KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G WCDMA

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

ĐOÀN PHÚ HUY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT
TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G W-CDMA

HẢI PHÒNG – 2015


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

ĐOÀN PHÚ HUY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT
TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG 3G W-CDMA

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG;

MÃ SỐ: D52027

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn: ThS. Phạm Việt Hưng

HẢI PHÒNG – 2015


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi những lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo ThS. Phạm Việt
Hưng, Trưởng bộ môn Điện tử - Viễn thông, trường đại học Hàng Hải Việt
Nam, dù công việc rất bận nhưng thầy vẫn tận tình hướng dẫn, gợi ý, gửi tài liệu
để em hoàn thành đồ án đạt kết quả trong thời gian quy định.
Em cũng xin dành sự biết ơn vô hạn tới các thầy cô trong trường, đặc biệt
là các thầy cô trong bộ môn Điện tử - Viễn thông, thầy giáo chủ nhiệm ThS.
Nguyễn Phương Lâm cùng tập thể lớp ĐTV52- ĐH1 trường đại học Hàng Hải
Việt Nam, đã luôn ủng hộ, giúp đỡ và động viên em vượt qua mọi khó khăn
trong suốt những năm tháng học tập tại trường. Những kiến thức bổ ích tiếp thu
được trong thời gian học tập tại trường không chỉ là cơ sở để làm đồ án tốt
nghiệp mà còn là nền tảng kiến thức vững chắc cho nghề nghiệp của em sau này.
Cuối cùng em xin kính chúc các thầy, các cô và các bạn thật nhiều sức
khỏe và thành công!

3


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án này do mình em tìm hiểu tài liệu và tự hoàn thiện
dưới sự hướng dẫn của thầy ThS. Phạm Việt Hưng. Không sao chép nguyên văn
nội dung từ các đồ án khác cùng tên.

Sinh viên thực hiện

4


MỤC LỤC
Trang

3GPP
ACI
ADPCM
AICH
AMPS
ATM

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
The Third Generation Parnership Project − Tổ chức những thành
viên hợp tác về 3G
Adjacent- Channel Interference − Nhiễu kênh lân cận
Adaptive Digital Pulse Code Modulation − Điều chế xung mã vi
sai thích ứng
Acquisition Indicator Channel − Kênh chỉ thị bắt
Advanced Mobile Phone System − Hệ thống điện thoại di động
tiến tiến
Asynchoronuos Transfer Mode − Truyền không đồng bộ
5


BCH

Broadcast Control Channel − Kênh quảng bá

BER
BMC
BPSK
BSC
BTS
CCI

Bit Error Rate − Tỷ lệ lỗi bit
Broadcast/Multicast Control − Điều khiển truyền vô tuyến
Binary Phase Shift Keying − Khóa dịch pha nhị phân
Base Station Controller − Điều khiển trạm gốc
Base Transceiver Station − Trạm thu phát gốc
Cochannel Interference − Nhiễu đồng kênh

CD/CA-

Collision Detection Channel Assignment Indicator Channel −

ICH

Kênh chỉ thị phát hiện tranh chấp/ ấn định kênh

CDMA

Code Division Multiple Access − Đa truy nhập phân chia theo mã

CH
CPCH

CPCH

Channel – Kênh
Common Packet Channel − Kênh gói chung đường lên
Common Pilot Channel − Kênh báo hiệu chung
Status Indicator Channel − Kênh chỉ thị trạng thái kênh vật lý

SICH
CS
CT-2
CTCH
D-AMPS
DCS
DPCCH

chung CSICH
Circuit Switch − Chuyển mạch kênh
Cordless Telephone − Mạng điện thoại không dây
Common Transport Channel − Kênh chung
Digital- Advance Mobile Phone Service − Điện thoại di động tiên
tiến kỹ thuật số
Data Communication Subsystem − Phân hệ thông tin số liệu
Dedicated Physical Control Channel – Kênh điều khiển vật lý
dành riêng

DPCH

Dedicated Physical Channel − Kênh vật lý riêng đường xuống

DPDCH

Dedicated Physical Data Channel −Kênh dữ liệu vật lý dành riêng

DRNC
DSCH
DSSS
DT

Drift RNC − RNC kề cận
Downlink Shared Channel − Kênh chia sẻ đường xuống
Direct Sequence Spread Spectrum − Trải phổ trực tiếp
Discontinuous Trasmission − Phát không liên tục

DTCH

Dedicated Transport Channel − Kênh dành riêng

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM Evolution − Dữ liệu nâng cao từ
6


mạng GSM
ETSI

European Telecommunication Standars Institute − Hiệp hội tiêu

FACH

chuẩn viễn thông châu Âu
Forward Access Channel − Kênh truy nhập hướng đi

FDD

Frequency Division Duplex − Song công phân chia theo tần số

FDMA
FER
FFH
FHSS
GGSN
GPRS
GSM
HLR
HSCSD
IMT2000
IP
ISDN
LFSR
MAC
ME
MS
NMT
OVSF
PAR
PCCPCH
PCH

Frequence Division Multiple Access − Đa truy nhập phân chia

theo tần số
Frame Error Rate − Tỷ lệ lỗi khung
Fast Frequency Hopping − Hệ thống nhảy tần nhanh
Frequency Hopping Spread Spectrum − Hệ thống trải phổ nhảy
tần
Gateway GPRS Support Node − Nút hỗ trợ cổng nối GPRS
General Packet Radio Service − Dịch vụ vô tuyến gói chung
Global System for Mobile Communication − Thông tin di động
toàn cầu
Home Location Register − Thanh ghi định vị thường trú
High-Speed Circuit-Switched Data − Dữ liệu chuyển mạch tốc độ
cao
International Mobile Telecommunications in the year 2000 −
Viễn thông di động quốc tế vào năm 2000
Internet Protocol − Giao thức Internet
Integrated Service Digital Network − Mạng số đa dịch vụ
Linear Feedback Shift Register − Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính
Medium Access Control − Điều khiển truy nhập môi trường
Mobile Equipment − Đầu cuối vô tuyến
Mobile station − Máy di động
Nordic Mobile Telephone − Điện thoại di động Bắc Âu
Orthogonal Variabe Spreading Factor − Mã trực giao độ dài khả
biến
Peak-to-Pverage Power Ratio − Đỉnh trung bình
Primary Common Control Physical Channel − Kênh vật lý điều
khiển chung sơ cấp
Paging Channel − Kênh tìm gọi
7

PCN
PCPCH
PCS
PDC
PDCP
PDSCH
PHS
PICH
PLMN
PN
PRACH
PSTN

Personal Communication Network − Mạng truyền thông cá nhân
Physical Common Packet Channel − Kênh gói chung vật lý
Personal Communication Service − Dịch vụ viễn thông cá nhân
Packet Data Communication − Thông tin dữ liệu gói
Packet Data Convergence Protocol − Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Physical Downlink Shared Channel − Kênh vật lý chia sẻ đường
xuống
Personal Hand-phone System − Hệ thống di động cá nhân
Paging Indicaton Channel − Kênh chỉ thị tìm gọi
Public Land Mobile Network − Mạng di động công cộng mặt đất
Pseudo-Random Noise − Tạp âm giả ngẫu nhiên
Physical Random Access Channel − Kênh truy nhập ngẫu nhiên
vật lý
Public Switched Telephone Network − Mạng điện thoại chuyển

QPSK

mạch công cộng
Quadrature Phase Shift Keying − Khóa dịch pha cầu phương

RACH

Random Access Channel − Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN

Radio Access Network − Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

RANAP
RF
RLC
RNC
RNS
SCCPCH
SCH
SF
SFH
SGSN
SIR
SMS
SRNC

Radio Access Network Application Part − Ứng dụng mạng truy
nhập vô tuyến
Radio Frequency − Tần số vô tuyến
Radio Link Control − Điều khiển kết nối vô tuyến
Radio Network Controller − Bộ điều khiển trạm gốc

Radio Network System − Hệ thống mạng vô tuyến
Secondary Common Control Physical Channel − Kênh vật lý điều
khiển chung thứ cấp
Synchronization Channel − Kênh đồng bộ
Spreading Factor − Hệ số trải phổ
Slow Frequency Hopping − Hệ thống nhảy tần chậm
Serving GPRS Support Node − Nút hỗ trợ dịch vụ của GPRS
Signal to Interference Ratio − Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
Short Message Service − Dịch vụ nhắn tin ngắn
Service RNC − RNC phục vụ
8


TACS
TCH
TDD
TDMA

Total Access Communication System − Hệ thống thông tin truy
nhập toàn cầu
Traffic Channel − Kênh lưu thông và báo hiệu
Time Division Duplex − Song công phân chia theo thời gian
Time Division Multiple Access − Đa truy nhập phân chia theo

TE

thời gian
Terminal Equipment − Thiết bị kết cuối

THSS

Time Hopping Spread Spectrum − Trải phổ nhảy thời gian

TIA
UE
UMTS
USIM
UTRAN

Telecommunications Industry Association − Hiệp hội các nhà
công nghiệp viễn thông
User Equipment − Thiết bị người sử dụng
Universal Mobile Telecommunications System − Hệ thống thông
tin di động đa năng
UMTS Subscriber Identity Module − Module nhận thực thuê bao
UMTS Terrestrial Radio Network − Mạng truy nhập vô tuyến

mặt đất
VLR
Visitor Location Register − Thanh ghi định vị tạm trú
WCDMA WideBand CDMA − CDMA băng rộng
WLL
Wireless Local Loop − Mạng vòng cục bộ không dây

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
1.1

Tên bảng
So sánh các thông số của hệ thống W-CDMA và CDMA2000

9

Trang
6


2.1

2.2
2.3

Kết quả trạng thái đầu ra của bộ tạo mã với
theo xung đồng hồ
Bảng trạng thái bộ ghi dịch tốc độ cao
Kết quả trạng thái bộ tạo chuỗi bằng cách lấy mẫu

41

42
46

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Tran
g

1.1

Tiến trình phát triển lên 3G của hệ thống thông tin di động

2

1.2

Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống 3G UMTS W-CDMA

7

1.3

Cấu trúc mạng UTRAN

9
10


1.4

Sơ đồ phân lớp hệ thống

12

1.5

Cấu trúc kênh vật lý UTRA/IMT-2000

13

1.6

Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

18

2.1

Phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian

19

2.2

Phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số

19

2.3

Phương pháp đa truy nhập phân chia tần số trực giao

20

2.4

Phương thức đa truy nhập phân chia theo mã

20

2.5

Băng thông tín hiệu

21

2.6

Sơ đồ tổng quát hệ thống trải phổ SS

21

2.7

Sơ đồ máy phát DSSS- BPSK

23

2.8

Dạng sóng DS/SS- BPSK

24

2.9

Sơ đồ máy thu DSSS- BPSK

25

2.10

Dạng sóng các tín hiệu tại máy thu DSSS- BPSK

26

2.11

Mật độ phổ công suất của các tín hiệu

28

2.12

Sơ đồ khối máy phát của hệ thống DS/SS- QPSK

29

2.13

Dạng sóng điều chế DS/SS- QPSK cho cả 2 nhánh I và Q

31

2.14

Sơ đồ khối máy thu DS/SS- QPSK

32

2.15

Trải phổ nhảy tần

35

2.16

Sơ đồ khối hệ thống trải phổ nhảy tần

35

2.17

Hệ thống nhảy tần nhanh

36

2.18

Hệ thống nhảy tần chậm

38

2.19

Đồ thị trải phổ nhảy thời gian

37

2.20

Sơ đồ khối hệ thống trải phổ TH/SS

38

2.21

Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN

39

11


2.22

Bộ tạo mã với đa thức

40

2.23

Mạch thanh ghi tốc độ cao

41

2.24

Mạch thanh ghi tốc độ cao

42

2.25

Hàm tự tương quan cho chuỗi m

45

2.26

Hàm tự tương quan cho chuỗi PN

45

2.27

Sơ đồ tạo chuỗi bằng lấy mẫu

46

2.28

Sơ đồ khối chức năng máy thu DS/SS

48

3.1

Quá trình trải phổ và ngẫu nhiên hóa

50

3.2

Cấu trúc cây mã định kênh

51

3.3

Các mã ngẫu nhiên hóa sơ cấp và thứ cấp

53

3.4

Ghép kênh theo mã I/Q kết hợp ngẫu nhiên hóa phức

55

3.5

Trải phổ và ghép kênh vật lý DPDCH và DPCCH

56

3.6

Sơ đồ trải phổ phần bản tin của kênh vật lý PRACH và
PCPCH

57

3.7

Sơ đồ tổng quá trải phổ cho các kênh vật lý đường xuống

58

3.8

Sơ đồ ghép kênh đa mã cho đường xuống

60

12


MỞ ĐẦU
Trong sự phát triển của công nghệ thông tin như hiện nay, song song với
những thành tựu về công nghệ thông tin, điện tử, tin học, là sự phát triển mạnh
mẽ của lĩnh vực thông tin di động, giữ vai trò rất quan trọng trong mọi hoạt
động đời sống, kinh tế, văn hóa xã hội.
Từ những hệ thống thuộc thế hệ thứ nhất 1G, kỹ thuật tương tự, phát triển
lên thế hệ thứ 2 với các hệ thống thông tin số, cải thiện cả về tốc độ và dung
lượng hệ thống, nổi bật là hai công nghệ GSM và CDMA với những thành tựu
đáng kể. Thế hệ thứ 3 được phát triển do nhu cầu cần thiết về trao đổi số liệu tốc
độ cao, đa loại hình dịch vụ với chất lượng tốt. Theo tiêu chuẩn của tổ chức Liên

minh viễn thông quốc tế, các hệ thống GSM sẽ được phát triển lên hệ thống 3G
W-CDMA, trong khi đó các hệ thống CDMA sẽ phát triển thành CDMA- 2000.
Ở Việt Nam, mạng di động đã phát triển khá nhanh với nhiều nhà mạng
lớn như Mobifone, Vinafone,Viettel, EVN-Tellecom…góp phần tạo nên sự đa
dạng dịch vụ mobile cho người sử dụng. Đa số đây đều là những hệ thống GSM,
chính vì vậy mà khi phát triển lên 3G sẽ là hệ thống 3G UMTS trên cơ sở công
nghệ đa truy nhập theo mã băng rộng W- CDMA. Từ những dẫn chứng trên và
sự yêu thích tìm hiểu, em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: “Kỹ thuật trải phổ và
ứng dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống 3G W- CDMA”.
Cấu trúc đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động 3G W- CDMA.
Chương 2: Kỹ thuật trải phổ trong hệ thống CDMA.
Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống 3G W- CDMA.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo ThS. Phạm Việt Hưng,
người đã tận tình hướng dẫn em khi thực hiện đồ án này.
Trong thời gian tương đối ngắn mà lượng kiến thức khá rộng, do hiểu biết
còn hạn chế nên nội dung không tránh khỏi những thiếu sót, em rất muốn nhận
được sự đóng góp ý kiến từ thầy cô và các bạn để đồ án của em được tốt hơn.
13


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G
W-CDMA
1.1 SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN LÊN HỆ THỐNG 3G CỦA CÁC HỆ
THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Hình 1.1: Tiến trình phát triển lên 3G của hệ thống thông tin di động
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1G
Đây là những hệ thống thông tin di động có dải tần hẹp, sử dụng phương
thức điều chế FM cho thoại, điều chế FSK cho tín hiệu, kỹ thuật đa truy nhập

FDMA cho nên còn tồn tại nhiều nhược điểm. Hệ thống có dung lượng nhỏ, sử
dụng chuyển mạch tương tự, chất lượng cuộc gọi kém, khả năng bị gián đoạn
cuộc gọi rất cao khi chuyển vùng, chế độ chuyển giao cuộc gọi giữa các cell
không được tin cậy và tin tức không được bảo mật.
1.1.2 Hệ thống di động thế hệ thứ 2 (2G)
- Hệ thống GSM: ở châu Âu, băng tần hoạt động là 890- 915 MHz cho
đường lên và 935- 960 MHz cho đường xuống.
- Hệ thống tế bào kỹ thuật số 1800 (DCS 1800): Đây là một mạng truyền
thông cá nhân PCN tại Anh trên băng tần 1700- 2300 MHz.
14


- Các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến kỹ thuật số (D-AMPS): IS-136.
- Hệ thống CDMA one (IS- 95A): Băng tần hoạt động 869- 894 MHz cho
đường xuống và 824- 849 MHz cho đường lên.
Ngoài ra còn có các hệ thống khác như hệ thống tế bào số cá nhân, hệ
thống điện thoại không dây CT-2, mạng viễn thông vô tuyến kỹ thuật số tiên tiến
DECT, hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân PHS.
* Đặc điểm chung của các hệ thống 2G:
- Các hệ thống này dùng kỹ thuật chuyển mạch số.
- Dung lượng cho phần dữ liệu tăng do giảm bớt phần tín hiệu báo hiệu.
- Có khả năng chống nhiễu kênh hiệu quả vì được áp dụng các phương
thức mã hóa kênh.
- Tin tức được bảo mật cao.
- Khả năng chuyển giao hiệu quả hơn hệ thống cũ.
- Đáp ứng nhiều dịch vụ mới: thoại, số liệu, SMS, fax.
Tuy nhiên các hệ thống này còn nhiều nhược điểm: Độ rộng băng tần hạn
chế, khó đạt được các yêu cầu dịch vụ dữ liệu với tốc độ cao trong tương lai.
Ngoài ra vấn đề về khả năng lưu động toàn cầu còn nhiều khó khăn do
chưa thống nhất các hệ thống này tại các vùng lãnh thổ.

* Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 tiên tiến: Đây là bước đệm để cải
tiến hệ thống 2G lên 3G của hệ thống thông tin di động, sử dụng cơ sở hạ tầng
cơ sở là hệ thống 2G và có kết hợp thêm hệ thống chuyển mạch gói.
- Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD; dịch vụ vô tuyến gói
chung GPRS và công nghệ EDGE ra đời là giải pháp nâng cao tốc độ dữ liệu
của mạng chuyển mạch kênh (HSCSD) và chuyển mạch gói (GPRS).

15


- IS-95B: là hệ thống phiên bản đóng gói của IS-95A. Đây là cơ sở hình
thành hệ thống CDMA-2000 của 3G, giao diện IMT- 2000.
1.1.3 Hệ thống di động thế hệ thứ 3
Từ những năm 90, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 ra đời bằng kỹ
thuật đa truy nhập TDMA và CDMA cải tiến. So với hai hệ thống trước, hệ
thống này là hệ thống đa dịch vụ băng rộng tốc độ cao và đa phương tiện phủ
sóng toàn cầu như dịch vụ hộp thư thoại, truyền dữ liệu, fax, chuyển vùng quốc
tế, truy cập Internet, tra cứu thông tin, dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, dịch
vụ điện thoại thấy hình...
Một số đặc điểm của nó là có thể thực hiện chuyển mạng, hoạt động mọi
lúc, mọi nơi. Mỗi thuê bao di động được gắn một mã nhận dạng cá nhân, có thể
định vị vị trí chính xác của thuê bao tại bất cứ nơi đâu.
* Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:
+ Khả năng truyền thông đa phương tiện với tốc độ tối đa 384kb/s trong
vùng phủ sóng rộng và tới 2Mb/s trong vùng phủ sóng hẹp.
+ Cung cấp đa dịch vụ như thoại, video, gói dữ liệu... Đáp ứng cả dịch vụ
chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói, truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ
bit thấp ở đường lên; tốc độ bit cao ở đường xuống).
+ Khả năng tương thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông;
+ Có khả năng lưu động, chuyển vùng giữa các quốc gia toàn thế giới.

+ Tính cước theo dung lượng truyền mà không theo thời gian kết nối.
* Các tiêu chí chung để thiết lập IMT-2000:
- Dải tần quy định quốc tế: Đường xuống: 2110- 2200 MHz và đường lên
là 1885- 2025 MHz.
- Là một hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin
vô tuyến.
- Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện, dễ dàng đáp ứng các dịch vụ mới.
- Môi trường hoạt động gồm 4 vùng:
16


+ Vùng 1: Trong nhà, ô picô, tốc độ bit 2 Mb/s.
+ Vùng 2: Trong thành phố, ô micro, tốc độ bit 384 kb/s.
+ Vùng 3: Vùng ngoại ô, ô macro, tốc độ bit 144 kb/s.
+ Vùng 4: Toàn cầu, tốc độ bit 9,6 kb/s.
IMT- 2000 quy định các tiêu chuẩn cho 4 hệ thống 3G trên thế giới đó là:
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS ở châu Âu gồm W-CDMA FDD
và W-CDAM TDD; CDMA- 2000 ở Mỹ; UWC-136. Trong đó 2 hệ thống phổ
biến nhất là hệ thống UMTS W-CDMA (CDMA băng rộng) và CDMA- 2000.
- Hệ thống viễn thông di động toàn cầu UMTS W- CDMA: Hệ thống 3G
của châu Âu, là một trong họ của các giao diện sóng radio của IMT- 2000. Năm
1998, thiết lập 3GPP là những chỉ tiêu kỹ thuật của một hệ thống 3G, dựa trên
một CN của GSM cải tiến và UTRAN. Hệ thống sử dụng công nghệ CDMA
băng rộng (W- CDMA), cho phép chuyển giao giữa UMTS và GSM.
WCDMA: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng, sử dụng CDMA trải
phổ trực tiếp, tốc độ chip 3,84 Mc/s. Hai chế độ hoạt động là UTRA FDD và
UTRA TDD phương thức song công phân chia theo tần số và thời gian. Trong
đồ án em sẽ đi sâu tìm hiểu về chế độ UTRA FDD.
* Chức năng của UMTS: Phục vụ các dịch vụ đa phương tiện băng rộng,
tốc độ bit từ 64 đến 2048 Kb/s cho phép truyền hình ảnh, truy cập cơ sở dữ liệu

từ xa, truyền fax, video, truy nhập mạng… dựa trên các dịch vụ đang được cung
cấp bởi các hệ thống 2G cơ sở và cải tiến thêm, tốc độ dữ liệu có thể tới 2 Mb/s.
- Hệ thống CDMA- 2000: Hay IMT Multi- Carrier (IMT đa sóng mang) là
một tiêu chuẩn công nghệ cho hệ thống 3G xác định bởi 3GPP2, tiêu chuẩn này
sử dụng kỹ thuật CDMA. CDMA-2000 có một lịch sử kỹ thuật tương đối dài và
tương thích ngược với mạng IS- 95. Tập các tiêu chuẩn bao gồm: CDMA-2000
1X, CDMA-2000 EV-DO Rev. 0, CDMA2000 EV-DO Rev. A, và CDMA2000
EV-DO Rev.
17


Bảng 1.1 So sánh các thông số của hệ thống W-CDMA và CDMA-2000
Thông số
Phương thức song
công
Băng tần

W-CDMA
FDD, TDD
FDD mode: 1920- 1280
MHz uplink
2110- 2170 MHz downlink
TDD mode: 1900- 1920
MHz; 2010- 2025 MHz
5 MHz

CDMA-2000
FDD
1850 - 1910 MHz uplink
1930 - 1990 MHz

downlink

Tốc độ chip
Độ dài khung
Điều chế

3,84 Mc/s
10 ms
Downlink: QPSK
Uplink: BPSK

1,25 × N MHz.
Ban đầu N bằng 1,2 hoặc
3 nhưng về sau N có thể là
6,9 hay 12
1,2288 × N Mc/s
20 ms
Downlink: QPSK
Uplink: BPSK

Trải phổ

Downlink: QPSK
Uplink: OCQPSK

Downlink: QPSK
Uplink: BPSk

Băng thông kênh

Mã hóa thoại
Tốc độ truyền dữ
liệu
Tần số điều khiển
công suất
Đồng bộ trạm gốc
Giao diện mạng
3G
Mã hóa

AMR
AMRUPlink: BPSK
Chế độ kênh lên đến 144 144 kb/s, 384 kb/s và 2048
kb/s, 384 kb/s, 2,048 Mb/s. Kb/s
Chế độ gói dữ liệu tối thiểu
144kb/s,384kb/s, 2048 Kb/s
1500 Hz
800 Hz
Không

Có

GSM
(Phiên bản phát triển)

ANSI-41
(phiên bản phát triển)

Turbo và mã xoắn

Turbo và mã xoắn

18


1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3G UMTS W-CDMA
1.2.1 Cấu trúc hệ thống

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống 3G UMTS W-CDMA
Đây là một hệ thống mạng di động có sự kết hợp cả phương thức chuyển
mạch kênh lẫn chuyển mạch gói tại một nút mạng, nên có khả năng chuyển
mạch linh hoạt bằng các phần tử logic, truyền dẫn được nhiều kiểu tín hiệu:
thoại, số liệu dung lượng lớn.
* Các giao diện vô tuyến:
- Giao diện Uu: giao diện mở quan trọng nhất cho phép UE truy nhập tới
các phần tử của mạng UTRAN.
- Giao diện Iub: mối liên kết giữa mỗi nút B với mỗi RNC.
- Giao diện Iu: giao diện cho kết nối CN với UTRAN, giao diện này cho
phép giao tiếp UTRAN và CN của nhiều nhà sản xuất.
- Giao diện Cu: kết nối giữa ME với thẻ USIM. C u được chuẩn khuôn
dạng cho các USIM.
- Giao diện Iur: cho khả năng chuyển giao mềm giữa các RNC từ những
nhà sản xuất riêng.
19


Cấu trúc của mạng UMTS gồm 3 thành phần cơ bản: Thiết bị người sử
dụng (UE), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) và mạng lõi CN.
Trong đó, UE giao tiếp với UTRAN thông qua giao diện U u. Giao tiếp giữa
UTRAN và CN thông qua giao diện Iu.

1.2.1.1 Thiết bị người dùng (UE)
UE là thiết bị đầu cuối người dùng của mạng, bao gồm hai phần:
- ME: thiết bị di động hay đầu cuối vô tuyến kết nối với mạng thông tin
vô tuyến mặt đất bằng giao diện Uu.
- USIM: Module xác thực thuê bao, là một card thông minh trong đó lưu
thông tin nhận dạng, thủ tục nhận thực cho thuê bao, là nơi lưu trữ các khoá
nhận thực, các thông tin quan trọng về thuê bao.
Giao tiếp giữa ME và USIM là giao diện C u. ME gồm một số phần tử thực
hiện từng chức năng cụ thể, chẳng hạn thành phần MT (kết cuối mobile) thực
hiện truyền sóng radio; TE (thiết bị kết cuối) nơi lưu trữ các ứng dụng UMTS.
1.2.1.2 Mạng truy nhập radio mặt đất UTRAN
* Yêu cầu:
- Tốc độ truyền số liệu rất cao, tối thiểu 384 Kb/s trong vùng phủ sóng
rộng và 2 Mb/s trong vùng phủ sóng hẹp.
- Kết hợp linh hoạt dịch vụ chuyển mạch gói với chuyển mạch kênh.
- Hỗ trợ một kết nối đa dịch vụ.
- Dung lượng lớn hơn hệ thống GSM.
- Hỗ trợ thêm các chức năng để hai chế độ tồn tại song song.
* Đặc tính của mạng UTRAN:
- Phổ tần: Băng tần đơn (1910-1920 Mhz: 2010-2025 Mhz), băng tần kép
(1929-1980 Mhz : 2110-2170 Mhz). Dải phổ này được chọn sử dụng cho Nhật
Bản và châu Âu; tại Bắc Mỹ dải phổ trên được cấp cho các hệ thống PCS.
20


- Dung lượng: Với chất lượng ứng dụng tốt hơn mạng hiện thời, đây là
một hệ thống đa tốc độ, có thể truyền dữ liệu với tốc độ bit thấp hoặc cao do áp
dụng trải phổ động, kết hợp thích ứng năng lượng truyền sóng. Với tốc độ 384
Kb/s khi dịch chuyển và 2 Mb/s khi cố định, đa loại hình dịch vụ.
- Dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói: Dịch vụ chuyển

mạch kênh tốc độ cao được ứng dụng trong các dịch vụ thời gian thực. Dịch vụ
chuyển mạch gói cho phép người dùng luôn trực tuyến sử dụng những ứng dụng
không chiếm cả một kênh riêng. Người sử dụng sẽ chỉ phải thanh toán cước phí
cho số dữ liệu trao đổi qua mạng mà không bị tính phí thời gian kết nối.
Mạng UTRAN có hỗ trợ một kênh riêng để truyền dữ liệu gói khi phải
truyền các gói tin cỡ lớn một cách liên tục, hiệu quả về mặt kinh tế cho các ứng
dụng truy cập mạng LAN và Internet.
- Chuyển giao mềm: Trong mạng GSM, tại mỗi thời điểm, một máy di
động MS chỉ có thể nối tới một trạm thu phát. Khi di chuyển trong lúc đang gọi
thoại thì mobile sẽ được kết nối tới một trạm phù hợp nhất bằng chức năng
chuyển giao. Còn trong mạng UTRAN, UE được kết nối tới nhiều trạm thu phát
của nhiều Cell tại một thời điểm nên khả năng chuyển giao mềm hơn.
* Cấu trúc hệ thống mạng UTRAN

Hình 1.3: Cấu trúc mạng UTRAN
21


Mạng UTRAN gồm các hệ thống mạng RNS, trong đó gồm một khối
RNC điều khiển các nút B và mạng vô tuyến. Giao tiếp giữa một nút B và RNC
thông qua một giao diện Iub. Giao tiếp giữa RNS với mạng lõi thông qua bằng I u
và giữa các RNC với nhau qua giao diện Iur. So với cấu trúc mạng GSM, RNS có
thể xem như 3G của BTSC trong đó một nút B tương đương với một BTS với
vùng phủ sóng hỗ trợ được các giao diện sóng vô tuyến 3G.
- Thành phần RNS: Chức năng điều khiển các cuộc gọi, điều khiển công
suất, chuyển mạch vùng cũng như kết nối với mạng lõi CN thông qua giao diện
Iu. Đồng thời cung cấp một kết cuối giao thức nhằm điều khiển tài nguyên vô
tuyến của mạng, truyền các bản tin và thủ tục giữa MS và UTRAN. RNS có vai
trò giống như một BSC trong mạng GSM.
Khối RNC: Điều khiển CRNC của nút B thông qua giao diện Iub. CRNC

có nhiệm vụ điều khiển tài nguyên vô tuyến cho cell của mình. Khi MS và
UTRAN kết nối có thể sử dụng tài nguyên vô tuyến của một hay nhiều RNC:
+ SRNC (RNC phục vụ): điều khiển một MS dùng toàn bộ giao diện I u
cho truyền số liệu và báo hiệu RANAP tương ứng từ thiết bị người dùng đến
mạng lõi. SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên radio như giao
thức báo hiệu giữa UTRAN và UE. Xử lý các số liệu lớp hai, tới hoặc từ giao
diện vô tuyến. SRNC cũng là CRNC của một nút B khác.
+ DRNC (RNC kề cận) là một RNC nào đó khác SRNC có chức năng
điều khiển các cell được MS sử dụng. DRNC sẽ kết hợp, phân chia ở phân tập vĩ
mô khi cần thiết. Không xử lí số liệu lớp hai, từ hoặc tới giao diện vô tuyến mà
sẽ chỉ có chức năng định tuyến số liệu giữa hai giao diện I ur và Iub một cách trong
suốt. Một UE có thể có nhiều DRNC nhưng cũng có thể không có.
Nút B(trạm gốc): Nhiệm vụ xử lí lớp vật lý (lớp 1) của giao diện vô tuyến,
chuyển đổi dữ liệu giữa giao diện U u và Iub, điều khiển công suất vòng trong.
Chức năng tương tự như BS trong GSM.
1.2.1.3 Mạng lõi CN
22


- HLR: là cơ sở dữ liệu dung để lưu trữ các thông tin cơ bản nhất về thuê
bao đã được đăng ký với mạng, để quản lý thông tin về dịch vụ cho phép, định
tuyến cuộc gọi, tính cước cuộc gọi; dịch vụ bổ sung như chuyển hướng cuộc gọi,
tốc độ truyền dữ liệu, thư thoại, các vùng không được chuyển mạng.
- MSC/VLR: Đáp ứng những dịch vụ chuyển mạch kênh, ở vị trí hiện thời
của UE trong mạng. Tổng đài MSC có nhiệm vụ kết nối dữ liệu chuyển mạch
kênh trong toàn mạng, thông tin báo hiệu, thực hiện chuyển mạch cho thuê bao
được MSC này quản lý. VLR lưu trữ bản sao của HLR gồm thông tin đã đăng
ký của thuê bao, các dịch vụ được sử dụng, thông tin vị trí của thuê bao trong
mạng. Phần mạng được dùng để truy nhập qua MSC/VLR được gọi là vùng CS.
- GMSC: thực hiện chuyển mạch kết nối với mạng dữ liệu chuyển mạch

kênh ngoài với MS.
- SGSN: có chức năng giống như của MSC/VLR nhưng áp dụng cho
những dịch vụ chuyển mạch gói. SGSN lưu trữ các thông tin về đăng ký và vị trí
thuê bao. Phần mạng truy nhập qua SGSN gọi là vùng PS.
- GGSN: chức năng giống với GMSC nhưng áp dụng cho các dịch vụ PS.
1.2.1.4 Các mạng ngoài
- Các mạng CS: Đảm bảo các kết nối những dịch vụ chuyển mạch kênh
giống như các dịch vụ thoại.
- Các mạng PS: Đảm bảo các kết nối những dịch vụ chuyển mạch gói.
1.2.1.5 Mạng truyền dẫn
Mạng UTRAN truyền dẫn trên cơ sở phương thức ATM. Tiêu chuẩn
UTRAN đã được thảo luận để đưa ra kết luận xem mạng truyền dẫn có nên để
mở hay vẫn có cả lớp truyền dẫn, do một số nhà khai thác dịch vụ mong muốn
mạng có tính chất mở để tăng khả năng lựa chọn dịch vụ. Việc truyền dẫn giữa
trung tâm chuyển mạch và các trạm thu phát thực hiện bằng thủ tục mạng lõi.
23


Trong tương lai sẽ hướng đến một mạng chuyển mạch gói, ATM sẽ là
phương thức được chuẩn hóa và sử dụng với hiệu quả cao trong việc truyền một
lượng lớn số gói tin với trễ truyền thấp nhất. Có khoảng 300 cuộc gọi thực hiện
cùng lúc trên một luồng E1/T1.
1.2.1.6 Phân lớp trong hệ thống W- CDMA
Các hệ thống CDMA one, CDMA 2000, W-CDMA đều xây dựng một mô
hình OSI, trong đó phân chia thành nhiều lớp: lớp vật lý, lớp truyền dẫn, lớp
mạng truyền dẫn. Lớp vật lý có trách nhiệm phát từng bit tin lên kênh vô tuyến,
lớp tuyến truyền dẫn sẽ truyền các bit 0 và 1 này lên mạng truyền dẫn sao cho
không xảy ra lỗi, lớp tuyến chia dữ liệu thành từng khung có độ dài tùy thuộc
vào chuẩn cho mỗi hệ thống, sau đô chuyển đi theo thứ tự, truyền nhận theo cơ
chế yêu cầu phát lại khung khi phát hiện có lỗi. Thông tin từ các host chuyển tới

lớp mạng truyền dẫn, tại đây được biến đổi thành dạng gói và được định tuyến
để truyền đi.
Ở các hệ thống trên, chỉ có lớp mạng truyền dẫn (lớp 3) tương tác trực
tiếp với các ứng dụng báo hiệu, còn tất cả các ứng dụng về lưu lượng như thoại,
số liệu đều chỉ được thông tin qua lớp vật lý (lớp 1).

Hình 1.4: Sơ đồ phân lớp hệ thống
Trong hệ thống UMTS W-CDMA, lớp tuyến truyền dẫn được chia thành
nhiều lớp con gồm: MAC, RLC, PDP, BMC.
24


* Lớp vật lý trong W- CDMA
Trong cấu trúc phân lớp hệ thống W- CDMA thì lớp 1 (lớp vật lý) là lớp
trực tiếp tương tác với các ứng dụng lưu lượng nên đây là lớp quan trọng nhất.
Cấu trúc kênh vật lý của UTRAN/IMT-2000 cơ bản giống với GSM
TDMA, được phân chia thành siêu khung, khung và khe thời gian. Tuy nhiên ở
GSM, mỗi người dùng chỉ được cấp 1 khe thời gian riêng thì ở W-CDMA, một
khe thời gian có thể cho nhiều người dùng tùy vào yêu cầu của thuê bao về tốc
độ bit cần truyền và hệ số trải phổ, do đó việc phát tín hiệu là liên tục hoặc gián
đoạn ở tất cả các khe thời gian.
Sơ đồ cấu trúc tổ chức kênh vật lý của hệ thống như sau:

Hình 1.5: Cấu trúc kênh vật lý UTRA/IMT-2000
Một siêu khung dài 720 ms được chia thành 72 khung, mỗi khung 10ms
lại phân ra thành16 khe thời gian, mỗi khe dài 0,625 ms.
Mỗi khung có độ dài 10ms thích hợp với độ dài khung của mã thoại ITUG729. Có thể hỗ trợ thêm dịch vụ truyền hình khi đang di chuyển, bằng cách
ghép thêm luồng hình mã Videophone H.263 vào các khung này.
Trong mạng UTRAN, kênh DPDCH được ghép theo thời gian với kênh
DPCCH trên đường xuống, còn ở đường lên thì được xếp ghép thành các nhánh

Mod I và Q.

25