HỆ THỐNG MẠCH VÒNG VÔ TUYẾN NỘI HẠT WLL

  • Số trang: 134 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 35 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27700 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HOC Q U Ố C GIA HA NỌI KHOA CÔNG NGHỆ TRẦN THIỆN HOÀNG HẸ■ THONG MẠCH VONG ■ v ô TUYẾN NỘI HẠT WLL ■ ■ CHUYÊN NGÀNH : ĐỈỆN TỬ - VIỄN THÔNG MÃ SỐ : 20700 LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS. TS. PHAN ANH V - L ô / SU HÀ NỘI - 2002 MỤC LỤC CHƯƠNG I - CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA THÂM NHẬP VÔ TUYÊN 1.1. Mở đầu...................................................................................................... 2 1.2. Đa thâm nhập phân chia theo tần sô FDMA..................................... 5 1.2.1. Nguyên l ý ..................................................................................................5 1.2.2. Nhiễu giao thoa kênh lân cận...............................................................9 1.3. Đa thâm nhập phân chia theo thời gianTDMA.......................... 11 1.3.1. Nguyên lý T D M A .............................................................................. 11 1.3.2. Tạo c ụ m ................................................................................................... 11 1.3.3. Thu c ụ m ................................................................................................ 13 1.3.4. Đổng bộ.................................................................................................. 15 1.4. Đa thâm nhập phân chia theo mã CDMA................. .................... 17 1.4.1. C D M A theo chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)................................... 17 1.4.2. CD M A theo chuỗi nhẩy tần (FH -CD M A ).................................. 32 CHƯƠNG II - THƯ PHÁT TRONG HỆ THỐNG CDMA 2.1. T ổng quan.............................................................................................. 36 2.2. Thủ tục phát/thu tín hiệu ................................................................. 36 2.3. K ênh CDM A và kênh C D M A băng rộng (W -C D M A ) đường xu ống.......................................................................................... 37 2.3.1. Kênh pilot............................................................................................ 38 2.3.2. Kênh đổng b ộ ...................................................................................... 38 2.3.3. Kènh tìm gọi........................................................................................40 2.3.4. Kênh lưu lượng....................................................................................41 2.3.5. Bộ điểu ch ế.......................................................................................... 44 2.4. K ênh CDM A đường lẻn.................................................................... 46 2.4.1. Kênh truy n h ậ p ....................................................................................46 2.4.2. Kênh lưu lượng....................................................................................48 2.5. K hoảng cách kênh và độ lệch tần sỏ..........................................52 2.6. Điều khiển công suất trong C D M A ............................................ 55 2.7. Các tham số điều ch ế....................................................................... 59 2.7.1. Mã hoá xo ắ n ........................................................................................ 60 2.7.2. Lặp bít................................................................................................... 61 2.7.3. Ghép xen k hối..................................................................................... 62 2.7.4. Ngẫu nhiên h o á .................................................................................. 62 2.7.5. Các mã trực giao................................................................................ 63 2.7.6. Điéu chế trực giao cơ 6 4 .................................................................. 63 2.7.7. Các mã dài........................................................................................... 64 2.7.8. Trải phổ trực tiếp................................................................................ 65 2.7.9. Lọc bans tần cơ sở............................................................................. 65 2.7.10. Đổng bộ tín hiệu C D M A ............................................................... 66 2.8. Kết luận................................................................................................ 66 CHƯƠNG III - TỔNG QUAN VỀ WLL 3.1. Đặt ván đề......................................................................................... 68 3.2. Đặc điểm chung của hệ thông W L L ........................................ 69 3.2.1. Cấu hình hệ thống............................................................................ 69 3.2.2. Các giao diện.....................................................................................70 3.2.3. So sánh hệ thống W LL với các hệ thống truyền th ống......... 78 CHƯƠNG IV - HỆ THỐNG MẠCH VÒNG VỔ TUYÊN NỘI HẠT ( DM A STAREX-800 PHẨN 1 : B S C ............................................................................................................... 81 4.1. Tổng quan.......................................................................................... 81 4.1.1. Khái q u á t .................................................................................................... 8 1 4 . 1 .2. Tiêu chuẩn va đặc tính.......................................................................83 4.2. Cáu trúc................................................................................................85 4.2.1. Cấu hình mạng và các khối phán cứng......................................... 85 4.2.2. Câu hình phần m ề m ................................................................:....... 87 4.3. Chức năng của BSC trong hệ thống ST A R E X -800.............89 4.3.1. Các chức nân lĩ liên quan đến xử lvC D M A ................................ 89 4.3.2. Giao tiếp mans V5.2.......................................................................... 91 4.3.3. Chức năng liên quan tới vận hành và báo d ưỡns......................... 93 PHẦN 2 : B T S.........................................................................................................94 4.1. T ổng q uan ......................................................................................... 94 4.1.1. Khái quát............................................................................................ 94 4.1.2. Đặc tính hệ thống................................................................................95 4.2. Câu trúc...........................................................................................100 4.2.1. Cấu hình phần cứng...................................................................... 100 4.2.2. Cấu hình phần m ề m ...................................................................... 108 4.3. Các chức năng chính của B T S................................................ 110 4.3.1. Chức năng điều khiển cuộc gợi................................................ 1 10 4.3.2. Chức năng quản lý tài nguyên cuộc gọi................................ 1 10 4.3.3. Chức năng nạp số liệu................................................................ 110 4.3.4. Chức năng bảo dưỡng và vận hà n h .............................. .......... 111 4.3.5. Lỗi, xử lý cánh báo và chức năng điều khiển........................ 111 4.3.6. Chức năng kiểm tra...................................................................... 111 4.3.7. Chức năng kiểm tra quá tải....................................................... 112 4.3.8. Chức năng thống kê và đo lường............................................. 112 4.4. Kết luận........................................................................................... 112 CH Ư Ơ M ; V - I II 11.1 LẠP HÊ THỐN<; VVLL cho ĐHQÍi HÀ NÔI 5.1. ÌVIỨ cỉầu............................................................................................. I 13 5.2. Quy hoạch phổ.............................................................................. I 14 5.3. Tính toán dung lượng.............................................................. 114 5.4. Tính toán còng su at p hát.......................................................... 119 5.4.1. Hướng xuống.................................................................................. 121 5.4.1. Hưứriiz l ê n ................................................................................................ 123 5.5. Xây dựng mò hình kết nối giữa các B T S............................... 123 5.6. Kết luận........................................................................................... 124 CÁC CHỮ VIẾT TẮT KẾT LUẬN TẢI LIÊU THAM KHẢO LỜI M Ở Đ Ẩ U Theo chiến lược phát triển mạrm Bưu chính - Viễn thông của To n s Côns tyJ Bưu chính - Viễn thôns<— dề ra thì trongo năm 2002 nàyJ nước ta sẽ triển khai rôns . o rãi các hê. thống o thông o tin di đỏrm . 0 c ô0ns n0 sh è. C D M A dưới clans . o nhữrm o hè. thốns W LL (Wireless Local Loop). Đây là một hệ thốrm sử dụn" còng nuhệ đa truy nhập tiên tiến với nhiều ưu điểm nổi bật như khá năng chống nhiễu phá, kha nãnỉĩ c hốns pha-đinh và nâng cao dung lượnu hệ thông. Dựa trên những ưu điếm của công nghệ CDMA, Bưu Điện tỉnh Hải Dương cùnỵ với Công ty VKX thuộc Tổng Công ty Bưu chính - Viễn thông đã láp đặt một hệ thốnụ W LL sử dụng thiết bị STAREX800 của hãng LGIC tại địa bàn tỉnh và hiện nay đang được khai thác. Vì vậy sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ CD MA và hệ thống W LL ST ARE X800 tại tỉnh Hải Dương, tôi đã manh dan thưc hiên đề tài luận văn với nôi dunti sau : - Nohicn cứu sự thu - phát tín hiệu tron" hệ thỗniĩ CDMA. - Nghiên cứu hê thống WLL STAREX800. - Thiết lap hệ thống WLL sử dụng ST A R E X 800 cho ĐH QG Hà Nồi. Luận văn đã đạt được một số kết quá nhất định. Một là đã trình bày được một cách losic về kĩ thuật thu - phát trong CDMA. Hai là dựa trên những nghiên cứu tìm hiểu về STAREX800 đã áp dụng để thiết lập được một hệ thống VVLL có ý nghĩa thực tiễn cho Đ H Q G Hà nội. Tuy có nhiều cố gắns nhưng do điều kiện có nhiều hạn chế, luận văn của tôi khỏng thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự góp ý của các tháv, cô giáo cùng các đ ồ n s nghiệp. 2 ('lull'llự / ( ' l i tx ế n n ộ i h ạ i W L L 5 ( 'htt’o ’n í,' / : C á c plm'o'H,'s' li nh (la llitim Iilitip vó h t x c n Kĩ thuật cơ sở FD/CDMA FD/TD/CDMA TDMA V ù n g c h i ê m t h e o Thời g i a n - T ầ n s ố TD/CDMA Độ rộng bang CDMA Thời g i a n Hình 1.1.2. Thám nhập lai ghép Dưới đây ta xét cụ thể hơn các phương pháp đa thâm nhập nói trên 1.2. Đa thâm nhập phân chia theo tần sô FDMA 1.2.1. Nguyên lý Ở phương pháp đa thâm nhập này độ rộng băng tần cấp phút cho hệ thống B-MHz đưưc chia thành n bã nu tần con, mỗi bãniỉ tán con được ấn đinh cho một kênh riêns có độ rộn 2 harm tấn là B/n MHz (hình 1.2.1). ứ dạng thâm nhập này, các máy thuê hao phát liên tục một số sons m a n II đổrm thời ở các H ừ t h o n ị ’ m ạ c h vòiii> vò t u y è h n ò i liại W L L 6 ( 'hiding I : Cúc phương thức da Ihâm nhập vô tuyến tấn số khác nhau. Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang chiếm đổ phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao dộng. Máy thu đường xuống chọn sóng mang cần thiết theo tẩn số phù hợp. Đoạ n băng Hình 1.2.1. F D M A và nhiều giao thoa kênh lân cận Như vậy FD M A là phương thức đa thâm nhập mà trong đó mõi kênh được cấp phát một tần số nhất định. Để đảm bảo F D M A hoạt động tốt tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất trên toàn thế giới. Đổ đảm bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải hoặc được phát ở hai tần số khác nhau hoặc ở một tần số nhưng khoảng thời gian phát thu khác nhau. Phương thức thứ nhất gọi là ghép song công theo theo tần số (FDMA/FDD, FDD: Frequency Division Duplex) còn phương pháp thứ hai được gọi là ghép song công theo thời gian (FDMA/TDD, TDD: Time Division Duplex). Hệ thống m ạch vòng vỏ tuyên nội hại WLL 7 ( ' III fa'llV I : C i l i a. phii'd'/i^ i h l i c (Id l l u / m I i l u j p vn t u x c n Nửa băng thấp 1 2 _\X 3 4 . . . f0 n-1 n 1 Nửa băng cao 2 3 4 . . . n-1 n AY B AX AY B K hoảng cách giữa hai kênh lân cận K hoảng cách tần số thu - phát Độ rộng băng tần được cấp ph át cho hệ thống Hình 1.2.2. P hán bờ tần s ố và p h ư ơ n g p h á p FDMA/FDL ) Ở phươrm pháp thứ nhất băng tần được chia thành hai nửa: một nửa thấp (Lower Half Band) và một nửa cao (Upper Half Band). Ở mỗi nửa hãng tần nszười ta bố trí các tán sò cho các kênh (xem hình 1,2.2.a). I I ự t h ổ n ự m ạ c h VÒHÍỊ v ò l ii xcn HỘI h ợi WLL 8 C'lìiío'iiiỊ / : c '(/(' pliil'n'/ii; I hức d a lliani n h ậ p võ l i ixr n a. 1 2 3 4 n-2 n-1 n AX B AX B Khoảng cách giữa hai kênh lân cận Đ ộ rộng băng tần được cấp phát cho hệ thống Tx Rx Tx Rx Í1 ầ M1 * I® Tx Rx Tx Rx f2 i M2 Tx Rx Tx Rx f3 I M3 Hình 1.2.3. Phản bô tần s ố và phương p h á p F D M A /T D D ơ hình vẽ 1.2.2.a các cặp tẩn số ở nửa băng thấp và nửa băng cao có cùng chỉ số được gọi là cặp tần số thu phát hay sons công, một tần số sẽ được sử d ụ n s cho máy phát còn một tán số được sử d u ns cho máv thu của cù nu một kênh ( 1.2.2.Ò), khoáng cách <1iữu hai tần sỗ này được iĩọi là khoang cách thu phát hay sons cònsĩ. Khoànơ cách gần nhất iỉiữa hai tán số troim c ù n s một nửa l i e th o u # m u c h VÒHIỊ Vt’> tn xè n n ộ i h ạ i W L L 9 ( 'hilling I : ( 'ác phư tuxến n ộ i h ạ i W I.L 10 ( 'liiú' 11^ / C á c pliưưniỊ t h ứ c d a t h a m n h ậ p võ t u x c n cho trước. Vì vậy hiệu suất sứ dụng tán số thực sự sẽ ỉà n/B kènh lưu lượns trên MHz. ơ các hệ thốns FDMA điên hình của Chàu Au hiệu suất sử dụniỉ tần số thực của các hệ thống điện thoại không dày là 20 kênh/MHz còn đối với điện thoại khònu dãy số là 10 kênh/MHz. Về mặt kết cấu thì đè đảm báo nhiều kênh khác nhau cho các máy thuẻ bao trạm sốc cần phái có nhiều máy thu phát. TS1 /|\ fn Tp lm M1 R i?Í ỊU M2 I M3 IN Mn —► TS2 fn Tp —► TS3 -*----------► fn Tp TS n < --------- • ---- M • • ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tb ► , 1 T, Khe thời gian Thời gian của một cụm Thời gian của một khung TS Tb Tp Hình 1.3.1. Nguyên lý TDMA Đế tăng hiêu suất sử dung tán số các hè thong thuê bao khô nu đây số FDMA llừ t l ì ổ n t,' có thể sứ dụrm kết hợp với ụhép song con tí theo thời gian m ạch v ò iiạ vo IIIW 'II nội liạ i W LL ( h illin g I : ( ’á c p h ư ítH ịị th ứ c d ll th u m Iih ậ p vò IIIXCII (FD M A /TD D ). ơ p hư ơ n ụ ph á p này m ộ t m á y thu phát chí sử tlụrm m ộ t tán số va thời uian phát thu luân phiẻn ( 1.2.3). Phiro'nu pháp FD MA ít nhậy cảm với sự phàn tán thời gian do truyền lan son crí , kho nuo cán đôn 0<2 bô* 0ízây kh ônso đá nuo kế nên <— íiiám trễ ./ trẻ do xử lý J tín hiêu . hổi âm. 1.3. Đa thâm nhập phân chia theo thòi gian TDMA 1.3.1. Nguyên lý Hình 1.3.1 cho thây hoạt động của một mạng theo nguyên lý đa thâm nhập phân chia theo thời sian. Các thuê bao vô tuyến phát không liên tục tro nu thời gian T|J. Sự truyền dẫn này được iiọi là cụm. Sự phát đi một cụm được đưa vào một cấu trúc thời gian dài hơn được ơọi là chu kỳ khung và chu kỳ này tương ứnsỊ với cấu trúc thời gian theo chu kỳ mà tất ca các máy thuê bao vỏ tuyến phát đi theo cáu trúc này. Mỗi sónu mang thể hiện một cụm sẽ chiếm toàn bộ độ rộng của kênh vô tuyến. Vì thế kcnh này m ans từng sons mang theo từng thời điểm. 1.3.2. Tạo cụm Hình 1.3.2 mô tả sự tạo lập cụm. Máv phát của trạm gốc nhận thông tin ở dạng luồng cư số hai liên tục có tốc độ R b từ giao tiếp người sử dụng. Thông tin này phải được lun giữ ở bộ nhớ đệm trong thời gian đợi phát cụm. Khi xuất hiện thời gian này, nội dung của bộ nhớ đệm được phát đi trong khoảng thời gia T B. Tốc độ điều chế cho sóng mang (khi xét cho 2-PSK) được xác định như sau: R = R b(T1: /r B) [bit/s] trong đó T|( thời man của cụm, còn T|. là thời man của một khuntĩ. l l ệ th o n g m ạch vòni> vò tuvcn n ộ i hại VI LL (1.3.1) 12 ( ' lníơnạ I : C ứ c pliiừíiiíị t h ứ c (1(1 t l t ủm n h ậ p v o III yen Giá trị R lớn khi thời gian của cụm nhó và vì thè thời gian chiếm (Tị./Tiị) cho một kênh đê truyèn dẫn thấp. Chánu hạn nè 11 R b = 10 kbit/s và (T,./T|,) = 10, điổu che xáy ra ớ tốc độ 100 kbil/s. Lưu V răim R tons các dunsĩ lượn 2 của thiết bị thu phát của trạm gốc do băng bit/s. R TS1 T S2 TS3 Tc Tp Tc M---- ► TSn (I ụì: M1 ■ỈẾỂ ( I M 2 13 M3 - J Luông bit của người s ử dụng 1 s 2 rư ĩìl 3 r a Câ u trúc c ụm (tôc độ R) [T < -- -------- — Tốc độ T-7 -r 1 I [ Tốc đô -------------- --------------------------------1— , Tạo cụm Tốc độ bit Rb — TS bi Rb "TT -V I It bit Rb Tạo cụm - Lâp khung TDMA R Bộ điều che PSK Tạo cụm Rb: Tốc độ bit của người sử dụng R : Tốc độ đưa lên điều chế T b : Độ lâu của cụm Tp : Độ lâu của khung TS : Khe thời gian □ : Khoảng trống bảo vệ I : Thông tin bổ sung Hình 1.3.2. Tạo cụm và khu ng TDM A Hự thon^ mạch vòttiỊ V(> Iuxèn nội hụi WLL ► 13 ( ////V ///.s' / ( 'úc p h n ’t fii'j tilth ' da lliiu ti n h ậ p vó III yen Bây uiừ ta có thế thây rantz vì sao dạng thâm nhập nay luôn liên quan đốn truyền đẫn số; nó dỗ dàng lưu siữ các bit trorm thời gian một khunii và nhanh chóriíỉ Sĩiái phóng bộ nhớ này tronụ khoáng thời si an một cụm. Không dỏ dàn Sỉ thực hiên da nu xử lý này cho các thòns tin tươns tư. Mỗi cum neoài thòng tin lưu lươn 2 còn chứa thôníi tin bổ sung như: /. Đẩu dè chứa: 'ĨTiông tin đề khôi phục sóng m a n s (CR: Carrier Recovery) và đẻ đồng bộ đổng; hồ bit của máy thu (BTR: Bit Timing Recovery). Từ duy nhất (UW: Unique Word) cho phép máy thu xác định khới đáu của một cụm. ƯW cũng cho phép giải quyết được sự khôns rõ ràng về pha (khi can thiết) trong trường hợp giải điều chế nhất quan. Khi biết được sự khởi đau của cụm, tốc độ bit và xảv ra sự không rõ ràng pha máy thu có thè xác định được các bit đi sau từ duy nhất. * Nhận dạng kênh (Cl: Channel Identifier): Các thông tin nói trôn có thể được đặt riênơ rõ và tập trung ở đầu cụm hay có thể kết hợp với nhau hay phân hố ở nhiều chỗ trone một số khung (trường hợp các từ đồng bộ khung phàn bố). 2. Báo hiệu và diêu khiển 3. Kiểm tra dườnq truyèn 0 một số hệ thống các thông tin bổ sung trên có thể được đặt ớ các kênh dành riêng. 1.3.3. Thu cụm Hình 1.3.3 minh hoạ quá trình xử lý ớ máy thu của thuê bao vô tuyến thứ 3. Phan xử lý mớ cons0 cho . cụm 0 bans cách J khung o T DM A sẽ điều khiển viêc . phát hiện từ duy nhất; sau đó lấy ra lun lượng danh cho mình được chứa tro nu c a c cụm con cứa mỗi cụm. Lưu lưựng này được thu nhãn khỏnu liên tục với i H i ’ t Ill'll ạ null' ll VÒHIỊ v ò t u y ế n n ộ i h a i W'LẤ. 14 C ỉ m m ị Ị I : ( 'ác p h lít I 'll, í; ill ứ c d a t h á m n h ậ p vò ill veil toe độ bit là R. Đẽ khỏi phục lại tốc do hit ban đau R, (V dạnsz một luống số liên tục tlioim tin được uiữ ớ hộ liệm tronu khoáng thời gian của khung đang xét và được đọc ra từ bộ nhớ đệm này o' tốc độ R tron 2: khoán tỉ thời uian cua khun s sau. Điẽu quan trọng để xúc định nội cluníỉ cua cụm nói trên là trạm thu phải có kha nãim phát hiện được từ duy nhất ứ khới đầu của mỗi cụm. Bộ phát hiện từ duy nhất xác định mối tương quan siữa các chuỗi bit ứ đầu ra của bộ phát hiện bit của máy thu, chuỗi này có cùng độ dài như từ duy nhất và là mẫu của từ duy nhất dược lun giữ ở bộ nhớ của bộ tươns; quan. Chỉ có các chuỗi thu tạo ra các đỉnh tương quan lớn hơn một ngưỡng thì được giữ lại như là các từ duy nhất. Hình 1.3.3. Thư cụm Đế tiết kiệm tán số và sử dụns nó một cách linh hoạt người ta có thể sử dụnií một tàn số chunII cho ca thu và phát cho phươrm pháp TDMA. Khi này /7(: rliònX' mạch vò/iiị vò tiiYL'h /lội lun WI.L. 15 ( 'liil'o'm; I : ( ( 1C p h t ù n i í ị t h ứ c d a t h a m n h á p vó tuyi'/i phươim pháp sử dụnu cập tan số son ” cỏnn cho T D M A dược tzọi là đa thàm nháp phàn chia theo thời - Xem thêm -