Tài liệu Hệ thống trải phổ rộng wcdma

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Hệ TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ thống trải phổ băng rộng WCDMA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIỆT BẮC Lớp 46K - ĐTVT Giảng viên hướng dẫn: KS. NGUYỄN PHÚC NGỌC Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Vinh, 5-2010 LỜI MỞ ĐẦU Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Công nghệ điện thoại di động phổ biến nhất thế giới GSM đang gặp nhiều cản trở và sẽ sớm bị thay thế bằng những công nghệ tiên tiến hơn, hỗ trợ tối đa các dịch vụ như Internet, truyền hình... Để tận dụng được tính năng của hệ thống 2G khi chuyển hướng sang 3G cần thiết có một giải pháp trung chuyển. Các nhà khai thác mạng GSM có thể bắt đầu chuyển từ GSM sang 3G bằng cách nâng cấp hệ thống mạng lên GPRS (Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói), tiếp theo là EDGE (tiêu chuẩn 3G trên băng tần GSM và hỗ trợ dữ liệu lên tới 384kbit) và UMTS (công nghệ băng thông hẹp GSM sử dụng truyền dẫn CDMA), và WCDMA. 3G là một bước đột phá của ngành di động, bởi vì nó cung cấp băng thông rộng hơn cho người sử dụng. Điều đó có nghĩa sẽ có các dịch vụ mới và nhiều thuận tiện hơn trong dịch vụ thoại và sử dụng các ứng dụng dữ liệu như truyền thông hữu ích như điện thoại truyền hình, định vị và tìm kiếm thông tin, truy cập Internet, truyền tải dữ liệu dung lượng lớn, nghe nhạc và xem video chất lượng cao,… Thế giới đang có 2 hệ thống 3G được chuẩn hóa song song tồn tại, một dựa trên công nghệ CDMA còn gọi là CDMA 2000, chuẩn còn lại do dự án 3rd Generation Partnership Project (3GPP) thực hiện. 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access TS. Tiêu chuẩn này có 2 sơ đồ truy nhập vô tuyến. Một trong số đó được gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA). Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ W-CDMA và mạng WCDMA em đã thực hiện đồ án: “Hệ thống trải phổ băng rộng WCDMA ”. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Đồ án này gồm có 5 chương: Chương 1 : Gới thiệu các hệ thống thông tin di động Chương 2 :công nghệ di đông thế hệ 3 WCDMA Chương 3 : Các kỹ thuật sử dụng trong hệ thống 3G-WCDMA Chương 4 : Quy hoạch mạng WCDMA và so sánh hệ thống UMTS với GSM2G Chương 5 :Hướng phát triển của WCDMA Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các quý thầy (cô) và sự góp ý của các bạn bè để em hoàn thiện đồ án này hơn nữa. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ks.NGUYỄN PHÚC NGỌC đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh ngày …..tháng ….năm 2009 Sinh viên Nguyễn Việt Bắc Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1 MỤC LỤC...................................................................................................................3 DANH SÁCH HÌNH VẼ..............................................................................................5 BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT..............................................................................7 TẮT CHƯƠNG 1................................................................................................................15 1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1.................................................................15 1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2.................................................................16 1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA...........................................17 1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA....................................................18 1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3.................................................................19 1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo.....................................................21 1.5 Tổng kết quá trình đi lên của hệ thống thông tin di động thế hệ ba................22 CHƯƠNG 2................................................................................................................24 2.1. Giới thiệu công nghệ W-CDMA.....................................................................24 2.2 Cấu trúc tổng quát của hệ thống W-CDMA....................................................26 2.3 Chức năng của các thành phần trong hệ thống W-CDMA..............................27 2.3.1 UE (User Equipment)................................................................................27 2.3.2 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN...........................................................27 2.3.3 Mạng lõi CN..............................................................................................29 2.4 Giao diện của W-CDMA..................................................................................30 2.5.Cấu trúc phân kênh của WCDMA...................................................................33 2.5.1 Kênh vật lý................................................................................................34 2.5.2Kênh truyền tải...........................................................................................43 CHƯƠNG 3................................................................................................................46 3.1.Trải phổ trong W-CDMA.................................................................................46 3.1.1.Giới thiệu...................................................................................................46 3.1.2.Nguyên lý trải phổ DSSS..........................................................................47 3.1.3.Mã trải phổ................................................................................................48 3.2.Truy nhập gói....................................................................................................50 3.2.1.Tổng quan về truy nhập gói trong W-CDMA...........................................50 3.2.2.Lưu lượng số liệu gói................................................................................51 3.2.3.Các phương pháp lập biểu gói..................................................................52 3.3 Kỹ thuật chuyển giao........................................................................................53 3.3.1 Mục đích và trình tự của chuyển giao.......................................................53 Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA 3.3.2 Phân loại và quá trình chuyển giao...........................................................56 3.4 Điều khiển công suất trong hệ thống W-CDMA.............................................61 3.4.1 Ý nghĩa của điều khiển công suất.............................................................61 3.4.2 Một số loại nhiều và một số thuật ngữ liên quan......................................62 3.4.3 phân loại điều khiển công suất..................................................................67 3.4.4 Nguyên lý trong điều khiển công suất......................................................69 3.4.5 Điều khiển công suất đường lên...............................................................72 3.4.6 kỹ thuật điều khiển công suất đường xuống.............................................76 CHƯƠNG 4................................................................................................................82 4.1. Quy hoạch mạng WCDMA.............................................................................82 4.1.1 Suy hao đường truyền trong quá trình truyền lan tín hiệu.......................82 4.1.2. Mô hình tính suy hao đường truyền.........................................................82 4.1.2.1. Mô hình Hata - Okumura..................................................................82 4.1.2.2 Mô hình Walfisch-Ikegami (hay COST 231)....................................84 4.1.2.3 Quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng.............87 4.1.2.4. Một số khái niệm cần quan tâm........................................................88 4.1.3. Dung lượng kết nối vô tuyến...................................................................89 4.1.4 Suy giảm đường truyền lớn nhất cho phép..............................................90 4.2. So sánh hê ê thống UMTS với hệ thống GSM 2G..........................................92 CHƯƠNG 5................................................................................................................93 5.1 Giới thiệu..........................................................................................................93 5.2 HSDPA (3.5G)..................................................................................................93 5.3 Supper 3G (LTE)..............................................................................................95 5.4. Xu hướng phát triển và các yếu tố thúc đẩy 4G.............................................98 5.4.1. Xu hướng phát triển.................................................................................98 5.4.2. Những yếu tố thúc đẩy 4G.....................................................................101 TỔNG KẾT CHUNG...............................................................................................103 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................104 Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình vẽ Trang Hình 1.1 Khái niệm về hệ thống FDMA 14 Hình 1.2 Khái niệm về hệ thống TDMA 15 Hình 1.3 Khái niệm về hệ thống CDMA 17 Hình 1.4 Lộ trình phát triển từ 2G đến 3G 18 Hình 1.5 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động (1G – 3G) 21 Hình 2.1 Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba 23 Hình 2.2. Cấu trúc của W-CDMA UMTS 25 Hình 2.3 Cấu trúc UTRAN 26 Hình 2.4 Cấu trúc giao thức IU CS 29 Hình 2.5 Cấu trúc giao thức IU PS 30 Hình 2.6. Cấu trúc khung vô tuyến của DPDCH/DPCCH đường lên 33 Hình 2.7. Số thứ tự các khe truy nhập RACH và khoảng cách giữa chúng 34 Hình 2.8. Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên 35 Hình 2.9. Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin RACH 35 Hình 2.10 Cấu trúc phát đa truy nhập ngẫu nhiên CPCH 36 Hình 2.11. Cấu trúc khung của DPCH đường xuống 37 Hình 2.12. Cấu trúc khung của kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp 38 Hình 2.13. Cấu trúc khung của S-CCPCH 38 Hình 2.14. Cấu trúc khung kênh đồng bộ 39 Hình 2.15. Cấu trúc khung của PDSCH 39 Hình 2.16. Cấu trúc kênh chỉ thị bắt AICH 40 Hình 2.17. Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi 40 Hình 2.18 Kênh truyền tải 41 Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Hình 3.1. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 46 Hình 3.2. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN 46 Hình 3.3. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao 48 Hình 3.4. Đặc trưng của một phiên dịch vụ gói 49 Hình 3.5 Trình tự thực hiện chuyển giao 52 Hình 3.6 Nguyên tắc chung của các thuật toán chuyển giao 53 Hình 3.7 chuyển giao mềm hai đường. 54 Hình 3.8 Chuyển giao mềm ba đường 55 Hình 3.9chuyển giao mềm hơn 56 Hình 3.10.chuyển giao mềm – mềm hơn 57 Hình 3.11. Chuyển giao cứng cùng tần số 58 Hình 3.12 Chuyển giao cứng khác tần số 58 Hình 3.13 Nhiễu đường lên 60 Hình 3.14 Nhiễu đường xuống 60 Hình 3.15 Các loại nhiễu trong hệ thống 61 Hình 3.16 Vấn đề gần – xa (điều khiển công suất đường lên) 62 Hình 3.17 Bù nhiễu ở kênh lân cận (điều khiển công suất đường xuống) 62 Hình 3.18 Quá trình thiết lập cuộc gọi 64 Hình 3.18 Nguyên lý điều khiển công suất vòng kín 67 Hình 3.19 Điều khiển công suất vòng kín bù trừ fading nhanh 68 Hình 3.20 Điều khiển công suất vòng ngoài 68 Hình 3.21 Kiến trúc logic chức năng UL PC vòng ngoài cho dịch vụ nhiều kênh 71 Hình 3.22 UL PC vòng trong khi chuyển giao mềm 73 Hình 3.23 Dịch công suất (PO) để cải thiện chất lượng báo hiệu đường xuống 75 Hình 3.24 DL PC vòng trong khi chuyển giao mềm 76 Hình 3.25 Cấu trúc máy thu RAKE 77 Hình 3.26 phương pháp chọn đường truyền để kết hợp với RAKE 77 Hình 4.2 Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami 81 Hình 4.3 Quan hệ giữa suy hao đường truyền dẫn và vùng phủ sóng 84 Hình 5.1 Sự phát triển từ 3G lên 4G 90 Hình 5.2 phát triển từ W-CDMA lên 4G 92 Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Hình 5.3 sự phát triển của W-CDMA so với Wimax 94 Hình 5.4: Mạng lõi IP thống nhất 98 BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT A ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết. AI Acquisition Indicator Chỉ thị bắt. AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến. ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động. AS Access Stratum Tầng truy nhập. B BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển. BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá. BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi. BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc. BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BTS HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc. BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân. C CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung. CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã. C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu. CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung. CCPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung. CPCC Common Power Control Chanel Kênh điều khiển công suất chung. CPCH Common Packet Chanel. Kênh gói chung. CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung. CR Chip Rate Tốc độ chip (tương đương với tốc độ trải phổ của kênh). CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh. D DCA Dynamic Chanel Allocation Phân bổ kênh động. DCCH Dedicated Control Channel Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Kênh điều khiển dành riêng. DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng. DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý riêng. DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh số liệu vật lý riêng. DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng riêng. DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu. DSCH Downlink Shared Chanel Kênh dùng chung đường xuống. E EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution. Tăng tốc độ truyền dẫn… ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu. F FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh. FACH Forward Access Chanel Kênh truy nhập đường xuống. FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel Kênh báo hiệu đường lên nhanh. FCCCH Forward Common Control Chanel Kênh điều khiển chung đường xuống. FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP FDD HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân chia theo tần số. FDMA Frequence Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FDCCH Forward Dedicated Control Chanel Kênh điều khiển riêng đường xuống. FSK Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần. G GOS Grade Of Service Cấp độ phục vụ. GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu. GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung. H Handover Chuyển giao. HH Hard Handoff Chuyển giao cứng. HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao. I IMT-2000 International Mobile Telecommunication Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu. IMSI International Mobile Subscriber Identity Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế. IP Internet Protocol Giao thức Internet. IS-54 Interim Standard 54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất). IS-136 Interim Standard 136 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T). IS-95A Interim Standard 95A Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm) ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ. ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến. IWF InterWorking Function Chức năng tương tác mạng L LAC Link Access Control Điều khiển truy nhập liên kết. LAI Location Area Indentify Nhận dạng vùng vị trí. LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic. LR Location Registration Đăng ký vị trí. M ME Mobile Equipment Thiết bị di động. MS Mobile Station Trạm di động. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MTP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Message Transfer Part Phần truyền bản tin. MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động. N NAS Non-Access Stratum Tầng không truy nhập. Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC. NSS Network and Switching Subsystem Hệ thống chuyển mạch O ODMA Opportunity Driven Multiplex Access Đa truy cập theo cơ hội. OM Operation and Management Khai thác và bảo dưỡng. P PAGCH Paging and Access Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin. PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code Mã xoắn móc nối song song. PCCH Paging Contrlo Chanel Kênh điều khiển tìm gọi. PCH Paging Channel Kênh nhắn tin. PCPCH Physical Common Packet Chanel Kênh gói chung vật lý. PCS Personal Communication Services Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Dịch vụ thông tin cá nhân. PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng. PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng. Q QPSK Khóa dịch pha vuông góc. R RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên. RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến. S 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 T TACH Traffic and Associated Channel Lênh lưu lượng và liên kết. TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng. TDMA Time Division Multiple Access Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Đa truy cập phân chia theo thời gian TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia thời gian. U UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu. UMTS Universal Mobile Telecommunnication System V VA Voice Activity factor Hệ số tích cực thoại. VBR Variable Bit Rate Tốc độ khả biến. W WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng. JPD Japannish personal Digital Cellular System CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA 1.1 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Hình 1.1 mô tả phương pháp đa truy cập FDMA với 5 người dùng. Hình 1.1(a) là phổ của hệ thống FDMA. Ở đây, băng thông của hệ thống được chia thành các băng có độ rộng W ch . Giữa các kênh kề nhau có một khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tần số sóng mang. Khi một người dùng gởi yêu cầu tới BS, BS sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và giành riêng cho người dùng đó trong suốt cuộc gọi. Tuy nhiên, ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lại cho người khác. Khi có năm người dùng xác định và duy trì cuộc gọi như hình 1.1(b), có thể ấn định kênh như trên hình 1.1(c). Đặc điểm: - Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. - Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể. - BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS. Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ 2 ưa điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Băng tần hệ thống Phổ Khoảng bảo vệ Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh N .......... Tần số Băng tần Người dùng 5 Người dùng 4 Người dùng 3 Người dùng 2 Người dùng 1 Thời gian Tần số Kênh 3 Người dùng 3 Kênh 2 Người dùng 2 và 5 Kênh 1 Người dùng 1 và 4 Thời gian Hình 1.1 Khái niệm về hệ thống FDMA: (a) Phổ tần của hệ thống FDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh. 1.2 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập: - Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA). - Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA). Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA 1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung. Hình 1.2 cho thấy quá trình truy cập của một hệ thống TDMA 3 kênh với 5 người dùng. Phổ Băng tần hệ thống Tần số Thời gian chiếm kênh Người dùng 5 Người dùng 4 Người dùng 3 Người dùng 2 Người dùng 1 Thời gian Thời gian Hình 1.2 Khái niệm về hệ thống TDMA: (a) Phổ tần của hệ thống TDMA; (b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) Phân bố kênh (khe), với giả thiết dùng TDMA 3 kênh. Đặc điểm : - Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. - Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau. - Giảm số máy thu phát ở BTS. - Giảm nhiễu giao thoa. Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM). Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây. 1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN). Đặc điểm: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz. - Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp. - Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA. - Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt. Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRẢI PHỔ BĂNG RỘNG WCDMA Băng tần hệ thống Phổ Tần số Thời gian chiếm kênh Người dùng 5 Người dùng 4 Người dùng 3 Người dùng 2 Người dùng 1 Thời gian Tần số Người dùng 4 Người dùng 1 Người dùng 2 Người dùng 3 Người dùng 5 Thời gian Hình 1.3 Khái niệm về hệ thống CDMA: (a) phổ tần; (b) mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi với 5 người dùng; (c) phân bố kênh. 1.3 Hệ thốống thống tin di động thếố hệ 3 Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thế kỷ này. Các hệ thống này đều sử Nguyễn Việt Bắc Lớp 46K-ĐTVT Khoa Công Nghệ 20