Tổng quan về 3G, Thiết bị đầu cuối 3G

Tổng quan về 3G 2010

[Type text] 1
Tổng quan về 3G 2010
NỘI DUNG
1. TỔNG QUAN MẠNG 3G...........................................................................................................................5
1.1 Quá trình phát triển 3G.....................................................................................................................5
1.1.1. Lịch sử phát triển của truyền thông di động...........................................................................5
1.1.2. Đặc điểm của hệ thống GSM....................................................................................................6
1.1.3 Thuận lợi và khó khăn của 2G ..................................................................................................7
1.1.4 Bước đệm 2.5 G........................................................................................................................7
1.1.5 Công nghệ đương đại 3G...........................................................................................................7
1.2Hệ thống 3G.......................................................................................................................................8
1.2.1 Giới thiệu...................................................................................................................................8
1.2.2 Lộ trình phát triển từ Hệ thống thông tin di động 2G GSM sang hệ thống 3G WCDMA..........8
2. Công nghệ đa truy nhập của WCDMA..................................................................................................16
2.1. Trải phổ và đa truy cập theo mã....................................................................................................16
2.2.1. Các hệ thống thông tin trải phổ..............................................................................................16
2.2.2. Áp dụng DSSS cho CDMA........................................................................................................18
2.2. Điều khiển công suất......................................................................................................................20
3.GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS...........................................................................................21
3.1 Tổng quan WCDMA ........................................................................................................................21
3.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức..........................................................................................................22
3.3. Các thông số vật lý và quy hoạch tần số........................................................................................23
3.4. Các kênh của WCDMA....................................................................................................................27
3.5. Cấu trúc kênh vật lý riêng .............................................................................................................36
3.6. Sơ đồ máy phát và máy thu WCDMA............................................................................................38
3.7. Phân tập phát................................................................................................................................39
3.8. Điều khiển công suất trong WCDMA.............................................................................................41
3.8.1. Thí dụ về điều khiển công suất vòng hở cho PRACH..............................................................42
3.8.2. Điều khiển công suất vòng kín đường lên..............................................................................42

3.8.3. Điều khiển công suất vòng kín đường xuống.........................................................................44
3.9. Các kiểu chuyển giao và báo cáo sự kiện trong WCDMA..............................................................44
[Type text] 2
Tổng quan về 3G 2010
3.9.1. Chuyển giao cứng....................................................................................................................44
3.9.2. Chuyển giao mềm/ mềm hơn.................................................................................................45
3.10. Các thông số máy thu và máy phát của UE..................................................................................46
3.11. AMR code cho WCDMA ..............................................................................................................47
4.Thiết bị đầu cuối 3G – NOKIA 9500.......................................................................................................47
5.Tình hình phát triển của mạng 3G thực tế tại Việt Nam.......................................................................50
[Type text] 3
Tổng quan về 3G 2010
DANH MỤC HÌNH ẢNH
[Type text] 4
Tổng quan về 3G 2010
1. TỔNG QUAN MẠNG 3G
1.1 Quá trình phát triển 3G
1.1.1. Lịch sử phát triển của truyền thông di động
a/ Điện thoại di động
Trong quá trình phát triển của kỹ thuật số và truyền thông vô tuyến, điện thoại di động
là một trong những thành tựu nổi bật về công nghệ và thương mại trong những thập
niên gần đây. Kể từ khi điện thoại di động ra đời, vị trí của nó trong thị trường đã phát
triển một cách chóng mặt từ một thiết bị mang tính chuyên biệt, rồi trở thành một vật
dụng thiết yếu đối với cuộc sống và kinh doanh.
b/ Lịch sử phát triển của truyền thông di động
[Type text] 5
Tổng quan về 3G 2010
1.1.2. Đặc điểm của hệ thống GSM
So với 1G, ba lợi ích chủ yếu của mạng 2G chính là :
- Cuộc gọi được mã hóa kĩ thuật số

- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị
- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động –
khởi đầu là tin nhắn SMS.
[Type text] 6
Thời gian Sự kiện
1982-
1985
Tổ chức Conference des Postes et Telecommunications ( CEPT) đưa
chuẩn viễn thông số châu Âu ở băng tần 900 MHz. Chuẩn này về sau
trở thành hệ thống toàn cầu cho truyền thông di động (GSM).
1986 Tổ chức thử nghiệm diễn ra ở Paris để quyết định kỹ thuật truyền
thông số nào sẽ được sử dụng, và đã chọn TDMA hoặc FDMA .
1987 Sự kết hợp giữa TDMA và FDMA được lựa chọn là kỹ thuật truy
cập đường truyền vô tuyến cho GSM.
1989 Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ( ETSI ) nhận trách nhiệm về
các đặc tả kỹ thuật GSM.
1990 Các chi tiết kỹ thuật pha 1 được đưa ra để các nhà sản xuất phát triển
các thiết bị mạng.
1991 Chuẩn GSM 1800 được chấp thuận do Vương Quốc Anh đệ trình,
mở ra nhiều băng thông hơn cho các nhà khai thác.
1992 Các chi tiết kỹ thuật pha 1 được hoàn thành. Mạng thương mại GSM
pha 1 ra đời.
1993 Hệ thống DCS 1800 đầu tiên được cho ra đời ở Mỹ.
1995 Các chi tiết kỹ thuật cho hệ thống viễn thông cá nhân (PCS) được
phát triển ở Mỹ. Phiên bản này của GSM hoạt động ở băng tần 1900
Mhz.
1996 Hệ thống GSM 1900 được sử dụng.
Tổng quan về 3G 2010
1.1.3 Thuận lợi và khó khăn của 2G
Thuận lợi là tín hiệu số của giọng nói có thể được nén và ghép kênh hiệu quả hơn so

với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi cùng
được mã hóa trên một dải băng tần. Hệ thống kĩ thuật số được thiết kế giảm bớt năng
lượng sóng radio phát từ điện thoại. Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn
hơn; đồng thời giảm chi phí đầu tư các trạm thu phátsóng.
Hạn chế của các hệ thống thông tin 2G đó là về vấn đề lưu lượng , không đáp ứng được
lưu lượng thông tin bùng nổ vì băng thông hẹp. Không triển khai được việc truyền nhận
dữ liệu trên cơ sở gói.
1.1.4 Bước đệm 2.5 G
Hệ thống 2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ truyền thông di
động. Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống
chuyển mạch gói bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống. Mục đích là cung
cấp các dịch vụ kiểu mạng internet tới người sử dụng mobile, nâng cao khả năng truyền
dữ liệu trên cơ sở gói nhằm cung cấp cấp các dịch vụ giá trị gia tăng gói .
Hệ thống 2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể
dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA. Người sử
dụng liên tục được kết nối nhưng chỉ phải trả cước phí cho dữ liệu sử dụng mà thôi,
khác với trong GSM người sử dụng bị tính cước cho suốt thời gian kết nối cho dù thông
tin có được truyền đi hay không. Nhờ đó công nghệ chuyển mạch gói có tính hiệu quả
rất cao và đầy sức thuyết phục về kinh tế.
1.1.5 Công nghệ đương đại 3G
3G là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu
ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình ảnh,…). Hệ thống 3G yêu
cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Trong các
dịch vụ của 3G, cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch vụ trọng tâm của sự
phát triển.
Để được chứng nhận đạt chuẩn 3G, các hệ thống mới phải đạt được các yêu cầu sau :
- Tương thích ngược với chuẩn 2G.
- Hổ trợ đa phương tiện, dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao phải đạt được :
• 2Mbps cho môi trường cố định và trong nhà
• 384kbps khi đi bộ hay môi trường thành thị

• 144kbps khi di động
[Type text] 7
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 1 Công nghệ truy nhập đường truyền WCDMA
1.2 Hệ thống 3G
1.2.1 Giới thiệu
Năm 2000, ITU-T đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ
3 với tên gọi IMT-200.
Hiện nay, có 2 tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là :
• WCDMA được xây dựng bởi 3GPP
• CDMA2000 được xây dựng bởi 3GPP2
1.2.2 Lộ trình phát triển từ Hệ thống thông tin di động 2G GSM sang hệ thống
3G WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - truy cập đa phân mã băng rộng)
là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa
phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình...
WCDMA đã được xác nhận là giải pháp nâng lên 3G cho các mạng thông tin di động
GSM hiện tại. WCDMA hoạt động với phổ tần vô tuyến cực rộng 5MHz. Do đó
WCDMA FDD, gồm chiều lên và xuống cần 10 MHz để triển khai.
Con đường phát triển lên 3G của các hệ thống thông tin di động :
[Type text] 8
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 2 Con đường phát triển của di động
 Kiến trúc mạng 2 G
Hình 1. 3 Kiến trúc mạng 2G
 Kiến trúc mạng 2.5G
[Type text] 9
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 4 Cấu trúc mạng 2.5G
Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạch kênh nên việc đưa dịch vụ

chuyển mạch gói đòi hỏi phải bổ sung thêm các thiết bị. Nút hỗ trợ GPRS (SGSN) và
nút hỗ trợ cổng GGSN thực hiện thu và phát các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị
đầu cuối số liệu cố định của mạng PSDN. Các nút GGSN còn cho phép giao tiếp giữa
mạng GPRS và các mạng chuyển mạch gói bên ngoài, đóng vai trò như một router.
Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính ănng cơ bản của giao diện vô tuyến
GSM. Như vậy cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể sử dụng
cùng sóng mang. Tuy nhiên mạng đường trục của GPRS được thiết kế sao cho không
phải phụ thuộc vào giao diện vô tuyến.
 Băng tần hoạt động 3G
[Type text] 10
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 5 Băng tần 3G
Các hệ thống 3G tại Việt Nam đều sử dụng dải băng tần thứ 1 UMTS-2100 :
• Đường lên Uplink : 1920 – 1980 MHz
• Đường xuống Downlink : 2110 – 2170 MHz
Dải tần này tiếp tục được chia làm 4 dải tần nhỏ cấp cho 4 nhà mạng :
[Type text] 11
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 6 Băng tần chia sẻ cho các ISP
Để đảm bảo đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông tốc độ cao đồng thời đảm
bảo được tính kinh tế, hệ thống thông tin di động 2G GSM sẽ được chuyển đổi từng
bước sang 3G. Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này như hình sau:
Hình 1. 7 Quá trình chuyển đổi
Tốc độ tối đa có thể đạt được theo lý thuyết :
[Type text] 12
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 8 Tốc độ của các công nghệ
 Kiến trúc mạng 3G (W-CDMA)
[Type text] 13
Tổng quan về 3G 2010

 Mạng lõi :
Hình 1. 9 Kiến trúc mạng 3G W-CDMA
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 kênh và nút chuyển mạch gói cổng: GMSC
và GGSN. Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử
làm chức năng tương tác mạng (IWF). Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút
chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động
như: HLR, AUC và EIR.
Ở nơi mà cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng
các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi GMSC server : chuyển thoại được
đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN. Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần
thực hiện tại điểm này. Ví dụ: Giả thiết nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại
tốc độ 12,2 kbit/s thì tốc độ này phải được chuyển vào 64 kbit/s ở MGW giao tiếp với
PSTN. Truyền tải kiểu đóng gói này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất
là khi các MGW cách xa nhau.
 Mạng truy cập vô tuyến - Radio Access Network
[Type text] 14
Tổng quan về 3G 2010
Hình 1. 10 Mạng truy cập vô tuyến
Chứa các phần tử sau:
- RNC (Radio Network Controller) : Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò như
BSC ở GSM
- Nút B đóng vai trò như các BTS ở các mạng GSM
- UE: User Equipment - thiết bị của người sử dụng .
Trong các quy định của 3GPP, trạm gốc được gọi là nút B. Nút B được nối đến một bộ
điều khiển trạm vô tuyến RNC. RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các nút B
được nối với nó. RNC đóng vai trò như BSC ở GSM. RNC kết hợp với các nút B nối
với nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS(Radio Network Subsystem). Giao

diện giữa nút B và RNC gọi là giao diện Iub. Khác với giao diện Abis tương đương ở
GSM , gioa diện Uib được chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì thế có thể kết nối nút B
của một nhà sản xuất này với RNC của một nhà sản xuất khác.
Khác với ở GSM, các BSC trong mạng W-CDMA không nối với nhau, trong mạng truy
nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC . Giao diện này gọi
là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối
đến các RNC khác nhau.. Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.
UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu. Giao diện Iu có hai phần tử khác
nhau: Iu-CS và Iu-PS. Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện
qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR. Kết nối UTRAN đến
[Type text] 15
Tổng quan về 3G 2010
phần chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện này nối RNC đến
một SGSN
Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cúng từ UMTS đến
GSM và ngược lại. Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển
khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ sóng của UMTS và vì
tghế thuê bao UMTS phải có khả năng nhận được dịch vụ ở vùng phủ sóng của GSM.
Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau, chuyển giao giữa cấc hệ
thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC. Nếu giả thiết rằng nhiều chức
năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM, MSC cần phải có khả năng hỗ
trợ đồng thời cả hia kiểu dịch vụ. Tương tự hoàn toàn hợp lý khi giả thiết rằng SGSN
phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC.
2. Công nghệ đa truy nhập của WCDMA
2.1. Trải phổ và đa truy cập theo mã
2.2.1. Các hệ thống thông tin trải phổ
Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính
và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt. Trong
các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết để phát một nguồn
tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn này. Trong các hệ thống điều

tần độ rộng băng tần này có thể bằng vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ
số điều chế. Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc
độ bit của nguồn. Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc
và kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v...).
Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần
của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát. Khi chỉ có
một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả.
Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung
một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn
duy trì được các ưu điểm của trải phổ.
Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:
• Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng
băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin.
• Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.
[Type text] 16
Tổng quan về 3G 2010
Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading
Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời
gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận được các hệ thống
lai ghép từ các hệ thống nói trên. WCDMA sử dụng DSSS. DSSS đạt được trải phổ
bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (R
c
=1/T
c
, T
c
là
thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (R
b
=1/T

b
, T
b
là thời gian một bit) của luồng
số cần phát. Hình 2.1 minh họa quá trình trải phổ trong đó T
b
=15T
c
hay R
c
=15R
b
. Hình
2.1a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có
tốc độ R
b
được nhân với một mã trải phổ c tốc độ R
c
để được luồng đầu ra y có tốc độ
R
c
lớn hơn nhiều so với tốc độ R
b
của luồng vào. Các hình 2.1b và 2.1b biểu thị quá
trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số.
Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách
nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c
x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các
tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu
vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; T

b
là thời gian một bit của luồng số cần phát,
R
b
=1/T
b
là tốc độ bit của luồng số cần truyền; T
c
là thời gian một chip của mã trải phổ,
R
c
=1/T
c
là tốc độ chip của mã trải phổ. R
c
=15R
b
và T
b
=15T
c
.
Hình 2. 1. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
[Type text] 17
Tổng quan về 3G 2010
2.2.2. Áp dụng DSSS cho CDMA
Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao
được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ
này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:
1. Tích hai mã giống nhau bằng 1: c

i
×c
i
=1
2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: c
i
×c
j
=c
k
3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã →
1
1
0
N
k
k
C
N
=
=
∑
, trong đó N là số chip và
C
k
là giá trị chip k trong một mã
Bảng 2.2. cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c
0
, c
1

, …, c
7
.
Bảng 2.3 và 2.4 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và
nhân hai mã khác nhau trong bảng 2.1 ta được một mã mới
..
Hình 2. 2. Thí dụ bộ tám mã trực giao
c
0
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
c
1
+1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1
c
2
+1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1
c
3
+1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1
c
4
+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1
c
5
+1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1
c
6
+1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1
c
7

+1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1
Hình 2. 3. Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một
c
1
+1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1
× × × × × × × × ×
c
1
+1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1
c
1
×c
1
+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
Hình 2. 4. Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã trong tập 8 mã
c
1
+1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1
× × × × × × × × ×
c
3
+1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1
= c
2
+1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1
[Type text] 18
Tổng quan về 3G 2010
Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở
CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y
như sau:

1 1
K K
i i i
i i
y y c x
= =
= =
∑ ∑
(2.1)
Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k. Nhiệm vụ của máy thu này là phải
lấy ra x
k
và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì
trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với x
k
). Nhân (2.1) với x
k

và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:
1
K
k k i i
i
i k
x x c x
=
≠
= +
∑
%

(2.2)
Thành phần thứ nhất trong (2.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là
nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI
(Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng). Để loại bỏ thành phần thứ hai
máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong
miền tần số. Hình 2.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k
trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy
phát như nhau tại đầu vào máy thu k. Hình 2.2a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS.
Hình 2.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trải phổ, hình
2.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.2d cho thấy
phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng R
b
.
[Type text] 19
Tổng quan về 3G 2010
Hình 2. 5. Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu.
Từ hình 2.5 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số
giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.5.b và tổng diện tích các hình chữ
nhật trắng trên hình 2.5.c: SIR=S
1
/S
2
. Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số R
c
/R
b
. vì thế tỷ số R
c
/R
b

được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain).
2.2. Điều khiển công suất
Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng
hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên
nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình. Hiện tượng
này được gọi là hiện tượng gần và xa. Để tránh hiện tượng này hệ thống phải điều khiển
công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng).
Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:
• Điều khiển công suất vòng hở
• Điều khiển công suất vòng kín
Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục
xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B),
khi này UE chưa có kết nối với nút này. Còn điều khiển công suất vòng kín được thực
hiện khi UE đã kết nối với nút B. Điều khiển công suất vòng hở lại được chia thành:
[Type text] 20
Tổng quan về 3G 2010
• Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B. Điều khiển
công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một
giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích
• Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập
SIR đích cho nút B. Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ
lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích.
3.GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS
3.1 Tổng quan WCDMA
WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của GSM
để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập
vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS. W-CDMA
có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân chia theo tần số
(FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo thời gian (TDD:
Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-

CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải pháp thứ hai chủ yếu sẽ
được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico). Hiện nay mới chỉ có WCDMA/FDD
được triển khai vì thế trong khóa học này ta sẽ chỉ xét WCDMA/FDD.
Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190
MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường
xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Mặc dù 5 MHz là
độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với
nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh được nhiễu
giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác.
Giải pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz
đến 2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần.
Giao diện vô tuyến của W-CDMA/FDD (để đơn giản ta sẽ bỏ qua ký hiệu FDD nếu
không xét đến TDD) hoàn toàn khác với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phương
thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy
nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Các
phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập vô tuyến của GSM. Vì
thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất
cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA. Đối với các nhà sản suất
này có thể chỉ tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát
mới cho WCDMA. Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các
[Type text] 21
Tổng quan về 3G 2010
BSC đồng thời cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay
thế GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA.
W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng của
mình. Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng hiện
có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM.
Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic,
kênh truyền tải và kênh vật lý. Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các
thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải. Nhiều kênh truyền tải được

ghép chúng vào kênh vật lý. Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập
CDMA kết hợp với FDMA/FDD. Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và
một mã trải phổ. Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha. Trong
phần dưới đây ta trước hết ta xét kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ
xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này.
3.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức
Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình 3.1.
UP: Mặt phẳng người sử dụng
CP: Mặt phẳng điều khiển
Hình 3. 1. Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD.
Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:
• Lớp vật lý (L1). Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều
chế và mã hóa, trải phổ v.v..
[Type text] 22
Tổng quan về 3G 2010
• Lớp liên kết nối số liệu (L2). Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm
bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp
• Lớp mạng (L3). Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến
Mỗi khối thể hiện một trường hợp của giao thức tương ứng. Đường không liền nét thể
hiện các giao diện điều khiển, qua đó giao thức RRC điều khiển và lập cấu hình các lớp
dưới.
Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy
nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết), PDCP (Packet Data
Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC (Broadcast/Multicast
Control: Điều khiển quảng bá/đa phương ).
Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) và mặt
phẳng người sử dụng (U-Plane). PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U.
Trong mặt phẳng C lớp 3 bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài
nguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility
Management) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management),

SM (Session Management) kết cuối tại mạng lõi (CN).
Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến. Lớp vật lý được sử dụng để truyền dẫn
ở giao diện vô tuyến. Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ hợp tần số,
mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên). Các kênh được sử dụng
vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vô tuyến, tuy nhiên cũng có
một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý.
Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin này qua
lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic. MAC sắp xếp các kênh này
lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chúng lên các
kênh vật lý.
3.3. Các thông số vật lý và quy hoạch tần số
3.3.1. Các thông số lớp vật lý
Các thông số lớp vật lý của WCDMA được cho trong bảng 3.1.
Hình 3. 2. Các thông số lớp vật lý W-CDMA
W-CDMA
Sơ đồ đa truy nhập DS-CDMA băng rộng
Độ rộng băng tần (MHz) 5/10/15/20
Mành phổ 200 kHz
Tốc độ chip (Mcps) (1,28)/3,84/7,68/11,52/15,36
[Type text] 23
Tổng quan về 3G 2010
Độ dài khung 10 ms
Đồng bộ giữa các nút B Dị bộ/đồng bộ
Mã hóa sửa lỗi Mã turbo, mã xoắn
Điều chế DL/UL QPSK/BPSK
Trải phổ DL/UL QPSK/OCQPSK (HPSK)
Bộ mã hóa thoại CS-ACELP/(AMR)
Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB
DL: Downlink: đường xuống; UL: Uplink: đường lên
OCQPSK (HPSK): Orthogonal Complex Quadrature Phase Shift Keying (Hybrid

PSK) = khóa chuyển pha vuông góc trực giao
CS-ACELP: Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction = Dự
báo tuyến tính kích thích theo mã lđại số cấu trúc phức hợp
3GPP: Third Generation Parnership Project: Đề án của các đối tác thế hệ ba
ETSI: European Telecommunications Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông
Châu Âu
ARIB: Association of Radio Industries and Business: Liên hiệp công nghiệp và kinh
doanh vô tuyến
3.4.2. Quy hoạch tần số
Các băng tần sử dụng cho WCDMA FDD trên toàn cầu được cho trên hình
3.2a.WCDMA sử dụng phân bố tần số quy định cho IMT-2000 (International Mobile
Telecommunications-2000) (hình 3.2b) như sau. Ở châu Âu và hầu hết các nước châu Á
băng tần IMT-2000 là 2×60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể
sử dụng cho WCDMA/ FDD. Băng tần sử dụng cho TDD ở châu Âu thay đổi, băng tần
được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở 1900-1920 (TDD1) và
2020-2025 MHz (TDD2). Băng tần cho các ứng dụng TDD không cần xin phép (SPA=
Self Provided Application: ứng dụng tự cấp) có thể là 2010-2020 MHz. Các hệ thống
FDD sử dụng các băng tần khác nhau cho đường lên và đường xuống với phân cách là
khoảng cách song công, còn các hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cả đường lên
và đường xuống.
UMTS quy định khai thác song công phân chia theo tần số là chế độ tiêu chuẩn cho
thông tin thoại và số liệu. Hoạt động đồng thời và liên tục của các mạch điện phát và
thu là các thay đổi đáng kể nhất so với họat động của GSM.
[Type text] 24
Tổng quan về 3G 2010
Hình 3. 3. Phân bố tần số cho WCDMA/FDD. a) Các băng có thể dùng cho WCDMA
FDD toàn cầu; b) Băng tần IMT-2000.
Băng tần cho họat động FDD cho các băng I, II và III được cho trên hình 3.4. Băng I
(B1) là ấn định băng chính ở Châu Âu. Quy định dành hai cấp phát 60MHz với khoảng
cách song công chuẩn 190MHz, tuy nhiên quy định cũng cho phép song công khả biến,

trong đó khoảng cách phát thu nằm trong khoảng 130 đến 250MHz. Hệ thống song
công khả biến đặt ra các yêu cầu bổ sung đối với thiết kế máy phát thu vì các bộ tổ tần
số máy phát và máy thu phải hoạt động độc lập với nhau. Băng II (B2) tái sử dụng băng
hiện có của hệ thống thông tin di động cá nhân và dự định để sử dụng ở Mỹ để đảm bảo
đồng tồn tại UMTS và GSM. Khoảng cách song công chỉ bằng 80MHz đối với băng II
vì thế đặt ra các yêu cầu khó khăn hơn đối với phần cứng của máy thu phát.
Hình 3. 4 Cấp phát băng tần WCDMA/FDD
[Type text] 25