Công nghệ thông tin di động wcdma

Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạng mẽ của ngành viễn thơng đã địi hỏi
các ngành dịch vụ phải đa dạng và không ngừng cải tiến, bổ sung. Với số người
sử dụng ngày càng tăng. Vì vậy phải có những công nghệ mới với dung lượng
cao hơn, giá thành thấp hơn, dịch vụ đa dạng và chất lượng cao hơn để đáp ứng
nhu cầu của khách hàng.
Rất nhiều công nghệ viễn thông và thông tin di động đã xuất hiện. Từ
thế hệ thứ nhất 1G đã sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo tần số
FDMA. Tiếp đến là thế hê 2G và hiện nay các yêu cầu mới về dịch vụ của các
hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà
khai thác phải đưa ra hệ thông thông tin di động thế hệ mới thứ 3. Hệ thống
viễn thông di động toàn cầu (USMTS) sử dụng kĩ thuật WCDMA FDD.
Với hai công nghệ triển vọng cho thông tin di động thế hệ thứ 3 là
CDMA2000 và WCDMA. Hiện nay đa phần điện thoại di đông trên thế giới
đang sử dụng cơng nghệ GSM.Bên cạnh đó cơng nghệ WCDMA lại tương
thích với GSM và hồn tồn có thể nâng cấp từ mạng GSM giá rẻ.
Vì nhưng lí đó mà em đã chọn WCDMA làm đề tài cho đồ án tốt nghiêp
của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Hữu Phát đã tận tình
giúp đỡ em trong suốt q trình để em hồn thành bản đồ án này.
Do bản thân còn nhiều hạn chế nên quyển đồ án sẽ khơng tránh khỏi
những thiếu sót vì vậy rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cơ và các
bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 25 tháng 5 năm 2007
Sinh viên

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.

Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT
AICH

Acquisition Indication

Kênh chỉ thị thu được

AMCS

Channel
Adaptive Modulation and

Điều chế và mã hóa thíc ứng

ARQ
BCCH

Coding
Automatic Repeat Request
Broadcast Control Channel

Yêu cầu tự động lặp
Kênh quảng điều khiển quảng

Dedicated Control
Broadcast Channel
Block Error Rate
Broadcast/ Multicast Control

bá
Điều khiển dành riêng
Kênh quảng bá
Tỉ lệ lỗi khối
Điều khiển truyền quảng

BS
DTX
CC
CQI
CCCH
CCH
CCPCH

Base Station
Discontinuous Transmission
Chase Combining
Channel Quality Indicator
Common Control Channel
Control Channel
Common Control Physical

bá/truyền Multicast
Trạm gốc
Truyền phát gián đoạn

Kết hợp khuông
Chỉ thị chất lượng kênh
Kênh điều khiển chung
Kênh điều khiển
Kênh vật lý điều khiển chung

CDMA

Channel
Code Division Multiple

Đa truy nhập phân chia theo

Access
CDMA2000- CDMA2000- Data Only

mã
CDMA2000 chỉ cho dữ liệu

DO
CDMA2000- CDMA2000-Data and voice

CDMA2000 cho dữ liệu và

DV
CLPC
CPCH
CPICH
CQI
CRC

Closed Loop Power Control
Common Packet Channel
Common Pilot Channel
Channel Quality Indicator
Cyclic Redudancy Check

thoại
Điều khiển cơng suất vịng kín
Kênh gói chung
Kênh hoa tiêu chung
Chỉ thị chất lượng kênh
Kết hợp kiểm tra dư thừa chu

Common Trafic Channel
Dedicated Control
Dedicated Control Channel

kỳ
Kênh lưu lượng chung
Điều khiển dành riêng
Kênh điều khiển dành riêng

DC
BCH
BLER
BMC

CTCH
DC

DCCH

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

DLPCH
DPCH
DPCCH

Downlink Physical Channel
Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Control

Kênh vật lý hướng xuống
Kênh vật lý dành riêng
Kênh vật lý điều khiển dành

DPDCH

Channel
Dedicated Physical Data

riêng
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DSCH

DTCH
DTX
ETSI

Channel
Downlink Shared Channel
Dedicated Trafic Channel
Discontinuous Transmission
European

Kênh chia sẻ hướng xuống
Kênh lưu lượng dành riêng
Truyền phát gián đoạn
Hiệp hội tiêu chuẩn viễn

Telecommunication Standars

thông châu Âu

Institute
Forward Access Channel
Feed Back Information
Frequency Division Duplex

Kênh truy nhập đường xuống
Thông tin phản hồi
Song công phân chia theo tần

FDMA

Frequence Division Multiple

số
Đa truy nhập phân chia theo

FPLMTS

Access
Future Public Land Mobile

tần số
Các hệ thống viễn thông di

FACH
FBI
FDD

Telecommunications Systems động đất liền công cộng tương
GC
GPS
GSM

General Control
Global Position System
Global System for Mobile

lai
Điều khiển chung
Hệ thống định vị tồn cầu
Hệ thống thơng tin di động

H-ARQ

Communication
Hybrid- Automatic Repeat

tồn cầu
Yêu cầu lặp tự động lai

HSC
HSDPA

Request
Hierachical Cell Structure
Hight Speed Downlink

Cấu trúc cell phân bậc
Truy nhập gói đường xuống

HS-DSCH

Packet Access
Hight-Speed Downlink

tốc độ cao.
Kênh chia sẻ đường xuống tốc

HSPA
IMS
IMT-2000

Shared Channel
Hight-Speed Packet Access
IP- Multimedia Service
International Mobile

độ cao
Truy nhập gói tốc độ cao
Phục vụ IP đa phương tiện
Viễn thông di động quốc tế

Telecommunications in the

trong năm 2000

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

IR
ITU

year 2000
Incremental Redudancy
International

Độ dư gia tăng

Hiệp hội viễn thông quốc tế

MAC

Telecommunications Union
Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi

MS
MSC

Mobile Station
Mobile Service Switching

trường truyền thông
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch kênh

NB
Nt
OCCCH

Centrer
Node B
Notification
ODMA Common Control

Nút B
Thông báo

Kênh điều khiển chung cho

ODCCH

Channel
ODMA Dedicated Control

ODMA
Kênh điều khiển dành riêng

ODMA

Channel
Opportunity Driver Multiple

cho ODMA
Đa truy nhập theo cơ hội

ODTCH

Access
ODMA Dedicated Trafic

Kênh lưu lượng dành riêng

OLPC
OVSF

Channel ODMA
Open Loop Power Control

Orthogonal Variable

cho ODMA
Điều khiển cơng suất vịng mở
Hệ số trải phổ biến đổi trực

PCCC

Spreading Factor
Parallel Concatenated

giao
Mã xốn móc nối song song

PCCH
PCH
PCPCH

Convolutional Code
Paging Control Channel
Paging Channel
Physical Common Packet

Kênh điều khiển nhắn tin
Kênh nhắn tin
Kênh vật lý gói chung

PDCP

Channel

Packet Data Convergence

Giao thức hội tụ dữ liệu gói

PDSCH

Protocol
Hight-Speed Physical

Kênh vật lý chia sẻ đường

PICH
PN
PRACH

Downlink Shared Channel
Page Indicator Channel
Pseudo-Random Noise
Physical Random Access

xuống tốc độ cao
Kênh chỉ thị trang
Tạp âm giả ngẫu nhiên
Kênh vật lý truy nhập ngẫu
nhiên

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

QPSK

Quadrature Phase Shift

Khóa dịch pha cầu phương

RACH
RLC
RNC
RRC
SCH
SF
SGSN

Keying
Random Access Channel
Radio Link Control
Radio Network Controller
Radio Resource Control
Synchrronozation Channel
Spreading Factor
Serving General Packet Radic

Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Điều khiển liên kết vô tuyến
Bộ điều khiển mạng vơ tuyến
Kiểm sốt tài ngun vơ tuyến

Kênh đồng bộ
Hệ số trải phổ
Nút hỗ trợ chuyển mạch gói

SHCCH

Service Support Node
Shared Channel Control

Kênh điều khiển chia sẻ kênh

SAW
TAB
TCH
TCP

Channel
Stop And Wait
Time Alignment Bit
Trafic Channel
Transparent Power Control

Dừng và chờ
Bít sắp hàng thời gian
Kênh lưu lượng
Điều khiển công suất trong

Time Division Duplex

suốt

Song công phân chia theo thời

TDMA

Time Division Multiple

gian
Đa truy nhập phân chia theo

TE
TFCI

Access
Terminal Equipment
Transport Format

thời gian
Thiết bị đầu cuối
Chỉ thị kết hợp định dạng

TPC
TTI

Combination Indicator
Transmit Power Control
Transmission Time Interval

truyền
Điều khiển công suất truyền
Khoảng thời gian đan xen

UE
ULPCH
UMTS

User Equipment
Uplink Physical Channel
Universal Mobile

truyền dẫn
Thiết bị người sử dụng
Kênh vật lý hướng lên
Hệ thống thông tin di động đa

USTS

Telecommunications System
Uplink Synchronous

năng
Phối hợp truyền đồng bộ ở

UTRA

Transmission Scheme
UMTS Terrestrial Radio

hứong lên
Truy nhập vô tuyến mặt đất

UTRAN

Access
UMTS Terrestrial Radio

UMTS
Mạng thâm nhập vô tuyến mặt

TDD

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

VL
WCDMA
3GPP

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát
Access Network
Very Large
Wideband CDMA
The Third- Generation

đất theo tiêu chuẩn UMTS
Rất lớn
CDMA băng rộng
Tổ chức những người bạn hợp

Parnership Project

tác về 3G

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG
1. 1. Mở đầu
Sự phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trước
nhất la IP đã đặt ra yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động. Thông
tin di động thế hệ hai mặc dù đã sử dụng cơng nghệ số nhưng vì là hệ thống
băng thông hẹp và được xây dung trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể
đáp ứng được các dịch vụ mới này. Trong bối cảnh đó ITU đã đua ra đề án tiêu
chuẩn hố hệ thống thơng tin di động thế hệ bavới tên gọi IMT-2000. IMT2000 đã mở rộng đáng kể khả nănh cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng
nhiều phương tiện thơng tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng
mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động
thế hệ 2 (2G) vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ 3xây dựng trên cơ
sở IMT-2000 đã được đua vào phục vụ từ năm 2001. Các hệ thông 3G sẽ cung
cấp rất nhiều dịch vụ viễn thơng bao gồm: tiếng, số liệu tốc độ bít thấp và bít
cao, đa phương tiện, video cho người sử dụnglàm việc ở cả các phương tiện
công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…).
Các tiêu chí để xây dựng IMT-2000 như sau:
1. Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:
* Đường lên: 1885-2025 MHz.
* Đường xuống: 2110-2200 MHz.

2. Là hệ thống thơng tin di động tồn cầu cho các loại hình thơng tin vơ
tuyến:
* Tích hợp các mạng thơng tin vô tuyến và hữu tuyến.
* Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông.
3. Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau:
* Trong cơng sở
* Ngồi đường
* Trên xe
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

* Vệ tinh.
4. Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:
* Các phương tiện từ nhà ảo (VHE: Vitual Home Enviroment) trên cơ
sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu
* Đảm bảo chuyển mạng quốc tế
* Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu
chuyển mạch kênhvà số liệu chuyển mạch gói.
5. Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện
Môi trường hoạt đông của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các
tốc độ bít Rb phục vụ như sau:
Vùng 1: Trong nhà, ô picô, Rb 2 Mbps
Vùng 2: Thành phố, ô micro, Rb 384 Mbps
Vùng 3: Ngoại ô, ô macro, Rb 144kbps
Vùng 4: Tồn cầu, Rb 9,6kbps
Có thể tổng kết các dịch vụ do IMT-2000 cung cấp ở bảng dưới:

Kiểu

Phân loại

Dịch vụ chi tiết
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát
Dịch vụ di động

Di động đầu cuối/ di động cá nhân/ di động

Dịch vụ thông tin

dịch vụ
Theo dõi di động/ theo dõi di động thông

định vị
Dịch vụ âm thanh

minh
Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64kbps)

Dịch vụ di
động

Dịch vụ truyền thanh AM
(32- 64kbps)
Dịch vụ truyền thanh FM
(64-384kbps)
Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144
kbps)
Dịch vụ viễn

Dịch vụ số liệu

Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao
(144kbps-2Mbps)

thông

Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( 2 Mbps )
Dịch vụ Video (384 kbps)
Dịch vụ đa

Dịch vụ chuyển động (384 kbps-2Mbps)

phương tiện

Dịch vụ chuyển động thời gian thực (
2Mbps)

Dịch vụ
internet

Dịch vụ internet

Dịch vụ truy nhập Web (384kbps-2Mbps)

đơn giản
Dịch vụ internet

Dịch vụ internet

thời gian thực
Dịch vụ internet

(384kbps-2Mbps)
Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian

đa phương tiện

thực

(2 Mbps)

Bảng 1.1: Tổng kết dịch vụ IMT - 2000

1. 2. Các tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động thế hệ ba.
*** Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:
* WCDMA được xây dung từ 3GPP
* CDMA - 2000 được xây dựng từ 3GPP2.
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

So sánh các thông số giao diện vô tuyến ở 2 tiêu chuẩn nói trên:
Sơ đồ đa truy nhập
Độ rộng băng tần
(MHz)
Tốc độ chip
(Mcps)
Độ dài khung
Đồng bộ giữa các
BTS
Điều chế ĐX/ĐL
Trải phổ ĐX/ĐL
Vocoder
Tổ chức tiêu chuẩn

WCDMA
DS-CDMA băng rộng

CDMA2000
CD đa sang mang

5/10/15/20

1, 25/5/10/15/20

1, 18/3, 84/7, 68/11, 52/15, 1,2288/3, 6864/7, 2738/11,
36
10ms

0592/14, 7456
5/20ms

Dị bộ/đồng bộ

Đồng bộ

QPSK/BPSK
QPSK/OCQPSK(HPSK)
CS-ACELP/AMR
3GPP/ETSI/ARIB

QPSK/BPSK
QPSK/OCQPSK(HPSK)
EVRC, QCELP(13kbps)
3GPP2/TIA/TTA/ARIB

Bảng 1.2: So sánh các thông số giao diện vô tuyến của 2 tiêu chuẩn trên
OCQPSK(HPSK): Conjugate Structure-Algebaraic Code Excited Linear
Prediction: Dự báo tuyến tính kích thích theo mã đại số-cấu trúc phức hợp
EVRC: Ennhanced Variabler Rate Coder: Bộ mã hoá tốc độ thay đổi tăng
cường.
1. 2. 1 Tiêu chuẩn WCDMA
UMTS là thuật ngữ được ETSI nhóm SMG về hệ thống thông tin di động
vô tuyến 3G ở châu Âu đưa ra. Các hoạt động nghiên cứu về UMTS trong ETSI
được hỗ trợ bởi chương trình có tài trợ của EU, như RACE và ACTS. Chương
trình RACE gồm hai giai đoạn, bắt đầu vào năm 1988 và kết thúc vào năm
1995. Đối tượng của chương trình này là khám phá và phát triển “testbed” cho
các công nghệ giao diện vô tuyến đề cử. Trong dự án FRAMES của ACTS, hai

kiểu (chế độ) đa truy nhập đã được chọn để nghiên cứu tiếp làm đề xuất cho
truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRA). Chúng dựa trên TDMA có và
khơng có trải phổ và dựa trên WCDMA.
Đến tháng 1/1997, ARIB đã quyết định chấp nhận WCDMA làm công
nghệ truy nhập vơ tuyến mặt đất cho đề xuất IMT-2000 của mình và nỗ lực cụ
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

thể hóa các chỉ tiêu kỹ thuật của, công nghệ này. Dưới ảnh hưởng của sự hỗ trợ
mạnh mẽ cho WCDMA trên toàn cầu và quyết định sớm từ ARIB, một thỏa
thuận nhất trí của ETSI đã đạt được vào tháng 1/1998 về việc chấp nhận
WCDMA làm công nghệ truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS. Sau đó ARIB
và ETSI đã phối hợp hai chuẩn của họ để có một cơng nghệ WCDMA thống
nhất. Phần này sẽ đề cập các đặc tính chính của RTT mặt đất trong các đề xuất
của ETSI và ARIB mà có tể áp dụng cho cả UTRA và IMT-2000.
1. 2. 2 Đặc tính của UTRA/IMT-2000
Phổ tần được đề xuất cho UTRA và IMT-2000 được minh họa trong hình
1.1 và hình 1.2 Có thể thấy, UTRA và IMT-2000 khơng thể sử dụng tồn bộ
phổ tần cho hệ thống vô tuyến di động 3G do các băng tần đã được phân bốn
phần cho DECT và PHS.
Cụ thể, tín hiệu hướng lên và hướng xuống được hình thành trên hai tần số
sóng mang khác nhau f1 và f 2 , phân cách nhau bởi khoảng dãn băng ở chế độ
FDD Trái lại chế độ TDD dùng chung một kênh tần số f c , nhưng khác khe thời
gian như thấy trong hình 1.1 và hình 1.2, cặp băng 1920-1980 Mhz và 21102170 Mhz được phân định cho chế độ FDD ở hướng xuống và hướng lên tương
ứng, còn chế độ TDD hoạt động trong băn tần còn lại.
Tuy nhiên với các dịch vụ khơng đối xứng thì chỉ u cầu các băng

FDD và do đó tuyến TDD linh động hơn có thể tăng gấp đơi dung lượng của
tuyến bằng cách phân định mọi khe thời gian cho một hướng truyền. Các tham
số được thiết kế cho hoạt động FDD và TDD sao cho chúng tương thích lẫn
nhau để dễ dàng thực hiện đầu cuối hai chế độ có thể sử dụng dịch vụ của cả
nhà khai thác FDD và TDD.
Bảng 1.3 chỉ ra các tham số cơ bản của UTRA/IMT-2000. Cả hai hệ
thống hoạt động ở tốc độ chip cơ sở 4,096 Mcps, hiện nay đã được đổi thành
3,84 Mcps, tạo ra băng thông 5Mhz. Khi dùng bộ lọc dạng xung cos nâng
Nyquist với hệ số uốn là 0,22. IMT-2000 có thêm một tốc độ chip thấp hơn là

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

1,024 Mcps ứng với băng thông 1,25 Mhz. Tốc độ chip gia tăng 8,192 Mcps và
16,384 Mcps cũng được đưa ra cho tốc độ bit người sử dụng cao hơn (>
2Mcps) .

WCDMA
(TDD)
1900

WCDMA
Uplink (FDD)

MSS

1920

1980

WCDMA
(TDD)
2010

WCDMA
Downlink (FDD)
2025

2110

MSS

2170

2220

Hình 1.1: Phần phổ đề xuất của UTRA

WCDMA
Uplink (FDD)
1920

MSS

1980

WCDMA
(TDD)

2010

WCDMA
Downlink (FDD)
2025

2110

MSS

2170

2220

Hình 1.2: Phần phổ đề xuất của IMT-2000
UTRA/IMT-2000 thỏa mãn các yêu cầu của hệ thống vô tuyến di động thế
hệ 3 bằng cách cung cấp dải tốc độ truy nhập tới 2Mcps. Các dịch vụ khác nhau
với tốc độ bit và QoS khác nhau đề có thể được hỗ trợ nhờ mã hệ số trải phổ
khả biến trực giao OVSF. Trái ngược với kênh hoa tiêu chung của hệ thống IS95, hệ thống thế hệ 3 UTRA/IMT-2000 dùng các ký hiệu hoa tiêu riêng nằmg
trong luồng dữ liệu của người sử dụng. Chùng có thể được dùng để hỗ trợ hoạt
động của anten thích nghi ở trạm gốc.
Dùng kênh hoa tiêu chung hay chèn kênh hoa tiêu riêng vào dữ liệu, vẫn
đề dùng tách tương quan. Tách tương quan tạo ra chỉ tiêu tốt hơn tách không
tương quan. Hơn nữa, các mã trải phổ ngắn cho phép thực hiện nhiều kỹ thuật
nâng cao chỉ tiêu khác nhau nhờ các bộ triệt nhiễu và thuật toán phối hợp. Để
hỗ trợ triển khai hệ thống linh động ở môi trường trong nhà và ngoài trời, hoạt
“động đồng bộ giữa các cell với nhau” được sử dụng ở chế độ FDD. Do đó

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

không cần nguồn định thời gian như hệ thống định vị toàn cầu (GPS) .
Tuy nhiên, ở chế độ TDD, đồng bộ liên cell được yêu cầu để có thể truy
nhập xuyên suốt các khe thời gian của trạm gốc lân cận khi chuyển cell. Điều
đó thực hiện được bằng cách duy trì đồng bộ giữa các trạm gốc.
1. 2. 3 IMT-2000
IMT-2000 (International Mobile Telecommunications in the year 2000) là
“sự bảo trợ” (“umbrella Specification”) của toàn bộ các hệ thống 3G. IMT2000 là tầm nhìn của hiệp hội viễn thơng quốc tế (ITU-International
Telecommunications Union) về sự truy nhập khơng dây tồn cầu trong thế kỷ
21. IMT-2000 là tên mới cho các hệ thống di động 3G, thay thế cho tên cũ là
“Các hệ thống viễn thông di động đất liền công cộng tương lai’’ (FPLMTSFuture Public Land Mobile Telecommunications Systems). FPLMTS là mục
tiêu của sự phát triển hệ thống viễn thông di động bao gồm giao diện không
gian và cơ sở hạ tầng.
Các thủ tục chính của giao diện khơng gian IMT-2000 là:
1. Bao phủ toàn bộ và tốc độ là 144kbps trong một cell lớn (ví dụ như trong
một khu vực lớn như ở thành phố) ; lưu động (cho xe cộ)
2. Bao phủ vừa phải tại 384kbps trong một cell nhỏ (ví dụ như một vài km
vng) .
3. Bao phủ giới hạn tại trên 2Mbps trong một pico cell; cố định.
4. Hiệu suất trải phổ cao được so sánh với cá hệ thống hiện thời.
5. Tính linh động cao để mở và kết hợp các dịch vụ mới tại các tốc độ bit khác
nhau và các thủ tục E b /N 0 .
Một trong nhiều kỹ thuật phổ biến được phát triển cho IMT-2000 là

CDMA băng rộng WCDMA (Wideband CDMA). Nó có hai phiên bản: CDMA
2000 và WCDMA. Cả hai phiên bản khác nhau về tốc độ chip, cấu trúc kênh
hướng xuống, và sự đồng bộ mạng, nhưng cả hai đều đưa lại sự đàm thoại vô
tuyến với dung lượng cao hơn và giá thành thấp hơn các hệ thống 2G và 2, 5G.
Phiên bản sau cùng được đưa ra vào tháng 1 năm 1998 bởi hiệp hội tiêu chuẩn
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

viễn thông châu âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ,
bằng sự đề xuất của họ với ITU cho sự trải phổ song công phân chia theo tần số
FDD của IMT-2000. Sự đề xuất của ETSI được nhận biết như sự truy nhập vô
tuyến mặt đất UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access System) (UMTSUniversal Mobile Telecommunications System – Hệ thống thông tin di động đa
năng) .
IMT-2000 bao gồm các chuẩn sau:
* IMT-2000 CDMA trải phổ trực tiếp: WCDMA (UTRAN FDD) .
* IMT-2000 CDMA đa sóng mang: CDMA 2000.
* ITM-2000 CDMA TDD: TDD-SCDMA (UTRAN TDD) .
* IMT-2000 TDMA đơn sóng mang: UWC-136 (EDGE-Enhanced Data for
GSM Evolution) .
* IMT-2000 FDMA/TDMA: DECT.
* Tất cả các tiêu chuẩn trên khơng tương thích với nhau.
ETSI-UTRA được đặt nền tảng bởi kỹ thuật CDMA chuỗi trực tiếp (DS-Direct
Sequence) băng rộng 5Mhz với tốc độ 4,096 Mcps. Mạng UTRA hay viết tắt là
UTRAN (UTRA Network) được kết nối với một mạng lõi GSM mở để cung
cấp cả hai dịch vụ chuyển mạch vịng và chuyển mạch gói. Tốc độ chip có thể
được mở rộng lên các tốc độ cao hơn là 8,192 Mcps và 16, 384 Mcps.

WCDMA được chọn cho sự hoạt động của FDD (băng tần UMTS kép), và
CDMA phân chia theo thời gian (TD/CDMA) được chọn cho sự hoạt động của
TDD (băng tần UMTS không kép). Sự chọn lựa này làm cho hiệu quả của
UTRA bao phủ toàn bộ hoạt động và tận dụng đầy đủ sự phân phối trải phổ
UMTS.
Đối với các băng tần kép, sự trải phổ sẽ vào khoảng 1920-1980 và 21102170 Mhz. Đối với các băng tần không kép, được cấp phát cho tổng cộng là 35
Mhz. Việc nhận dạng trải phổ giúp cho việc nhận dạng các dải tần 2Ghz cho
hoạt động của IMT-2000.
1. 3 Các đặc điểm quan trọng của WCDMA
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

Các đặc điểm chính tạo cho WCDMA một sự ưu việt là giao diện không
gian cho các hệ thống 3G bao bồm:
1. Cải tiến hơn nữa các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G); nâng cao dung lượng
và khả năng bao phủ.
2. Hỗ trợ một phạm vi rộng các dịch vụ tại tốc độ lên tới 2Mbps.
3. Bổ sung các dịch vụ mềm dẻo và cung cấp các dịch vụ song song tích
hợp trong sự kết nối vật lý đơn.
4. Có hai chế độ hoạt động dữ liệu gói: chế độ hoạt động gói kênh dành
riêng và kênh chung.
5. Truy nhập gói hiệu quả và nhanh.
6. Hỗ trợ cùng tần số, khác tần số, các chuyển giao GSM-UTRA.
7. Hỗ trợ cho việc tăng hiệu suất như các mảng anten thích ứng, sự dị
tìm đa người sử dụng, và loại trừ nhiễu giao thoa.
8. Sự hoạt động của các trạm truyền nhận gốc BTS không đồng bộ.

9. Điều khiển công suất truyền nhanh (TPC-Transmit Power Control)
trong cả hai hướng.

1. 4 Các tham số chính của WCDMA
Tốc độ chip
Tốc độ bit kênh

3. 84 Mcps (UTRA cũ: 4, 096/8. 192/16. 384)
FDD (UL): 16/32/64/128/256/512/1024.
(DL): 32/64/128/512/1024/2048.

Độ rộng băng tần

TDD (UL&DL): 512/1024/2048/4096.
UTRA: 5/10/20 Mhz

Công nghệ truy nhập

IMT-2000: 1, 25/5/10/20
FDD: DS-CDMA

vô tuyến
Hệ số uốn Nyquist

TDD: TDMA/CDMA
0, 22
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

Chế độ song cơng
Mơi trường hoạt

FDD và TDD
Trong nhà/ngồi trời đến trong nhà/trên xe

động
Cấu trúc kênh RF

Trải phổ trực tiếp

hướng xuống
Độ dài khung
Điều chế trải phổ

10ms
Hướng xuống: QPSK cân bằng.

Điều chế dữ liệu

Hướng lên: QPSK. Mạch truyền phức hợp.
Hướng xuống: QPSK.
Hướng lên: BPSK.
Tương quan với ký tự hoa tiêu ghép kênh theo thời

Cơ cấu tách

gian.
Hoạt động liên cell

FDD: dị bộ
TDD: Đồng bộ

Dải động công suất

80dB (UL); 30dB (DL)

phát
Mã kênh
Phát hiện kết nối

Các mã xoán và mã turbo
Sử dụng pilot ghép thời gian dành riêng (hướng lên
và hướng xuống), pilot chung cho hướng xuống.

Ghép kênh hướng

Kênh dữ liệu và kênh điều khiển ghép thời gian.

xuống
Ghép kênh hướng

Kênh điều khiển và kênh pilot ghép thời gian, ghép

lên
Đa tốc độ
Hệ số trải phổ

I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển
Trải phổ biến đổi và đa mã
Hướng xuống: 4 – 256 (khả biến)

Điều khiển công suất
Trải phổ hướng

Hướng lên: 4 – 512 (khả biến )
Vòng mở và vịng kín (1, 6khz)
Mã OVSF dài để phân biệt kênh

xuống
Trải phổ hướng lên



Mã Gold dài 218 -1 để phân biệt cell và người
sử dụng (chu kỳ ngắn 10ms) .
Mã dài OVSF và mã dài Gold để phân biệt người
dùng (các kíp thời gian khác nhau trong kênh I và Q,

Chuyển giao

chu kỳ ngắn 10ms) .
Chuyển giao mềm và chuyển giao khác tần số

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.

Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát
Bảng 1.3: Các tham số chính của WCDMA

1. 5 Các ưu điểm về mặt kỹ thuật của WCDMA
Một vài lợi ích về mặt kỹ thuật của WCDMA nhìn chung bao gồm:
1. 5. 1 Dung lượng
Băng tần rộng trong WCDMA cho phép phát triển trong việc thực thi trên
khắp các hệ thống tế bào trước, bởi fading của tín hiệu vơ tuyến bị giảm đi. Các
bộ thu phát RF WCDMA có thể cung cấp gấp 8 lần số người sử dụng đàm thoại
so với các bộ thu phát băng hẹp. Mỗi sóng mang RF có thể điều khiển 100 cuộc
gọi đàm thoại cùng lúc, hay 50 sự truyền dữ liệu cùng lúc. Dung lượng của
WCDMA gấp đôi so với ở CDMA băng hẹp ở trong môi trường thành phố và
ngoại ô. Một người điều khiển tổng đài có thể cung cấp ít nhất 192 các cuộc gọi
đàm thoại trên một sector, được so sánh với khoảng 100 cuộc gọi đàm thoại
trên sector cho GSM.
Thêm vào đó, sự giải điều chế đi kèm ở hướng lên là một đặc điểm
không được cung cấp cho các hệ thống tế bào trước đây, được kết hợp với điều
khiển công suất nhanh ở hướng xuống, cấu trúc cell phân bậc, và các bộ anten
thích ứng và sự giảm ngưỡng thu, đặc biệt là ở trong nhà và các mơi trường
ngồi trời tốc độ thấp. Tóm lại, các nhân tố trên về lý thuyết đã cải thiện dung
lượng cell ít nhất 3dB.
1. 5. 2 Sự bao phủ và quỹ liên kết
Sự bao phủ của WCDMA được quyết định bởi sự thực hiện liên kết qua
quỹ liên kết (link budget). Với WCDMA, nó có thể dùng lại các vị trí cell trong
GSM 1800 khi chuyển từ các thiết bị GSM sang WCDMA, bởi vì sử dụng một
cấu trúc giao thức mạng giống nhau.
Các dịch vụ thoại WCDMA sẽ chịu được hơn một vài dB suy hao đường
truyền so với GSM. Điều đó có nghĩa là WCDMA đưa ra độ bao phủ thoại tốt

hơn so với GSM khi dùng lại cùng vị trí các cell ở cung một băng tần số.
1. 5. 3 Hoạt động không đồng bộ của BTS

Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

WCDMA không yêu cầu sự đồng bộ trong BTS như trong CDMA băng
hẹp. Điều đó có nghĩa là khơng có sự u cầu mà BTS nên phải có cho khả
năng thu nhận GPS đáng tin cậy.
1. 5. 4 Chuyển giao
Các chuyển giao khác tần số khơng có đường kết nối qua một chế độ có
rãnh hướng xuống là một đặc điểm đáng chú ý trong WCDMA. Nó cần thiết để
hỗ trợ các cấu trúc cell phân bậc (HSC-Hierachical Cell Structure). HSC bao
gồm sự bao phủ bởi các cell lớn ở trên các cell bé và picocell để đạt được dung
lượng cao hơn. Các cell từ các lớp khác nhau sẽ có các tần số khác nhau. Do
đó, các chuyển giao khác tần số được ứng dụng.
Với sự đưa ra của HSC, hệ thống tế bào có thể cung cấp dung lượng hệ
thống cao thông qua một lớp cell bé, tại cùng thời điểm cho phép bao phủ toàn
bộ và hỗ trợ khả năng di động cao bởi lóp cell lớn. Chuyển giao khác tần số vì
thế được địi hỏi cho sự chuyển giao giữa các lớp cell.
HCS-Scenario

Macro

Micro

Hot-Spot Scenario

Macro

Hot Spot

f2
f1
Luôn luôn chuyển giao từ giữa các
lớp

f1

Đơi khi chuyển giao từ tại các
điểm nóng

Hình 1.3: Cấu trúc cell phân bậc cho các chuyển giao mềm dẻo (Smooth
Handover)
Các “điểm nóng” (hot-Spot scenarios) cũng địi hỏi sử dụng chuyển giao
khác tần số. Ở một “điểm nóng”, một cell nào đó phục vụ cho một khu vực lưu
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

lượng lớn sử dụng các sóng mang thêm vào sử dụng các cell gần kề. Nếu sự
triển khai các sóng mang xa hơn bị hạn chế bởi các khu vực “điểm nóng” thật
sự, do đó khả năng của chuyển giao mềm là cần thiết.

1. 5. 5 Mạng anten thích ứng
Trong một hệ thống WCDMA, các dịch vụ chuyển mạch vịng và gói có
thể được đưa vào, với các băng tần biến đổi, và sự phân phát ngay lập tức cho
người sử dụng, với các chất lượng dịch vụ khác nhau. Mỗi thiết bị WCDMA có
thể truy nhập một vài dịch vụ khác nhau như là Internet, e-mail, hay video tại
cùng thời điểm.
1. 5. 6 Trải phổ và mã trộn
Sự trải phổ, hay mã hóa kênh, các mã được sử dụng trong các hệ thống
WCDMA là các mã hệ số trải phổ biến đổi trực giao OVSF (Orthogonal
Variable Spreading Factor). Trong cả hai hướng lên và hướng xuống, các mã
OVSF được sử dụng để mã hóa kênh. Các mã OVSF có một đặc điểm là bảo vệ
hướng lên và hướng xuống trong truyền trực giao giữa các kênh vật lý khác
nhau (và những người sử dụng khác nhau) dù là các hệ số trải phổ khác nhau
(tỷ lệ của tốc độ chip trên tốc độ thông tin), với các tốc độ khác nhau được sử
dụng. Sự sử dụng của các mã OVSF nâng cao rất nhiều tính mềm dẻo của các
dịch vụ bởi có thể thay đổi tốc độ bit để đáp ứng những yêu cầu của người sử
dụng.
Mã trộn hướng xuống là một chuỗi tạp âm giả ngẫu nhiên PN (PseudoRandom Noise) có chiều dài là 4096 chip (10ms). Có tổng cộng 512 sự thay đổi
khác nhau của các mã trộn ở trong hệ thống. Để việc tìm kiếm cell có hiệu quả,
các mã trộn hướng xuống được phân chia thành 32 nhóm, mỗi nhóm có 16 mã.
Ở hướng lên, mã trộn thường là một chuỗi PN có chiều dài 40960 chip (10ms)
như ở hướng lên, dĩ nhiên một sự lựa chọn giữa mã Kasami ngắn (256 chip) và
mã kasami rất dài (VL-Very Large) để hỗ trợ sự dị tìm đa người sử dụng phức
tạp ở trạm thu phát gốc (BS).
1. 5. 7 Truy nhập gói
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.


Đồ án tốt nghiệp

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Hữu Phát

Trong các hệ thống WCDMA, các dịch vụ tốc độ bit cao sẽ chủ yếu là gói
định hướng, với sự truy nhập hiệu quả vào Internet và các dịch vụ IP cơ bản.
Hai loại khác nhau của chế độ truyền dữ liệu gói là: truyền gói kênh chung và
truyền gói kênh dành riêng.
Trong phương pháp đầu tiên, các gói dữ liệu ngắn được gắn trực tiếp vào
burst truy nhập ngẫu nhiên chiều dài là 10ms. Nhìn chung, phương pháp này
được sử dụng cho các gói ngắn ít khi xảy ra, nơi mà sự duy trì liên kết của kênh
dành riêng có thể khơng được chấp nhận. Ở phương pháp sau, các gói thông
thông thường và lớn được truyền sử dụng phối hợp các gói đơn nơi mà kênh
dành riêng ngay lập tức bị giải phóng theo sau một sự truyền gói. Kênh dành
riêng được duy trì trong khoảng thời gian truyền bởi điều khiển công suất và
những thông tin đồng bộ giữa các gói đến sau.
1. 6 Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ thứ 3
Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 được cho ở
hình 1.4 dưới đây.
Từ hình 1.4 ta thấy mạng thơng tin di động thế hệ thứ 3 gồm hai phần:
mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến.
Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC-Mobile Service
Switching Centrer) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN-Serving General
Packet Radic Service Support Node). Các kênh thoại và truyền số liệu chuyển
mạch gói được kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch
kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC và GGSN. Để kết nối trung tâm
chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương
tác mạng (IWF): Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch
gói, mạng lõi cịn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như:
HLR, AUC, EIR.
Mạng thâm nhậm vô tuyến chứa các phần tử sau:
* RNC: Radio Network Controller = Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trị

như BSC ở các mạng thơng tin di động.
Sinh viên thực hiện:Hồ Ngân Giáp.