TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
----------

TIỂU LUẬN
CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Chu Tiến Dũng
Nhóm SV thực hiện:

1. Lê Quốc Chung
2. Nguyễn Quang Trung
3. Võ Mai Phú Trường

Nha Trang, 09/2015


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống, trong xã hội hiện đại
ngày nay đòi hỏi thông tin cần trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo các yếu tố như tốc
độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao. Với nhu cầu như vậy, ngày nay thông tin
di động đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển nhanh và mạnh mẽ. Sự phát triển
của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống
thông tin di động mới trong tương lai.
Trong tiểu luận của mình, chúng tôi xin giới thiệu về hệ thống thông tin di động
thế hệ ba với công nghệ WCDMA. Chúng tôi đã cố gắng trình bày thật cô đọng những
vấn đề cơ bản nhất của công nghệ WCDMA. Tuy nhiên, do kiến thức có hạn nên không

thể tránh khỏi những sai sót, cũng như còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thỏa đáng.
Chúng tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự góp ý và phê bình của
các bạn.
Trong thời gian thực hiện tiểu luận, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình
của thầy Chu Tiến Dũng. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

1


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................................................1
MỤC LỤC.................................................................................................................................................2
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT ................................................................................................................3
TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG ............................................................................5

I.

1.1.

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất .......................................................................5

1.2.

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai .........................................................................5

1.3.

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba ..........................................................................7

1.4.

Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai lên thế hệ thứ ba .......7

1.5.

Tổng quan về mạng WCDMA ............................................................................................8

1.5.1.

Giới thiệu công nghệ mạng WCDMA ........................................................................8

1.5.2.

Các thông số chính của mạng WCDMA ....................................................................9

1.5.3.

Những đặc điểm của mạng WCDMA.......................................................................10

1.5.4.

Ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống WCDMA..........................................................11

CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA ......................................................................12

II.

2.1.

Cấu trúc mạng WCDMA ..................................................................................................12

2.1.1.

Các thành phần của hệ thống mạng WCDMA ........................................................12

2.1.2.

Kiến trúc UTRAN ......................................................................................................14

2.1.3.

Các giao diện vô tuyến của UTRAN .........................................................................15

2.2.

Các giải pháp kĩ thuật trong WCDMA ............................................................................17

2.2.1.

Mã hóa.........................................................................................................................17

2.2.2.

Điều chế BIT/SK và QPSK ........................................................................................18

2.3.

Trải phổ trong WCDMA ...................................................................................................21

2.3.1.

Giới thiệu ....................................................................................................................21

2.3.2.

Nguyên lí trải phổ DSSS ............................................................................................22

2.3.3.

Mã trải phổ .................................................................................................................23

2.4.

Truy nhập gói .....................................................................................................................24

2.4.1.

Tổng quan về truy nhập gói trong WCDMA...........................................................24

2.4.2.

Lưu lượng dữ liệu gói ................................................................................................25

2.4.3.

Các phương pháp lập biểu gói ..................................................................................26

III.

TRIỂN KHAI MẠNG 3G WCDMA CỦA VIETTEL ............................................................27

3.1.

Sự dịch chuyển từ GSM sang WCDMA...........................................................................27

3.2.

Node B của Viettel ..............................................................................................................29

3.3.

Một số dịch vụ 3G Viettel cung cấp ..................................................................................29

KẾT LUẬN .............................................................................................................................................32
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................................33

2


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Giải thích

2G

Second generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ 2

3G

Third generation

Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

AAL2

ATM adaptation layer 2

ATM đáp ứng lớp 2

ATM

Asynchronous tranfer mode

Chế độ truyền dẫn bất đồng bộ

BPSK

Binary phase-shift keying

Điều chế pha nhị phân

BS

Base station

Trạm cơ sở

BTS

Base transceiver station

Trạm thu phát vô tuyến

CDMA

Code division multiple access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN

Core network

Mạng lõi

CS

Circuit switched

Chuyển mạch kênh

EDGE

Enhanced data rate for GSM
evolution

Tốc độ bit tăng cường cho GSM

FDMA

Frequency Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

GGSN

Gateway GPRS support node

Nút hổ trợ cổng GPRS

GMSC

Gateway MSC

Cổng MSC

GPRS

General packet radio service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global positioning system
communications

Hệ thống định vị toàn cầu

GSM

Global system for mobile

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HLR

Home location register

Thanh ghi định vị thường trú

HSCSD

Hight speed circuit switched

Chuyển mạch kênh tốc độ cao

IMT-2000

International mobile
communication 2000

Tiêu chuẩn viễn thông di động
quốc tế 2000

3


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

ISDN

Integrated services digital
network

Mạng số liệu đa dịch vụ

MS

Mobile station

Trạm di động

MSC

Mobile switching center

Trung tâm chuyển mạch di động

PN

Pseudo noise

Tạp âm giả

PS

Packet switched

Chuyển mạch gói

QPSK

Quadrature phase-shift keying

Điều chế pha vuông góc

RANAP

Radio access network
application part

Phần ứng dụng của mạng truy cập

RLC

Radio link control

Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio network controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS

Radio network subsystem

Phân hệ mạng vô tuyến

SONET

Synchronous optical networking

Mạng đồng bộ sử dụng cáp quang

SS7

Signalling system 7

Giao thức báo hiệu số 7

STM-1

Synchronous transport module
level-1

Bộ truyền tải đồng bộ mức 1

TDMA

Time division multiple access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

UE

User equipment

Thiết bị người dùng

UMTS

Universal mobile
telecommunication system

Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu

UTRAN

Universal terrestrial radio
access network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
toàn cầu

WCDMA

Wideband code division
multiple access

CDMA băng rộng

4


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG

I.

Trong những năm gần đây,công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyên gia quan
tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông. Trong thời gian này công nghệ này được
rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi. Quá trình thay đổi thể hiện qua
các thế hệ:
Thế hệ không dây thứ nhất là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy
cập phân chia theo tần số (FDMA).

Thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời
gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA).
Thế hệ thứ ba ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng
dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói.
1.1.

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống thông tin di động thế hệ một chỉ hỗ 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). Với FDMA, khách hàng được cấp phát một
kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống
FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều
khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về
kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng. Trong trường hợp số thuê bao nhiều
hơn số lượng kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập.
Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tấn số kế tiếp, và
được cách nhau bởi một dải tần số phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên
lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp
dành riêng cho liên lạc hướng xuống.
Đặc điểm:
 Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông tuyến.
 Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể.
 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động AMPS (Advanced
Mobile Phone System). Hệ thống di động này sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản.
Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung
lượng và tốc độ. Vì thế hệ thống di động thứ hai ra đời cải thiện về cả dung lượng và tốc
độ.
1.2.

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ
số.

5


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng phương pháp điều chế số và
sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:
 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.
 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:
Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên
lạc này đươc dùng cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu
ký một khung. Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cải xen khe thời gian, mỗi
thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung.
Đặc điểm:
 Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.
 Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần khác nhau, trong đó một băng tần
được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần
được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc phân chia tần
số như vậy cho phép máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà
không can nhiễu lẫn nhau.

 Giảm số máy thu ở BTS.
 Giảm nhiễu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM. Máy di động kỹ
thuật số TDMA phức tạp hơn FDMA. Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương
tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 1 giây, còn trong MS số TDMA phải có
khả năng xử lý 50.106 lệnh trong 1 giây.
Đa truy cập phân chia theo mã CDMA:
Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng
có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ lây nhiễu
lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ gải
ngẫu nhiên PN, được cấp phát khác nhau cho mỗi người sử dụng.
Đặc điểm:
 Dải tần tín hiệu rộng.
 Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
 Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ
và chống fading hiệu quả hơn TDMA và FDMA.
 Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn
đơn giản và việc thay đổi, chuyển giao, điều khiển dung lượng cell thực hiện rất
linh hoạt.

6


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

1.3.

Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người sử dụng, từ
đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ ba. Hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-2000 đưa ra các mục tiêu chính
sau:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như internet nhanh hoặc
các dịch vụ đa phương tiện.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện thoại vệ tinh.
Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các thông tin
di động.
 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển
liên tục của thông tin di động.
3G hứa hẹn tốc độ truyền dẫn lên tới 2.05Mbps cho người dùng tĩnh, 38 Kbps cho
người dùng di chuyển chậm và 128Kbps cho người dùng trên moto. Công nghệ 3G dùng
sóng mang 5MHz chứ không phải là sóng mang 200KHz như của CDMA nên 3G nhanh
hơn rất nhiều so với công nghệ 2G và 2,5G. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ ba ITM-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA và
CDMA-2000 đã được ITU chấp thuận và đang được áp dụng trong những năm gần đây.
Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn
toàn thế giới cho giao diện thông tin vô tuyến.
1.4.
Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai lên thế
hệ thứ ba
Để đảm bảo ứng dụng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng
thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi sang
thế hệ ba. Quá trình đó được tống quát trong hình 1.1
2G

<65Kbps

2.5G

<144Kbps

TDMA CDPD
GSM

3G

2Mbps
EDGE
2Mbps

GPSR

WCDMA

PDC PDC-P
CDMA One

CDMA2000 1x

CDMA2000 1xEV

Hình 1.1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

7


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA như sau:
GSM

HSCSD

GPRS

WCDMA

Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA
Ký hiệu:
 GSM: Global System for Mobile Communication: Hệ thống thông tin di động toàn
cầu.
 HSCSD: Hight Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao.
 GPRS: General Packet Radio Services: Dịch vụ gói vô tuyến chung.
 WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo
mã băng rộng.
1.5.
Tổng quan về mạng WCDMA
1.5.1. Giới thiệu công nghệ mạng WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã
băng rộng) là một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ ba, sử dụng công nghệ
CDMA (Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã), là một công
nghệ không dây, sử dụng kỹ thuật trải phổ để phân tần tín hiệu vô tuyến trong một dải
tần số rộng. Trong công nghệ CDMA, nhiều người dùng chung một thời gian và tần số.
Mã PN (giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp, được ấn định cho mỗi người sử

dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã
ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy PN như đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ
việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được. Cũng giống như TDMA, WCDMA là
một trong nhiều công nghệ chủ đạo để mạng thông tin di động hoạt động. Nó cũng được
biết như là một giao diện vô tuyến hay công nghệ đa truy xuất. WCDMA là một giao
diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin di động. WDMA có hai chế
độ khác nhau là FDD và TDD. Khả năng làm việc được ở cả hai chế độ FDD và TDD
cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở các vùng khác nhau.
FDD (Frequency Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó
truyền dẫn đường lên và đường xuống sử dụng hai tần số riêng biệt. Ở FDD đường lên
và đường xuống sử dụng hai băng tần khác nhau. Hệ thống được phân bố một cặp băng
tần riêng biệt.
TDD (Time Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó đường
lên và đường xuống được thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng những khe
thời gian luân phiên. Ở TDD các khe thời gian trong các kênh vật lý được chia thành hai
phần: phần phát và phần thu. Thông tin đường xuống và đường lên được truyền dẫn luân
phiên.
8


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Hình 1.3 Phân bố tần số FDD và TDD
Khả năng làm việc ở cả 2 chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ
tần được cấp phát ở các vùng khác nhau.
Ba lớp cơ bản của mạng WCDMA:
 Lớp truy nhập: được tạo ra bởi các trạm gốc (node B) và các bộ điều khiển mạng vô
tuyến khác nhau để phân tích và điều khiển các mạng vô tuyến.

 Mạng lõi có hai vai trò chính:
 Giải quyết việc định hướng hay định tuyến đến nơi mà cuộc gọi hoặc số liệu gửi
đến. Phương tiện cơ bản là sử dụng hệ thống chuyển mạch để định tuyến thông tin
qua một số máy chủ khác nhau xung quanh mạng.
 Là một mạng đường trục và giải quyết các chức năng kỹ thuật, khả năng truy nhập
thuận tiện tới mạng số liệu gói khác, cung cấp một giao diện với Internet và phân
loại thông tin tính cước và bảo mật.
 Lớp dịch vụ điều khiển các ưu tiên, các đặc tính và khả năng truy nhập cơ bản của
thuê bao tới các dịch vụ nâng cao đã làm cho 3G có một vị trí tuyệt vời.
1.5.2. Các thông số chính của mạng WCDMA
WCDMA là một phương pháp đa truy xuất vô tuyến phân chia theo mã trải phổ trực tiếp
dải rộng, nghĩa là các bit thông tin của các người dùng được trải đều ra trên một dải thông
rộng bằng việc nhân dữ liệu của người dùng với các mã ngẫu nhiên (gọi là chip) nhận
được trải phổ trong WCDMA
Tốc độ chip 3.84Mcps được sử dụng cho ghép dải thông sóng mang xấp xỉ tới
5MHz. Dải thông sóng mang của WCDMA rộng như thế gắn liền với tốc độ dữ liệu của
người dùng cao và còn có hiệu quả nâng cao khả năng phân tập tần số. Các nhà quản lý
mạng có thể tăng dung lượng nhờ dải thông của sóng mang là 5MHz. Khoảng cách các

9


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

sóng mang có thể chọn trễ những khoảng 200KHz giữa khoảng 4.4 đến 5MHz tùy thuộc
vào nhiễu giữa các sóng mang.
WCDMA cung cấp tốc độ khả biến cho các người dùng rất cao, hiểu theo cách
khác chính là dải băng thông theo yêu cầu cũng được cung cấp. Mỗi người dùng được

cung cấp một khung giây có chu kỳ 10ms trong khi tốc độ dữ liệu vẫn giữ nguyên không
đổi. Tuy nhiên dung lượng dữ liệu có thể thay đổi từ khung nay đến khung khác.
WCDMA cung cấp hai chế độ hoạt động cơ bản là FDD và TDD. Trong FDD các
khoảng tần số sóng mang 5MHz được sử dụng cho sóng mang hướng lên và hướng xuống
riêng rẽ, trong khi đó TDD chỉ có một khoảng 5MHz được dùng cho cả hướng lên và
hướng xuống.
WCDMA cung cấp hoạt động bất đồng bộ cho các trạm gốc và do đó không giống
như hệ thống đồng bộ IS-95 CDMA, nó không cần thời gian chuẩn trên toàn cầu GPS.
WCDMA được thiết kế để phát triển nâng cấp cho chuẩn GSM vì vậy có thể
chuyển giao giữa mạng GSM và mạng WCDMA.
Phương thức đa truy xuất.
Phương pháp ghép song song.
Đồng bộ trạm gốc.
Tốc độ chip.
Độ dài khung.
Ghép dịch vụ.
Đa tốc độ.
Tách sóng

DS-CDMA.
FDD/FTD.
Hoạt động bất đồng bộ.
3.84Mcps.
10ms.
Đa dịch vụ với yêu cầu chất lượng dịch vụ
khác nhau được ghép trên một kết nối.
Hệ số trải phổ khả biến và đa mã.
Tách sóng kết hợp nhờ sử dụng kênh hoa tiêu

1.5.3. Những đặc điểm của mạng WCDMA

Giao diện vô tuyến trên cơ sở CDMA băng rộng tạo cơ hội thiết kế hệ thống có những
đặc tính đáp ứng nhu cầu của thế hệ thứ ba. Những đặc điểm chủ yếu trong hệ thống
WCDMA là:
 Cải thiện những hệ thống thế hệ thứ hai bao gồm: cải thiện dung lượng, cải thiện
vùng phủ sóng, bao gồm cả khả năng di chuyển những dịch vụ thế hệ thứ hai sang
thế hệ thứ ba.
 Tính linh hoạt cao của dịch vụ bao gồm: Hỗ trợ hoạt động không đồng bộ giữa
các trạm gốc nên triển khai thuận lợi trong nhiều môi trường. Hỗ trợ một cách có
hiệu quả dạng hoạt động khác chẳng hạn cấu trúc ô có bậc. Sử dụng kỹ thuật tiến
bộ như phối hợp anten dàn và tách người dùng. Mô hình TDD được thiết kế để
hoạt động hiệu quả trong môi trường không kết hợp.
 Cải thiện dung lượng: Độ rộng băng tần lớn của WCDMA làm tăng hiệu suất vốn
có trên các hệ thống tế bào trước đó do nó làm giảm fading của tín hiệu vô tuyến.
Ta biết rằng WCDMA sử dụng điều chế kết hợp ở đường lên, đây là tính năng
không thể thực hiện được ở trong các hệ thống CDMA tế bào. Điều khiển công
suất chắc chắn ở đường xuống sẽ có hiệu suất hoàn hảo, đặc biệt ở môi trường
trong nhà và môi trường ngoài trời có tôc độ thấp.
10


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Nói chung đối với dịch vụ thoại, sự cải thiện này là một bước tiến vì đây là một
trong hai yếu tố làm tăng dung lượng cell của WCDMA.
1.5.4. Ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống WCDMA
Trong kênh thông tin vô tuyến lí tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tín hiệu đến
trực tiếp. Tuy nhiên, trong thực tế điều đó là không thể xảy ra, tín hiệu sẽ bị thay đổi
trong suốt quá trình truyền, tín hiệu thu được sẽ là sự kết hợp của các thành phần khác

nhau: tín hiệu suy giảm, phản xạ, nhiễu xạ của các tín hiệu khác,... WCDMA là hệ thống
di động vô tuyến nên sẽ bị ảnh hưởng bởi điều đó. Sau đây là mô hình của các loại nhiễu.

A: không gian trống
B: phản xạ
C: khúc xạ
D: tán xạ

Hình 1.4 Các tín hiệu đa đường
Để làm giảm các ảnh hưởng của các loại nhiễu trên, trong WCDMA có nhiều loại
kỹ thuật xử lý đó là: mã hóa kênh, điều chế, trải phổ, …
Phần này đã giới thiệu tổng quan về các thế hệ thông tin di động, đặc biệt là hệ thống
WCDMA. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu về cấu trúc của hệ thống
mạng WCDMA và một số giải pháp kĩ thuật được áp dụng trên nó.

11


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

II.
CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA
2.1.
Cấu trúc mạng WCDMA
2.1.1. Các thành phần của hệ thống mạng WCDMA
Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GSM. Về mặt chức năng có thể chia
cấu trúc mạng WCDMA ra làm hai phần: mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến
(UTRAN), trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GSM, còn

mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ
thống, trong WCDMA còn có thiết bị người dùng (UE) thực hiện giao diện người dùng
với hệ thống. Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức
mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến WCDMA, trái lại mạng lõi được định
nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM. Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang
tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM.

Hình 2.1 Cấu trúc của WCDMA UMTS
 UE (User Equipment)
Thiết bị người dùng thực hiện chức năng giao tiếp người dùng với hệ thống. UE
gồm hai phần:
 Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho
thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
 Module nhận dạng thuê bao (USIM): là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận
dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán xác thực, lưu giữ các khóa xác thực
và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối.
 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Acess Network)

12


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy
nhập vô tuyến. UTRAN cũng chứa đựng hai thành phần:
 Node B: thực hiện chuyển đổi dòng dữ liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng
tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến

ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các
dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
 CN (Core Network)
 HLR (Home Location Register): là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin
chính về lý lịch dịch vụ của người dùng. 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
các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng
cuộc gọi.
 MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): là tổng
đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho
UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng chuyển mạch các giao dịch. VLR có chức
năng lưu giữ bản sao về lý lịch người dùng cũng như vị trí chính xác của UE trong
hệ thống đang phục vu.
 GMSC (Gateway MSC): chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
 SGSN (Serving GPRS support node): có chức năng như MSC/VLR nhưng được
sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
 Các mạng ngoài
 Mạng CS: mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
 Mạng PS: mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
 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 cập 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: cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác
nhau.
 Giao diện Iub: giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. Iub được tiêu
chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn.

13


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

2.1.2. Kiến trúc UTRAN
Kiến trúc UTRAN được trình bày trong hình 2.2. UTRAN chứa một hoặc nhiều hệ thống
mạng không dây con RNS (Radio Network Sub). Một RNS là một mạng con trong
UTRAN và chứa một RNC và một hoặc nhiểu Node B. Các RNC có thể được kết nối với
nhau thông qua giao diện Iur. Các RNC và Node B được kết nối với một giao diện Iub.

Hình 2.2 Kiến trúc UTRAN
a. Trạm gốc (Node B)
Trạm gốc là một hệ thống truyền đứng riêng, là một phần của cell. Nó bao gồm một anten
hệ thống (đặc trưng cho tháp vô tuyến), nhà trạm và thiết bị vô tuyến trạm gốc. Thiết bị
vô tuyến trạm gốc bao gồm thiết bị RF (phát - thu, thiết bị giao tiếp anten), khối điều
khiển và khối cấp nguồn. Những bộ thu phát trạm gốc có nhiều phần cơ bản như thiết bị
di động. Tuy nhiên, sóng vô tuyến trạm gốc được kết hợp bởi BSC hệ thống WCDMA
và những khối chức năng nhiều hơn của một thiết bị di động.
Phần thu phát vô tuyến được chia thành máy phát và máy thu. Máy phát chuyển
tín hiệu thoại hay dữ liệu thành sóng vô tuyến RF để truyền đến thiết bị di động, máy thu
thực hiện ngược lại, chuyển sóng vô tuyến RF thành tín hiệu thoại hay dữ liệu được định
tuyến đến MSC hay mạng chuyển mạch gói. Phần điều khiển ra lệnh cho quá trình chèn
và tách thông tin báo hiệu.
Không giống những thiết bị không dây người dùng đầu cuối (như điện thoại di
động, laptop) phần điều khiển, phát và thu của một điểm truy nhập có thể được phân
nhóm vào những rack cắm thiết bị, ví dụ: một rack đơn có thể chứa tất cả những khuếch

đại RF hay những card thoại. Khác với những hệ thống tổ ong tương tự hay hệ thống số
phiên bản trước đây dành riêng một máy thu phát trong mỗi trạm gốc cho một kênh điều
khiển. Hệ thống WCDMA kết hợp cả những kênh điều khiển và thoại trộn chung trên
một kênh vô tuyến vật lý.
b. Khối điều khiển mạng vô tuyến RNC
Khối điều khiển mạng vô tuyến là một khối phối hợp tự động (điều khiển) trong hệ thống
WCDMA cho phép một hay nhiều trạm thu phát gốc liên lạc với một trung tâm chuyển
14


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

mạch di động hoặc một hệ thống thông tin dữ liệu gói. RNC bao gồm nhiều đặc trưng
điều khiển hơn một trạm điều khiển gốc BSC thông thường.
2.1.3. Các giao diện vô tuyến của UTRAN
Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phân tử mạng mà chỉ
định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic. Cấu trúc giao diện trình bày trong hình 2.3
được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các mặt phẳng độc lập logic với nhau, điều
này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần
còn lại.
Mặt phẳng người dùng

Mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng
người dùng
mạng truyền tải

Mặt phẳng điều
khiển mạng
truyền tải

Mặt phẳng
người dùng
mạng truyền tải

Hình 2.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN
a. Giao diện UTRAN – CN, Iu
Giao diện Iu là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN. Iu có hai kiểu:
Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với
CN chuyển mạch gói.
 Cấu trúc Iu CS
Iu CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lí là kết nối vô tuyến, cáp
quang hay cáp đồng. Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET,
STM-1 hay E1 để hiện thực lớp vật lí.
 Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng
rộng và các lớp ứng dụng là phần điểu khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền
15


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAALNNI.
 Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: gồm các giao thức báo hiệu
để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức
SS7 băng rộng.

 Ngăn xếp giao thức phía người dùng: gồm một kết nối AAL2 được dành trước
cho từng dịch vụ CS.
 Cấu trúc Iu PS
Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía người
dùng.
 Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7.
Ngoài ra cũng có thể định nghĩa vật mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này. Vật mang
báo hiệu trên cơ sở IP gồm M3UA (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP
(Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung
cho cả hai tùy chọn.
 Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: phía điều khiển mạng truyền
tải không áp dụng cho Iu PS. Các phần tử thông tin được sử dụng để đánh địa chỉ
và nhận dạng báo hiệu ALL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong
CS.
 Ngăn xếp giao thức phía người dùng Iu PS: luồng dữ liệu gói được ghép chung
lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection). Phần người dùng
GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng dữ liệu gói.
Các luồng dữ liệu sử dụng truyền tải không kết nối UDP và đánh địa chỉ IP.
b. Giao diện RNC – RNC, Iur
Iur là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến. Lúc đầu giao diện này
được thiết kế để hổ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu
chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện Iur phải đảm bảo 4 chức
năng sau:





Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC.
Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng.

Hỗ trợ kênh lưu lượng chung.
Hỗ trợ quản lí tài nguyên vô tuyến toàn cầu.

c. Giao diện RNC – Node B, Iub
Các giao thức trong Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng
tần cho từng kiểu kênh truyền tải. Các chức năng chính của Iub:
 Thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập kết nối vô tuyến cho một UE và chọn
điểm kết thúc lưu lượng.
 Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, Node B, kết nối vô tuyến.
16


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

 Xử lí các kênh riêng và kênh chung.
 Xử lí kết hợp chuyển giao.
 Quản lí sự cố kết nối vô tuyến.
2.2.
Các giải pháp kĩ thuật trong WCDMA
2.2.1. Mã hóa
a. Mã vòng
Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành từng khối tin (message) có k bit. Mỗi tin
được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1,u2,…,un), u được gọi là vectơ
thông tin. Có tổng cộng 2k vectơ thông tin khác nhau. Bộ mã hóa sẽ chuyển vectơ thông
tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2,…,vn) được gọi là từ mã. Như vậy ứng với 2k
vectơ thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau. Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi là
một mã khối (n,k). Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit thông tin đưa vào
bộ giải mã trên số bit được truyền. Do n bit ra chỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ

giải mã không cần nhớ và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ hợp. Mã vòng là một
tập con của mã khối tuyến tính.
Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic
Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin.
Mã hóa mã vòng (n,k) dạng hệ thống gồm ba bước:
1) Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k.
2) Chia xn-k.u(x) cho đa thức sinh g(x), ta được phần dư b(x).
3) Hình thành từ mã b(x) + xn-k.
Tất cả ba bước này được thực hiện bằng mạch chia với thanh ghi dịch (n-k) tầng có hàm
hồi tiếp tương ứng với đa thức sinh g(x).
Nguyên lý hoạt động:
Bước 1: Cổng đóng cho thông tin qua mạch, k chữ số thông tin u0,u1,…,un-k được dịch
vào mạch từ thiết bị đầu cuối để nhân trước u(x) với xn-k. Ngay sau khi thông tin được
đưa vào mạch thì n-k chữ số còn lại trong thanh ghi là những con số kiểm tra chẵn lẻ.
Bước 2: Cắt đứt đường hồi tiếp bằng cách điều khiển cho các cổng gi hở (không cho
thông tin qua).
Bước 3: Dịch các con số kiểm tra chẵn lẻ và đưa ra đường truyền. Các chữ số kiểm tra
này kết hợp với k chữ số thông tin tạo thành vectơ mã.
Sơ đồ mạch mã hóa vòng:

17


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Hình 2.4 Mạch mã hóa vòng với đa thức sinh g(x) = xn-k+gn-k-1xn-k-1+…+g2x2+g1x+1
b. Mã xoắn
Mã xoắn (Convolutional Code) (n,k,m) cũng có n đầu ra, k đầu vào như mã khối (n,k)

nhưng n đầu ra của mã xoắn phụ thuộc không chỉ vào k đầu vào tại thời điểm đó mà còn
phụ thuộc vào m khối bản tin trước đó. Mã xoắn (n,k,m) được xây dựng bởi mạch tuần
tự. Mạch này dùng thanh ghi dịch m bit làm bộ nhớ, các đầu ra của các phần tử nhớ được
cộng với nhau theo quy luật nhất định để tạo nên chuỗi mã, sau đó các chuỗi này được
ghép xen với nhau để tạo nên chuỗi mã đầu ra.
c. Mã Turbo
Mã hóa Turbo chỉ được sử dụng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba khi
hoạt động ở tốc độ bit cao với yêu cầu tỉ số lỗi bit BER nằm trong khoảng 10-3 đến 10-6.
Bộ mã hóa Turbo thực chất là bộ mã xoắn móc nối song song PCCC (Parallel
Concatenated Convolutional Code) với các bộ mã hóa thành phần 8 trạng thái.
2.2.2. Điều chế BIT/SK và QPSK
a. Điều chế BIT/SK
Trong một hệ thống điều chế BIT/SK (BPSK – Binary Phase Shift Keying) cặp tín hiệu
s1(t) và s2(t) được sử dụng để biểu diễn các giá trị nhị phân. Ta có
18


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

𝑠𝑖 (𝑡 ) = √

2𝐸𝑏
. cos[2𝜋𝑓𝑐 + 𝜃(𝑡 ) + 𝜃]
𝑇𝑏

Trong đó:
𝑇𝑏 : độ rộng băng thông
𝐸𝑏 : năng lượng của một bit

𝜃(𝑡 ): góc pha thay đổi theo tín hiệu điều chế, 𝜃 là góc pha ban đầu
𝜃(𝑡 ) = (𝑖 − 1)𝜋, 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇𝑏 , 𝑖 = 1,2
Một cặp sóng sin đối pha 180o như trên gọi là một cặp tín hiệu đối cực.
Luồng số
nhị phân

√

2𝐸𝑏
. cos(2𝜋𝑓𝑐 )
𝑇𝑏

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý điều chế BPSK
Luồng số tốc độ bit 𝑅𝑏 được đưa qua bộ chuyển đổi về tín hiệu NRZ (0 ⟶ 1,1 ⟶
−1), sau đó nhân với sóng mang để được tín hiệu điều chế BIT/SK.
Chọn một tín hiệu là cơ sở trực chuẩn:
𝑢1 (𝑡 ) = √

2
. cos(2𝜋𝑓𝑐 𝑡 )
𝑇𝑏

Ta có:
𝑆𝑖 (𝑡 ) = √𝐸𝑏 . 𝑑 (𝑡 ). 𝑢1 (𝑡 )
Khoảng cách giữa hai tín hiệu:

Hình 2.6 Khoảng cách giữa hai tín hiệu BPSK
Xác suất lỗi trong BPSK:

19

TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

𝑃𝑒 =

1
2𝐸𝑏
)
𝑒𝑟𝑓𝑐 = (√
2
𝑁0

Với:
𝐸𝑏 : năng lượng của bit
𝑁0 : mật độ xác suất nhiễu trắng
b. Điều chế QPSK
Tín hiệu điều chế QPSK có dạng:
2𝐸
𝜋
𝑆𝑄𝑃𝑆𝐾 (𝑡 ) = {√ 𝑇 cos(2𝜋𝑓𝑐 𝑡 + (2𝑖 − 1) ⁄4 + 𝜃) , 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇
0, 𝑡 < 0; 𝑡 > 𝑇
Trong đó:
𝐸𝑏 : năng lượng của một bit
𝑇𝑏 : thời gian một bit
𝐸 = 2𝐸𝑏 : năng lượng phát đi trên một kí hiệu
𝑇 = 2𝑇𝑏 : thời gian của một kí hiệu
𝑓𝑐 : tần số sóng mang, 𝜃: góc pha ban đầu

𝑖 = 1,2,3,4
Biến đổi lượng giác ta có phương trình dạng tương đương sau:
2𝐸
𝜋
√
(
)
[
] cos(2𝜋𝑓𝑐 . 𝑡 ) , 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇
−
cos
2𝑖
−
1
(
)
𝑆𝑄𝑃𝑆𝐾 𝑡 = {
𝑇
4
0, 𝑡 < 0; 𝑡 > 𝑇
Nếu ta chọn 𝑄1 và 𝑄2 là các hàm năng lượng cơ sở trực giao chuẩn:
2
𝑄1 (𝑡 ) = −√ sin(2𝜋𝑓𝑐 . 𝑡 ) , 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇
𝑇
2
𝑄2 (𝑡 ) = √ cos(2𝜋𝑓𝑐 . 𝑡 ) , 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇
𝑇
Ta có thể biểu diễn tín hiệu điều chế QPSK bằng bốn điểm trong không gian tín hiệu với
các tọa độ xác định như sau:
𝑆𝑄𝑃𝑆𝐾

𝜋
𝑄1 = √𝐸 sin [(2𝑖 − 1) ]
4
={
𝜋 } , 𝑖 = 1,2,3,4
𝑄2 = √𝐸 cos [(2𝑖 − 1) ]
4
20


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Quan hệ của cặp bit điều chế và tọa độ của các điểm tín hiệu điều chế QPSK trong không
gian tín hiệu thể hiện ở bảng sau:
Cặp bit vào
0≤𝑡≤𝑇
00
01
11
10

Pha của tín
hiệu QPSK
𝜋⁄
4
3𝜋⁄
4

5𝜋⁄
4
7𝜋⁄
4

Điểm tín hiệu
𝑆𝑖
𝑆1
𝑆2

Tọa độ các điểm tín hiệu
𝑄1
𝑄2
+√𝐸/2
+√𝐸/2
+√𝐸/2
−√𝐸/2

𝑆3

−√𝐸/2

−√𝐸/2

𝑆4

−√𝐸/2

+√𝐸/2

Xác suất lỗi trong QPSK:
𝑄𝑒,𝑄𝑃𝑆𝐾 = 𝑄 (√

2𝐸𝑏
)
𝑁0

Ta thấy xác suất lỗi của BPSK và QPSK là như nhau. Tuy nhiên, với QPSK thì
hiệu suất băng thông gấp 2 lần BPSK. Băng thông của QPSK xấp xỉ bằng Rb.
2.3.
Trải phổ trong WCDMA
2.3.1. Giới thiệu
Trong các hệ thống thông tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được quan tâm
hàng đầu. Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băng tần càng nhỏ càng tốt.
Trong WCDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập kết hợp
TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy cập phân chia
theo mã CDMA hoạt động băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thông tin trải phổ. Đối
với các hệ thống thông tin trải phổ (SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu
được mở rộng trước khi được phát. Tuy độ rộng băng tần tăng lên rất nhiều nhưng lúc
này nhiều người dùng có thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đó mà hệ thống vẫn
sử dụng băng tần có hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ. Ở phía
thu, máy thu sẽ khôi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ
bên phát.
Có ba phương pháp trải phổ cơ bản:
 Trải phổ dãy trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spreading Spectrum): thực hiện
trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ
chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit.
 Trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spreading Spectrum): hệ thống
FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số. Mẫu
nhảy tần có dạng mã ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian một chip TC được

cố định không đổi. Tốc độ nhảy tần có thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ
thống nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin,
còn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại.
21


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

 Trải phổ nhảy thời gian THSS (Time Hopping Spreading Spectrum): thực hiện
trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quãng trong một hay
nhiều khe thời gian. Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử
dụng để truyền dẫn trong mỗi khung.
Trong hệ thống DSSS, tất cả người dùng cùng dùng chung một băng tần và phát
tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra
tín hiệu bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổ rộng, công suất
thấp giống tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người dùng được ấn định
một mã ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào dùng chung tần số hoặc khe thời
gian, như vậy các máy phát sẽ tránh bị xung đột. Nói cách khác DSSS là kiểu hệ thống
lấy trung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột. Hệ thống thông tin di
động công nghệ CDMA chỉ sử dụng DHSS nên ta chỉ xét kĩ thuật trải phổ DSSS.
2.3.2. Nguyên lí trải phổ DSSS
Trải phổ dãy trực tiếp DSSS thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một
tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit.
Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo công thức sau:
𝑅𝐶 = 1⁄𝑇𝐶
𝑅𝑏 = 1⁄𝑇𝑏
Trong đó:
𝑅𝐶 : tốc độ tín hiệu giả ngẫu nhiên

𝑅𝑏 : tốc độ bit
𝑇𝐶 : thời gian một chip
𝑇𝑏 : thời gian một bit

𝑇𝑏 : thời gian một bit của luồng số cần phát
𝑇𝑛 : chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ
22


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

𝑇𝐶 : thời gian một chip của mã trải phổ
Hình 2.7 Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS
2.3.3. Mã trải phổ
Các tín hiệu trải phổ băng rộng được tạo ra bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm
PN (Pseudo Noise). Mã giả tạp âm còn được gọi là mã giả ngẫu nhiên do có các tính chất
thống kê của tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) và có biểu hiện ngẫu
nhiên, bất định. Tuy nhiên máy thu cần biết mã này để tạo bản sao một cách chính xác
và đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin. Vì thế mã giả ngẫu nhiên phải hoàn toàn
xác định.
Mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bằng các bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến
tính LFSR (Linear Feedback Shift Register) và các cổng XOR.

𝑆𝑖 (𝑗): là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i
𝑔𝑖 = 0: khóa mở, 𝑔𝑖 = 1: khóa đóng

Đến bộ
điều chế

Hình 2.8 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN
Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến
tính bậc m (m > 0):
𝑔(𝑥) = 𝑔𝑚 𝑥 𝑚 + 𝑔𝑚−1 𝑥 𝑚−1 + ⋯ + 𝑔1 𝑥 + 𝑔0 (với 𝑔𝑚 = 𝑔0 = 1)
𝑥 𝑚 : đơn vị trễ
Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho thanh ghi dịch:
𝑆0 = {𝑆0 (1), 𝑆0 (2), … , 𝑆0 (𝑚)}
Giá trị đầu ra trong (m - 1) xung đồng hồ đầu tiên là:
𝐶0 = 𝑆0 (𝑚)
𝐶1 = 𝑆0 (𝑚 − 1)
…
23


TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

𝐶𝑚−1 = 𝑆0 (1)
Tại xung đồng hồ thứ i (i > m – 1) ta có trạng thái của thanh ghi dịch:
𝑆𝑖 (𝑚) = 𝑆𝑖−1 (𝑚 − 1) = 𝑆𝑖−2 (𝑚 − 2) = ⋯ = 𝑆𝑖−𝑚+1 (1)

(*)

𝑆𝑖−𝑚+1 (1) = 𝑔1 . 𝑆𝑖−𝑚 (1) + 𝑔2 . 𝑆𝑖−𝑚 (2) + ⋯ + 𝑆𝑖−𝑚 (𝑚)
⟹ 𝑆𝑖 (𝑚) = 𝑔1 . 𝑆𝑖−𝑚 (1) + 𝑔2 . 𝑆𝑖−𝑚 (2) + ⋯ + 𝑆𝑖−𝑚 (𝑚)
Áp dụng công thức (*), ta có:
𝑆𝑖 (𝑚) = 𝑔1 . 𝑆𝑖−1 (𝑚) + 𝑔2 . 𝑆𝑖−2 (𝑚) + ⋯ + 𝑆𝑖−𝑚 (𝑚)
Giá trị đầu ra tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ 𝑆𝑖 (𝑚) của thanh ghi dịch:

⟹ 𝐶𝑖 = 𝑔1 . 𝐶𝑖−1 + 𝑔2 . 𝐶𝑖−2 + ⋯ + 𝐶𝑖−𝑚
Hay:
𝐶𝑖+𝑚 = 𝑔1 . 𝐶𝑖+𝑚−1 + 𝑔2 . 𝐶𝑖+𝑚−2 + ⋯ + 𝐶𝑖
Tốc độ của mạch như trên bị hạn chế về tốc độ do tổng thời gian trễ trong các
thanh ghi và các cổng loại trừ ở đường hồi tiếp. Để hạn chế thời gian trễ, nâng cao tốc độ
của mạch tạo mã ngẫu nhiên ta có thể sử dụng sơ đồ mạch sau:

𝑆𝑖 (𝑗): là giá trị phần tử nhớ 𝑗 trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ thứ 𝑖
𝑔𝑖 = 0: khóa mở, 𝑔𝑖 = 1: khóa đóng
Hình 2.9 Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN tốc độ cao

Đến bộ
điều chế

2.4.
Truy nhập gói
2.4.1. Tổng quan về truy nhập gói trong WCDMA
Truy nhập gói trong WCDMAcho phép các vật mang không phải thời gian thực sử dụng
động các kênh chung, riêng và dùng chung. Việc sử dụng các kênh khác nhau được điều
khiển bởi bộ lập biểu gói PS (Packet Scheduler). Bộ lập biểu gói thường được đặt ở RNC
vì tại đây việc lập biểu gói có thể thực hiện hiệu quả cho nhiều ô, ngoài ra ở đây cũng
xem xét các kết nối chuyển giao mềm.
Bộ lập biểu gói có các chức năng chính sau:
 Phân chia dung lượng của giao diện vô tuyến giữa các người dùng.
24