Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3g CDMA 2000

Lời nói đầu
Khi xã hội càng phát triển nhu cầu thông tin ngày càng cao, do đó các hệ
thống thông tin ngày càng phát triển. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2
đợc xây dựng theo tiêu chuẩn IS-95, GSM phát triển rất nhanh trong những
năm 1990. Đứng trớc nhu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di
động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đa ra
các hệ thống thông tin di động mới. Trong bối cảnh đó, ITU đã đa ra đề án
tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ 3 với tên gọi: IMT-2000
nhằm mục đích:
Tốc độ truyền số liệu cao để đảm bảo các dịch vụ truy nhập Internet
nhanh hoặc các dịch vụ đa phơng tiện.
Tơng thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự
phát triển liên tục của thông tin di động.
Cải thiện tầm phủ sóng các hệ thống thông tin di động.
Nhiều tiêu chuẩn của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 đã đợc đề xuất,
trong đó hai chuẩn WCDMA và CDMA-2000 đã đợc ITU chấp thuận và triển
khai trong những năm đầu thế kỷ 20. CDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của
hệ thống thông tin di động thế hệ 2 dựa trên chuẩn IS-95 còn WCDMA sẽ là
sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công
nghệ TDMA nh: GSM, PCD và IS-136. Tại Việt Nam, các hệ thống thông tin
di động thế hệ 3 đã và đang bắt đầu đợc triển khai trong vài năm gần đây.
Vì lẽ đó tôi chọn đề tài: Nghiên cứu hệ thống thông tin di động 3G
CDMA-2000.
Mục tiêu của đề tài là: nghiên cứu cấu trúc và sự hoạt động của các kênh
vật lý đờng lên và đờng xuống trong hệ thống thông tin di động 3G
CDMA-2000.
1
Qua quá trình nghiên cứu và tham khảo các tài liệu liên quan đến hệ
thống 3G CDMA-2000, nội dung chính đồ án gồm 3 chơng:
Chơng 1: Giới thiệu về 3G CDMA - sẽ khái quát quá trình phát triển
của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 nói riêng và các hệ thống thông

tin di động nói chung, đồng thời đề cập đến Kiến trúc giao thức trong
3G CDMA-2000.
Chơng 2: Lớp vật lý đờng xuống - mô tả chức năng lớp vật lý đờng
xuống cùng cấu trúc và hoạt động của các kênh vật lý trên đờng xuống.
Chơng 3: Lớp vật lý đờng lên - mô tả chức năng lớp vật lý đờng lên
cùng cấu trúc và hoạt động của các kênh vật lý trên đờng lên.
Tuy nhiên do trình độ bản thân và điều kiện còn nhiều hạn chế cùng thời
gian hạn hẹp nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo nhất là thầy giáo
Tiến sỹ Vơng Tuấn Hùng đã nhiệt tình hớng dẫn và góp ý để đồ án hoàn thành
đúng kế hoạch và đảm bảo mục tiêu đề ra.
Nguyễn Vĩnh Nam

Chơng 1
2
Giới thiệu về 3g cdma
Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G) là GSM và IS-95 đã đợc triển
khai tại nhiều nơi trên thế giới và sẽ liên tục tồn tại trong nhiều thập kỷ tới.
Tuy nhiên các hệ thống này hiện đang phải đối mặt với những hạn chế về
dung lợng. Chính vì thế tất yếu ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G)
với hứa hẹn mang lại dung lợng thoại lớn hơn, khả năng kết nối di động cao
hơn và cho phép sử dụng các ứng dụng đa phơng tiện. Các hệ thống thông tin
di động thế hệ 3 có thể cung cấp các dịch vụ với chất lợng tơng đơng các hệ
thống hữu tuyến và các dịch vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144 Kbps lên tới
2 Mbps.
Tuy 3G có nhiều u điểm nổi trội nhng cho đến nay số lợng thuê bao của
các hệ thống 2G vẫn phát triển mạnh nhờ những cải tiến của nó, do đó trớc khi
nghiên cứu hệ thống 3G CDMA-2000 cần thiết phải xem xét qua lịch sử phát
triển của thông tin di động, nhất là các hệ thống 2G GSM đang thịnh hành ở

Việt Nam và trên toàn thế giới.
1.1. lịch sử phát triển thông tin di động
Vào cuối thế kỷ 19, nhà khoa học ngời Italy Marconi bằng những thí
nghiệm của mình thấy rằng thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy
thu phát di động ở xa nhau. Tuy nhiên phải đến đầu những năm 1980 mạng
điện thoại di động tế bào thế hệ 1 (1G) mới ra đời.Ban đầu các mạng 1G chỉ
dành riêng cho tín hiệu thoại, giữa các hệ thống và các thuê bao trong mạng
không hề tơng thích với nhau, cũng nh khả năng lu động của thiết bị thấp.
Trong bối cảnh nh vậy, ngời Châu Âu thấy rằng cần phải phát triển một hệ
thống thông tin di động tế bào thế hệ 2 (2G) hoàn toàn số.
Năm 1982, Hội nghị Bu chính và Viễn thông Châu Âu (CEPT) đã thành lập
nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special on Mobile) với
nhiệm vụ: xây dựng một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn
3
Châu Âu hoạt động trên băng tần 900 Mhz. Các khuyến nghị về GSM đợc
thông qua vào tháng 04/1988. Sau một thời gian thử nghiệm, năm 1991 mạng
GSM (Global System for Mobile Communication) chính thức đợc triển khai ở
Châu Âu và nhiều nớc trên thế giới.
Không chỉ dừng lại ở đó, năm 1988 ngời Châu Âu lại tiến hành dự án
RACE 1043 với mục đích: xây dựng các dịch vụ và công nghệ cho hệ thống
thông tin di động thế hệ 3 (3G) và dự tính triển khai vào năm 2000. Hệ thống
này sớm đợc biết đến với tên gọi: Hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System). Các hệ thống 1G, 2G và 3G
sẽ hoàn toàn độc lập nhau và sẽ triển khai đan xen nhau, sau đó UMTS sẽ thay
thế dần GSM.
Hệ thống UMTS không những đợc mong chờ mà còn đợc hy vọng lớn sẽ
là hệ thống tế bào bao toàn bộ các loại mạng khác, từ Vô tuyến di động cá
nhân PRM (Private Radio Mobile) tới các Mạng nội hạt không dây (Wireless
Lan) và các hệ thống Vệ tinh di động MMS, với các đặc điểm quan trọng nh:
hoạt động toàn cầu, hỗ trợ các dịch vụ tốc độ bit cao và đặc biệt là tính định h-

ớng dịch vụ. Trong khi ngời Châu Âu xem UMTS là mạng 3G toàn cầu cho
thế kỷ 21, hầu hết các kỹ s của họ làm việc với UMTS hy vọng có thể đạt đợc
thoả thuận với ITU để sớm điều chỉnh UMTS nhằm đợc công nhận là chuẩn
toàn cầu.
Tại Mỹ, tuy không có các chơng trình Nghiên cứu và Phát triển R&D
(Research & Development) mang tầm cỡ quốc gia về các hệ thống 2G và 3G
nào đợc hình thành nhng hệ thống dịch vụ thoại tiên tiến 1G AMPS
(Advanced Mobile Phone Service) của họ đã đợc phát triển thành hệ thống thế
hệ 2, gọi là 2G IS-136, sau đó trở thành hệ thống IS-95. Ngời Mỹ cũng giới
thiệu hệ thống IDEN có khả năng hỗ trợ các dich vụ tế bào và vành vô tuyến,
nó cũng chiếm một phổ tần rất lớn cho 3G và cho phép GSM thâm nhập vào
Mỹ dới dạng PCS-1900.
4
Với sự xuất hiện IS-95 tại Mỹ, dù ra đời sau GSM nhng nhiều ngời cho nó
là hệ thống 2.5G. Phổ của IS-95 hẹp cỡ 1.25 Mhz ở đầu dải AMPS là đủ cho
CDMA tế bào nên những ngời ủng hộ CDMA đều thấy rõ là nó cho hiệu quả
phổ rất cao. Vì thế chúng ta có thể coi IS-95 là một hệ thống 2.5G do nó phù
hợp với môi trờng đa ngời dùng 3G và phát triển lên 3G một cách dễ dàng.
Bên cạnh đó, GSM với TDMA của nó cũng có thể phát triển tới 3G mà không
cần thêm Card CDMA, nhng vẫn có sự phát triển của GSM từ giai đoạn 2+ lên
UMTS.
Đồng thời với sự khởi đầu dự án RACE 1043 tại Châu ÂU, nhóm đặc biệt
đợc thành lập của ITU là TG 8/1 (Task Group thuộc CCIR) coi hệ thống 3G
của họ là hệ thống thông tin di động mặt đất công cộng tơng lai FPLMTS
(Future Public Land Mobile Telecommunication System). Tuy nhiên, uỷ ban
TG 8/1 đã thay tên dùng cho hệ thống 3G bằng tên mới: Thông tin di
động quốc tế năm 2000 IMT-2000 (International Mobile Telecommunication
for 2000).
Phổ của IMT-2000: Hội nghị về quản lý vô tuyến thế giới tháng 03/1992
đã chỉ định 200 Mhz trong dải tần 2G cho IMT-2000 sử dụng trên phạm vi

toàn cầu. Các dải tần cụ thể là 1885 - 2000 Mhz và 2110 - 2200 Mhz, trong đó
có một vài phần dải này đã bị các hệ thống khác sử dụng. Phổ IMT-2000 có
thể chia thành 7 khoảng nh sau:
Khoảng 1: dùng cho DECT tại Châu Âu và PHS, PCS, DEC tại một số
vùng trên thế giới.
Khoảng 2: dùng cho PHS, PCS tại Mỹ và Nhật.
Khoảng 3 và 6: hình thành các dải ghép phân kênh theo tần số 60 Mhz.
Khoảng 4 và 7: sử dụng cho các dịch vụ vệ tinh di động cung cấp các
dải tần 30 Mhz kiểu FDD.
- Khoảng 4: dùng cho đờng lên.
- Khoảng 7: dùng cho đờng xuống.
5
Khoảng 5: có thể dùng cho các dịch vụ MSS đờng lên ở Mỹ.
Tần số các khoảng cho trong Bảng 1.1 dới đây:
Phổ của IMT-2000 Bảng 1.1
STT khoảng Dải tần
(Mhz)
1 1885 1900
2 1900 1920
3 1920 1980
4 1980 2010
5 2010 2025
6 2110 2170
7 2170 2200

1.2. Tổng quan về các hệ thống thế hệ 3
Vào giữa những năm 1990, Hiệp hội viễn thông quốc tế ( ITU ) đã nỗ lực
phát triển một kết cấu các chuẩn và các hệ thống sẽ cung cấp các dịch vụ viễn
thông không dây và phổ biến tới những ngời dùng ở bất kỳ nơi đâu và vào bất
cứ lúc nào . Sau đó, một nhóm con của ITU, gọi là Viễn thông di động

không dây 2000 (IMT-2000) đã xuất bản một tập các yêu cầu thực thi của hệ
thống không dây 3G, cụ thể nh sau (đối với cả dữ liệu chuyển mạch gói và
chuyển mạch mạch điện):
- Trong môi trờng phơng tiện chuyển động: tốc độ dữ liệu tối thiểu là
144 Kbps.
- Trong môi trờng ngời đi bộ: tốc độ dữ liệu tối thiểu là 384 Kbps.
- Trong môi trờng cố định trong phòng và môi trờng vi tế bào: tốc độ dữ
liệu nhỏ nhất là 2 Mbps.
Thêm vào đó, trong tất cả các môi trờng hệ thống phải hỗ trợ cùng tốc độ
dữ liệu đối với đờng lên và đờng xuống (các tốc độ dữ liệu đối xứng), cũng
nh hỗ trợ các tốc độ dữ liệu khác nhau đối với đờng lên và đờng xuống (các
tốc độ dữ liệu bất đối xứng).
6
Dựa trên những yêu cầu này, năm 1999 ITU đã phê chuẩn năm giao diện
vô tuyến đối với các chuẩn IMT-2000 (Khuyến nghị 1457), với ba trong năm
chuẩn đợc phê chuẩn dựa trên CDMA là: CDMA 2000, TD-SCDCDMA và
WCDMA.
CDMA 2000 cũng đợc biết đến theo tên ITU của nó: IMT-2000 CDMA .
WCDMA CDMA 2000 UTRA-CDMA UWC-1360 DECT
(UMTS) (1x và 1xEV ) và TD-SCDMA /EDGE
Hình 1.1. Các giao diện vô tuyến mặt đất /IMT 2000.
Một vài chuẩn và hệ thống nh: Hệ thống điện thoại di động phổ thông
(UMTS) đã đợc thực thi trong phổ 3G mới (ví nh ở Châu Âu). Trong khi các
chuẩn và hệ thống không dây khác nh IS - 2000 có thể giới thiệu các dịch vụ
3G trong phổ đã đợc sử dụng bởi các hệ thống thế hệ 2 (2G),với sự quan tâm
tới những đầu t đã triển khai trong các lĩnh vực hữu ích và cần thiết. Sự chuyển
hớng giá trị kỹ thuật cao trong hệ thống IS-2000 đã nhấn mạnh tầm quan
trọng cuả việc đầu t vào cơ sở hạ tầng đã đợc tính toán trong khi xem xét đến
nhu cầu thị trờng của các dịch vụ này. Đây là một trong những lý do tại sao
IS-2000 đã phổ biến trong sự triển khai ban đầu của 3G.

Ngoài ra, IS-2000 cũng tơng thích ngợc với các hệ thống 2G IS-95.
Điều này mang lại cho IS-2000 hai u điểm quan trọng. Thứ nhất, IS-2000 có
thể hỗ trợ việc tái sử dụng các thiết bị cơ sở hạ tầng IS-95 đang tồn tại và do
đó chỉ yêu cầu sự đầu t tăng thêm nhằm cung cấp các dịch vụ 3G. Thứ hai, độ
mạo hiểm trong qua trình thực thi thấp hơn khi quá độ tới 3G do IS-2000 đại
diện cho một giải pháp kỹ thuật tự nhiên từ các thế hệ trớc nó.
7
IMT-2000
CDMA
Trải phổ
trực tiếp
IMT-2000
CDMA
Đa sóng
mang
IMT-2000
CDMA
TDD
IMT-2000
TDMA
Đơn sóng
mang
IMT-2000
FDMA/
TDMA
Hệ thống thơng mại 3G đầu tiên đợc SK Telecom (Nam Hàn Quốc) triển
khai vào tháng 10 năm 2000 dùng CDMA 2000 1x. Đến cuối năm 2005 đã có
170 hệ thống CDMA 2000 (1x và 1x EV-DO) thơng mại và WCDMA thơng
mại, phục vụ hơn 275 triệu ngời dùng trên khắp các châu lục. CDMA là công
nghệ 3G đợc triển khai rộng nhất ngày nay.

CDMA 2000 đại diện cho một họ các chuẩn gồm các công nghệ: CDMA
2000 1x và CDMA 2000 1x EV-DO:
a/ CDMA 2000 1x: có thể mang gần gấp ba lần dung lợng thoại của các
mạng CDMA One
TM
và đạt tốc độ dữ liệu gói đỉnh bằng 153 Kbps (Release
0) hoặc 307 Kbps (Release 1) với các môi trờng di động trong một kênh 1.25
Mhz đơn.
b/ CDMA 2000 1x EV-DO (Evolution Data Optimized - Giải pháp tối u hoá
dữ liệu): là một công nghệ dữ liệu trung tâm cho phép các nhà khai thác
cung cấp những dịch vụ dữ liệu nâng cao .
CDMA 2000 1x EV-DO Release 0: đạt tốc độ dữ liệu bằng 2.4
Mbps, với các mạng thơng mại nó đạt 300 đến 600 Kbps trong một
kênh đơn 1.25 Mhz. Đây là tốc độ dữ liệu cao nhất của bất kỳ công
nghệ không dây nào đợc triển khai ngày nay. Do đó nó có thể hỗ trợ
những ứng dụng dữ liệu cải tiến nhất nh : các bộ chuyển đổi MP3, hội
thảo truyền hình, quảng bá Ti vi, tải hình ảnh và âm thanh.
CDMA 2000 1x EV-DO có ở dạng thơng mại từ năm 2002.
CDMA 2000 1x EV-DO Revision A (RevA): đạt tốc độ dữ liệu đỉnh
bằng 3.1 Mbps trên đờng xuống và 1.8 Mbps trên đờng lên. Với RevA,
nhà vận hành có thể giới thiệu những dịch vụ đa phơng tiện tiên tiến,
gồm: thoại, dữ diệu và quảng bá trên tất cả các mạng IP. RevA sẽ có ở
dạng thơng mại trong tháng 02 năm 2006.
CDMA 2000 1x EV-DO Revision B (RevB): là chuẩn đợc triển khai
phổ biến trong nửa đầu năm 2006.RevB đa ra sơ đồ điều chế 64-
8
QAM và sẽ đạt tốc độ dữ liệu đỉnh bằng 73.5 Mbps trên đờng xuống và
27 Mbps trên đờng lên thông qua việc kết hợp 15 sóng mang 1.25 Mhz
trong băng thông 20 Mhz. RevB sẽ đợc thơng mại hoá năm 2008.
1.3. Kiến trúc giao thức

Một sự khác nhau về kiến trúc giữa chuẩn IS-2000 và chuẩn IS-95 đó là
IS-2000 gọi ra rõ ràng các chức năng của bốn lớp giao thức khác nhau. Những
lớp này là: lớp vật lý, lớp truy nhập môi trờng, lớp truy nhập liên kết báo hiệu
và lớp trên hơn.
1.3.1. Lớp vật lý (lớp 1)
Lớp vật lý chịu trách nhiệm truyền và nhận các bit qua môi trờng vật lý.
Do trong trờng hợp này môi trờng vật lý là qua không khí nên lớp vật lý phải
chuyển đổi các bit thành các dạng sóng (ví dụ nh điều chế) nhằm cho phép
chúng truyền qua không khí. Cùng với đó, lớp vật lý cũng thực hiện các chức
năng mã hoá để thi hành các chức năng điều khiển lỗi tại các mức bít và
khung.
1.3.2. Các lớp con điều khiển truy nhập môi trờng (MAC)
Lớp con MAC sự truy nhập của các lớp cao hơn vào môi trờng vật lý do nó
đợc chia sẻ giữa những ngời dùng khác nhau. Về mặt này, MAC thực hiện các
chức năng tơng tự, nh một thực thể MAC điều khiển một mạng nội bộ (LAN).
Trong khi một LAN MAC điều khiển sự truy nhập của các máy tính khác
nhau tới bus đợc chia sẻ, thì lớp con IS-2000 MAC quản lý sự truy nhập của
những ngời dùng khác nhau (thoại tốc độ thấp và dữ liệu tốc độ cao) tới giao
diện không khí đợc chia sẻ.

1.3.3. Lớp con điều khiển truy nhập liên kết báo hiệu (LAC) (Lớp 2)
Lớp con LAC chịu trách nhiệm về độ tin cậy của các tin nhắn báo hiệu
(hoặc mào đầu) đợc thay đổi. Hãy nhớ lại rằng môi trờng truyền qua không
9
khí cực kỳ dễ xảy ra lỗi, và các tin nhắn thông tin tại thời điểm thu đợc (và đ-
ợc chấp nhận) có lỗi. Mặt khác, do các tin nhắn báo hiệu cung cấp những chức
năng quan trọng nên chúng phải đợc phát và thu một cách tin cậy. Lớp con
LAC thực hiện một tập các chức năng bảo đảm độ tin cậy khi giao phát các tin
nhắn báo hiệu.
1.3.4. Lớp trên hơn (Lớp 3)

Lớp trên hơn thực hiện điều khiển toàn bộ hệ thống IS-2000 bằng cách
chúng đợc dùng nh điểm xử lý tất cả và bắt đầu những tin nhắn báo hiệu mới.
Những tin nhắn thông tin (cả dữ liệu và thoại) cũng vợt qua đợc lớp 3.
Trong chuẩn IS-95 không mô tả rõ ràng và phân tách các chức năng mỗi
lớp. Tuy nhiên chúng đợc thực hiện bởi các lớp dạng tồn tại. Chẳng hạn, truy
nhập di động là một chức năng mang tính vật lý của lớp con MAC, nhng
những mô tả của nó đợc gộp chung với những chức năng khác trong một
chuẩn đơn.
Về điểm này một câu hỏi đợc đặt ra là : tại sao kiến trúc phân lớp không đ-
ợc dùng trong IS-95 nhng giờ lại đợc sử dụng trong IS-2000. Điều này là do
kiến trúc phân lớp mang lại cho hệ thống sự thích ứng với kiến trúc 3G đã đợc
mô tả trong IMT-2000. Kết cấu IMT-2000 đòi hỏi các mạng khác nhau tập
hợp lại nhằm cung cấp các dịch vụ tới những ngời sử dụng cuối cùng, mức độ
và việc mở rộng sự tập hợp này đợc tổ chức rõ ràng hơn nếu quan sát từ khía
cạnh của kiến trúc phân lớp. Những chức năng đã định rõ tốt cung cấp khả
năng điều chế tới hệ thống. Ngay cả khi một lớp vẫn thực hiện những chức
năng của nó và cung cấp các dịch vụ mong muốn thì sự thực thi cụ thể những
chức năng đó có thể bị điều chỉnh và thay thế mà không yêu cầu thay đổi các
lớp trên và dới nó.
10


Hình 1.2 Cấu trúc của kiến trúc giao thức dùng trong IS 2000
(trình bày từ góc độ trạm di động).
Hình 1.2 ở trên trình bày cấu trúc kiến trúc giao thức đợc dùng trong
IS-2000.Không mất tính tổng quan, hình này trình bày từ khía cạnh trạm di
động, cũng có thể vẽ một hình tơng tự từ góc độ trạm gốc bằng việc quay ngợc
hớng vài mũi tên và thay đổi vị trí vài thực thể. Hình 1.1 l một hình khá quan
trọng và đợc dùng để tham khảo mọi lúc. Hãy chú ý đến ba lớp khác nhau (lớp
1, 2 và 3), hai lớp con trong lớp 2 (MAC và LAC), các thực thể trong các lớp

(chẳng hạn Giao thức chuỗi vô tuyến báo hiệu-SRBP), các đờng thông tin giữa
11
các lớp và các thực thể. Cũng lu ý rằng cấu trúc lớp trình bày trong hình 1.2
giống với Mô hình tham chiếu kết nối trung gian các hệ thống mở - OSI.
1.4. Các yếu tố khác của kiến trúc giao thức
Cùng các lớp đơn lẻ, kiến trúc giao thức có các yếu tố quan trọng khác nh:
1.4.1. Các kênh vật lý
Các chỉ định kênh vật lý trong IS 2000 Bảng 1.2
Đờng xuống
Đờng lên
Chỉ định
Kênh
Tên kênh
Chỉ định
Kênh
Tên kênh
F-FCH
Kênh bổ sung đờng
xuống
R-SCH Kênh bổ sung đờng lên
F-SCCH
Kênh mã bổ sung đờng
xuống
R-SCCH
Kênh mã bổ sung đờng
lên
F-FCH*
Kênh cơ sở đờng xuống
R-FCH* Kênh cơ sở đờng lên
F-DCCH

Kênh điều khiển dành
riêng đờng xuống
R-DCCH
Kênh điều khiển dành
riêng đờng lên
F-PCH* Kênh nhắn tin
F-QPCH Kênh nhắn tin nhanh
R-ACH* Kênh truy nhập

(Tiếp theo) Bảng 1.2
Đờng xuống
Đờng lên
Chỉ định Tên kênh Chỉ Tên kênh
12
Kênh
định
Kênh
R-
EACH
Kênh truy nhập nâng
cao
F-CCCH
Kênh điều khiển chung
đờng xuống
R-
CCCH
Kênh điều khiển chung
đờng lên
F-BCCH
Kênh điều khiển quảng

bá
F-CPCCH
Kênh điều khiển công
suất chung
F-CACH Kênh gán chung
F-SYNCH* Kênh đồng bộ
F-PICH*
Kênh dẫn đờng đờng
xuống
R-PICH Kênh dẫn đờng đờng lên
F-TDPICH
Kênh dẫn đờng đa dạng
truyền
F-APICH Kênh dẫn đờng bổ trợ
F-ATDPICH
Kênh dẫn đờng đa dạng
truyền bổ trợ

Các kênh vật lý là các đờng thông tin giữa lớp vật lý và đa lớp con kênh
chung/dành riêng. Các kênh vật lý đợc chỉ định bởi các chữ in hoa. Theo chỉ
định, ký tự đầu tiên và gạch ngang là viết tắt của Đờng xuống (F-) hoặc Đ-
ờng lên (R-), và hai ký tự cuối CH luôn viết tắt cho Kênh. Chẳng hạn,
R-ACH là viết tắt của Kênh truy nhập đờng lên, và F-FCH là viết tắt của Kênh
cơ sở đờng xuống. Bảng 1.2 trình bày danh sách tên và mô tả các kênh vật lý,
trong đó các kênh vật lý của IS-95 đợc chỉ rõ bằng dấu hoa thị.
1.4.2. Kênh logic
Các kênh logic là các đờng thông tin giữa đa lớp con kênh chung/dành
riêng và các thực thể lớp cao hơn. Các kênh logic mang các đơn vị logic báo
hiệu và thông tin ngời dùng, cũng có thể xem các kênh vật lý nh các phơng
13

tiện vật lý dùng để chuyển tải thông tin báo hiệu hoặc ngời dùng qua không
khí.
Các chỉ định kênh logic trong IS - 2000 Bảng 1.3
Đờng xuống Đờng lên
Chỉ định
Kênh
Tên kênh
Chỉ định
kênh
Tên kênh
f-csch
Kênh báo hiệu chung đ-
ờng xuống
r-csch
Kênh báo hiệu chung đờng
lên
f-dsch
Kênh báo hiệu dành
riêng đờng xuống
r-dsch
Kênh báo hiệu dành riêng
đờng lên
f-dtch
Kênh lu lợng dành riêng
đờng xuống
r-dtch
Kênh lu lợng dành riêng đ-
ờng lên

Kênh vật lý đợc chỉ định bởi các ký tự thờng. Ký tự đầu tiên và gạch

ngang là viết tắt của đờng xuống (f-) hoặc đờng lên (r-), và hai ký tự cuối ch
luôn để chỉ kênh. Ví dụ, r-csch là viết tắt của kênh báo hiệu chung đờng lên,
và f-dtch viết tắt cho kênh lu lợng dành riêng đờng xuống. Danh sách tên và
chỉ định của các kênh vật lý đợc trình bày trong bảng 1.3
1.4.3. Đơn vị dữ liệu
Các đơn vị dữ liệu là các đơn vị logic của báo hiệu và thông tin ngời
dùng đợc thay đổi giữa thực thể SRBP/thực thể Giao thức liên kết vô tuyến
(RLP) và các thực thể lớp cao hơn. Có hai kiểu đơn vị dữ liệu: đơn vị dữ
liệu trọng tải (PDU) và đơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU). PDU thờng để chỉ định
những đơn vị dữ liệu đợc chấp nhận bởi một nhà cung cấp dịch vụ từ một ngời
yêu cầu dịch vụ, và SDU là những đơn vị dữ liệu đợc mang tới một nhà cung
cấp dịch vụ bởi một ngời yêu cầu dịch vụ.
Trong lớp con MAC, có bốn thực thể: SRBP, RLP, đa lớp con kênh chung
và đa lớp con kênh kết hợp. Đa lớp con kênh chung thực hiện việc ánh xạ giữa
các kênh chung logic (đợc chia sẻ giữa nhiều ngời dùng) và các kênh chung
vật lý. Đa lớp con kênh kết hợp thực hiện sự ánh xạ giữa các kênh dành riêng
14
logic (đợc dành riêng tới những ngời dùng xác định) và các kênh dành riêng
vật lý. Lu ý rằng trong khi các kênh dành riêng đợc dùng cho cả báo hiệu và
dữ liệu ngời dùng thì các kênh chung chỉ đợc dùng cho báo hiệu.
SRBP và RLP là những thực thể giao thức trong lớp con MAC. SRBP
quản lý báo hiệu kênh chung (ngợc với báo hiệu kênh dành riêng) và RLP
quản lý thông tin ngời dùng đợc đóng gói tự nhiên.
1.5. Sự khác nhau giữa IS - 2000 và IS - 95
Chuẩn IS-2000 đại diện cho một sự mở rộng kỹ thuật tự nhiên từ chuẩn
IS-95, và có thể thấy điều này trong thực tế rằng các ngời dùng IS-2000 và các
ngời dùng IS-95 có thể dùng chung cùng sóng mang. Mặc dù IS-2000 tơng
thích ngợc với IS-95 nhng giữa chúng cũng có nhiều sự khác nhau, và sẽ đợc
chỉ ra bây giờ bằng cách giới thiệu những khác biệt đại diện quan trọng bắt
nguồn từ IS-95. Do yêu cầu của 3G và IS-2000 là phát và thu ở tốc độ dữ liệu

cao, nên phải cần tới hai kiểu cải tiến nhằm cho phép các tốc độ dữ liệu bằng
hoặc trên 144 Kbps: những cải tiến trong báo hiệu và những cải tiến trong
truyền dẫn.
1.5.1. Báo hiệu
Muốn thực thi dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao hợp lệ, IS-2000 cần
thu đợc và giải phóng động các tài nguyên liên kết vô tuyến, và yêu cầu báo
hiệu hiệu quả nhằm thực hiện thu và giải phóng nhanh các tài nguyên vô
tuyến này. Có hai cơ chế báo hiệu:
15
Trên đờng xuống: có các kênh vật lý báo hiệu/mào đầu mới nh: kênh nhắn
tin nhanh (F-QPCH), kênh điều khiển chung đờng xuống (F-BCCH), kênh
điều khiển công suất chung (F-CPCCH) và kênh gán chung (F-CACH).
Trên đờng lên có các kênh vật lý báo hiệu/mào đầu mới nh: kênh điều khiển
dành riêng đờng lên (R-DCCH), kênh truy nhập nâng cao (R-EACH) và kênh
điều khiển chung đờng lên (R-CCCH).
Trên đờng lên có các tin nhắn báo hiệu ngắn hơn. IS-2000 có thể phát các
khung 5-ms ngắn hơn trên kênh truy nhập nâng cao (R-EACH). Điều này làm
giảm xác suất lỗi truy nhập.
Trên đờng xuống IS-2000 cũng có thể phát những tin nhắn báo hiệu ngắn
và có thể dùng những khung 5-ms ngắn hơn (ví dụ tốc độ 1/8) trên kênh cơ sở
đờng xuống cho mục đích này.
Thêm vào đó, bây giờ một máy di động IS-2000 có thể ở một trong vài
chế độ (ví dụ: chế độ không hoạt động) nhằm phù hợp với sự truyền dẫn dữ
liệu gói theo chuỗi nhằm bảo tồn tài nguyên liên kết vô tuyến.
1.5.2. Truyền dẫn
Một dung lợng liên kết vô tuyến cao hơn rõ ràng đợc cần đến để thực thi
dữ liệu tốc độ cao, và những thay đổi khác nhau đợc tạo ra nhằm cải thiện
dung lợng liên kết vô tuyến vợt quá IS-95. Những thay đổi này cũng tạo ra ảnh
hởng tới việc sử dụng hiệu quả hơn các tài nguyên liên kết không khí. Vài
thay đổi chính đợc liệt kê ra nh sau:

Kênh bổ sung đờng xuống (F-SCH) và kênh bổ sung đờng lên (R-
SCH) đợc thêm vào nhằm truyền tải dữ liệu ngời dùng tốc độ cao. Đờng lên
giờ có một kênh dẫn đờng đờng lên (R-PICH) để hỗ trợ điều chế kết hợp trên
đờng lên.
Đờng xuống giờ đây có điều khiển công suất vòng kín nhanh (đối chiếu
với điều khiển công suất chậm trong IS-95). Các nhóm điều khiển công suất
đợc phát trên kênh đạo tần đờng lên để cho phép điều khiển công suất vòng
kín nhanh của đờng xuống.
16
Cùng với điều khiển công suất các kênh lu lợng, IS-2000 cũng có thể
điều khiển công suất kênh báo hiệu (chẳng hạn: kênh điều khiển dành riêng đ-
ờng xuống [F-DCCH] ).
Bên cạnh đó, những cải tiến trong truyền dẫn khác bao gồm: sự thực thi
của điều chế dịch pha trực giao hiệu quả hơn (QPSK) trong giai đoạn điều chế
và sử dụng các mã Turbo hiệu quả hơn đối với những truyền dẫn tốc độ dữ
liệu cao.
Chơng 2
Lớp vật lý đờng xuống
2.1. Giới thiệu
Lớp vật lý chịu trách nhiệm phát và thu các bit (đợc tổ chức trong các
khung) qua môi trờng vật lý. Lớp vật lý thực hiện các chức năng mã hoá nhằm
cho phép phát hiện và sửa lỗi ở mức bit và khung. Bên cạnh mã hoá, lớp vật lý
17
phải chuyển đổi các bit thành các dạng sóng (ví dụ: điều chế) và ngợc lại để
giúp chúng truyền qua không khí.
Cùng với mã hoá và điều chế, lớp vật lý cũng thực hiện chức năng định
kênh, do đó những ngời dùng khác nhau có thể đợc phân biệt với nhau. Trong
một hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp đợc chia sẻ (nh IS-2000 và IS-95)
chức năng định kênh đợc thực hiện qua việc dùng các mã trực giao và gần trực
giao.

Các kênh vật lý tồn tại trên đờng xuống trong hệ thống IS-2000 đợc tổ
chức thành hai loại chính: kênh báo hiệu và kênh ngời dùng.
Các kênh báo hiệu: là các kênh mang thông tin báo hiệu và điều khiển.
Các kênh báo hiệu có thể đợc phân thành hai kiểu: kênh chung và kênh
dành riêng. Kênh F-DCCH là một kênh báo hiệu dành riêng do nó đợc
gán một lần và chỉ đợc sử dụng bởi một ngời dùng. Các kênh báo hiệu
còn lại nh: F-CCCH và F-QPCH là các kênh báo hiệu chung do
chúng đợc chia sẻ giữa nhiều ngời dùng.
Các kênh ngời dùng: là các kênh mang thông tin ngời dùng. Thông tin
ngời dùng có thể là thoại, dữ liệu tốc độ thấp (nh các dịch vụ tin nhắn
ngắn hay SMS), hoăc dữ liệu tốc độ cao (nh luồng hình ảnh). Có ba
kênh vật lý đợc sử dụng chủ yếu để mang thông tin ngời dùng: F-
FCH: tơng đơng với kênh lu lợng trong IS-95, F-SCCH: tơng đơng với
kênh mã bổ sung đờng xuống trong IS-95, (đặc biệt IS-95B) và F-
SCH: là một kênh mới trong IS - 2000.
Kênh nhắn tin (F-PCH*)
Kênh nhắn tin nhanh (F-QPCH)
Kênh điều khiển chung đờng xuống (F-CCCH)

Kênh điều khiển quảng bá (F-BCCH)

Kênh gán chung (F-CACH)
18
Các kênh
chung Kênh điều khiển công suất chung (F-CPCCH)
Kênh đồng bộ (F-SYNCH*)
Các Kênh đạo tần đờng xuống (F-PICH*)
kênh
báo Kênh đạo tần đa dạng truyền (F-TDPICH)
hiệu

Kênh đạo tần bổ trợ (F-APICH)
Kênh đạo tần đa dạng truyền bổ trợ (F-ATDPICH)

Các kênh Kênh điều khiển dành riêng
dành riêng đờng xuống (F-DCCH)

Kênh cơ sở đờng xuống (F-FCH*)
Các kênh
ngời dùng Kênh bổ sung đờng xuống (F-SCH)
Kênh mã bổ sung đờng xuống (F-SCCH*)

Hình 2.1 Danh sách các kênh vật lý đờng xuống trong IS -2000.
Các kênh vật lý trong IS -95 đợc biểu thị bằng dấu hoa thị.
Hình 2.1 trên trình bày danh sách các kênh liên kết đờng xuống này, gồm
cả các kênh báo hiệu và ngời dùng.

Các kênh vật lý đờng xuống và bản đối chiếu đờng lên của chúng. Bảng 2.1
Đờng xuống
Đờng lên
Kênh
Tên kênh Mô tả Kênh Tên kênh Mô tả
F-FCH
Kênh bổ
sung đờng
Truyền dữ liệu
ngời dùng khi
một cuộc gọi
R-SCH
Kênh
bổ sung

Truyền dữ liệu
ngời dùng khi
một cuộc gọi
19
xuống
kích hoạt, dùng
mã Turbo và
mã xoắn
đờng lên
kích hoạt, dùng
mã Turbo và
mã xoắn
F-SCCH*
Kênh mã
bổ sung
đờng
xuống
Truyền dữ liệu
ngời dùng khi
một cuộc gọi
kích hoạt, dùng
mã xoắn
R-SCCH*
Kênh mã
bổ sung
đờng lên
Truyền dữ liệu
ngời dùng khi
một cuộc gọi
kích hoạt, dùng

mã xoắn
F-FCH*
Kênh
cơ sở
đờng
xuống
Truyền dữ liệu
ngời dùng và
báo hiệu khi
một cuộc gọi
kích hoạt, dùng
mã xoắn
R-FCH*
Kênh
cơ sở
đờng lên
Truyền dữ liệu
ngời dùng và
báo hiệu khi
một cuộc gọi
kích hoạt, dùng
mã xoắn
F-DCCH
Kênh
điều
khiển
dành
riêng đ-
ờng
xuống

Truyền dữ liệu
ngời dùng và
báo hiệu khi
một cuộc gọi
kích hoạt
R-DCCH
Kênh
điều
khiển
dành
riêng đ-
ờng lên
Truyền dữ liệu
ngời dùng và
báo hiệu khi
một cuộc gọi
kích hoạt
(Tiếp theo) Bảng 2.1
Đờng xuống Đờng lên
Kênh
Tên
kênh
Mô tả Kênh
Tên
kênh
Mô tả
F-PCH* Kênh
nhắn tin
Truyền dữ liệu
xác định MS và

dữ liệu mào
đầu hệ thống
F-QPCH Gọi MS (đang
20
Kênh
nhắn tin
nhanh
hoạt động trong
trạng thái rỗi ở
chế độ phân
khe) ở bất kỳ
đâu
R-ACH*
Kênh
truy
nhập
Thông tin khởi
đầu với BS,
ví dụ: truy nhập
ban đầu và trả
lời các trang
F-CCCH Kênh
điều
khiển
chung đ-
ờng
xuống
Truyền dữ liệu
báo hiệu khi
F-FCH,

F-SCCH,
F-SCH hoặc
F-DCCH
không kích
hoạt
R-CCCH Kênh
điều
khiển
chung
đờng
xuống
Truyền dữ liệu
báo hiệu và ngời
dùng khi
R-FCH, R-
SCCH
, R-SCH hoặc
R-DCCH không
kích hoạt

(Tiếp theo) Bảng 2.1
Đờng xuống
Đờng lên
Kênh Tên kênh Mô tả Kênh Tên
kênh
Mô tả
F-BCCH
Kênh
điều
khiển

quảng
bá
Truyền dữ liệu
báo hiệu khi
F-FCH, F-SCCH,
F-SCH hoặc
F-DCCH không
kích hoạt.
F-CPCCH
Kênh
điều
khiển
công suất
chung
Truyền các kênh
con điều khiển
công suất chung
(một bit trên
kênh) để điều
khiển công suất
đa kênh
R-CCCH và
R-EACH
F-CACH
Kênh gán
chung
Truyền dữ liệu
báo hiệu để phân
phối các tài
nguyên

R-CCCH
21

(Tiếp theo) Bảng 2.1
Đờng xuống
Đờng lên
Kênh Tên kênh Mô tả Kênh Tên kênh Mô tả
F-SYNCH*
Kênh
đồng bộ
Cung cấp sự
đồng bộ
khung và
thời gian MS
F-PICH*
Kênh đạo
tần đờng
xuống
Hỗ trợ MS
yêu cầu sự
đồng bộ thời
gian ban đầu
F-PICH
Kênh đạo
tần đờng
lên
Hỗ trợ BS
phát hiện
sự truyền
MS

F-TDPICH
Kênh đạo
tần đa
dạng
truyền
Thực thi đa
dạng truyền
trên đờng
xuống
F-APICH
Kênh đạo
tần bổ trợ
Hỗ trợ việc
dùng chùm
vết
F-ATDPICH
Kênh đạo
tần đa
dạng
truyền
bổ trợ
Thực thi đa
dạng truyền
trong chùm
vết
Bảng 2.1 ở trên là danh sách các kênh vật lý đợc lớp vật lý sử dụng, trong
đó trình bày đầy đủ cả các kênh đờng lên và đờng xuống cùng những mô tả
của chúng. Hơn nữa, với mỗi kênh vật lý đờng xuống, các bản đối chiếu trên
22
đờng lên cũng đợc trình bày trong cùng hàng tơng ứng. Các mô tả kênh đợc

đánh dấu hoa thị biểu thị những kênh cũng tồn tại trong IS-95. Lu ý rằng các
kênh cơ sở (cả đờng xuống và lên) tơng đơng với các kênh lu lợng trong IS-95.
Thêm vào đó, các tên kênh in đậm biểu thị những kênh đợc gọi chung là các
kênh lu lợng IS-2000 (tránh nhầm lẫn với các kênh lu lợng IS-95) do các
kênh này có thể mang cả dữ liệu lu lợng ngời dùng trong các hệ thống IS-
2000.
2.2. cấu hình vô tuyến
Trong IS-2000, mỗi kênh vật lý (ví dụ: kênh cơ sở đờng xuống, kênh mã
bổ sung đờng xuống, kênh bổ sung đờng xuống và kênh điều khiển dành riêng
đờng xuống) có thể giả định những cấu hình vô tuyến khác nhau để thực thi
những tốc độ dữ liệu khác nhau. Đối với mỗi cấu hình vô tuyến, phải chọn: tốc
độ mã hoá kết hợp, các đặc tính điều chế và tốc độ trải phổ phù hợp nhằm đạt
đợc một tốc độ dữ liệu phát cuối cùng xác định.
Bảng 2.2 sau đây trình bày các cấu hình vô tuyến khác nhau này. Trong
mỗi cấu hình, các tốc độ dữ liệu trình bày trong bảng là các tốc độ dữ liệu cực
đại. Đối với một cấu hình xác định, các tốc độ dữ liệu thấp hơn tốc độ lớn nhất
có thể.
Các cấu hình vô tuyến trên đờng lên Bảng 2.2
23
CấU HìNH
VÔ TUYếN
TốC Độ
M HóAã
ĐIềU CHế
TốC Độ
TRảI PHổ
TốC Độ Dữ
LIệU CựC
ĐạI ( Kbps )
1 1/2 BPSK 1 9.6

2 1/2 BPSK 1 14.4
3 1/4 QPSK 1 153.6
4 1/2 QPSK 1 307.2
5 1/4 QPSK 1 230.4
6 1/6 QPSK 3 307.2
7 1/3 QPSK 3 614.4
8
1/4 (20 ms)
QPSK 3 460.8
1/3 (5 ms)
9
1/2 (20 ms)
QPSK 3 10368
1/3 (5 ms)
Cấu hình vô tuyến 1 và Cấu hình vô tuyến 2 tơng thích ngợc với IS-95 do
chúng tơng đơng Thiết lập tốc độ 1 và Thiết lập tốc độ 2 của IS-95. Với mỗi
cấu hình vô tuyến, bảng trên trình bày tốc độ dữ liệu có thể đạt đợc cực đại
(thay vì tất cả các tốc độ dữ liệu có thể). Chẳng hạn đối với Cấu hình vô tuyến
1, hệ thống có khả năng phát tại 1.2 Kbps, 2.4 Kbps, 4.8 Kbps và 9.6 Kbps,
nhng chỉ trình bày tốc độ dữ liệu lớn nhất là 9.6 Kbps. Thêm vào đó, với mỗi
cấu hình, tốc độ mã hoá R thờng giống nhau, không phụ thuộc vào kích thớc
khung (20 ms hoặc 50 ms). Tuy nhiên với Cấu hình vô tuyến 8 và 9 (ví dụ:
Tốc độ trải phổ 3), tốc độ mã hoá lại phụ thuộc kích thớc khung đợc phát.
2.3. kênh báo hiệu
Một trong các yêu cầu quan trọng với 3G là tốc độ dữ liệu cao. Muốn đạt
đợc yêu cầu này một cách hợp lệ cần tạo ra lớp vật lý hiệu quả hơn. Nhớ lại
rằng trong 2G IS-95, trong khi một cuộc gọi kích hoạt thông tin đợc mang
điển hình bởi kênh lu lợng (ví dụ: kênh cơ sở). Muốn vậy, các bít báo hiệu ăn
cắp khả năng của kênh lu lợng để mang các bit dữ liệu ngời dùng.
3G IS-2000 giải quyết việc này bằng cách thực thi các kênh báo hiệu riêng

biệt để mang thông tin báo hiệu. Mặc dù dữ liệu báo hiệu vẫn có thể đợc kênh
cơ sở mang, IS-2000 có thêm chọn lựa là gửi dữ liệu báo hiệu trên các kênh
24
báo hiệu riêng biệt. Điều này giúp giải phóng khả năng của kênh cơ sở và
kênh bổ sung nhằm truyền tải dữ liệu ngời dùng hiệu quả hơn.
2.3.1. Kênh điều khiển dành riêng đờng xuống (f-dcch)
Kênh F-DCCH là một kênh báo hiệu duy nhất theo hai khía cạnh: Không
giống các kênh báo hiệu khác, F-DCCH là một kênh báo hiệu dành riêng.
F-DCCH đợc gán một lần và chỉ đợc phân phối tới một ngời dùng đã đợc chỉ
định. Tất cả các kênh báo hiệu khác (sẽ đợc mô tả sau) là kênh chung và đợc
chia sẻ với nhiều ngời dùng khác nhau.
Nếu nh các kênh cơ sở đờng xuống có thể mang dữ liệu báo hiệu (qua
chuỗi bit mờ và chuỗi bit trống) thì kênh F-DCCH có thể mang dữ liệu ngời
dùng, điển hình là loại tốc độ dữ liệu thấp (nh SMS), các yêu cầu dịch vụ dữ
liệu rời rạc tự nhiên và thời gian ngắn. Đối với những yêu cầu truyền dẫn nh
vậy, thay vì mở rộng tài nguyên nhằm thiết lập một kênh cơ sở hay kênh bổ
sung chính thức, hệ thống có thể chọn cách treo tạm thời dữ liệu tốc độ phát
và bắt đầu gửi dữ liệu ngời dùng qua kênh F-DCCH.
Thêm vào đó, F-DCCH hỗ trợ cả các định dạng khung 20 ms và 5 ms.
Chẳng hạn, một định dạng khung 20 ms với F-DCCH có độ dài 192 bit, gồm:
172 bit thông tin, 12 bit kiểm tra độ d chu trình (CRC) và 8 bit đuôi giải mã.
Điều này mang lại tốc độ dữ liệu F-DCCH là 9.6 kbps. Xem hình 2.2. Lu ý
trong trờng hợp này, khung F-DCCH có dung lợng giống nh một khung kênh
nhắn tin Tốc độ thiết lập 1 của IS-95. Mặt khác, một cấu trúc khung 5 ms
với F-DCCH có chiều dài 48 bit, gồm: 24 bit thông tin, 16 bit CRC và 8 bit
đuôi giải mã. Do đó tốc độ dữ liệu F-DCCH cũng là 9.6 Kbps (48 bit/5 ms).
Cũng xem hình 2.2. Chú ý rằng rõ ràng một khung 5 ms không mang nhiều
dữ liệu bằng một khung 20 ms.

Khung 20-ms (9.6 Kbps)

25