KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐÔNG VVCDMA

TR ƯỜNG
HỌC TẠO
VINH
Bộ GIẢO
DỤC ĐẠI
VÀ ĐÀO
KHOA
TRƯỜNG
ĐIỆN
ĐẠITỬ
HỌCVIỄN
VINH THÔNG
==£□ =====
BẢN NHẬN XÉT ĐÒ ẢN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:

Bùi Hoàng Lịch

Ngành:

Điện tử - Viễn thông

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

Số hiệu sinh viên: 0851085156

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
^Đề tài:

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG MẠNG
2. Nhận xét của cản hộ phản hiện:
THÔNG TIN DI ĐÔNG VVCDMA

Người hướng dẫn :T/íS. NGUYỄN THI MINH
Sinh viên thực hiện : BÙI HOÀNG LỊCH
Lớp
: 49K - ĐTVT
Mã sơ sinh viên 0851085156

Ngày tháng năm
Cản bộ phản biện

NGHỆ AN -01/2013


MỤC L ỤC
Trang

LỜI NÓI ĐÂU..................................................................................................................i

TÓM TẮT ĐÒ

ÁN.......................................................................................................ii

DA NH SÁ CH HÌNH VẼ...............................................................................................iii

DA NH SÁ CH BẢNG BIÊU..........................................................................................iv
CẢc THUẬT NGỮVIÉT TẮT.........................................................................................V

CHƯƠNG I TỎNG QUAN VÊ sự PHÁT TRIỀN CỦA THÔNG TIN DI
ĐỘNG.............................................................................................................................1
1.1. Lịch sử phát triên thông tin đi động................................................................ 1
1.1.1. Hệ thống thông di động thứ nhất..............................................................2
1.1.2. Hệ thống thông tin di động thứ hai..........................................................3
1.1.3. Hệ thống thông tin di động thứ ba............................................................5
1.1.4. Hệ thống thông tin di động thứ tư............................................................7
1.2. Hướng phát triển của WCDMA......................................................................8

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ THÔNG TIN DI ĐỘNG THỬ BA WCDMA......................10
2.1. Giới thiệu về hệ thống WCDMA...................................................................10
2.2. Quá trình phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA........................................11
2.3. Cấu trúc hệ thống WCDMA...........................................................................16
2.3.1. Cấu trúc mạng WCDMA.......................................................................16
2.3.2. Mạng truy nhập vô tuyến ƯTRAN........................................................19
2.3. Kiến trúc 3G WCDMA UMTS......................................................................22
CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT TRẢI PHÒ TRONG ĨVCDMA................................................29
3.1. Cấu trúc của một thiết bị thu phát vô tuyến số............................................... 29
3.2. Khái niệm về trải phổ.....................................................................................30
3.3. Hệ thống thông tin trải phổ.............................................................................32
3.4. Các phương pháp trải phổ..............................................................................34
3.5. Hệ thống trải phổ dãy trực tiếp DSSS............................................................35
3.5.1. Hệ thống DSSS-BPSK...........................................................................38
3.5.2. Hệ thống DSSS - QPSK.........................................................................41


3.7.2. Nhiễu đa đường.....................................................................................47
3.7.3. Nhiễu băng hẹp......................................................................................47
3.7.4. Xác suất phát hiện thấp..........................................................................47

3.8........................................................................................................................... C
ác mã trải phổ sử dụng trong WCDMA..................................................................48
3.9........................................................................................................................... Tr
ải phố và điều chế đường lên...................................................................................49
3.10. Trải phổ và điều chế đường xuống...............................................................52
KÉT LUẬN....................................................................................................................58


LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đôi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại. Các hệ
thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi
nơi. Phát triến từ hệ thống thông tin di động tương tự, các hệ thống thông tin di động
số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu
tốc độ thấp. Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu
của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, hội nghị
truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)... WCDMA là nhánh công nghệ 3G
được phát triển dựa trên cơ sở hệ thống thông tin di động 2G GSM.

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA được đánh giá là sự lựa chọn
tối un cho hệ thống truy nhập vô tuyến ĨTM-2000. Giao diện vô tuyến trên cơ sở
CDMA băng rộng tạo cơ hội thiết kế hệ thống có những đặc tính đáp ứng yêu cầu
của hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Tốc độ truyền số liệu của WCDMA là khá
lớn và đặc biệt sử dụng kỹ thuật trải phổ trục tiếp đã mở rộng dải tần tới 5MHz đã
phần nào đáp ứng được nhu cầu người tiêu dùng. Vì vậy em đã chọn đề tài: “Kỹ
thuật trải pho trong mạng thông tin di động WCDMA Nội dung đồ án bao
gồm 3 chương:

Chương 1: Tông quan vê sự phát triên của thông tin di động

Chương 2: Công nghệ thông tin di động thứ ba WCDMA

Chương 3: Kỹ thuật trải phổ trong WCDMA

1


TÓM TẮT ĐÔ ÁN

Đồ án này đi vào tìm hiếu tông quan về mạng thông tin di động WCDMA. Hệ
thống thông tin di động này cung cấp các dịch vụ đa phưoTig tiện như truyền dữ liệu
tốc độ cao, truy cập internet giống như mạng không dây. Trong mạng thông tin di
động WCDMA sử dụng trải phô trực tiêp DSSS. Kỹ thuật trải phô giúp mạng thông
tin di động 3G có những ưu điểm hơn hẳn so với các thế hệ di động trước là khả

ABSTRACT

This thesis was studied an overview of mobile communication network
WCDMA. This mobile communication Systems providing multimedia Services as
transmission

high-speed

data,

wireless

internet

access

like.

The

mobile

communication network System WCDMA using spread spectrum direct as DSSS.
Spread spectrum techniques help 3G mobile communication network has advantages
compared to the previous generation of mobile multi-access capabilities, resistance
to multi-path interference, narrowband interference and security.

11


DA NH SÁ CH HÌNH VẼ
Trang

Hình 2.1.
Hình 2.2.
Hình 2.3.
Hình 2.4:
Hình 2.5.
Hình 3.1.

Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA..................................................12
Cấu trúc hệ thống HSCSD.........................................................................14
Cấu trúc mạng GPRS.................................................................................15
cấu trúc tống quan hệ thống ƯMTS...........................................................16
Các phần tử của mạng ƯMTS...................................................................16

Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị vô tuyến số ở hệ
thong thông tin di động số
29
Hình 3.2. Mô hình hệ thống thông tin trải phố..........................................................33
Hình 3.3. Phân loại các hệ thống CDMA..................................................................35
Hình 3.4: Trải phổ dãy trực tiếp DSSS......................................................................36
Hình 3.5: Sơ đồ khối bộ phát DSSS..........................................................................37
Hình 3.6: Sơ đồ khối bộ thu DSSS............................................................................37
Hình 3.7. Sơ đồ khối bộ phát sử dụng điều chế BPSK..............................................38
Hình 3.8. Tín hiệu trải phổ điều chế BPSK...............................................................38
Hình 3.9: Sơ đồ khối máy thu DS/SS - BPSK...........................................................39
Hình 3.10. Tín hiệu trải phổ từ máy thu điều chế BPSK.............................................40
Hình 3.11. Sơ đồ khối bộ phát DSSS sử dụng điều chế ỌPSK....................................41
Hình 3.12: Các dạng sóng ở hệ thống DSSS-ỌPSK....................................................42
Hình 3.13: Sơ đồ khối máy thu cho hệ thống DSSS - QPSK.......................................42
Hình 3.14. Quá trình giải trải phố và lọc tín hiệu của nguờisử........dụng k từ K tín hiệu
46
Hình 3.15. Cây mã định kênh......................................................................................49
Hình 3.16. Trải phổ và điều chế DPDCH và DPCCH đường lên................................50
Hình 3.17. Truyền dẫn kênh điều khiến vật lý riêng đường lên và kênh số liệu vật lý
riêng đường lên khi có/ không có (DTX) số liệu của người sử dụng..........51
Hình 3.18. Chùm tín hiệu đối với ghép mã I/Q sử dụng ngẫu nhiên hóa phức, (3 biểu
diễn cho tỷ số công suất giữa DPDCH và DPCCH....................................51
Hình 3.19. Trải phổ và điều chế phần bản tin PRACH................................................52
Hình 3.20. Sơ đồ trải phố và điều chế cho tất cả các kênh vật................lý đường xuống
53
Hình 3.21. Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp.................................................55
Hình 3.22. Truyền dẫn đa mã cho đường xuống..........................................................56

iii

1G

lst Generation

2G

2nd Generation

3G
3GPP

GPP2

Là hệ thống thông tin di động

DANH
SÁNGỮ
CH Vĩ
BẢNG
CÁC
THUẬT
ÉT BỈÊU
Là hệ thống thông tin di động

Trang
Bảng 2.1. Các thông số giao diện vô tuyến của WCDMA...........................................11
Bảng
3.1.

Thí
dụ
bộ
tám
mã
trực
giao
3rd Generation
Là hệ thống thông tin di động
.....................................................................................................................................
455
Bảng 3.2. Thí dụ nhân hai mã giống
nhau
Dự án
hộitrong
nhập bảng
thế hệ1 3được một mã mới trong tập
Third
Generation
Partnership
8 mã............................................................................................................45
Bảng 3.3. Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập
8 mã............................................................................................................45
Dự án hội nhập thế hệ 3 thứ hai
Third
Generation
Partnership

AMPS

Advanced Mobile Phone Service

ATM

Asynchronous Transfer Mode

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Dịch vụ điện thoại di động tiên

Phương

thức

truyền

không

Điều chế dịch pha nhị phân

IV
V


DSCH

FDMA

FHSS

Downlink Shared Channel

Frequency

Division

Frequency

Kênh dùng chung đường xuống

Đa truy nhập phân chia tần số
Multiple

Trải phố nhảy tần
Hopping/Spread

HSCSD

High Speed Switched Data

HTML

Hyper Text Markup Language

IS-95

Interim Standard-95

Kỹ thuật truyền dữ liệu chuyển

Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn

Tiêu chuấn thông tin di động

VI

MSC

Mobile Switching Service Center

Trung

tâm

chuyển

mạch

dịch


NMT

Nordic Mobile Telephone System
Hệ

PLMN

Public Land Mobile Network

RNS

Radio Network Subsystem

Phân hệ mạng vô tuyến

SCH

Synchronisation Channel

Kênh đồng bộ

TDD

Time Division Duplex

TDMA

Time Division Multi Access

thống

Mạng

di

điện thoại

động

mặt

di

động

đất

công

Ghép song công phân chia theo
vii

Đa truy nhập phân chia theo


viii
IX


CHƯƠNG 1

1.1. Lịch sử phát triên thông tin đi động

Trong quá trình phát triển của xã hội loài người, thông tin liên lạc luôn là một
nhu cầu hết sức cần thiết và đóng một vai trò qua trọng trong đời sống xã hội. Đe
đáp ứng nhu cầu này, khoa học kỳ thuật trong lĩnh vực thông tin đã đưa ra nhiều
hình thức liên lạc ngày càng tiện nghi hon và chất lượng tốt hon.

Khi các ngành thông tin quãng bá bằng vô tuyến phát triển mạnh mẽ thì ý
tường điện thoại vô tuyến cũng ra đời, đây là tiền thân của mạng thông tin di động
sau này. Năm 1946, mạng điện thoại di động đầu tiên được thử nghiệm ở ST louis,
bang Missouri của Mỳ. Và sau đó giới thiệu trên 25 thành phố của Mỹ. Mỗi hệ thống
dùng bộ anten công suất lớn đặt cao phủ sóng toàn thành phố (bán kính 50km), kỹ
thuật FM, truyền bán song công, ở băng tần 150MHz, độ rộng kênh truyền là
120KHz. Đây chưa phải là hệ thống tế bào, tần số chưa được dùng lặp lại nên số
người phục vụ rất ít.

Năm 1950, độ rộng kênh thu hẹp lại còn 60KHz, dẫn đến số kênh sử dụng
tăng gấp đôi.

Năm 1960, độ rộng kênh chỉ còn 30Khz, hiệu suất pho tần tăng gấp 4 lần.

Năm 1950 đến 1960, xuất hiện tống đài tự động, dịch vụ IMTS (song công tự
động quay số, tự động chọn kênh). Tuy nhanh chóng bị bảo hòa bởi nhu cầu của
người sử dụng do chất lượng kém hay bị bận. Dịch vụ ITMS hiện đang còn ở Mỹ
song hiệu suất sử dụng phố kém so với điện thoại tế bào hiện nay.

1


Năm 1989, trước yêu cầu của tăng trưởng mạnh mẽ của người sử dụng FCC
phân thêm cho dịch vụ 10MHz phổ tần nữa (ứng với 166 kênh song công). Hệ thống
điện thoại tế bào hoạt động trong môi trường hạn chế giao thoa, sử dụng lại tần số,
kỹ thuật đa truy cập theo tần số (FDMA).

Năm 1991, hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn 1-54 trên cơ sở hạ tầng
AMPS. Hồ trợ 3 người sử dụng trên 1 kênh 30KHz, kỹ thuật điều chế (n/4 DQPSK).

Khi kỹ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thế tăng dung lượng lên 6
lần (kết hợp với kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA và tồn tại song song với
AMPS trên cùng một cơ sở hạ tầng). Đây là thời điểm đánh dấu sự ra đời của hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (ở Châu Ầu là hệ GSM).

Cũng trong năm 1991, hệ thống dựa trên kỳ thuật trải phố phát triển bởi công
ty ỌUALCOM theo tiêu chuẩn ĨS-95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần
1.25 MHz, sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã CDMA. Có nhiều un
điếm hơn AMPS về dung lượng, yêu cầu về tỷ số SNR thấp hơn, về giá thành có tính
canh tranh hơn.

Vấn đề tích hợp nhiều mạng khác nhau trong một cơ sở hạ tầng cũng như
được đặt ra từ những năm 90. Từ năm 1995, chính phủ Mỹ đã cấp giấy phép trên dải
tần 180 -> 2100MHz, hứa hẹn sự phát triên mới cho các dịch vụ thông tin cá nhân
(PCS).
1.1.1. Hệ thông thông di động thứ nhât

2


phương pháp điều tần FM đê điều chế tiếng nói trên băng tần 800MHz

với độrông

phổ là 40MHz. Đe sử dụng hiệu quả nguồn tần số có giới hạn thì toàn bộ

vùng

dịch

vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau gọi là tế bào (cell). Mồi tế bào dịch vụ
cung cấp một tần số nhất định và có một anten trung tâm, với công suất phát phù hợp
đế quản lý các di động trong tế bào mà không gây nhiễu sang các tế bào khác. Khi
các cell ở cách nhau đủ xa thì có thế sử dụng lại tần số.

Hệ thống thông tin di động thứ nhất chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và
sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự đê mang dữ liệu thoại của mồi người, và sử dụng
phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Ở đây, băng thông của hệ
thống được chia thành các băng có độ rộng W ch. Giữa các kênh kề nhau có một
khoảng bảo vệ đế tránh chồng phố do sự không ốn định của tần số sóng mang. Khi
một người dùng gửi yêu cầu gửi tới BS, BS sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử
dụng và giành riêng cho người dùng đó trong suốt thời gian gọi. Tuy nhiên, ngay khi
cuộc gọi kết thúc kênh được ấn định lại cho người khác sử dụng.
Đặc điêm:

-

Mồi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến.

-

Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kế.

-

BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS.
3


chia theo mã CDMA, truyền dẫn song công theo tần số TDD, điều chế QPSK,

FSK...

Hệ thống thông tin di động thứ hai theo mã IS-95 được phát triển ở Mỹ. Hệ
thống này sử dụng lại băng tần 824MHz - 849MHz cho tuyến lên và 869MHz 894MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có độ rộng mỗi kênh là 1.25MHz. Hệ
thống thông tin di động GSM ra đời và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, băng tần sử
dụng gồm hai dải tần: 890MHz - 915MHz cho tuyến lên và 935MHz - 960MHz cho
tuyến xuống. Dải tần này được chia nhỏ ra thành các giải con rông 200KHz (gọi là
kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN hay kênh vật lý). Mồi kênh vật lý chia thành
8 khe thời gian (Time Slot) ứng với 8 kênh dịch vụ. về lý thuyết số kênh vật lý trên
dải tần 25MHz là 25000/200=125 kênh. Tổng số kênh lưu lượng là 125x8=1000
kênh, nghĩa là phục vụ đồng thời 1000 thuê bao mà chưa sử dụng lại tần số.
Ưu điếm của hệ thống thông tín di động thứ hai:

Hệ thống thông tin di động thứ hai ra đời giải quyết những hạn chế của thế hệ
trước. Do sử dụng kỹ thuật số mà có nhưng ưu điểm sau:

- Sử dụng kỳ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phố tần cao hon.

- Mã hóa tín hiệu thoại với tốc độ bit càng thấp cho phép nhiều kênh vào dòng
bit tốc độ chuẩn.

- Áp dụng kỹ thuật mã hóa kênh và mã hóa nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số.

- Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI và chống nhiễu ACI hiệu quả sẽ
làm tăng dung lượng hệ thống.

- Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục nên làm cho việc sử
4

- Tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là không thống
nhất. Do Mỳ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng
rộng, mặc dù cả hai hệ thống này đều có thế coi như là sự tố hợp của FDMA và
TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định về cả tần số và các khe
thời gian trong băng tần. Do đó việc chuyển giao toàn cầu chưa được thực hiện.

Vì vậy mà yêu cầu một hệ thống thông tin di động thứ 3 (3G) ra đòi là một
điều tất yếu.
1.1.3. Hệ thong thông tin di động thứ ha

Những năm cuối những năm 90 thế hệ thông tin động thứ ba ra đời với kỹ
thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cãi tiến. Là công nghệ truyền thông thế hệ thứ
3, cho phép truyền cả dừ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dừ 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. Ớ thế hệ thứ 3 này
các hệ thống thông tin di động có xu hướng hòa nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất
có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2Mbit/s. Đe phân biệt với các hệ thống
thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ 3 gọi
là hệ thống thông tin di động băng rộng.

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được
đề xuất, trong đó 2 hệ thống WCDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và

5


FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản năm 2001,
được coi như là một dịch vụ thương mại 3G đầu tiên. Tuy là dựa trên công nghệ WCDMA, nhưng công nghệ này vẫn không tương thích với UMTS.
• CDMA 2000

Là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của
CDMA2000 được đưa ra bàn thảo và áp dụng bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ,
Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2 - một tố chức độc lập
với 3GPP. Và đã có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong
CDMA2000 bao gồm lxRTT, CDMA2000-lxEV-DƠ và lxEV-DV.

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dừ liệu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn
này đã được chấp nhận bởi ITU.
Yêu cầu đoi vói hệ thống thông di động thế hệ thứ 3:

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở ĨMT-2000 được đưa vào
phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiếu khả năng mới nhưng
cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ 2.
Tốc độ của thế hệ thử ba đuợc xác định như sau:

- 384 Kbit/s đối với vùng phủ sóng rộng.

- 2 Mbit/s đối với vùng phủ sóng địa phương.
Các tiêu chí để xây dụng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba:

- Sử đụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

+ Đường lên: 1885-2025 MHz.
6


+ Môi trường nhà ảo trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyên

mạng toàn cầu.

+ Đảm bảo chuyển mạng quốc tế.

+ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đông thời cho thoại, số liệu chuyến

mạch theo kênh và số liệu chuyến mạch theo gói.

-

Chất liệu thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến.

-

Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.

-

Hiệu suất phổ tần cao hơn.

-

Tính bảo mật cao.

So sánh với thế hệ thống di động thứ nhất và thứ hai thì thế hệ di động thứ ba
đa dịch vụ đa phương tiện rộng khắp toàn cầu. Một trong những đặc điếm của nó là
có thể chuyển mạng, hoạt động mọi lúc, mọi nơi đều thực hiện được. Mỗi thuê bao
di động đều được gán cho một mã sô cá nhân, khi tắt máy ở bất kỳ nào, ở bất kỳ
quốc gia nào đều có thế được xác định chính xác vị trí của thuê bao đó. Hệ thống
thông tin di động thứ ba này thõa mãn cho người dùng những dịch vụ đa phương tiện
như truyền dữ liệu tốc độ cao, truy cập internet giống như mạng không dây... Do

đặc diêm băng tân rộng nên hệ thông tin di động thứ ba có thê cung câp các dịch vụ
truyền hình ảnh, âm thanh gọi thoại.
1.1.4. Hệ thong thông tin di động thứ tư
7


Khi di chuyên và tới lGbit/s khi đứn yên, cũng như cho phép sử dụng có thê
tải và truyền lên các hình ảnh, video clips chất lượng cao. Mạng điện thoại 3G hiện
tại của DoCoMo có tốc độ 384Kbit/s và chuyển dữ liệu lên với tốc độ 129Kbit/s.
NTT DoCoMo cũng hi vọng trong vòng 2010 - 2012 sẽ có thê đưa mạng 4G vào
kinh doanh, cho phép người dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải
nghiệm web tiên tiến hơn cũng như mang lại cho người dùng nhiều tiện lợi hơn nữa
từ chính chiếc điện thoại di động của mình.

Các đặc điểm của 4G:

- Cải tiến về dịch vụ dữ liệu: tốc độ bit, 20 - 100 Mbit/s.

- Phương thức điều chế: OFDM, MC-CDMA

- Xu hướng kết hợp mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G) và truy nhập
vô tuyến WIMAX &WIFI.
1.2. Hướng phát triền của WCDMA

Hệ thống thông tin di động thứ tư là một công nghệ di động mới đang được
phát triển và chuẩn hóa bởi 3GPP. Dự án được bắt đầu tù’ cuối năm 2004. Mặc dù
3GPP đã phát triển HSPA để tăng tốc độ dữ liệu (tốc độ tối đa có thể là 14.4 Mbps),
nhưng 3G HSPA vẫn không thế cung cấp tốt những dịch vụ như video, TV di

Kết luận chương 1

Chương 1 đã trình bày một cách tổng quát về sự phát triển của hệ thống thông
tin di động.

Thế hệ thứ nhất (1G) là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương
pháp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM.

9


CHƯƠNG 2
Các tham số chính của WCDMA được liệt kê ở bảng sau:
Điều khiến trải phô

QPSK

cân

bằng

(đường

2.1.
Giới thiệu về
hệ thống WCDMA
Dual
channel
QPSK
Điều chế dữ liệu

Điều chế nhất quán

ỌPSK

(đường

(đường

xuống)
lên)

xuống)

Sử dụng kênh pilot dành riêng hoặc được dồn kênh theo thời
gian (ở đường lên và đường xuống); không sử dụng kênh pilot

Cuối năm 1977, hai tố chức tiêu chuấn là ETSI của Châu Ầu và ARIB của
Nhật Bản đã thỏa thuận cùng liên kết xây dựng một tiêu chuẩn chung đáp ứng các
yêu cầu đặt ra của IMT-2000, đó là tiêu chuẩn WCDMA, WCDMA (Wideband
Trải phổ đường xuống

Trải phổ đưòng lên

Chuyển giao

Code Division Multiple Access), gọi là đa truy cập phân mã băng rộng, là một kỹ
Sử dụng các chuỗi trực giao có chiều dài thay đối đế phân kênh,
thuật đa truy cập dựng trong mạng 3G (UMTS và FOMA) dựa trên công nghệ
CDMA (đa truy cập theo mã) hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA và có

Sử dụng các chuỗi trực giao có chiều dài thay đổi để phân biệt,
khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phuong tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet,
chuỗihình...
Gold WCDMA
241 để phân
biệttrong
ngườidảisửtần
dụng
(kênh
I và-1980
kênhMHz,
Q
hội thảo
nằm
1920
MHz
2110 MHz 2170 MHz...
Chuyển

giao

mềm

W-CDMA giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng
cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA. Trong
các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn
nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hồ trợ các kiếu dịch vụ khác
nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình.

W-CDMA

các từ
tính
nănglêncơUMTS
sở sauWCDMA
:
2.2. Quả
trình phátcótriên
GSM

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz.

- Lớp vật lý mềm dẻo đế tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang.
10
11


Hình 2.1. Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA

Ký hiệu:

* HSCSD: Số liệu chuyến mạch kênh tốc độ cao

* GPRS: Dịch vụ vô tuyến gói chung

* EDGE: Số liệu gói tốc độ cao GSM

* WCDMA: Đa truy nhập phân chia theo bảng mã băng rộng

Giai đoạn đầu của quá trình phát triến GSM là đảm bảo chất lượng dịch vụ số
tốt liệu tốt hơn. Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu: chuyến mạch kênh (CS: Circuit

Switched) và chuyển mạch gói (PS: packet Switched) như sau:

* Các dịch vụ số liệu chế độ chuyến mạch kênh đảm bảo:

* Dịch vụ bản tin ngắn SMS

* Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 Kbps

* Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 Kbps

* Các dịch vụ số liệu chế độ chuyến mạch gói đảm bảo:
12


1 đến 8 khe thời gian để đạt tốc độ số liệu cực đại là 64Kbps cho một người sử dụng.
Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x14,1 Kbps, như
vậy có thế đạt đến tốc độ trên lOOKbps.

Hầu hết các chức năng của dịch vụ số liệu hiện nay được đặt ở IWF
(Internetworking Function: Chức năng kết nối mạng) của tổng đài MSC và ở chức
năng TAF (Terminal Adaption Function: Chức năng thích ứng đầu cuối) của MS.
Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng này. Kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ở
MS BTS BSC/TRAU MSC

Hình 2.2. Cấu trúc hệ thống HSCSD
Ký hiệu:

* PSTN: Mạng chuyến mạch điện thoại công cộng

* ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

* PDN: Mạng số liệu công cộng

* MS: Trạm di động
13


người dùng khác kể cả khi không có số liệu truyền trên đó. HSCSD chỉ được sử
dụng ở nhũng mạng có nhu cầu cao về truyền dữ liệu nhanh nên khả năng triển
khai là hạn chế.
2) Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

GPRS là dịch vụ số liệu gói tốc độ cao hon cho GSM, GPRS khác HSCSD ở
chồ nhiều người sử dụng có thể cùng sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến, vì thế
hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến rất cao. Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành
được tài nguyên vô tuyến khi nó có số liệu cần phát. Khi không có dữ liệu đế phát,
tài nguyên vô tuyến được dùng cho những người sử dụng khác. Nhờ vậy mà băng
tần được sử dụng rất hiệu quả. cấu trúc mạng GPRS được mô tả ở hình 3.3.

Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt tốc độ
đến 115 Kbps. Tuy nhiên, đây là tốc độ đỉnh, nếu nhiều người sử dụng thì tốc độ sẽ
thấp hơn. Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyến mạch kênh, nên việc
đưa dịch vụ chuyên mạch gói vào đòi hỏi phải bô sung thêm thiêt bị cho mạng (hình

14


---------------------- Báo hiệu và lưu lượng

Hình 2.3. Cấu trúc mạng GPRS

Ký hiệu:

* SMS: Dịch vụ bản tin ngắn

* SGSN: Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ

* GGSN: Điểm hỗ trợ GPRS cổng

* MT: Kết cuối di động

15


2.3. cấu trúc hệ thống WCDMA

2.3.1. Cấu trúc mạng WCDMA

Cấu trúc mạng viễn thông di động toàn cầu (UMTS) với cơ sở nền tảng là hệ
thống đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WCDMA được khái quát bởi hình sau:
( UE 'ì—\Ạ''uTRAN'ỵ[-\ CN ')

Hình 2.4: cấu trúc tổng quan hệ thống UMTS

16