Khảo sát và đánh giá lớp vật lý thông tin di động thế hệ 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




PHẠM VĂN NGỌC









KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ LỚP VẬT LÝ
THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3

LUẬN VĂN THẠC SĨ









Hà Nội - 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ



PHẠM VĂN NGỌC






KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ LỚP VẬT LÝ
THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70



LUẬN VĂN THẠC SĨ




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Đinh Thế Cường









Hà Nội - 2011


1
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3
DANH MỤC BẢNG 6
DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA
[2], [3], [4], [5], [6], [9], [11]
10
1.1. Chuẩn hóa IMT-2000 10
1.2. Băng tần IMT-2000 12
1.3. Qúa trình phát triển các hệ thống thông tin di động 13
1.4. Lộ trình đi lên 3G 14
1.5. Đặc điểm chính của công nghệ WCDMA 15
1.6. Kiến trúc hệ thống W-CDMA 17
1.6.1. UE (User Equipment): Thiết bị người sử dụng 18
1.6.2. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) 18
1.6.3. CN (core network) 19
1.6.4. Các mạng ngoài 19
1.6.5. Các giao diện vô tuyến 20
1.7. Đặc điểm kỹ thuật CDMA 20
1.7.1 Các nguyên tắc cơ bản trải phổ
[1]
20
1.7.2. Bộ thu Rake
[1]
24
1.7.3. Chống nhiễu đa truy nhập
[1]
26
1.8. Mã trải phổ
[1]
30
1.8.1. Dãy m 30
1.8.2. Dãy Gold 31

1.8.3. Chuỗi m mở rộng 32
1.8.4 Các hàm trực giao 32
1.9. Kết luận chương 32
CHƯƠNG 2 : LỚP VẬT LÝ W-CDMA
[1], [4], [8], [9], [11]
33
2.1. Đặc điểm của UTRAN 33
2.2. Kênh truyền tải (Transport channel) 34
2.3 Kênh vật lý 36
2.3.1 Dedicated Physical Channels - Kênh vật lý dành riêng 37
2.3.2 Common Physical Channels – Các kênh vật lý dùng chung 38
2.4. Ghép kênh dịch vụ và mã kênh trong UTRA 42
2.4.1. Chèn mã CRC 43
2.4.2. Ghép khối truyền tải 43
2.4.3. Mã kênh 43
2.4.4. Bộ cân bằng khung vô tuyến 46
2.4.5. Ghép xen lần đầu 46
2.4.6. Phân đoạn khung vô tuyến 46
2.4.7. Phối hợp tốc độ 46
2.4.8. Chỉ thị phát gián đoạn. 46


2
2.4.9. Ghép kênh truyền tải 47
2.4.10. Phân đoạn kênh vật lý 47
2.4.11. Ghép xen thứ 2: 47
2.4.12. Ánh xạ kênh vật lý. 47
2.4.13. Ánh xạ một số các dịch vụ đa tốc độ vào các kênh vật lý UL trong chế độ FDD 47
2.4.14 Ánh xạ dịch vụ dữ liệu 4.1 kbps vào DPDCH DL trong chế độ FDD 49
2.5 Truyền dẫn tốc độ khác nhau và đa mã trong UTRA 51

2.6. Trải phổ và điều chế 51
2.6.1. Các mã trực giao với hệ số trải phổ thay đổi 52
2.6.2. Các mã xáo trộn đường lên 54
2.6.3. Mã xáo trộn đường xuống 54
2.6.4. Điều chế và trải phổ đường lên 54
2.6.5. Điều chế và trải phổ đường xuống. 55
2.7. Kết luận chương 56
Chương 3: Đánh giá lớp vật lý W-CDMA
[7], [10], [12], [13]
57
3.1. Mã kênh 57
3.1.1. Bộ mã song song kết hợp với bộ xáo trộn 57
3.1.2. Mã chập 59
3.1.3. Mã hóa turbo UMTS 60
3.1.4. Giải mã Turbo 62
3.1.5. Bộ xử lý SISO 63
3.2. Một số kết quả đánh giá lớp vật lý W-CDMA 65
3.2.1. Mô phỏng hiệu quả sử dụng mã turbo truyền qua kênh AWGN 65
3.2.2. Mô phỏng quá trình truyền dẫn qua lớp vật lý WCDMA - FDD đường xuống theo
3GPP. 68
3.3. Kết luận chương: 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
PHỤ LỤC 86



3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A

AS
Access Slot
Khe thời gian truy cập
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Tạp âm Gauss trắng cộng
B
BCH
Broadcast Channel
Kênh quảng bá
BER
Bit Error Ratio
Tỷ lệ lỗi bít
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khoá dịch pha nhị phân
C
CCCH
Common Control Channel
Kênh điều khiển chung
CDMA
Code Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo mã
CCPCH
Common Control Physical Channel
Kênh vật lý điều khiển chung
CN

Core Network
Mạng lõi
CPCH
Common Packet Channel
Kênh gói chung
CPICH
Common Pilot Channel
Kênh hoa tiêu chung
CRC
Cyclic Redundancy Checksum
Mã kiểm tra dư thừa vòng
D
DCCH
Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển dành riêng
DCH
Didicated Transport Channel
Kênh truyền tải dành riêng
DL
DownLink
Đường xuống
DPCCH
Dedicated Physical Control Channel
Kênh điều khiển vật lý dành riêng
DPCH
Dedicated Physical Channel
Kênh vật lý riêng
DPDCH
Dedicated Physical Data Channel
Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DS-CDMA
Direct Sequence – Code Division
Multiple Access
Đa truy nhập phân chia theo mã -
chuỗi trực tiếp
DS/SS
Direct Sequence Spreading Spectrum
Dãy trải phổ trực tiếp
DSCH
DL Shared Channel
Kênh đường xuống dùng chung
E
EIR
Equipment Identify Register
Thanh ghi nhận dạng thiết bị
ETSI
European Telecommunication
Standard Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu
F
FACH
Forward Access Channel
Kênh truy nhập đường xuống
FBI
Feedback Information
Thông tin phản hồi
FDD
Frequency Division Duplex
Song công phân chia theo tần số

FDMA
Frequency Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo tần số
FEC
Forward Error Correction
Hiệu chỉnh lỗi tiến
G


4
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ cổng GPRS
GSM
Global System for Mobile
Communication
Thông tin di động toàn cầu
H
HLR
Home Location Register
Bộ thanh ghi định vị thường trú
I
IMT-2000
Internationl Mobile
Telecommunication – 2000
Tiêu chuẩn thông tin di động toàn
cầu 2000
ISDN
Integrated Service Digital Network
Mạng số liên kết đa dịch vụ

ITU
Internationnal Telecommunications
Union
Liên minh viễn thông quốc tế
L
LLR
Log – Lielihood ratio

M
MS
Mobile Station
Trạm di động
MSC
Mobile Service Switching Center
Trung tâm chuyển mạch di động
O
OVSF
Orthogonal Variable Spreading Factor
Hệ số trải phổ khả biến trực giao
P
P-CCPCH
Primary Common Control Physical
Channel
Kênh vật lý điều khiển chung sơ
cấp
PCCH
Paging Control Channel
Kênh điều khiển tìm gọi
PCH
Paging Channel

Kênh tìm gọi
PICH
Page Indicator Channel
Kênh chỉ thị tìm gọi
PCPCH
Physical Common Packet Channel
Kênh vật lý gói chung
PN
Pseudo Noise
Giả tạp âm
PRACH
Physical Random Access Channel
Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên
PSTN
Public Switched Telephone Network
Mạng di động công cộng mặt đất
Q
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khoá dịch pha vuông góc
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
R
RACH
Random Access Channel
Kênh truy cập ngẫu nhiên
RNC
Radio Network Controller
Bộ điều khiển mạng vô tuyến

S
S-CCPCH
Secondary Common Control Physical
Channel
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp
SCH
Synchronous Channel
Kênh đồng bộ
SF
Spreading Factor
Hệ số trải phổ
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nút hỗ trợ phục vụ GPRS


5
SISO
Soft – Input Soft - Output
Đầu vào mềm và đầu ra mềm
SNR
Signal – to – Noise Ratio
Tỉ số tín hiệu trên tạp âm
SS
Spreading Spectrum
Trải phổ
TDD
Time Division Duplex
Ghép song công phân chia thời

gian
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo thời
gian
TFCI
Transport-Format Combination
Indicator
Chỉ thị kết hợp khuôn dạng
truyền tải
TPC
Transmit Power Control
Điều khiển công suất phát
TTI
Transmission Time Interval
Khoảng thời gian truyền tải
U
UE
User Equipment
Thiết bị người sử dụng
UL
Uplink
Đường lên
UMTS
Universal Mobile Telecommunication
System
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
USIM
UMTS Subscriber Identity Module

Mô-đun nhận dạng thuê bao
UMTS
UTRAN
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Mạng truy cập vô tuyến mặt đất
UMTS
V
VLR
Visitor Location Register
Thanh ghi định vị thường trú
W
WCDMA
Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy cập phân chia theo mã
băng rộng



6
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thuộc tính của dãy m và Gold. 31
Bảng 2.1. Các thông số cơ bản của UTRAN 34
Bảng 2.2. Các kênh truyền tải UTRAN 35
Bảng 2.3. Ánh xạ kênh truyền tải của bảng 2.2 vào các kênh vật lý UTRAN 37
Bảng 2.5: Các thông số cho truyền thông đa phương tiện 48
Bảng 2.6 Các thông số ánh xạ dịch vụ dữ liệu 4.1 kbps vào kênh DPPCH DL 49
Bảng 2.7. Các thông số điều chế và trải phổ UL/DL trong UTRAN 52

7
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu hình giao diện vô tuyến IMT-2000 12
Hình 1.2. Kết nối giữa các giao diện vô tuyến và các mạng lõi 12
Hình 1.3. Phân chia tần số 13
Hình 1.4. Lộ trình đi lên 3G 15
Hình 1.5. Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba 16
Hình 1.6 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao 17
Hình 1.7 Kiến trúc hệ thống W-CDMA chi tiết theo chuẩn UMTS 18
Hình 1.8. Mật độ phổ công suất trước và sau khi trải phổ 21
Hình 1.9. Dạng sóng miền thời gian hình thành tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp 22
Hình 1.10. Phát tín hiệu DS-SS điều chế BPSK 22
Hình 1.11: Dạng sóng miền thời gian khi thực hiện giải mã tín hiệu chuỗi trực tiếp 23
Hình 1.12: Máy thu BPSK DS-SS với kênh AWGN 24
Hình 1.13. Bộ thu Rake với điều chế BPSK 25
Hình 1.14 Mô hình hệ thống CDMA 26
Hình 1.15 Thanh ghi dịch m trạng thái với đường phản hồi tuyến tính 30
Hình 2.1. Cấp phép phổ tần cho UTRA 33
Hình 2.2. Nguyên lý hoạt động của FDD và TDD 34
Hình 2.3 Cấu trúc kênh vật lý UTRAN 36
Hình 2.4: Cấu trúc khe thời gian các kênh vật lý dành riêng UTRAN UL FDD 38
Hình 2.5: Cấu trúc khe thời gian các kênh vật lý dành riêng UTRAN DL FDD 38
Hình 2.6. Cấu trúc khe thời gian của phần bản tin khi phát đa truy nhập ngẫu nhiên trong
UTRAN khung này được truyền ở khe đầu tiên lúc truy nhập 39
Hình 2.7 Cấu hình khe thời gian kênh điều khiển dùng chung sơ cấp DL UTRAN được ánh
xạ vào khe thời gian hình 2.6 39
Hình 2.8. Cấu trúc khe thời gian kênh S-CCPCH UTRAN DL FDD 40
Hình 2.9. Cấu trúc khe gian nhập (AS) của kênh chỉ thị bắt (AICH) UTRAN DL 40

Hình 2.10. Cấu trúc kênh chỉ thị tìm gọi UTRAN DL (PICH). Mỗi khung PICH có thể mang
tổng số N PI trong đó N = 18, 36, 72 và 144. 41
Hình 2.11. Cấu trúc cụm trong mode UTRAN TDD. Có 2 loại cụm là loại 1 và 2 41
Hình 2.12. 15 khe thời gian DL/UL được đưa ra trong UTRAN TDD 42
Hình 2.13. Cấu trúc cụm trong chế độ TDD UTRAN có thông tin TFCI và TFCI+TPC 42
Hình 2.14. Sơ đồ mã kênh và ghép kênh lớp truyền tải cho UL trong UTRAN 44
Hình 2.15. Sơ đồ mã kênh và ghép kênh lớp truyền tải cho DL trong UTRA 45
Bảng 2.4 Các thông số của mã kênh UTRAN cho các kênh trong bảng 2.2 46
Hình 2.16. Ánh xạ một số dịch vụ đa phương tiện vào kênh vật lý rành riêng UL 48
Hình 2.17. Ánh xạ dịch vụ dữ liệu 4.1 vào kênh DPDCH DL ở chế độ FDD 50
Hình 2.19. Định dạng khe FDD DL cho truyền dẫn đa mã trong UTRA 51
Hình 2.20: Cây mã trực giao hệ số trải phổ thay đổi trong UTRAN 53
Hình 2.21. Máy phát UL trong UTRAN truyền dẫn đa mã. 55
Hình 2.22 Máy phát DL trong UTRAN sử dụng cấu trúc khung của hình 2.5 56
Hình 3.1. Cấu trúc bộ mã hóa Turbo 58
Hình 3.2. Bộ mã chập không hệ thống với tốc độ ½ 59


8
Hình 3.3. Mã chập hệ thống đệ quy với tốc độ ½ có thể được sử dụng cho mã Turbo theo
chuẩn UMTS 59
Hình 3.4 Mã hóa Turbo theo chuẩn UMTS 61
Hình 3.5: Cấu trúc bộ giải mã turbo theo chuẩn UMTS 62
Hình 3.6: Một đặc trưng của mã lưới 64
Hình 3.7. Sơ đồ khối bộ mã hóa Turbo 65
Hình 3.8a. Kết quả lỗi BER của bộ mã hóa Turbo với độ dài 256 bit 66
Hình 3.8b. Kết quả lỗi BER của bộ mã hóa Turbo với độ dài 320 bit 67
Hình 3.9 Bộ mã hóa Turbo sử dụng số lần lặp và độ dài từ mã khác nhau 67
Hình 3.10 Sơ đồ tổng quát truyền dẫn vật lý WCDMA - FDD đường xuống theo 3GPP. 68
Hình 3.11. Sơ đồ khối node B 69

Hình 3.12 Sơ đồ khối mã kênh 69
Hình 3.13 Ánh xạ kênh vật lý tại BS 70
Hình 3.14 Khối phát BS 70
Hình 3.15: Cấu trúc khung cho kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp P-CCPCH 71
Hình 3.16. Sơ đồ khối ánh xạ và điều chế QPSK 71
Hình 3.17 Sơ đồ khối kênh truyền 73
Hình 3.18: Sơ đồ khối máy thu UE 74
Hình 3.19 Sơ đồ khối bộ thu vô tuyến thực hiện nén phổ tín hiệu 74
Hình 3.20 Sơ đồ khối giải ánh xạ kênh vật lý máy thu tại UE 75
Hinh 3.21. Sơ đồ khối giải mã kênh 75
Hình 3.22. Tỷ lệ BER trên kênh Multipath + AWGN hoặc AWGN 79



9
MỞ ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của xã hội, việc truyền tải thông tin là một trong
những nhu cầu không thể thiếu của con người. Sự ra đời của thông tin di động là một
bước ngoặt lớn, một dấu mốc quan trọng của sự phát triển trong công nghệ. Cho đến
nay, thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di
động tương tự sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Thông
tin di động thế hệ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia
theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA). Ngày nay, công nghệ thông tin di động
3G đã được đưa vào thương mại hóa. Nhu cầu của người dùng không chỉ dừng lại ở
tính di động mà còn đòi hỏi cả về chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ dữ liệu ngày
càng tăng. Tuy nhiên, khi thị trường viễn thông càng mở rộng càng thể hiện rõ những
hạn chế về dung lượng và băng thông của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2.
Sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với các công nghệ tiêu biểu như
WCDMA, HSPA là một tất yếu để có thể đáp ứng được nhu cầu truy cập dữ liệu, âm
thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng thông rộng của người dùng.

Trong quá trình truyền tin lớp vât lý đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống.
Truyền tin qua lớp vật lý thực hiện cần trải phổ và truyền dẫn trong môi trường vô
tuyến di động, khi truyền qua kênh truyền không thể tránh khỏi nhiễu do môi tường tác
động cũng như là nhiễu do fadding đa đường, nhiễu do đa người dùng. Khi truyền dẫn
dữ liệu qua kênh truyền để đảm bảo dữ liệu thu được vẫn có giới hạn tỷ lệ lỗi bit
(BER) cho các dịch vụ và tôc độ truyền dẫn dữ liệu khác nhau, khi đó cần có giải pháp
đưa ra để BER của kênh truyền nằm trong giới hạn cho phép. Có nhiều kỹ thuật nhằm
đáp ứng được vấn đề đó và việc sử dụng mã hóa kênh là một biện pháp hiệu quả để
làm giảm BER. Mã hóa chập hoặc mã Turbo là một loại mã hóa kênh rất tốt để giảm
lỗi BER trên lớp vật lý và dựa vào đó để đánh giá lớp vật lý WCDMA. Để thực hiện
được điều đó dữ liệu được chèn thêm các bit parity và tại máy thu có thể dựa vào bit
parity đó để thực hiện sửa lỗi. Xuất phát từ lý do đó, tôi chọn đề tài “Khảo sát và đánh
giá lớp vật lý thông tin di động thế hệ 3” cho luận văn của mình. Nội dung tìm hiểu
của luận văn gồm 3 chương sẽ lần lượt trình bày các vấn đề sau:
Chương I: Trình bày một cách tổng quan các vấn đề về hệ thống W-CDMA, kiến
trúc mạng, đặc điểm kỹ thuật CDMA và trải phổ.
Chương II: Trình bày về lớp vật lý trong WCDMA cụ thể là UTRAN, và quá trình
truyền dữ liệu qua lớp vật lý
Chương III: Trình bày về mã Turbo và Mô phỏng đánh giá lớp vật lý trong W-
CDMA.


10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA
[2], [3], [4], [5], [6], [9], [11]
Số lượng người sử dụng mạng tế bào liên tục được phát triển trên thế giới, phần
lớn là các dịch vụ thoại, dữ liệu và email, và dịch vụ mới được phát triển trong tương
lai gần. Để thực hiện được điều này các chuẩn di động thế hệ 3 (3G) sử dụng kỹ thuật
đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) khá khả thi và tốt hơn so với các hệ thống
thông tin di động trước đó.

Mục tiêu của 3G vượt xa khả năng của các hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ 2 (2G) như chuẩn Châu Âu GSM, Mỹ IS-95, Nhật Bản hệ thống tế bào số cá nhân
PDC. Như vậy, trong những năm gần đây một loạt các khái niệm, mục đính hệ thống
mới được xác định, và nó sẽ được sử dụng chung trong các hệ thống đi động 3G. Cả
viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) và Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) đã
xác định một phương thức làm việc chung cho các hệ thống 3G là IMT-2000.
CDMA là kỹ thuật đa truy nhập có nhiều ưu điểm được đề xuất cho các hệ
thống thông tin di động 3G trên toàn thế giới. CDMA đã được sử dụng trong một số hệ
thống 2G như chuẩn IS-95 và nó đã có khá nhiều ưu điểm. Do đó cả 2 chuẩn UMTS
và IMT-2000 đều cơ bản bắt nguồn từ hệ thống CDMA băng rộng.
Hệ thống 3G sử dụng băng tần kênh truyền 5MHz cho phép hỗ trợ tốc độ dữ
liệu tối đa là 2MHz, để đảm bảo truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao qua độ rộng băng tần
giới hạn mà vẫn đảm bảo lỗi bit cho phép khi đó chúng ta cần sử dụng bộ mã kênh
trước khi truyền tín hiệu để cho phép tại máy thu có thể phát hiện và sửa một số lỗi
nhất định. Có một số bộ mã kênh sử dụng trong thông tin di động là mã CRC, mã
chập, mã khối, mã Turbo trong các bộ mã này thì mã Turbo cho kết quả tốt nhất với
cùng một tỷ số E
b
/N
0
thu được BER của mã Turbo là thấp nhất trong khi vẫn đảm bảo
tăng tốc độ dữ liệu trên đường truyền.
1.1. Chuẩn hóa IMT-2000
Nghiên cứu về IMT-2000 đã được bộ phận thông tin vô tuyến của ITU (ITU-R)
bắt đầu thực hiện từ năm 1985, ban đầu có tên là Hệ thống viễn thông di động mặt đất
công cộng tương lai (FPLMTS). Bộ phận chuẩn hóa viễn thông của ITU (ITU-T) đã
coi việc nghiên cứu IMT-2000 là một nhiệm vụ quan trọng và đã tiến hành các nghiên
cứu về các giao thức báo hiệu lớp trên, các nhận dạng, các dịch vụ, mã hóa thoại/hình
ảnh Tiếp theo các nghiên cứu này là các nghiên cứu về các thông số kĩ thuật chi tiết
do dự án đối tác thế hệ ba (3GPP) thực hiện và những nỗ lực nhằm xây dựng sự thống

nhất giữa các tổ chức hướng tới sự phát triển của một giao diện vô tuyến được chuẩn
hóa.
Các hoạt động chuẩn hóa IMT-2000 trong ITU-R ban đầu có tên là FPLMTS.
ITU-R bắt đầu các nghiên cứu với việc làm rõ khái niệm hệ thống IMT-2000, bao gồm


11
cả các hệ thống vệ tinh và mặt đất. ITU-R đã thống nhất các kiến nghị liên quan đến
các nguyên tắc và khái niệm cơ bản, tiếp theo là các kiến nghị về khung chung và các
yêu cầu của IMT-2000. Sau đó, ITU-R bắt đầu chuẩn bị một kiến nghị về giao diện vô
tuyến nhằm đáp ứng những yêu cầu đặt ra trong các kiến nghị này. ITU làm rõ những
yêu cầu tối thiểu đối với giao diện vô tuyến IMT-2000. Đáp lại điều này các quốc gia
và tổ chức được yêu cầu đề xuất một giao diện vô tuyến có thể thỏa mãn các yêu cầu
này vào tháng 6/1998
Ngoài ITU, còn có các quốc gia, khu vực và các tổ chức cũng tiến hành các
nghiên cứu như ARIB của Nhật và ETSI. Kết quả là 10 hệ thống thông tin mặt đất và 6
hệ thống vệ tinh đã được đề xuất lên ITU-R, tất cả các đề xuất này sau đó được đánh
giá bởi một nhóm đánh giá gồm nhiều nước và tổ chức khác nhau. Sau khi các hệ
thống này được xác nhận là thỏa mãn yêu cầu của IMT-2000, các đặc tính chủ yếu của
giao diện vô tuyến được cải tiến trên cơ sở xem xét các đặc tính tần số vô tuyến (RF)
và các đặc tính băng gốc quan trọng. Tại cuộc họp cuối cùng tháng 11/1999, ITU8/1
đã đạt được một thỏa thuận về kiến nghị đối với các thông số kĩ thuật chi tiết của giao
diện vô tuyến, bao gồm các thông số liên quan đến các lớp cao hơn. Bản kiến nghị dự
thảo này đã được chính thức thông qua như một bản kiến nghị của ITU tại hội nghị RA
-2000 tổ chức vào tháng 5/2000. Bản kiến nghị đã đưa ra các nội dung liên quan đến
giao diện vô tuyến IMT-2000 như sau:
1. Chuẩn giao diện vô tuyến bao gồm các công nghệ CDMA và TDMA
2. CDMA bao gồm phương thức trải phổ trực tiếp song công phân chia theo tần
số (FDD), phương thức đa sóng mang FDD và phương thức song công phân chia theo
thời gian (TDD). Tốc độ chíp tương ứng của phương thức trải phổ trực tiếp FDD và đa

sóng mang FDD là 3,84 Mc/s và 3,6864 Mc/s
3. Nhóm TDMA bao gồm phương thức sóng mang đơn FDD và phương thức đa
truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)/TDMA
4. Mỗi công nghệ vô tuyến này có thể hoạt động trên hai mạng lõi 3G chính.
Ví dụ: phiên bản của GSM và ANSI-41 (Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ)
Các khuyến nghị nêu các thông số kĩ thuật của mỗi phương thức; trong đó
phương thức trải phổ trực tiếp được gọi là W-CDMA



12

Hình 1.1. Cấu hình giao diện vô tuyến IMT-2000

Hình 1.2. Kết nối giữa các giao diện vô tuyến và các mạng lõi
1.2. Băng tần IMT-2000
Băng tần cho IMT-2000 đã được quy định tại hội nghị quản lý vô tuyến thế giới
– 92 (WARC-92) vào năm 1992. Một dải phổ 230MHz trong băng tần 2GHz (1885-
2025 MHz, 2110-2200 MHz) đã được phân chia cho IMT-2000. Tuy nhiên sự bùng nổ
nhu cầu đối với thông tin di đông và các xu hướng đa phương tiện trong thông tin di
động khiến cho ITU-R dự đoán vào giữa năm 1999 và 2000 rằng băng tần IMT-2000
sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần. Đặc biệt, ITU-R dự báo số thuê bao IMT-
2000 sẽ đạt con số 200 triệu thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2010, đồng thời ITU-
R cũng nhận thấy cần phải đảm bảo một băng tần chung toàn cầu để đạt được giá
thành thấp hơn nhờ việc sử dụng chung các thiết bị đầu cuối IMT-2000 trên phạm vi
toàn cầu và phát triển các chỉ tiêu kĩ thuật chung cho các thiết bị đầu cuối. ITU-R ước
tính rằng vào năm 2010 sẽ thiếu băng thông khoảng 160MHz cho các hệ thống thông
tin mặt đất và 2 x 67 MHz cho các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. Để đáp ứng
Giao diện vô
tuyến mặt đất

IMT-2000
CDMA
TDMA
IMT-2000 CDMA Trải phổ trực tiếp (3.84Mc/s)
IMT-2000 CDMA Đa sóng mang (3.6864Mc/s)
IMT-2000 CDMA TDD
IMT-2000 sóng mang đơn
IMT-2000 FDMA/TDMA
IMT-2000
CDMA trải
phổ trực tiếp
IMT-2000
CDMA đa
sóng mang
IMT-2000
CDMA
TDD
IMT-2000
đơn sóng
mang
IMT-2000
FDMA/
TDMA
Giao diện
vô tuyến
Kết nối linh hoạt
giữa giao diện vô
tuyến và mạng lõi
GSM MAP
tăng cường

ANSI-41
tăng cường
Cơ sở IP
Mạng lõi


13
dự báo này, hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2000 (WRC-2000) đã đề xuất dành
các băng tần 800 MHz (806-960 MHz), 1,7GHz (1710-1885 MHz) và 2,5 GHz (2500-
2690 MHz) để sử dụng cho IMT-2000 trên thế giới trong tương lai, còn việc phân chia
thích hợp các tần số trong các băng tần này bởi mỗi quốc gia sẽ theo nhu cầu trong
nước và các ứng dụng thương mại khác.
DECT
W-CDMA
(TDD)
W-CDMA
Uplink
(FDD)
MS
W-CDMA
(TDD)

W-CDMA
Downlink
(FDD)
MS
1885 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200
TÇn sè (MHz)

MS: Ứng dụng di động vệ tinh

DECT: Hệ thống viễn thông không dây kỹ thuật số
FDD: Song công phân chia tần số TDD: Song công phân chia thời gian
Hình 1.3. Phân chia tần số
1.3. Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động
Thông tin di động được đưa vào sử dụng đầu tiên ở mỹ năm 1946, khi đó nó chỉ
được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số
150Mhz. Đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện
trong các dạng ứng dụng và khi đó nó chỉ là sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều
vận. Các hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện lợi dung lượng thấp. Vào những năm
1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy
nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 1 (1G). Hạn chế của hệ thống này là: phân bố tần số hạn
chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn
của khách hàng….
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). 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 ưu điểm hơn thế hệ 1 về
cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp.


14
Hệ thống thông tin di động thứ 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) và đa truy cập phân chia theo mã (CDMA).

Hệ thống thông tin di động thứ 3: Thế hệ thứ ba phải là thế hệ thông tin di động
cho phép thực hiện dịch vụ di động truyền thông đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ thay
thế bằng bưu thiếp điện tử lồng ghép với hình ảnh và các cuộc gọi thông thường trước
đây sẽ được bổ sung hình ảnh để trở thành thoại có hình,… Để thực hiện điều đó thì hệ
thống thông tin di động thứ ba phải đáp ứng một số yêu cầu sau:
- Mạng phải là mạng băng rộng và truyền thông đa phương tiện.
- Có khả năng cung cấp dung lượng theo yêu cầu. Ngoài ra còn phải đảm bảo
đường truyền vô tuyến không đối xứng: Tốc độ bit cao ở đường xuống và thấp ở
đường lên.
- Cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu: Đảm bảo các kết nối chuyển
mạch cho tiếng, các dịch vụ video và các khă năng số liệu gói cho dịch vụ số liệu.
- Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định
nhất là tiếng.
- Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu bao gồm cả hệ thống thông tin vệ
tinh.
1.4. Lộ trình đi lên 3G
Con đường tiến lên công nghệ không dây thế hệ tiếp theo 3G qua 2 hướng phát
triển theo 2 tiêu chuẩn chính mà ITU đã công nhận là CDMA 2000, và WCDMA
Thứ nhất: TDMA → GSM → GPRS → EDGE → WCDMA
Thứ hai: CDMA → CDMA 2000 IS 95A → CDMA 2000 IS 95B → CDMA
2000 X1 → CDMA 2000 X1 EV-DV
+ Châu Âu dựa vào WCDMA
+ Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số nước khác đi theo hướng
CDMA2000
+ Riêng Nhật Bản họ đã phát triển mạng PDC của mình theo cả WCDMA và
CDMA 2000


15

Hình 1.4. Lộ trình đi lên 3G
1.5. Đặc điểm chính của công nghệ WCDMA
Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA nhận được sự
ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lí trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ
khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bít thấp và trung bình.
WCDMA có những đặc tính cơ bản sau:
- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz
- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả các thông tin trên một sóng mang
- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1
- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến.
Đặc điểm chính của WCDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD
phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kĩ thuật chống nhiễu ở các môi
trường làm việc khác nhau.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ
với tốc độ bit lên tới 2Mbit/s. Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng
và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm. Với khả năng đó,
các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba có thể cung cấp dễ dàng các dịch vụ mới
như: điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa
phương tiện khác.


16
Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng, từ các
dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không
liên quan đến cuộc gọi như điện tử, FPT…

Hình 1.5. Các dịch vụ đa phương tiện trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba
W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp
vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau, đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bít
thấp và trung bình. Nhược điểm của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng

tần TDD với phát thu liên tục, công nghệ W-CDMA không tạo điều kiện cho các kỹ
thuật chống nhiễu ở các phương tiện làm việc như máy điện thoại không dây. Ưu điểm
của công nghệ này là hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau: 144Kbps khi di chuyển
nhanh, 384Kbps khi đi bộ (ngoài trời) và cao nhất là 2Mbps khi không di chuyển
(trong nhà). Với tốc độ cao, WCDMA có khả năng hỗ trợ các dịch vụ băng rộng như
truy cập Internet tốc độ cao, xem phim, nghe nhạc với chất lượng không thua kém kết
nối trong mạng có dây. WCDMA nằm trong dải tần 1920MHz -1980MHz, 2110MHz -
2170MHz.
Tuy nhiên UMTS cũng có một số nhược điểm. Chuyển giao cuộc gọi mới chỉ
thực hiện được theo chiều từ UMTS sang GSM mà chưa thực hiện được theo chiều
ngược lại. Tần số cao hơn mạng GSM900 nên số lượng trạm BTS dày đặc hơn do đó
thời gian xây dựng mạng lâu hơn và chi phí cao hơn mạng GSM. Để cung cấp được


17
dịch vụ Video-on-demand, các trạm gốc phải đặt cách nhau khoảng 1-1,5km; điều đó
có thể thực hiện được ở khu vực đô thị nhưng sẽ là không kinh tế ở khu vực nông thôn.
1.6. Kiến trúc hệ thống W-CDMA
Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS tận dụng kiến trúc đã có trong hầu
hết các hệ thống thông tin di động thế hệ 2, và thậm chí cả thế hệ thứ nhất. Điều này
được chỉ ra trong các đặc tả kỹ thuật 3GPP.
Hệ thống UMTS bao gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một
chức năng xác định. Theo tiêu chuẩn, các phần tử mạng được định nghĩa tại mức logic,
nhưng có thể lại liên quan đến việc thực thi ở mức vật lý. Đặc biệt là khi có một số các
giao diện mở (đối với một giao diện được coi là “mở”, thì yêu cầu giao diện đó phải
được định nghĩa một cách chi tiết về các thiết bị tại các điểm đầu cuối mà có thể cung
cấp bởi 2 nhà sản xuất khác nhau). Các phần tử mạng có thể được nhóm lại nếu có các
chức năng giống nhau, hay dựa vào các mạng con chứa chúng.
Theo chức năng thì các phần tử mạng được nhóm thành các nhóm:
+) Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN (Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

là UTRAN). Mạng này thiết lập tất cả các chức năng liên quan đến vô tuyến.
+) Mạng lõi (CN): Thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và
kết nối dữ liệu đến các mạng ngoài.
+) Thiết bị người sử dụng (UE) giao tiếp với người sử dụng và giao diện vô
tuyến.
Kiến trúc hệ thống ở mức cao được chỉ ra trong hình 1.6
Uu
Iu
UE
UTRAN CN

Hình 1.6 Kiến trúc hệ thống UMTS ở mức cao
Theo các đặc tả chỉ ra trong quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao
gồm các giao thức hoàn toàn mới, việc thiết kế chúng dựa trên nhu cầu của công nghệ
vô tuyến WCDMA mới. Ngược lại, việc định nghĩa mạng lõi (CN) được kế thừa từ
GSM. Điều này đem lại cho hệ thống có công nghệ truy nhập vô tuyến mới một nền
tảng mang tính toàn cầu là công nghệ mạng lõi đã có sẵn, như vậy sẽ thúc đẩy sự
quảng bá của nó, mang lại ưu thế cạnh tranh chẳng hạn như khả năng roaming toàn
cầu.


18
Hệ thống UMTS có thể chia thành các mạng con có thể hoạt động độc lập hoặc
hoạt động liên kết các mạng con khác và nó phân biệt với nhau bởi số nhận dạng duy
nhất. Mạng con như vậy gọi là mạng di động mặt đất UMTS (PLMN), các thành phần
của PLMN được chỉ ra trong hình 1.7
UE UTRAN CN
Uu
Iu
USIM

ME
Cu
Nót B
Nót B
Nót B
Nót B
RNC
RNC
MSC/
VLR
SGSN
HLR
GMSC
GGSN
PLMN, PSTN,
ISDN
Internet
M¹ ng ngoµi
IurIub

Hình 1.7 Kiến trúc hệ thống W-CDMA chi tiết theo chuẩn UMTS
1.6.1. UE (User Equipment): Thiết bị người sử dụng
UE là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng. Trong hệ thống GSM, SIM
card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng kí thuê bao).
USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong
mạng UMTS. Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao. Người sử dụng phải tự
mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN. Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch
vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng kí.
1.6.2. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS là liên kết giữa người sử dụng và CN.

Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều
khiển chúng. UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện là giao diện Iu và giao diện
Uu. Trong đó:
Giao diện Iu giữa UTRAN và CN gồm 2 phần là IuPS cho miền chuyển mạch
gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh.
Giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng
Giữa hai giao diện này là hai nút RNC và nút B.
Node B : Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B. Nhiệm vụ của nút B là thực
hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó. Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub
từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu. Nó cũng thực hiện một
số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như “điều khiển công suất vòng trong”.
Tính năng này giúp đề phòng hiệu ứng gần xa: nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều


19
phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu
cuối ở xa nút B. Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo
cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất
như nhau từ tất cả các đầu cuối
RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc
và điều khiển các tài nguyên của chúng. Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà
UTRAN cung cấp cho CN. Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền
chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC). Một nhiệm
vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn. Sau thủ tục nhận thực và
thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC.
1.6.3. CN (core network)
Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC: Mobile Switching
Center) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN: Serving General Packet
Radio Service Support Node). Các kênh thoại và số liệu chuyển mạch gói được kết nối
với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạch di động cổng và nút hỗ trợ 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 còn chứa các cơ sở dữ liệu cần
thiết cho các mạng di động như: HLR, AUC và EIR .
HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ
thông tin chính về lí lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm:
Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông
tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng
cuộc gọi.
- MSC/VLR (Mobile Service Switching Center/Visitor Location Register): là
tổng dài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh cho
UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh.
VLR có chức năng giữ bản sao về lí lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của
UE trong hệ thống đa dịch vụ.
- GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
- SGSN (Serving GPRS): Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng
cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng như GMSC nhưng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
1.6.4. Các mạng ngoài
 Các mạng chuyển mạch kênh: Các mạng này cung cấp các kết nối chuyển
mạch kênh, giống như dịch vụ điện thoại đang tồn tại. Ví dụ như ISDN và PSTN.


20
 Các mạng chuyển mạch gói: Các mạng này cung cấp các kết nối cho các
dịch vụ dữ liệu gói, chẳng hạn như mạng Internet.
1.6.5. Các giao diện vô tuyến
- Giao diện Cu : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này
tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.

- Giao diện Uu : Là giao diện mà qua đó UE truy nhập các phần tử cố định của
hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
- Giao diện Iu : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà
khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện Iur : Giao diện này cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các
nhà sản xuất khác nhau.
- Giao diện Iub: Giao diện này cho phép kết nối một nút B với một RNC. Iub
được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.
1.7. Đặc điểm kỹ thuật CDMA
- CDMA là một kỹ thuật thông tin trải phổ hỗ trợ truyền dẫn số với tín hiệu
nhiều người sử dụng trong một môi trường đa truy nhập. CDMA tăng được dung
lượng người sử dụng, dung lượng hệ thống tương tự như đa truy nhập phân chia tần số
(FDMA) và đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Tuy nhiên CDMA là kỹ
thuật duy nhất cho phép hỗ trợ nhiều người sử dụng trên cùng một kênh vô tuyến mà
không làm suy giảm hiệu suất sử dụng gây ra do nhiễu đa người dùng. Hơn nữa, tái sử
dụng tần số trong môi trường tế bào CDMA có thể được nâng cao và còn được gọi là
hệ thống băng rộng, nó có thể cùng tồn tại với các hệ thống băng hẹp và phổ tín hiệu
CDMA bị mất trong một băng tần hẹp sẽ không gây nhiễu đến hệ thống. Điều này dễ
dàng để quản lý tần số khi đó cho phép phát triển từ các hệ thống băng hẹp sang các hệ
thống băng rộng. CDMA có thể lợi dụng tính chất fading đa đường của tín hiệu để
thực hiện điều này và sẽ được trình bày sau đây.
1.7.1 Các nguyên tắc cơ bản trải phổ
[1]
Trong truyền dẫn trải phổ, tín hiệu thông tin băng gốc chiếm một độ rộng băng
tần là B Hz, sau đó tín hiệu được trải phổ và tín hiệu truyền chiến độ rộng băng tần lớn
gấp N lần so với tín hiệu băng gốc, ở đây N là độ lợi xử lý. Trong thực tế độ lợi xử lý
được đưa ra khoảng từ 10 đến 30 dB. Mô hình trải phổ trong miền tần số được chỉ ra ở
hình 1.8.
Tín hiệu trải phổ được truyền có độ rộng băng tần lớn gấp N lần so với tín hiệu
băng gốc, trong khi mật độ phổ công suất của nó tương ứng giảm N lần. Như vậy độ

lợi xử lý là:


21
B
B
N
S

(1.1)
P(W/Hz)
P/N (W/Hz)
B
B
s
= BxN
Mật độ phổ
công suất
Tần số

Hình 1.8. Mật độ phổ công suất trước và sau khi trải phổ
Trong đó
S
B
là độ rộng băng tần của tín hiệu trải phổ, B là độ rộng băng tần
của tín hiệu băng gốc. Kỹ thuật trải phổ là một kỹ thuật quan trọng áp dụng trong môi
trường vô tuyến và kỹ thuật này cũng cho phép kết hợp với tín hiệu băng hẹp có mật
độ phổ công suất lớn hơn để sử dụng chung dải tần.
Có hai hệ thống trải phổ (SS) cơ bản là:
- Các hệ thống trải phổ (SS) chuỗi trực tiếp (DS)

- Các hệ thống trải phổ (SS) nhạy tần (FH)
1.7.1.1 Trải phổ nhảy tần:
Trong trải phổ nhảy tần, tín hiệu băng hẹp được truyền đi sử dụng các sóng
mang tần số khác nhau ở những thời điểm khác nhau. Như vậy dữ liệu được ánh xạ
truyền trên một phổ rộng, có 2 kỹ thuật nhảy tần là nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm,
tần số sóng mang thay đổi sau một số symbol hoặc một burst được truyền đi. Yêu cầu
nhảy tần là phải được biết trước ở máy thu chủ định. Như vậy mới có thể giải điều chế
nhảy tần để giải điều chế được tín hiệu. Trong hệ thống CDMA trải phổ chuỗi trực tiếp
được sử dụng nhiều hơn.
1.7.1.2. Trải phổ chuỗi trực tiếp
Trong trải phổ chuỗi trực tiếp tín hiệu thông tin được nhân với chuỗi chữ ký tần
số lớn là mã trải phổ hoặc chuỗi trải phổ. Chuỗi chữ ký của người sử dụng dùng để
phân biệt tín hiệu của các người dùng khác nhau khi giải quyết vấn đề đa truy nhập
trong CDMA. Mặc dù trong CDMA phân biệt các người sử dụng sử dụng mã trải phổ
trực giao theo tần số hoặc thời gian trực giao FDMA và TDMA.


22

Hình 1.9. Dạng sóng miền thời gian hình thành tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp
Theo hình 1.2 chúng ta thấy mỗi một ký hiệu thông tin với thời gian T
S
được
nhân với N
c
bit thông tin có chu kỳ bit là T
c
của chuỗi trải phổ. Do đó
c
s

c
T
T
N 
, khi đó
ta sẽ thu được tín hiệu trải phổ.
Về cơ bản T
s
= T
b
, ở đây T
b
là chu kỳ bit dữ liệu. Do đó N
c
là chính bằng độ lợi
xử lý N. Tuy nhiên, trường hợp có M tín hiệu, M > 2, mà
bs
TT 
do đó
NN
c

. Sự
khác nhau giữa N
c
và N là quan trọng và giá trị của N
c
và N ảnh hưởng trực tiếp đến
hiệu suất băng thông và hiệu suất hệ thống CDMA.

Hình 1.10. Phát tín hiệu DS-SS điều chế BPSK
Sơ đồ khối của bộ điều chế khóa dịch pha nhị phân (BPSK) máy phát DS-SS
được chỉ ra trong hình 1.10. Biểu diễn toán học tín hiệu trên như sau:
Tín hiệu dữ liệu nhị phân đầu vào có thể viết như sau





j
bTj
jTtbtb
b
)()(
(1.2)
Ở đây T
b
là khoảng thời gian một bit, b
j


{+1, -1} là bit dữ liệu thứ j và
)(t
b
T

là dạng xung của bit dữ liệu. Trong các ứng dụng thực tế
)(t
T


là dạng xung với
độ rộng băng tần giới hạn. Đơn giản ta coi
)(t
T

là xung vuông.


23





khác
Tt
t
T
,0
0,1
)(
(1.3)
Tương tự, chuỗi trải phổ có thể được viết là:




h
cTh
hTtata

c
)()(
(1.4)
Trong đó a
h


{+1, -1} là chip thứ h và
)(t
c
T

là xung chip với khoảng thời gian
một chip là T
c
. Năng lượng của dãy trải phổ trên khoảng thời gian một bit T
b
được xác
định như sau:


b
T
b
Tdtta
0
2
)(
(1.5)
Từ hình 1.10 ta thấy dữ liệu và chuỗi trải phổ được nhân với nhau và kết quả tín

hiệu trải phổ được điều chế trên một sóng mang để tạo thành tín hiệu băng rộng s(t) ở
đầu ra:
)cos()()(2)( ttatbPts
cb


(1.6)
Trong đó P
b
là công suất truyền trung bình. Ở máy thu chủ định, tín hiệu được
nhân với chuỗi trải phổ ở bên phát hay gọi là giải trải phổ, để khôi phục lại thông tin.
Lý tưởng, trong trường hợp một người sử dụng đơn lẻ, môi trường không fading,
không nhiễu, thông tin ban đầu được phát đi và bộ thu có thể giải mã mà không bị lỗi,
khi đó dữ liệu sau khi giải điều chế BPSK được giải trải phổ được chỉ ra trong hình
1.10

Hình 1.11: Dạng sóng miền thời gian khi thực hiện giải mã tín hiệu chuỗi trực tiếp