hiệu tổng hợp được giải đan xen, giải mã kênh, được phân thành các khối truyền tải và được phát hiện lỗi. Cuối cùng chúng được đưa đến lớp cao hơn. 2. Mã hóa và đan xen 2.1. Mã vòng Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có k bit. Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1,u2,..,uk), u được gọi là vecto thông tin. Có tổng cộng 2k vecto thông tin khác nhau. Bộ mã hóa sẽ chuyển vecto thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2,...,vn) được gọi là từ mã. Như vậy ứng với 2k vecto thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau. Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi là một mã khối (n,k). Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền. Do n bit chỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ hợp. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính. Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm t độ dư vòng (CRC – Cyclic Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin đã phát. Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính. Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước : Bước 1: Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k. Bước 2: Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x). Bước 3: Kết hợp phần dư với tích trên ta được đa thức từ mã c(x) = b(x) + xn-k Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x). Trong hệ thống W-CDMA, các đa thức sinh có thể được sử dụng là: gCRC24(x) = x24 + x23 + x6 + x5 + x + 1 gCRC16(x) = x16 + x12 + x5 + 1 gCRC12(x) = x12 + x11 + x3 + x2 + x +1 gCRC8(x) = x8 + x7 + x4 + x3 + x + 1 2.2. Mã xoắn Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu , k đầu vào như mã khối (n,k) nhưng n đầu của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vào tại thời gian đó mà còn phụ thuộc vào m khối bản tin trước đó. Mã xoắn được xác định bằng các thông số sau: - Tỷ lệ mã: r = k/n - Độ dài hữu hạn k Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng bởi mạch dãy. Mạch này dùng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ, các đầu của các phần tử nhớ được cộng với nhau theo quy luật nhất định để tạo nên chuỗi mã, sau đó các chuỗi này được ghép xen với nhau để tạo nên chuỗi mã đầu . Đường truyền xuống (trạm gốc tới máy di động) trong W-CDMA sử dụng mã xoắn tỷ lệ 1/2 (một bit đầu vào cho hai bit đầu ) và độ dài giới hạn k = 9. Hình 3.5 Mã hóa xoắn sử dụng ở đường truyền xuống trong hệ thống W-CDMA Ban đầu tất cả các thanh ghi có giá trị là 0. Khi các bit bản tin mi được đưa vào từ bên trái, các bit được rẽ nhánh ở các tầng khác nhau và được cộng lại ở bộ cộng modul hai. Giá trị của tổng là giá trị đầu của bộ mã hóa xoắn. Vì đây là bộ mã hóa xoắn tỷ lệ 1/2 nên hai bit được tạo đối với mỗi chu kỳ xung nhịp. Một chuyển mạch đảo trạng thái sẽ thay đổi trạng thái trên cả hai điểm đầu đối với mỗi chu kỳ xung nhịp đầu vào, do đó tốc độ đầu gấp hai lần tốc độ đầu vào. Đa thức sinh cho hai bit đầu : g’(x) = x8 + x7 + x5 + x3 + x2 + x +1 g”(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + 1 Hệ thống W-CDMA sử dụng một hệ thống mã hóa xoắn khác trên đường truyền lên (máy di động tới trạm gốc). Vì máy di động có một công suất phát hạn chế nên đôi khi đường truyền lên có thể là đường truyền bị giới hạn. Do vậy một mã xoắn hiệu suất cao hơn có tỷ lệ 1/3 và độ dài giới hạn k = 9 được sử dụng. Trong trường hợp này, ba bit được tạo đối với mỗi bit đầu vào và tốc độ đầu gấp ba lần tốc độ đầu vào. Hình 3.6 Mã hóa xoắn sử dụng ở đường truyền lên trong hệ thống W-CDMA Đa thức sinh cho ba bit đầu : g’(x) = x8 + x7 + x6 + x5 + x3 + x2 + 1 g”(x) = x8 + x7 + x4 + x3 + x + 1 g”’(x) = x8 + x5 + x2 + x + 1 2.3. Mã Turbo Mã hóa Turbo chỉ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ ba khi hoạt động ở tốc độ bit cao với yêu cầu tỉ số lỗi bit BER nằm trong khoảng 10-3 đến 10-6. Bộ mã hóa turbo thực chất là bộ mã xoắn móc nối song song PCCC (Pallel Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóa thành phần 8 trạng thái được sử dụng, nó gồm hai bộ mã hão xoắn theo phương pháp đệ quy RSC1, RSC2 và một bộ đan xen Turbo bên trong bộ mã hóa Turbo. 2.4. Đan xen trong W-CDMA Đan xen được thực hiện trên nguyên tắc là luồng kí hiệu phát được viết vào một ma trận nhớ gồm các hàng và các cột theo trình tự phát. Sau đó được đọc từ ma trận này theo các địa chỉ được xác định bởi một quy định nào đó để đảm bảo việc hoán vị vị trí các ký tự. 3. Điều chế BPSK và QPSK 3.1. Điều chế BPSK Trong một hệ thống điều chế BPSK (Binary Phase Shift Keying) cặp tín hiệu s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các giá trị nhị phân. Ta có: Trong đó : Tb : Độ rộng băng thông. Eb : Năng lượng của một bit. θ(t) : Góc pha thay đổi theo tín hiệu điều chế, θ là góc pha ban đầu. θ(t) = (i - 1)π, 0 ≤ t ≤ Tb, i = 1,2 Một cặp sóng sin đối pha 1800 như trên gọi là một cặp tín hiệu đối cực. Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK Luồng số cơ hai Rb = 1/Tb Si(t) NRZ Luồng số tốc độ bit Rb được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ (0®1, 1® -1), sau đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BPSK. Chọn một tín hiệu là cơ sở là trực chuẩn: Ta có : Khoảng cách giữa hai tín hiệu : 0 Hình 3.8 Khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK Xác suất lỗi trong BPSK: Với : Eb: Năng lượng của bit . N0: Mật độ xác suất nhiễu trắng. 3.2. Điều chế QPSK Tín hiệu điều chế QPSK có dạng: Trong đó Eb : Năng lượng một bit. Ti : Thời gian một bit. E = 2Eb : Năng lượng tín hiệu phát đi trên một ký hiệu. T = 2Tb : Thời gian của một ký hiệu. fc : Tần số sóng mang θ : góc pha ban đầu. i = 1, 2, 3, 4. Biến đổi lượng giác ta có phương trình dạng tương đương như sau : Nếu ta chọn Q1 và Q2 là các hàm năng lượng cơ sở trực giao chuẩn : Ta có thể biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bằng bốn điểm trong không gian tín hiệu với các toạ độ xác định như sau : Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK trong không gian tín hiệu thể hiện ở bảng sau : Cặp bit vào 0 £ t £ T Pha của tín hiệu QPSK Điểm tín hiệu Si Tọa độ các điểm tín hiệu Q1 Q2 00 p/4 S1 + + 01 3p/4 S2 + - 11 5p/4 S3 - - 10 7p/4 S4 - + Xác suất lỗi trong QPSK: Ta thấy xác suất lỗi của BPSK và QPSK là như nhau. Tuy nhiên, với QPSK thì hiệu suất băng thông gấp 2 lần BPSK. Băng thông của QPSK xấp xỉ bằng Rb. 4. Điều khiển công suất và chuyển giao 4.1. Điều khiển công suất Trong W-CDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên lẫn đường xuống. Điều khiển công suất đường xuống nhằm tối thiểu nhiễu đến các ô khác và bù nhiễu do các ô khác gây , cũng như nhằm đạt mức SNR yêu cầu. Tuy nhiên điều khiển công suất cho đường xuống không thực sự cần thiết như điều khiển công suất cho đường lên. Hệ thống W-CDMA sử dụng công suất đường xuống nhằm cải thiện tính năng hệ thống bằng cách kiểm soát nhiễu từ các ô khác. Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng. Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng tổn hao đường truyền lớn. Mục đích chính của điều khiển công suất đường lên là nhằm khắc phục hiệu ứng “xa - gần” bằng cách duy trì mức công suất truyền dẫn của các máy di động trong ô như nhau tại máy thu trạm gốc với cùng một QoS. Do vậy việc điều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh công suất truyền dẫn của máy di động. Hệ thống W-CDMA sử dụng hai phương pháp điều khiển công suất: - Điều khiển công suất vòng hở OLPC - Điều khiển công suất vòng kín CLPC a. Điều khiển công suất vòng hở OLPC OLPC sử dụng chủ yếu để điều khiển công suất cho đường lên. Trong quá trình điều khiển công suất, UE xác định cường độ tín hiệu truyền dẫn bằng cách đo mức công suất thu của tín hiệu hoa tiêu từ BS ở đường xuống. Sau đó UE điều chỉnh mức công suất truyền dẫn theo hướng tỷ lệ nghịch với mức công suất tín hiệu hoa tiêu thu được. Do vậy, nếu mức công suất tín hiệu hoa tiêu càng lớn thì mức công suất phát của UE (P_trx) càng nhỏ. BS UE Ước tính cường độ hoa tiêu P_trx = 1/cường độ hoa tiêu Hình 3.9 OPLC đường lên Việc điều khiển công suất vòng hở là cần thiết để xác định mức công suất phát ban đầu (khi khởi tạo kết nối). Ở phương pháp này trạm gốc không tham gia vào các thủ tục điều khiển công suất. b. Điều khiển công suất vòng kín CLPC BS UE UE Lệnh TPC Lệnh TPC Quyết định điều khiển công suất Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC Điều chỉnh P_trx của UE theo lệnh TPC Hình 3.10 Cơ chế điều khiển công suất CLPC TPC (Transmit Power Control): Điều khiển công suất truyền dẫn. CLPC được sử dụng để điều khiển công suất khi kết nối đã được thiết lập. Mục đích chính là để bù những ảnh hưởng của sự biến đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến. Do đó chu kỳ điều khiển phải đủ nhanh để phản ứng lại sự thay đổi nhanh của mức tín hiệu vô tuyến. Trong CLPC, BS điều khiển UE tăng hoặc giảm công suất phát. Quyết định tăng hay giảm công suất phụ thuộc vào mức tín hiệu thu SNR tại BS. Khi BS thu tín hiệu từ UE, nó so sánh mức tín hiệu thu với một ngưỡng cho trước. Nếu mức tín hiệu thu được vượt quá mức ngưỡng cho phép, BS sẽ gửi lệnh điều khiển công suất phát TCP tới UE để giảm mức công suất phát của UE. Nếu mức tín hiệu thu được nhỏ hơn mức ngưỡng, BS sẽ gửi lệnh điều khiển đến UE để tăng mức công suất phát. Các tham số được sử dụng để đánh giá chất lượng công suất thu nhằm thực hiện quyết định điều khiển công suất như: SIR, tỷ lệ lỗi khung FER, tỷ lẹ lỗi bit BER. Cơ chế CLPC là cơ chế điều khiển công suất vòng trong và đó là cơ chế điều khiển công suất nhanh nhất trong hệ thống W-CDMA. 4.2. Chuyển giao Cũng như điều khiển công suất, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn cần phải có ở các hệ thống thông tin di động CDMA để tránh hiện tượng “xa - gần” (là hiện tượng mà trong đó một hệ thống nhiều người sử dụng gặp nguy hiểm do sự có mặt của một tín hiệu mạnh). Khi MS tiến sâu vào vùng phủ sóng của ô lân cận mà không được BTS của ô này điều khiển công suất nó sẽ gây nhiễu lớn cho các MS trong ô này. Chuyển giao cứng có thể tránh được điều này nhưng có thể xảy hiện tượng “xa - gần” ở thời gian trễ. Vì thế cùng với điều khiển công suất, các chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn là công cụ quan trọng để giảm nhiễu ở CDMA. a. Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm xảy giữa hai hay nhiều ô hay hai đoạn ô thuộc hai BTS khác nhau. MS phát đến và thu từ hai BTS này đồng thời. Trong khi chuyển giao mềm MS ở vùng chồng lấn vùng phủ của hai đoạn ô thuộc hai trạm gốc khác nhau. MS thu đồng thời thông tin của người sử dụng từ các BTS và kết hợp chúng để có được thông tin tốt nhất. Ở đường lên, thông tin phát đi từ MS được các BTS thu lại rồi chuyển đến RNC để được kết hợp chung. Trong trường hợp chuyển giao mềm, các BTS phát lệnh điều khiển công suất. Ưu điểm của chuyển giao mềm: So với chuyển giao cứng truyền thống, chuyển giao mềm có một số ưu điểm nổi bật: - Hạn chế hiệu ứng ping-pong (tạo ra do pha đinh của kênh vô tuyến và khi MS di chuyển qua lại vùng biên giới của các ô) nên làm giảm tải trong báo hiệu mạng và việc truyền dẫn là trong suốt nên giảm khả năng rớt cuộc gọi và mất mát dữ liệu dẫn đến giảm khả năng nghẽn. - Cùng với điều khiển công suất, chuyển giao mềm được dùng như là một kỹ thuật để giảm nhiễu giao thoa. b. Chuyển giao mềm hơn Chuyển giao mềm hơn xảy giữa hai hay nhiều ô hay nhiều đoạn ô thuộc cùng một BTS. Trong khi chuyển giao mềm hơn MS ở vùng chồng lấn giữa hai vùng phủ của hai đoạn ô của BTS. Thông tin giữa MS và BTS xảy đồng thời trên hai kênh của giao diện vô tuyến. Vì vậy cần sử dụng hai mã khác nhau ở đường xuống để MS có thể phân biệt được hai tín hiệu. c. Chuyển giao cứng Chuyển giao cứng có thể xả trong một số trường hợp như: chuyển giao từ một ô này sang một ô khác khi hai ô có tần số sóng mang khác nhau hoặc từ một ô này sang ô khác khi các ô này được nối đến hai RNC khác nhau và không tồn tại giao diện Iur giữa hai RNC này. W-CDMA cũng hỗ trợ cả chuyển giao cứng đến GSM. Điều này là cần thiết khi triển khai W-CDMA các thuê bao W-CDMA có thể phải sử dụng GSM ở các vùng W-CDMA chưa kịp phủ sóng. VIII. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG W-CDMA 1. Giới thiệu Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băng tần càng nhỏ càng tốt. Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy nhập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) hoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ. Đối với các hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum), độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng trước khi được phát. Tuy độ rộng băng tần tăng lên rất nhiều nhưng lúc này nhiều người sử dụng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà hệ thống vẫn sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ. Ở phía thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát. Có ba phương pháp trải phổ cơ bản sau: - Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS - Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit - Trải phổ nhảy tần (FHSS - Frequency Hopping Spreading Spectrum): Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian một chip Tc được cố định không đổi . Tốc độ nhảy tần có thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, còn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại. - Trải phổ nhảy thời gian (THSS - Time Hopping Spreading Spectrum): Thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian. Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung. Trong hệ thống DSSS, tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy tín hiệu bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổ rộng, công suất thấp giống tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấn định một mã ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào dùng chung tần số hoặc khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh bị xung đột. Nói cách khác DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột. Hệ thống thông tin di động công nghệ CDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹ thuật trải phổ DSSS. 2. Nguyên lý trải phổ DSSS Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS - Direct Sequence Spreading Spectrum): Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit. Hiệu quả của quá trình này là trải rộng độ rộng băng tức thời của dạng sóng theo hệ số N với cùng một mức công suất tín hiệu làm cho mật độ phổ công suất của tín hiệu trở nên khá thấp và giống như tạp âm. Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo công thức sau : Rc = 1/Tc Rb = 1/Tb Trong đó : Rc : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên. Rb : tốc độ bit. Tc : thời gian một chip. Tb : thời gian một bit. Tb = Tn Tb = Tn Tc Hình 3.11. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) Tb: Thời gian một bit của luồng số cần phát Tn: Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ 3. Mã trải phổ Các tín hiệu trải phổ băng rộng được tạo bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm PN (Pseudo Noise). Mã giả tập âm còn được gọi là mã giả ngẫu nhiên do có các tính chất thống kê của tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) và có biểu hiện ngẫu nhiên, bất xác định. Tuy nhiên máy thu cần biết mã này để tạo bản sao một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin. Vì thế mã giả ngẫu nhiên phải hoàn toàn xác định. Mã giả ngẫu nhiên được tạo bằng các bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR : Linear Feedback Shift Register) và các cổng XOR. ci Si(1) Si(2) g1 g2 gm-1 gggm1 ci-m Đến bộ điều chế Si(m) Hình 3.12. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. gi = 0 : khóa mở, gi = 1 : khóa đóng. Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m (m > 0) : g(x) = gmxm + gm-1xm-1 + …+ g1x + g0 với gm = g0 = 1 xm : Đơn vị trễ. Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho thanh ghi dịch : S0 = {S0(1), S0(1), …S0(m)} Giá trị đầu trong (m -1) xung đồng hồ đầu tiên là : C0 = S0(m) C1 = S0(m-1) …. Cm-1 = S0(1) Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta có trạng thái của thanh ghi dịch : Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) (*) Si-m+1(1) = g1Si-m(1) + g2Si-m(2) + …+ Si-m(m) (gm = 1) => Si(m) = g1Si-m(1) + g2Si-m(2) + …+ Si-m(m) Áp dụng công thức (*), ta có : Si(m) = g1Si-1(m) + g2Si-2(m) + …+ Si-m(m) Giá trị đầu tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ Si(m) của thanh ghi dịch: Ci = g1Ci-1 + g2Ci-2 + …+ Ci-m Hay : Ci+m = g1Ci+m-1 + g2Ci+m-2 + …+ Ci Tốc độ của mạch như trên bị hạn chế về tốc độ do tổng thời gian trễ trong các độ của mạch tạo mã ngẫu nhiên ta có thể sử dụng sơ đồ mạch sau : Si(1) Si(2) g2 ci Đến bộ điều chế Si(m) Hình 3.13. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. gi = 0: khóa mở, gi = 1: khóa đóng. g1 gm-1 4. Các hệ thống DSSS – BPSK 4.1. Máy phát DSSS – BPSK Sơ đồ khối máy phát DSSS – BPSK: Bản tin cơ số hai Bộ điều chế (BPSK) Tín hiệu PN cơ số hai c(t) s(t) = Tín hiệu DSSS - BPSK d(t)c(t) Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ± 1 như sau: Trong đó: di = ± 1 là bit số liệu thứ i . Tb: độ rộng của một bit số liệu. Tín hiệu d(t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau. Tín hiệu nhận được d(t)c(t) sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK. Kết quả cho ta tín hiệu DSSS – BPSK xác định theo công thức: Trong đó: Eb: năng lượng trên một bit của sóng mang. Tb: độ rộng một bit fc: tần số sóng mang θ: pha ban đầu của sóng mang 4.2. Máy thu DSSS – BPSK Sơ đồ khối máy thu DSSS – BPSK: Khôi phục sóng mang Khôi phục đồng hồ kí hiệu Bộ tạo tín hiệu PN nội Đồng bộ tín hiệu PN 1 hay -1 Bộ giải điều chế BPSK Zi + - ti w(t) c(t - τ) xcos(2πfct+θ’) Mục đích của máy thu này là lấy bản tin d(t) (số liệu {di}) từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phát cộng với tạp âm. Do tồn tại trễ truyền lan τ nên tín hiệu thu là: Trong đó: Ebr: năng lượng trung bình của sóng mang trên một bit n(t): tạp âm của kênh và đầu vào máy thu Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng không có tạp âm.Trước hết tín hiệu thu được trải phổ để giảm băng tần rộng vào băng tần hẹp. Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc. Để giải trải phổ, phổ tín hiệu thu được nhân với tín hiệu đồng bộ PN c(t-τ) được tạo ở máy thu, ta được: (Vì c(t) = ± 1) Trong đó: θ’ = θ - 2πfcτ Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần theo Nyquist là 1/Tb. Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha θ’ cũng như điểm khởi đầu của từng bit. Một bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan, hai bộ lọc phối hợp, đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng. Để tách bit số liệu thứ i, bộ tương quan tính toán: (*) Trong đó: ti = iTb + τ là thời điểm đầu của bit thứ i. Vì d(t - τ) là +1 hoặc -1 trong thời gian một bit nên thành phần thứ nhất của tích phân sẽ cho ta Tb hoặc –Tb. Thành phần thứ hai là thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân gần bằng 0. Vậy kết quả thu được như (*). Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay bộ so sánh) với ngưỡng 0 ta được đầu cơ số hai 1 hay -1. Ngoài thành phần tín hiệu , đầu của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm có thể gây lỗi. Tín hiệu PN đóng vai trò như một mã được biết trước cả ở máy phát lẫn máy thu chủ định. Vì máy thu chủ định biết trước mã nên nó có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin. Nếu máy thu chủ định không biết được mã thì nó không thể giải mã bản tin, do đó nó chỉ nhìn thấy một tín hiệu ngẫu nhiên ±1. Để máy thu có thể khôi phục được bản tin thì máy thu phải đồng bộ với tín hiệu thu được. Máy thu phải nhận được các thông số như τ, ti, θ’ từ tín hiệu thu được. Quá trình nhận được τ gọi là quá trình đồng bộ, thường được thực hiện ở hai bước bắt và bám. Quá trình nhận được ti gọi là quá trình khôi phục đồng hồ kí hiệu. Còn quá trình nhận được θ’ (cũng như fc) gọi là quá trình khôi phục sóng mang. 5. Các hệ thống DSSS – QPSK 5.1. Máy phát DSSS – QPSK Sơ đồ khối chức năng máy phát DSSS – QPSK: Bộ tạo PN 1 Bộ tạo PN 2 Acos(2πfct+θ) Dịch π/2 Bộ điều chế BPSK Bộ điều chế BPSK -Asin(2πfct+θ) s1(t) s2(t) d(t)c2(t) d(t)c1(t) d(t) c2(t) c1(t) Tín hiệu DSSS-QPSK Sơ đồ bao gồm hai nhánh: - Một nhánh đồng pha - Một nhánh pha vuông góc Ở sơ đồ trên, cùng một đầu vào số liệu d(t) điều chế các tín hiệu PN c1(t) và c2(t) ở cả hai nhánh. Tín hiệu DSSS – QPSK có dạng: s(t) = s1(t) + s2(t) Trong đó: nếu c1(t)d(t) = 1, c2(t)d(t) = 1 nếu c1(t)d(t) = -1, c2(t)d(t) = -1 nếu c1(t)d(t) = -1, c2(t)d(t) = 1 nếu c1(t)d(t) = 1, c2(t)d(t) = -1 Vậy tín hiệu s(t) có thể nhận bốn trạng thái pha khác nhau: θ + π/4, θ+ 3π/4, θ + 5π/4, θ + 7π/4. 5.2. Máy thu DSSS – QPSK Sơ đồ khối của máy thu DSSS – QPSK: Z + - -Bsin(2πfct+θ’) Bcos(2πfct+θ’) c2(t-τ) c1(t-τ) s(t-τ) W1(t) W2(t) u1(t) u2(t) u(t) 1 hay -1 Bộ ước tính Ở sơ đồ trên, các thành phần đồng pha và vuông góc được nén phổ độc lập với nhau bởi c1(t) và c2(t); Giả thiết rằng trễ là τ, tín hiệu vào sẽ là (Nếu bỏ qua tạp âm): Trong đó: Ebr: năng lượng bit thu θ’ = θ - 2πfcτ Các tín hiệu trước bộ cộng sẽ là: Lấy tích phân cho tổng của hai tín hiệu trên (tất cả các thành phần tần số 2fc có giá trị trung bình bằng 0) ta được: Vì thế đầu của bộ quyết định ngưỡng ta được +1 khi bit bản tin là +1 và -1 nếu bit bản tin là -1. Hai tín hiệu PN c1(t) và c2(t) có thể là hai tín hiệu PN độc lập hay chúng cũng có thể lấy từ cùng một tín hiệu PN, chẳng hạn c(t). Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống DSSS – QPSK so với DSSS – BPSK - Ưu điểm: Nếu cùng một số liệu được phát đi bởi một hệ thống DSSS – QPSK có cùng độ rộng băng tần và độ lợi xử lý Gp như hệ thống DSSS – BPSK thì hệ thống DSSS – QPSK có ưu việt về SNR (tỷ số tín hiệu trên tạp âm) dẫn đến xác suất lỗi thấp hơn. Mặt khác một hệ thống DSSS – QPSK có thể phát gấp hai lần số liệu so với DSSS – BPSK khi sử dụng cùng độ rộng băng tần và có cùng Gp và SNR. Các hệ thống DSSS – QPSK có ưu điểm hơn so với các hệ thống DSSS – BPSK là nhờ tính trực giao của các sóng mang sin(2πfct+θ) và cos(2πfc+θ) ở các nhánh đồng pha và vuông góc. - Nhược điểm: Nhược điểm của hệ thống DSSS – QPSK là phức tạp hơn hệ thống DSSS – BPSK. Ngoài ra, nếu các sóng mang được sử dụng để giải điều chế ở máy thu không thực sự trực giao thì sẽ xảy xuyên âm giữa hai nhánh và sẽ gây thêm sự giảm chất lượng của hệ thống. IX. THIẾT LẬP MỘT CUỘC GỌI TRONG W-CDMA UMTS RNC MSC/ VLR CCCH: Yêu cầu kết nối RRC CCCH: Thiết lập kết nối RRC DCCH:Kết nối RRC đã hoàn thành DCCH: Truyền trực tiếp khởi đầu DCCH: Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực) DCCH: Truyền trực tiếp (Trả lờì nhận thực) DCCH: Lệnh chế độ bảo mật DCCH: Hoàn thành chế độ bảo mật DCCH: Truyền trực tiếp (Thiết lập) DCCH: Truyền trực tiếp (Tiếp tục cuộc gọi) DCCH:Thiết lập vật mang hay lặp lại cấu hình vật mang vô tuyến UE DCCH: Thiết lập vật mang vô tuyến đã hoàn thành hay lặp lại cấu hình đã hoàn thành DCCH: Truyền trực tiếp (Báo chuông) DCCH:Truyền trực tiếp (Kết nối) DCCH:Truyền trực tiếp (Công nhận kết nối) RANAP: Bản tin UE khởi đầu (Yêu cầu dịch vụ CM) RANAP: Truyền trực tiếp (Yêu cầu nhận thực) RANAP: Truyền trực tiếp (Trả lời nhận thực) RANAP: Lệnh chế độ bảo mật RANAP:Hoàn thành chế độ bảo mật RANAP: Yêu cầu ấn định RAB RANAP: Truyền trực tiếp (Thiết lập) RANAP: Truyền trực tiếp (Tiếp tục cuộc gọi) RANAP: Hoàn thành ấn định RAB RANAP: Truyền trực tiếp (Báo chuông) RANAP: Truyền trực tiếp (Kết nối) RANAP: Truyền trực tiếp công nhận kết nối Hình 3.14 Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở W-CDMA Quá trình bắt đầu bằng yêu cầu truy nhập từ UE. Yêu cầu truy nhập này được phát trên kênh truyền tải FACH hoặc kênh truyền tải CPCH. Bản tin được phát là một yêu cầu để thiết lập một kết nối RRC trước khi thực hiện các giao dịch báo hiệu hay thiết lập vật mang. Yêu cầu kết nối RRC bao gồm cả lý do yêu cầu kết nối. RNC trả lời bằng một bản tin thiết lập kết nối RRC. Bản tin này được phát ở kênh logic CCCH (thường được truyền trên kênh truyền tải FACH). Nếu một kênh truyền tải DCH được cấp phát thì bản tin thiết lập kết nối RRC sẽ chỉ một mã ngẫu nhiên để UE sử dụng ở đường lên. UE trả lời RNC bằng bản tin kết nối RRC đã hoàn thành. Bản tin này được mang trên kênh logic DCCH đường lên. Sau đó UE phát một bản tin cho mạng lõi. Bản tin này được phát ở bản tin truyền trực tiếp khởi đầu vì lúc này chưa có thiết lập quan hệ báo hiệu trực tiếp giữa UE và mạng lõi. Bản tin này chỉ thị cho RNC và mạng lõi là cần thiết lập một quan hệ báo hiệu nối giữa UE và mạng lõi. RNC đặt bản tin truyền trực tiếp khởi đầu vào bản tin UE khởi đầu RANAP (Radio Access Network Applocation Part - phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến), RANAP là giao thức báo hiệu ở Iu , và gửi bản tin này đến mạng lõi. Trong trường hợp này bản tin được gửi đến MSC. Việc chọn MSC hay SGSN phụ thuộc vào thông tin ở tiêu đề của bản tin truyền khởi đầu phát đi từ UE. Tiếp theo MSC sẽ khởi đầu các thủ tục bảo an. Thủ tục này bắt đầu bằng nhận thực trên nguyên tắc hiệu lệnh - trả lời giống như GSM. Ở đây có một điểm khác là UE và mạng nhận thực lẫn nhau. Nghĩa là mạng không chỉ phát số ngẫu nhiên đến UE để nhận được trả lời đúng mà còn phát cả thẻ nhận dạng mạng AUTN (Authentication Token Network) được tính toán độc lập ở mạng trong HLR để so sánh với AUTN được tính toán độc lập ở UE trong SIM. UE phát yêu cầu nhận thực bằng cách phát bản tin truyền trực tiếp của RANAP và giao thức RRC. Nếu nhận thực thành công, UE phát trả lời bằng một bản tin trả lời nhận thực để MSC kiểm tra. Bản tin này được mang bằng cách sử dụng các khả năng truyền trực tiếp của RANAP và RRC. Sau đó mạng lõi khởi đầu các thủ tục mã hóa MSC gửi bản tin lệnh chế độ bảo mật RRC đến UE. UE trả lời MSC bằng bản tin RANAP. Hoàn thành chế độ bảo mật. Tại thời điểm này, thông tin thiết lập cuộc gọi thực sự như số điện thoại bị gọi được gửi ở bản tin thiết lập từ UE đến MSC bằng cách sử dụng báo hiệu truyền trực tiếp. Nếu có thể xử lý được cuộc gọi này, MSC sẽ trả lời bằng tin đang tiến hành cuộc gọi. Sau đó RNC cần thiết lập vật mang truy nhập vô tuyến B để truyền tải luồng tiếng thực sự của người sử dụng. B là một vật mang giữa UE và mạng lõi để truyền tải số liệu của người sử dụng. Tiếng hoặc số liệu gói B được đặt trên một hay nhiều vật mang vô tuyến ở giao diện vô tuyến. Mỗi B có số nhận dạng riêng của mình để sử dụng trong quá trình báo hiệu giữa UE và mạng. Mạng lõi phát yêu cầu thiết lập B thông qua bản tin yêu cầu ấn định B của RANAP. Trên cơ sở thông tin yêu cầu ấn định B, RNC có thể thiết lập một vật mang vô tuyến mới cho UE hoặc có thể lập lại cấu hình vật mang hiện UE đang hoạt động. RNC sử dụng hoặc bản tin RRC thiết lập vật mang vô tuyến hoặc lập lại cấu hình vật mang vô tuyến để hướng dẫn UE sử dụng các vật mang mới hoặc lập lại cấu hình. UE trả lời hoặc bằng bản tin thiết lập vật mang vô tuyến đã hoàn thành hoặc bản tin lập lại cấu hình vật mang vô tuyến đã hoàn thành. RNC trả lời MSC bằng bản tin RANAP hoàn thành ấn định B. Lúc này có một đường dẫn vật mang từ UE đến MSC. Phần còn lại của quá trình thiết lập cuộc gọi hoàn toàn giống như thiết lập cuộc gọi ở GSM bao gồm: Các bản tin báo chuông, kết nối và xác nhận kết nối được truyền ở báo hiệu truyền trực tiếp. KẾT LUẬN Sau một thời gian học tập, nghiên cứu, được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trực tiếp là PGS.TS Nguyễn Quốc Trung cùng các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ trường Đại học Vinh đến nay em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên do khả năng có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để em có thể nắm vững thêm kiến thức khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Hoàng Thị Huệ BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT A AB Access Burst Cụm thâm nhập A/D Analog/Digital Bộ chuyển đổi tương tự sang số AUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực AUTN Authentication Token Network Thẻ nhận dạng mạng AGC Automatic Gain Control Mạch điều khiển khuếch đại tự động AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép thâm nhập AMR Adaptive Multi Rate Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng ATM Asynchronous Tnsfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ AWGN Addition White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng sinh B BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSS Base Station Subsystem Hệ thống con trạm gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Base Transceiver Station Identity Code Mã nhận dạng trạm thu phát gốc BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BG Border Gateway Cổng đường biên BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc C CEPT European Conference of Postal and Telecommunications Administtions CCITT Committee International Telephone and Telegph CSPDN Circuit Switch Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch CCH Control Channel Kênh điều khiển CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CGI Cell Global Identity Số nhận dạng ô CI Cell Identity Số nhận dạng tế bào CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CDRs Charging Data Records Bản ghi dữ liệu cước CN Core Network Mạng lõi CS Circuit Switching Chuyển mạch kênh CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung CCPCH Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung CLPC Closed loop Power Control Điều khiển công suất vòng kín CC Convolutional Code Mã xoắn CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra độ dư vòng D DPCH Deticated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng DCCH Deticated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng DTCH Deticated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng DPDCH Deticated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý dành riêng DPCCH Deticated Physical Control Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp E ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Chân Âu EIR Equipment Identification Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EDGE Enhanced Data tes for GSM Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM ECSD Enhanced Circuit Switched Data Tăng cường dữ liệu chuyển mạch kênh F FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian FSK Frequency Shift Keying Điều chế số theo tần số tín hiệu FB Frequency Correction Burst Cụm hiệu chỉnh tần số FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FN Frame Number Số khung FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FSCCH Forward Supplemental Code Channel FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung FHSS Frequency Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy tần G GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống viễn thông toàn cầu GMSC Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GGSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đường hầm GPRS GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS 3GPP Third Generation Partnership Pecject Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào H HLR Home Location Register Bô ghi định vị trường trú HSCSD High Speed Circuit Switched Data Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HPLMN Home Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng thường trú HPSK Hybrid Phase Shift Keying Điều chế pha hỗn hợp I ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ IWF Interworking Function Các chức năng tương tác IMEI International Mobile Equipment Identity Số nhận dạng di động quốc tế IMSI International Mobile Subciber Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức Internet IF Intermediate Frequency Trung tần L LA Location Area Vùng định vị LAI Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị LAC Location Area Code Mã vùng định vị LLC Logical Link Control Điều khiển kênh logic LFSR Linear Feedback Shift Register Bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính M MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động ME Mobile Equipment Thiết bị di động MSK Minimum Shift Keying Điều chế khóa pha cực tiểu MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di động MNC Mobile Network Code Mã mạng thông tinn di động MSIN Mobile Station Identification Number Số nhận dạng trạm di động MSRN Mobile Station Roaming Number Số lưu động của thuê bao di động MT Mobile Terminal Máy di động đầu cuối MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MM Mobile Management Quản lý di động N NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng NB Normal Burst Cụm bình thường NRZ Non Return ti Zero Mã không trở về không NSS Network Subsystem Phân hệ mạng O OSS Opration Subsystem Hệ thống con khai thác OMC Operation & Maintenance Center Trung tâm quản lý và bảo dưỡng OLPC Open Loop Power Control Điều khiển công suất vòng hở P PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSPDN Packet Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói PLL Physical Link Layer Lớp đường truyền vật lý PTP Point to Point Điểm - điểm PTM Point to Multi point Điểm – đa điểm PN Pseudo Noise Mã giả tạp âm PACCH Packet Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết gói PCCCH Packet Common Control Channel Kênh điều khiển gói chung PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh gói chung vật lý PDSCH Physical Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống vật lý PRACH Physical Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha PDCP Packet Data Convergence Giao thức hội tụ số liệu gói PS Packet Switch Chuyển mạch gói PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code Mã xoắn móc nối song song R RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến RF Radio Frequency Tần số sóng mang RA Routing Area Vùng định tuyến RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng con vô tuyến RANAP Radio Access Network Application Part Phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến S SS Switching Subsystem Hệ thống con chuyển mạch SIM Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao SB Synchronization Burst Cụm đồng bộ SCH Synchoronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SAMB Set Asynchronous Balance Mode Kiểu cân bằng không đồng bộ tổ hợp SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SN Subcriber Number Số thuê bao SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SAPI Service Access Point Identifier Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm SDU Service Data Unit Khối đữ liệu dịch vụ SF Hệ số trải phổ SCPCH Secondary Common Control Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp SHCCH Shared Channel Control Channel Kênh điều khiển phân chia kênh T TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TAF Terminal Adaptation Function Chức năng thích ứng đầu cuối TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TLLI Temporary Logical Link Identifier Nhận dạng kênh logic tạm thời TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian TS Time Slot Khe thời gian TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất truyền dẫn TFCI Transport Format Combination Indicator Bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền dẫn THSS Time Hopping Spreading Spectrum Trải phổ nhảy thời gian U UMTS Universal Mobile Telecommunication System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS UE User Equipment Thiết bị người sử dụng USIM UMTS Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao UMTS V VLR Visistor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú VTS Video Streaming Dịch vụ truyến ảnh động VPLMN Visited Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng tạm trú W WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy cập phân mã băng rộng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Thông tin di động GSM – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu điện 1999 2. Hệ thống thông tin di động W-CDMA – KS. Nguyễn Văn Thuận, Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông. 3. Thông tin di động thế hệ 3 (tập 1,2) – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bản Bưu điện 4. Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến – TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông, Nhà xuất bản Bưu điện 2004. 5. Các Website: www.google.com.vn www.diendandientu.com www.picvietnam.net www.vntelecom.org.vn www.quantrimang.com www.dientuvietnam.net và một số trang web khác.