Hệ thống truy nhập vô tuyến trong mạng thông tin di động w cdma

Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học bách khoa h nội

***

luận văn thạc sĩ khoa học

Hệ thống truy nhập vô tuyến
trong mạng thông tin di động
W-CDMA

ngành : Điện tử viễn thông
m số :

đặng khánh hòa

Ngời hớng dẫn khoa học: ts. đỗ HONG TIếN

Hà nội 2005


ii

LỜI CAM ĐOAN
Với sự lựa chọn đề tài: “Hệ thống truy nhập vô tuyến trong mạng thông tin di
động W-CDMA” với mong muốn hoàn thành luận văn một cách tốt đẹp nhất. Dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo: TS. Đỗ Hoàng Tiến em xin cam đoan nhũng nội dung
trong luận văn này là hoàn toàn đúng sự thật và do chính bản thân tìm tịi nghiên cứu
và tham khảo trong các tài liệu khoa học trong và ngoài nước.
Học viên

ĐẶNG KHÁNH HÒA


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................................i
MỤC LỤC ...................................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................................xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................................xiv
LỜI MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA...............................................................2
1.1 Những yêu cầu của hệ thống ..............................................................................................2
1.2 Đặc tính W-CDMA và thơng số của hệ thống...................................................................3
1.2.1 Đặc tính của W-CDMA...............................................................................................3
1.2.2 Các thơng số cơ bản của W-CDMA ............................................................................6
CHƯƠNG 2 – THIẾT BỊ MẠNG TRUY NHẬP ........................................................................8
2.1 BTS.....................................................................................................................................8
2.1.1 Cấu hình chức năng .....................................................................................................8
2.1.2 Các đặc điểm kĩ thuật cơ bản của BTS........................................................................9
2.1.3 Những công nghệ quan trọng trong mỗi khối chức năng ..........................................11
2.2 RNC ..................................................................................................................................13
2.3 MPE ..................................................................................................................................15
2.4 Anten BS ..........................................................................................................................17
2.4.1 Anten BS cho chuẩn IMT-2000 ................................................................................17
2.4.2 Sự phân chia tần số ....................................................................................................19
CHƯƠNG 3 – GIAO DIỆN TRUY NHẬP VÔ TUYẾN ..........................................................22
3.1 Cấu trúc của mạng truy cập vô tuyến (RAN) ...................................................................22
3.2 Lớp vật lý..........................................................................................................................24

3.2.1 Kênh truyền tải ..........................................................................................................24
3.2.2 Kênh vật lý ................................................................................................................25
3.2.3 Ánh xạ các kênh truyền tải vào các kênh vật lý ........................................................32
3.2.4 Ghép kênh truyền tải ................................................................................................32
3.2.5 FEC (mã hố kênh)....................................................................................................34
3.2.6 Q trình thích ứng tốc độ .........................................................................................35
3.2.7 Bộ cài xen ..................................................................................................................35
3.2.8 Quá trình điều chế và trải phổ ...................................................................................36
3.2.9 TPC............................................................................................................................38
3.2.10 Điều khiển công suất phát phân tập lựa chọn site (SSDT)......................................39
3.2.11 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên.............................................................................40
3.2.12 Sự phân tập phát ......................................................................................................43
3.2.13 Chế độ nén ...............................................................................................................45
3.3 Tầng phụ điều khiển truy nhập phương tiện (MAC)........................................................46


iv
3.3.1 Kênh logic .................................................................................................................46
3.3.2 Ánh xạ của kênh logic và hỗ trợ kênh truyền tải.......................................................47
3.3.3 Tổng quan các chức năng của MAC .........................................................................47
3.3.4 Định dạng dữ liệu ......................................................................................................48
3.3.5 Sự chọn lựa kết hợp định dạng truyền tải..................................................................49
3.4 Tầng phụ điều khiển kết nối vô tuyến (RLC)...................................................................51
3.4.1 Tổng quan các chức năng RLC .................................................................................51
3.4.2 Chế độ trong suốt.......................................................................................................51
3.4.3 Chế độ không báo nhận .............................................................................................52
3.4.4 Chế độ báo nhận ........................................................................................................53
3.4.5 Định dạng dữ liệu ......................................................................................................55
3.4.6 Chức năng loại bỏ......................................................................................................57
3.4.7 Mật mã hoá ................................................................................................................57

3.5 Tầng phụ giao thức hội tụ gói dữ liệu (PDCP).................................................................60
3.5.1 Tổng quan các chức năng ..........................................................................................60
3.5.2 Định dạng dữ liệu ......................................................................................................60
3.5.3 Gán số tuần tự cho PDCP ..........................................................................................61
3.5.4 Tái định vị SRNS.......................................................................................................62
3.6 Lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC)......................................................................62
3.6.1 Tổng quan các chức năng RRC .................................................................................62
3.6.2 Các thủ tục cơ bản .....................................................................................................64
3.6.3 Tin nhắn.....................................................................................................................64
CHƯƠNG 4 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG VƠ TUYẾN ................................................................65
4.1. Thiết kế hệ thống vơ tuyến WCDMA .........................................................................65
4.2. Khái niệm về dung lượng W-CDMA ..............................................................................66
4.2.1. Đường lên .................................................................................................................66
4.2.2. Đường xuống ............................................................................................................68
4.2.3. Điều khiển giám sát ..................................................................................................71
4.3 Thiết kế kết nối vô tuyến ..................................................................................................72
4.3.1. Thiết kế đường lên....................................................................................................72
4.3.2. Thiết kế đường xuống...............................................................................................72
4.3.3. Ví dụ về quỹ kết nối .................................................................................................75
4.4. Cấu hình cell/sector .........................................................................................................78
4.4.1. Tác động của vị trí BS ..............................................................................................78
4.4.2. Cấu hình sector .........................................................................................................78
4.4.3 Sự thở của cell ...........................................................................................................79
4.4.4 Cấu hình cell theo lớp................................................................................................79
CHƯƠNG 5 - CÁC KỸ THUẬT MẠNG..................................................................................80
5.1 Giới thiệu ..........................................................................................................................80
5.2 Kĩ thuật ATM ...................................................................................................................81
5.2.1 Cơ chế chuyển mạch..................................................................................................81
5.2.2 Cấu hình cơ bản của ATM ........................................................................................82
5.2.3 Lớp tương thích ATM (AAL) ...................................................................................82

5.2.3.1 AAL2 ..................................................................................................................83
5.2.3.2 AAL5 ..................................................................................................................84
5.2.4 Chất lượng dịch vụ (QoS) và quản lí lưu lượng ATM ..............................................84
5.2.4.1 Các lớp QoS theo chuẩn của 3GPP ....................................................................84
5.2.4.2 Lớp dịch vụ ATM...............................................................................................85
5.2.4.3 Điều khiển chấp nhận kết nối (CAC) .................................................................86
5.2.4.4 Điều khiển tham số sử dụng (UPC)....................................................................86
5.3 Cơ chế báo hiệu và điều khiển mạng................................................................................87


v
5.3.1 Hệ thống báo hiệu mạng lõi trong ITM-2000 ...........................................................87
5.3.1.1 Giao diện giữa UE và MSC/SGSN.....................................................................87
5.3.1.2 Giao diện giữa RNC và MSC/SGSN..................................................................88
5.3.1.3 Giao diện giữa MSC/SGSN và GMSC/GGSN...................................................88
5.3.1.4 Giao diện giữa HLR/GLR và MSC/VLR và SGSN/GGSN ...............................89
5.3.2 Cơ chế điều khiển ......................................................................................................89
5.3.2.1 Thủ tục cơ bản ....................................................................................................89
5.3.2.2 Các kĩ thuật mạng mới: ......................................................................................92
5.4 Cơ chế truyền thơng gói ...................................................................................................97
5.4.1.Tổng quan về truyền thơng gói di động.....................................................................97
5.4.2. Mục đích của dịch vụ ...............................................................................................98
5.4.3.Cấu trúc mạng............................................................................................................98
5.4.4 Kĩ thuật truyền thơng gói di động............................................................................100
5.4.4.1 Tốc độ truyền và việc điều khiển QoS .............................................................100
5.4.4.2 Điều khiển kỹ thuật xuyên hầm........................................................................101
5.4.5 Cơ chế kết nối..........................................................................................................103
5.4.5.1 Thủ tục khởi tạo tại cuộc gọi ............................................................................103
5.4.5.2 Thủ tục kết cuối tại cuộc gọi ............................................................................104
5.4.5.3 Thủ tục tái định vị.............................................................................................105

5.5 Cơ chế mạng thông minh (IN) ........................................................................................106
5.5.1 Tổng quan về cơ chế IN ..........................................................................................106
5.5.2 So sánh với các hệ thống thông thuờng...................................................................107
5.5.3 Ưu điểm của cơ chế IN............................................................................................109
5.5.4 Xu hướng chuẩn hoá................................................................................................109
5.6 Cơ chế cổng ....................................................................................................................110
5.6.1Cổng chuyển đổi giao thức.......................................................................................110
5.6.1.1 Cấu hình hệ thống.............................................................................................110
5.6.1.2 Điều khiển cuộc gọi và các chức năng .............................................................111
5.6.2 Cổng TCP ................................................................................................................112
5.6.2.1 Cấu hình hệ thống.............................................................................................112
5.6.2.2 Các chức năng ..................................................................................................113
5.6.2.3 W-TCP..............................................................................................................113
5.6.3 Cổng đường hầm ‘Tunneling gateway’...................................................................114
5.6.3.1 Cấu hình hệ thống.............................................................................................114
5.6.3.2 Các chức năng ..................................................................................................114
KẾT LUẬN ..............................................................................................................................116
PHỤ LỤC A .............................................................................................................................117
PHỤ LỤC B .............................................................................................................................120
PHỤ LỤC C .............................................................................................................................124


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
3GPP
3GPP2
AAL
AC
ACCH

ACELP

3rd Generation Partnership
Project (WCDMA)
3rd Generation Partnership
Project 2 (CDMA2000)

ATM Adaptation Layer
Authentication Center
Associated Control Channel
Algebraic Code Excited Linear
Prediction
ACIR
Adjacent Channel Interference
Ratio
ADPCM Adaptive Differential Pulse Code
Modulation
AICH
Acquisition Indication Channel
ALCAP
Access Link Control Application
Part
AMR
Adaptive Multi Rate
APAccess Preamble Acquisition
AICH
Indicator Channel
APC
Auxiliary Pilot Channel
ARIB

Association of Radio Industries
and Business
ARQ
Automatic Repeat Request
ASC
Access Service Class
BCCH
Broadcast Control Channel
BCH
Broadcast Channel;
BCS
Block Check Sequence
BFSK
Binary Frequency Shift Keying
BHCA
Busy Hour Call Attempts
B-ISDN
Broadband ISDN
BLER
Block Error Rate
BMC
Broadcast/Multicast Control
BPSK
Binary Phase Shift Keying
BS
Base Station
BSC
Base Station Controller
BSS
Base Station Subsystem

BSSGP
Base Station System GPRS
Protocol
BSSMAP Base Station System Mobile
Application Part
BTS
Base Transceiver Station
CBR
Constant Bit Rate
CC
Call Control
CC
Call Controls

Dự án phát triển mạng thế hệ 3 cho
WCDMA
Dự án phát triển mạng thế hệ 3 cho
CDMA 2000
Lớp tương thích ATM
Trung tâm nhận thực
Kênh điều khiển liên kết
Dự đốn tuyến tính kích thích mã đại số
Tỷ số nhiễu kênh lân cận
Điều chế xung mã vi sai thích nghi
Kênh chỉ thị bắt
Phần ứng dụng điều khiển kết nối truy
nhập
Biến đổi tốc độ tương thích
Kênh chỉ thị chiếm giữ truy nhập
Preamble

Kênh hoa tiêu phụ
Hiệp hội công nghệp vô tuyến và kinh
doanh
Yêu cầu lặp lại tự động
Lớp dịch vụ truy nhập
Kênh điều khiển quảng bá
Kênh quảng bá
Chuỗi kiểm tra khối
Khoá dịch tần nhị phân
Giờ cuộc gọi cao điểm
ISDN băng rộng
Tỉ lệ lỗi khối
Điều khiển quảng bá
Khoá dịch pha nhị phân
Trạm gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
Phân hệ trạm gốc
Giao thức GPRS hệ thống trạm gố
Phần ứng dụng di động hệ thống trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Tốc độ bit không đổi
Điều khiển cuộc gọi
Điều khiển cuộc gọi


vii
CCCH
CCH
CCPCH
CCTrCH

CD/CAICH
CDMA
CFN
CN
CNR
CPCH
CPFSK
CPICH
CRC
CRNC
CS
CSCF
CSICH
CTCH
DCA
DCCH
DCH
DHO
DPCCH
DPCH
DPDCH
DQPSK
DSCDMA
DSCH
DSSS
DTCH
DTX
EDGE
EIA
EIR

ETSI
FACCH
FACH

Common Control Channel
Control Channel
Common Control Physical
Channel
Coded Composite Transport
Channel
Collision Detection/Channel
Assignment Indicator Channel
Code Division Multiple Access
Connection Frame Number
Core Network
Carrier-to-Noise Ratio
Common Packet Channel
Continuous Phase Frequency
Shift Keying
Common Pilot Channel
Cyclic Redundancy Check
Controlling Radio Network
Controller
Circuit Switched
Call State Control Function
CPCH Status Indicator Channel
Common Traffic Channel
Dynamic Channel Allocation
Dedicated Control Channel
Dedicated Channel

Diversity HandOver
Dedicated Physical Control
Channel
Dedicated Physical Channel
Dedicated Physical Data Channel
Differential Quadrature Phase
Shift Keying
Direct-Sequence Code Division
Multiple Access
Downlink Shared Channel
Direct-Sequence Spread Spectrum
Dedicated Traffic Channel
Discontinuous Transmission
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Electronic Industry Association
Equipment Identity Register
European Telecommunication
Fast Associated Control Channel
Forward Access Channel

Kênh điều khiển dùng chung
Kênh điều khiển
Kênh vật lí điều khiển dùng chung
Kênh ghép mã hoá truyền tải
Kênh chỉ thị gán kênh/phát hiện va chạm
Đa truy cập phân chia theo mã
Số khung kết nối
Mạng lõi
Tỉ số sóng mang trên nhiễu

Kênh gói dùng chung
Khố dịch tần pha liên tục
Kênh pilot dùng chung
Kiểm tra độ dư mã vịng
Điều khiển bộ điều khiển mạng vơ tuyến
Chuyển mạch kênh
Chức năng điều khiển trạng thái cuộc gọi
Kênh chỉ thị trạng thái CPCH
Kênh lưu lượng dùng chung
Sự chỉ định kênh động
Kênh điều khiển dành riêng
Kênh riêng
Chuyển giao phân tập
Kênh điều khiển vật lí dành riêng
Kênh vật lí dành riêng
Kênh dữ liệu vật lí dành riêng
Khố dịch pha cầu phương vi sai
Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ
trực tiếp
Kênh chia sẻ hướng xuống
Trải phổ trực tiếp
Kênh lưu lượng dành riêng
Phát không liên tục
Tăng cường tốc độ dữ liệu cho GSM cải
tiến
Hiệp hội công nghiệp điện tử
Thanh ghi nhận dạng thiết bị
Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Âu
Kênh điều khiển liên kết nhanh
Kênh truy nhập đường xuống

viii
FCCH
FCS
FDD
FEC
FER
FN
GGSN
GMS
GMSK
GP
GPRS
GSM
GTP
GTP-U
HLR
HSS
ICMP

Frequency Correction Channel
Frame Check Sequence
Frequency Division Duplex
Forward Error Correction
Frame Error Rate
Frame Number
Gateway GPRS Support Node
Global System for Mobile
Communications

Gaussian Minimum Shift Keying
Guard Period
General Packet Radio System
Global System for Mobile
Communication
GPRS Tunneling Protocol
GPRS Tunneling Protocol – User
Plane

Kênh sửa sai tần số
Chuỗi kiểm tra khung
Chế độ song công phân chia theo tần số
Sửa lỗi trước
Tỉ lệ lỗi khung
Số hiệu khung
Nút hỗ trợ GPRS cổng
Hệ thống thơng tin di động tồn cầu
Khố dịch tối thiểu Gaussian
Khoảng thời gian bảo vệ
Hệ thống vơ tuyến gói đa năng
Hệ thống thơng tin di động tồn cầu
Giao thức đường hầm GPRS
Giao thức xuyên hầm trong mặt phẳng
người sử dụng

Home Location Register
Home Subscriber Server
Internet Control Message
Protocol
Internet Engineering Task Force

International Mobile Station
Equipment Identifier
International Mobile Subscriber
Identity
International Mobile
Telecommunication 2000
Interim Standard 136 for U.S.
Digital Cellular with Digital
Control Channels
ITU — Telecommunications
Standardization

Thanh ghi định vị thường trú
Máy chủ thuê bao thường trú
Giao thức bản tin điều khiển Internet

IWF
LAC
LAI
LLC
LPC
LSA
LSN
LTP
M3UA

Interworking Function
Link Access Control
Location Area Identity
Logical Link Control

Linear Predictive Coding
Local Service Area
Last Sequence Number
Long Term Predictor
Message Transfer Part 3 — User
Adaptation layer

Chức năng liên mạng
Điều khiển truy nhập liên kết
Nhận dạng vùng định vị
Điều khiển liên kết logic
Mã hoá dự đốn tuyến tính
Vùng dịch vụ địa phương
Số hiệu tuần tự cuối
Dự đốn dài kì
Lớp tương thích người dùng - Phần trao
đổi bản tin 3

MAC
MAP
MER

Medium Access Control
Mobile Application Part
Message Error Rate

Điều khiển truy nhập mềm
Phần ứng dụng di động
Tỉ lệ lỗi bản tin

IETF
IMEI
IMSI
IMT2000
IS-136
ITU-T

Tổ chức kỹ sư mạng Internet
Số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc
tế
Thực thể thuê bao di động quốc tế
Tổ chức truyền thông di động quốc tế
2000

Tiêu chuẩn viễn thông của Liên minh
truyền thông đa quốc gia


ix
MGCF

Media Gateway Control Function

MGW
MIP-LR
MM
MPE

Media Gateway
Mobile IP with Location Register

Mobility Managerment
Multimedia Processing
Equipment
Mobility-services Switching
Center
Minimum Shift Keying
Message Transfer Part
Multiuser Detection
Mobile User Identifier
Negative ACK
Non Access Stratum
Node-B Application Services
Network (layer) Service Access
Point Identifier
Network Subsystem
Operations, Administration, and
Maintenance
Operations and Management
Center
Offset QPSK
Orthogonal Variable Spreading
Factor
Packet Associated Control
Channel
Packet Assembler and
Disassembler
Packet Access Grant Channel
Packet Broadcast Channel
Paging Control Channel
Primary Common Control

Physical Channel
Paging Channel
Physical Common Packet
Channel
Personal Communication Services
Packet Control Unit
Packet Data Channel
Packet Data Convergence
Protocol
Packet Data Protocol (IP, X.25,
etc.)
Physical Downlink Shared
Channel
Packet Data Transfer Channel

MSC
MSK
MTP
MUD
MUI
NACK
NAS
NBAP
NSAPI
NSS
OA&M
OMC
OQPSK
OVSF
PACCH

PAD
PAGCH
PBCH
PCCH
PCCPCH
PCH
PCPCH
PCS
PCU
PDCH
PDCP
PDP
PDSCH
PDTCH

Chức năng điều khiển Gateway phương
tiện
Gateway phương tiện
IP di động với thanh ghi định vị
Quản lý tính di động
Thiết bị xử lí đa phương tiện
Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động
Khoá dịch tối thiểu
Phần bản tin truyền
Phát hiện đa người dùng
Nhận dạng người dùng di động
ACK phủ định
Tầng không truy nhập
Phần ứng dụng của Node B
Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ mạng

Phân hệ mạng
Vận hành giám sát và bảo dưỡng
Trung tâm quản lí và khai thác
Kố dịch pha cầu phương sai lệch
Nhân tố trải phổ trực giao thay đổi
Kênh điều khiển liên kết gói
Đóng và mở gói

Kênh quảng bá gói
Kênh điều khiển tìm gọi
Kênh vật lý điều khiển dùng chung sơ cấp
Kênh tìm gọi
Kênh gói chung vật lý
Các dịch vụ thơng tin cá nhân
Khối điều khiển gói
Kênh dữ liệu gói
Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Giao thức dữ liệu gói
Kênh chia sẻ hướng xuống vật lí
Kênh truyền dữ liệu gói


x
PDU
PI
PICH
PLMN
PLP
PNCH
PPCH

PRACH
PS
PSCH
PSPDN
PSTN
PTM
PTP
PVC
QPSK
RA
RAB
RACH
RAN
RANAP
RB
RL
RLCP
RLP
RNC
RNS
RNSAP
RNTI
RR
RRC
RRM
RSM
RSSI
RSVP
RTP
SAP

SAPI
SAR
SCCH

Protocol Data Unit
Paging Indicator
Page Indication Channel
Public Land Mobile Network
Packet Loss Probability
Packet Notification Channel
Packet Paging Channel
Packet Random Access Channel;
Physical Random Access Channel
Packet Switched
Physical Shared Channel
Packet Switched Public Data
Network
Public Switched Telephone
Network
Point-to-Multipoint
Point-to-Point
Permanent Virtual Circuit
Quadrature Phase Shift Keying
Routing Area
Radio Access Bearer
Random Access Channel
Radio Access Network
RAN Application Part
Radio Bearer
Radio Link

Radio Link Control Protocol
Radio Link Protocol
Radio Network Controller
Radio Network Sub-System
RNS Application Part
Radio Network Temporary
Identity
Radio Resources, Resource
Reservation
Radio Resource Control
Radio Resource Managerment
Radio Subsystem Management
Received Signal Strength
Indicator
Resource Reservation Protocol
Real-time Transport Protocol
Service Access Point
Service Access Point Identifier
Segmentation and Reassembly
Synchronization Control Channel

Đơn vị giao thức dữ liệu
Chỉ thị nhắn tin
Kênh chỉ thị tìm gọi
Mạng di động cơng cộng mặt đất
Khả năng mất gói
Kênh thơng báo gói
Kênh tìm gọi gói
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lí/gói
Chuyển mạch gói

Kênh chia sẻ vật lí
Mạng dữ liệu cơng cộng chuyển mạch gói
Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
Điểm - Đa điểm
Điểm - Điểm
Mạch ảo cố định
Khố dịch pha cầu phương
Vùng định tuyến
Mạng truy nhập vơ tuyến
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vô tuyến
Phần ứng dụng RAN
Tín hiệu mang vơ tuyến
Đường liên kết vơ tuyến
Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến
Giao thức kết nối vô tuyến
Khối điều khiển mạng vô tuyến
Phân lớp mạng vô tuyến
Phần ứng dụng RNS
Thực thể vô tuyến tạm thời
Tài nguyên vô tuyến
Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Quản lý tài nguyên vơ tuyến
Quản lí phân hệ vơ tuyến

Giao thức dành trước tài nguyên
Giao thức truyền tải thời gian thực
Điểm truy cập dịch vụ
Số nhận dạng điểm truy cập dịch vụ
Ghép đoạn và phân đoạn

Kênh điều khiển đồng bộ


xi
SCCP
SCCPCH
SCH
SCP
SCTP
SDCCH
SDU
SF
SFN
SGSN
SHO
SIR
SRNC
SSCP
TCH
TCP
TDD
TDMA
TFCI
TFCS
TIA
TMSI
TPC
TrCH
TTA
TTI

UE
UL
UMTS
USCH
USF
UTRAN
VCC

Signaling Connection Control
Part
Secondary Common Control
Physical Channel
Synchronization Channel
Service Control Point
Stream Control Transmission
Protocol
Stand-alone Dedicated Control
Channel
Services Data Unit
Speading Factor
System Frame Number
Serving GPRS Support Node
Soft HandOver
Signal to Interference Ratio
Serving Radio Network
Controller
Signaling Connection Control
Part
Traffic Channel
Transport Control Protocol

Time Division Duplex
Time Division Multiple Access
Transport Format Combination
Indicator
Transport Format Combination
Set
Telecommunications Industry
Association
Temporary Mobile Subscriber
Identity
Transmission Power Control
Trafic Channel
Telecommunications Technology
Association
Transmission Time Interval
User Equipment
Uplink (Reverse Link)
Universal Mobile
Telecommunications System
Uplink Shared Channel
Uplink State Flag
UTMS Terrestrial Radio Access
Network
Virtual Channel Connection

Phần điều khiển kết nối báo hiệu
Kênh vật lí điều khiển chung thứ cấp
Kênh đồng bộ
Điểm điều khiển dịch vụ
Giao thức truyền dẫn điều khiển dòng

Kênh điều khiển riêng đứng độc lập
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Hệ số trải phổ
Số khung hệ thống
Điểm cung cấp dịch vụ GPRS
Chuyển giao mềm
Tỷ số nhiễu của tín hiệu trên tạp âm
Bộ điều khiển mạng vô tuyến phục vụ
Phần điều khiển kết nối báo hiệu
Kênh lưu lượng
Giao thức điều khiển truyền tải
Phân chia theo thời gian
Đa truy cập phân chia theo thời gian
Chỉ thị kết hợp định dạng truyền tải
Bộ kết hợp định dạng truyền tải
Hiệp hội công nghiệp viễn thông
Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời
Điều khiển công suất trong q trình
truyền dẫn
Kênh lưu lượng
Hiệp hội cơng nghệ viễn thông
Khoảng thời gian phát
Thiết bị người dùng
Đường lên
Hệ thống viễn thông di động đa năng
Kênh chia sẻ hướng lên
Cờ trạng thái hướng lên
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
Kết nối kênh ảo

xii
VCI
VLR
WCDMA

Virtual Channel Identifier
Visitor Location Register
Wideband-Code Division
Multiplexing Access

Số nhận dạng kênh ảo
Thanh ghi định vị tạm trú
Đa truy nhập phân chia theo mã băng
rộng


xiii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thông số cơ bản của W-CDMA ...................................................................................6
Bảng 2.1 Các đặc điểm kĩ thuật cơ bản của trạm thu phát gốc (BTS)..........................................9
Bảng 2.2: Các chức năng của RNC ............................................................................................15
Bảng 2.3: Chức năng các khối MPE...........................................................................................17
Bảng 3.3: Chuyển đổi từ PI tới chuỗi bit PICH..........................................................................31
Bảng 3.4: Cơ chế sửa lỗi trước ứng với kênh lưu lượng ............................................................34
Bảng 3.5: Các loại phân tập phát................................................................................................44
Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật cơ bản của phân tập phát vịng đóng. .....................................45
Bảng 3.7: Các loại chế độ nén ....................................................................................................46
Bảng 3.8: Kênh logic ..................................................................................................................47

Bảng 3.9: Ánh xạ giữa kênh logic và truyền tải .........................................................................47
Bảng 3.10: Bộ phận cấu thành đầu đề MAC ..............................................................................48
Bảng 3.11: Cấu trúc tiêu đề MAC và ánh xạ với kênh logic......................................................49
Bảng 3.12: Chức năng xoá bỏ. ...................................................................................................58
Bảng 3.13: Các tham số liên quan tới thuật mật mã hóa. ...........................................................60
Bảng 4.1: Mối quan hệ giữa biên nhiễu đặc trưng và dung lượng tiêu chuẩn............................68
Bảng 4.2: Ví dụ về quỹ kết nối trong đường lên. .......................................................................76
Bảng 4.3: Ví dụ về quỹ kết nối của kênh pilot hướng xuống .....................................................77
Bảng 4.4: Ví dụ về quỹ kết nối của kênh kiểm sốt pilot hướng xuống ....................................78
Bảng 5.1: Các lớp dịch vụ của ATM..........................................................................................85
Bảng 5.2: Lưu lượng CS.............................................................................................................97
Bảng 5.3: Mục tiêu dịch vụ trong IMT-2000 ...........................................................................100
Bảng 5.4: Tốc độ truyền dẫn và việc điều chỉnh QoS(8) .........................................................102
Bảng 5.5: Các kĩ thuật cung cấp cho W-TCP...........................................................................113
Bảng 5.6: Các chức năng chính của cổng đường hầm..............................................................115


xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Hiệu ứng ghép kênh thống kê........................................................................................5
Hình 2.1: Cấu hình hệ thống vơ tuyến W-CDMA........................................................................8
Hình 2.2: Cấu hình chức năng của BTS .......................................................................................9
Hình 2.3: Cấu hình cơ bản của bộ khuếch đại tiếp trước tự điều chỉnh .....................................11
Hình 2.4 Cấu hình cơ bản của bộ khuếch đại thu ngồi trời ......................................................12
Hình 2.5: Cấu hình chức năng của RNC ....................................................................................14
Hình 2.6: Cấu hình chức năng MPE...........................................................................................16
Hình 2.7: Mối quan hệ giữa số sector và số thuê bao.................................................................18
Hình 2.8: Mối quan hệ giữa cách bố trí một anten gốc và độ rộng chùm ..................................18
Hình 2.9: Đặc tính suy hao của anten chùm 1200 dùng chung cho 3 tần số...............................20

Hình 2.10: Cấu trúc anten chùm 1200 dùng chung cho 3 tần số.................................................21
Hình 3.1: Kiến trúc mạng ...........................................................................................................22
Hình 3.2: Kiến trúc giao thức .....................................................................................................23
Hình 3.3: Ánh xạ giữa các kênh vật lý, kênh truyền tải và kênh logic.......................................24
Hình 3.4: Cấu trúc khung DPCH hướng lên...............................................................................25
Hình 3.5: Cấu trúc khung DPCH hướng xuống .........................................................................26
Hình 3.6: Số lượng khe truy cập và khoảng cách giữa chúng ....................................................27
Hình 3.7: Cấu trúc khung vô tuyến của phần bản tin truy nhập ngẫu nhiên ..............................27
Hình 3.8: Cấu trúc khung CPICH...............................................................................................28
Hình 3.9: Cấu trúc khung P-CCPCH..........................................................................................29
Hình 3.10: Cấu trúc khung của S-CCPCH .................................................................................29
Hình 3.11: Cấu trúc khung AICH...............................................................................................30
Hình 3.12: Cấu trúc của PICH....................................................................................................31
Hình 3.13: Ánh xạ kênh truyền tải vào kênh vật lý....................................................................32
Hình 3.15: Cấu trúc bộ mã hóa xoắn ..........................................................................................34
Hình 3.16: Cấu trúc bộ mã hóa Turbo ........................................................................................35
Hình 3.17: Q trình trải phổ hướng lên DPCCH/DPDCH .......................................................37
Hình 3.18: Trải phổ phần bản tin PRACH .................................................................................37
Hình 3.19: Quá trình trải phổ các kênh vật lí hướng xuống .......................................................37
Hình 3.21: Cấu trúc phát truy nhập ngẫu nhiên..........................................................................41
Hình 3.22 Ví dụ về phát tại chế độ nén. .....................................................................................45
Hình 3.23: MAC dữ liệu PDU....................................................................................................48
Hình 3.24: Cấu trúc tiêu đề MAC ..............................................................................................49


xv
Hình 3.25: Kiến trúc của trạng thái trong suốt ...........................................................................52
Hình 3.26: Kiến trúc của chế độ khơng báo nhận ......................................................................53
Hình 3.27: Kiến trúc của chế độ báo nhận .................................................................................54
Hình 3.28 Định dạng dữ liệu của UMD PDU ............................................................................54

Hình 3.29: Định dạng dữ liệu của PDU dữ liệu chế độ trong suốt.............................................55
Hình 3.30: Định dạng dữ liệu của UMD PDU ...........................................................................55
Hình 3.31: Định dạng dữ liệu của AMD PDU ...........................................................................56
Hình 3.32: Định dạng dữ liệu của STATUS PDU .....................................................................56
Hình 3.33: Định dạng dữ liệu của Piggybacked STATUS PDU................................................57
Hình 3.34: Định dạng dữ liệu của RESET/RESET ACK PDU..................................................57
Hình 3.35: Các tham số và thuật tốn mật mã hóa .....................................................................59
Hình 3.36: Định dạng PDCP-No-Header PDU ..........................................................................61
Hình 3.37: Định dạng PDCP-Data-PDU ....................................................................................61
Hình 3.38: Định dạng PDCP-SeqNum-PDU..............................................................................61
Hình 3.39: Mối quan hệ giữa RRC và giao thức lớp thấp hơn...................................................63
Hình 4.1 Sơ đồ khái niệm về sử dụng lại tần số .........................................................................66
Hình 4.2 Mối quan hệ giữa biên nhiễu và dung lượng được tiêu chuẩn hóa..............................67
Hình 4.3 Mối quan hệ giữa biên nhiễu η và phân bổ cơng suất tiêu chuẩn................................74
Hình 5.1: Mơ hình kiến trúc mạng lõi theo 3GPP ......................................................................80
Hình 5.2: Cấu trúc AAL2 ...........................................................................................................83
Hình 5.3: Các giao diện RAN.....................................................................................................83
Hình 5.4: Cấu trúc của AAL5.....................................................................................................84
Hình 5.5: Ứng dụng của UPC.....................................................................................................86
Hình 5.6: Cơ chế báo hiệu trong mạng lõi IMT-2000................................................................87
Hình 5.7: Thủ tục đăng kí định vị...............................................................................................90
Hình 5.8: Thủ tục khởi tạo cuộc gọi ...........................................................................................91
Hình 5.9: Sự khác nhau giữa cơ chế cũ và cơ chế GLR.............................................................92
Hình 5.10: Thủ tục đăng kí định vị ban đầu từ mạng chuyển vùng ...........................................93
Hình 5.11: Đăng kí định vị trong mạng chuyển vùng ................................................................93
Hình 5.12: Sự khác nhau giữa cơ chế tiền nhắn tin và nhắn tin .................................................94
Hình 5.13: Qúa trình chuyển đổi mã ..........................................................................................95
Hình 5.14: Điều khiển chuyển đổi mã ngồi băng .....................................................................95
Hình 5.15: Đa truyền thơng di động ...........................................................................................98
Hình 5.16: Các node logic gói và chức năng chính....................................................................99

Hình 5.17: Thiết lập đường hầm...............................................................................................102


xvi
Hình 5.18: Thủ tục khởi tạo cuộc gọi .......................................................................................103
Hình 5.19: Thủ tục kết cuối tại cuộc gọi ..................................................................................105
Hình 5.20: Thủ tục tái định vị ..................................................................................................106
Hình 5.21 Thủ tục call-transfer ................................................................................................109
Hình 5.22: Cấu hình cơ bản của hệ thống gateway ..................................................................110
Hình 5.23: Cấu hình hệ thống và chồng giao thức của gateway chuyển đổi giao thức............111
Hình 5.24: Thứ tự thiết lập cuộc gọi từ UE..............................................................................111
Hình 5.25: Thứ tự kết thúc cuộc gọi đến UE............................................................................112
Hình 5.26: Cấu hình hệ thống và chồng giao thức của gateway TCP......................................113
Hình 5.27: Cấu hình hệ thống và chồng giao thức của gateway tạo đường hầm .....................115


1

LỜI MỞ ĐẦU
Như chúng ta chứng kiến, nhu cầu thông tin di động, truy cập Internet đang phát
triển mạnh mẽ ở trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Nó trở thành xu
thế tất yếu gắn liền với cuộc sống hiện đại, năng động. Trước sự thành công của
việc triển khai mạng di động thế hệ 2.5G với lượng khách hàng truy cập Internet
ngày càng nhiều, đáp ứng đòi hỏi các dịch đa phương tiện, đa dạng dịch vụ, các tổ
chức viễn thông quốc tế đã đi đến thống nhất tiêu chuẩn hệ thống di động 3G. Một
trong số đó là chuẩn cơng nghệ W-CDMA áp dụng cho mạng GSM/GPRS. Ở Việt
Nam hai nhà khai thác dịch vụ thông tin di động lớn nhất là Vinaphone và
Mobilephone cũng vạch ra lộ trình tăng cường mạng lên đến thế hệ 3G và đã bắt
tay vào thử nghiệm, triển khai. Do đó em đã quyết định nghiên cứu lĩnh vực này
với đề tài: “Hệ thống truy nhập vô tuyến trong mạng thơng tin di động WCDMA”. Nội dung chính của đề tài là sau khi giới thiệu tổng quan mạng thơng tin

di động W-CDMA, đi sâu phân tích hệ thống vô tuyến và một số kĩ thuật quan
trọng của mạng. Cấu trúc đề tài gồm 5 chương như sau:
Chương 1 – Tổng quan hệ thống thông tin di động W-CDMA
Chương 2 – Thiết bị mạng truy nhập vô tuyến
Chương 3 – Giao diện mạng truy nhập vô tuyến
Chương 4 – Thiết kế mạng vô tuyến
Chương 5 – Kỹ thuật mạng
Kết luận
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Đỗ Hồng Tiến đã tận tình
giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành đề tài. Em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các
thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo
điều kiện về tài liệu và thời gian.
Trong q trình thực hiện, mặc dù đã có sự cố gắng hoàn thiện tối đa nhưng chắc
chắn đề tài khơng tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế. Em rất mong sự đóng góp ý
kiến của các thầy cơ và đồng nghiệp.
Hà Nội ngày 25 tháng 10 năm 2005
Người thực hiện

Đặng Khánh Hòa


2

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA
1.1 Những yêu cầu của hệ thống
Những yêu cầu đối với hệ viễn thơng di động tồn cầu - 2000 (IMT-2000) gồm
có tính linh hoạt của hệ thống, tính tiết kiệm và những điều kiện về tốc độ truyền dữ
liệu. Tốc độ truyền dữ liệu tối thiểu là 2 Mbit/s ở môi trường trong phòng, 384
kbit/s ở chế độ người bộ hành và 144 kbit/s ở chế độ dịch chuyển bằng phương tiện.
Đối với hệ thống vô tuyến, đa truy cập phân chia theo mã phổ dải rộng (W-CDMA)

được xem như là giao diện vơ tuyến có thể đáp ứng tốt hơn những yêu cầu đặt ra và
góp một phần vào sự tiêu chuẩn hoá và sự phát triển của hệ thống. Hơn bất cứ điều
gì khác, IMT-2000 được chú ý đến bởi tính tồn cầu của nó những nỗ lực lớn đã
được thực hiện để điều hoà các hệ thống cạnh tranh nhau được trong q trình tiêu
chuẩn hố bởi vì vấn đề quan trọng ở đây là phải xây dựng giao diện vơ tuyến
chung trên quy mơ tồn cầu để sử dụng phần cứng đầu cuối. W-CDMA được khẳng
định là một trong những giao diện của liên hiệp viễn thông quốc tế và được xem là
“IMT-2000 trải phổ trực tiếp bằng công nghệ CDMA”. Trên thực tế, người ta mong
rằng công nghệ này sẽ được sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ, Châu Âu, Châu Á.
Một trong những mục đích chính về dịch vụ là cung cấp phương tiện truyền
thơng hồn chỉnh cho thế giới viễn thông di động. Khả năng truyền tốc độ cao sẽ
thúc đẩy mục đích trên thành hiện thực. Thuộc IMT-2000, giao diện vô tuyến và hệ
thống vơ tuyến phải có khả năng thích ứng với những mức tốc độ dữ liệu biến đổi,
đồng thời phải cung cấp đa dịch vụ và thực hiện dịch vụ chuyển mạch gói (PS) và
dịch vụ chuyển mạch kênh (CS). W-CDMA là một phương thức hiệu quả để đáp
ứng được những yêu cầu trên.
Bỏ qua việc thay đổi các thế hệ, việc sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số vẫn là
một vấn đề của viễn thơng di động mang tính toàn cầu. Một điều rất quan trọng là
phải thảo luận vấn đề này trong IMT-2000 đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu tốc độ
cao ngày càng tăng.
Dải tần số được sử dụng trong IMT-2000 là dải 2 GHz. Bởi vì tần số này cao hơn
so với thế hệ thứ 2 (2G) có các hệ thống dạng tổ ong dải băng 800MHz thì trên lý
thuyết sẽ khó xây dựng các cell có bán kính lớn do hao tổn đường truyền. Hơn nữa,
những yêu cầu thiết kế kết nối sẽ khắt khe hơn bởi vì nó sẽ u cầu một lượng
thơng tin nhiều hơn để truyền trong khi cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao nhằm
làm tăng công suất truyền tải được yêu cầu. Do đó trong giai đoạn xây dựng, nó trở
thành một mục đích quan trọng để thiết lập một hệ thống tiết kiệm có thể đảm bảo


3

vùng phủ sóng tương tự như các trạm thu phát gốc (BS) của hệ thống 800MHz hiện
có bằng cách áp dụng nhiều loại công nghệ.
Người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu đối với IMT-2000 với mục đích nhằm có
được dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, tốc độ cao có thể khai thác được nhiều
nội dung khác nhau bao gồm âm thanh, dữ liệu và hình ảnh trong môi trường di
động. Hệ thống IMT-2000 ra đời nhằm đạt được những mục tiêu sau:
(1) Dịch vụ truyền thông cá nhân thông qua hiệu suất quang phổ cải tiến (cá
nhân hoá)
Những cải tiến trong hiệu suất của việc sử dụng tần số và trong việc thu nhỏ
kích thước của thiết bị đầu cuối cho phép giao tiếp giữa “ người với máy “ và
“máy với máy”
(2) Dịch vụ truyền thông mang tính tồn cầu
Người dùng có thể giao tiếp và hưởng các dịch vụ như nhau ở bất kì đâu trên thế
giới chỉ với một thiết bị đầu cuối.
(3) Dịch vụ đa phương tiện thông qua truyền dẫn chất lượng cao, tốc độ cao
(Đa phương tiện)
Việc sử dụng dải thông dạng rộng cho phép truyền dẫn khối lượng dữ liệu lớn ở
dạng ảnh động, hình ảnh có kèm theo âm thanh nhưng vẫn đạt được chất lượng và
tốc độ cao.
1.2 Đặc tính W-CDMA và thơng số của hệ thống
1.2.1 Đặc tính của W-CDMA
W-CDMA có những đặc tính kỹ thuật sau đây:
• Sử dụng tần số hiệu quả cao:
Theo nguyên tắc, dung lượng tiềm năng của hệ thống sử dụng công nghệ TDMA
(đa truy cập phân chia theo thời gian) và FDMA (đa truy cập phân chia theo tần số)
là như nhau. Trong khi đó đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) thường được coi
là có khả năng sử dụng tần số hiệu quả cao. Ví dụ: CDMA có thể đạt đến một mức
hiệu suất nhất định thông qua thiết bị điều khiển cơng suất truyền chính sác, trong
khi đó TDMA phải dựa vào sự phân bố kênh động cực kỳ phức tạp mới có thể đạt

được mức hiệu suất như CDMA. Sử dụng những công nghệ cơ bản trong hệ thống
CDMA theo đúng cách sẽ đem lại khả năng sử dụng tần số hiệu quả cao cho hệ
thống.
• Việc quản lý tần số sẽ dễ dàng hơn.
Bởi vì CDMA cho phép những cell gần kề nhau cùng có mức tần số như nhau
nên nó khơng u cầu bất cứ kế hoạch phân định tần số nào. Trái ngược lại FDMA


4

và TDMA lại địi hỏi phải có sự phân định tần số, đặc biệt là sự phân định này nảy
sinh nhiều khó khăn bởi trên thực tế cần phải xem xét những đặc điểm địa hình và
cấu trúc truyền dẫn bất quy tắc khi định vị các trạm thu phát. Hơn nữa, cần phải lưu
ý thêm một điều là thiết kế định vị tần số khơng chính xác sẽ làm giảm hiệu quả sử
dụng tần số. Trong khi đó CDMA không yêu cầu bất kỳ một kế hoạch phân định
tần số nào như thế.
• Cơng suất truyền của trạm gốc nhỏ
CDMA có thể tăng cường khả năng thu và giảm công suất truyền của các trạm
phát di động (MSS) bằng cách sử dụng những công nghệ như là bộ thu RAKE, ….
Trong TDMA, sự truyền dẫn là không liên tục, công suất đỉnh cần để truyền 1bit
bằng bội số của số đa hợp TDMA so với truyền dẫn liên tục. Ngược lại, công suất
đỉnh của CDMA là khá nhỏ do đó có thể thực hiện được truyền dẫn liên tục. Một
tính chất nữa của CDMA là nó có thể tối thiểu hố tác động của trường điện từ.
• Sử dụng nguồn tài nguyên độc lập giữa kênh hướng lên và hướng xuống.
Trong CDMA, rất dễ dàng hỗ trợ một cấu hình kênh hướng lên và kênh hướng
xuống khơng đối xứng. Ví dụ, trong những hệ thống truy cập khác như là TDMA,
rất khó chỉ định cho người sử dụng độc lập những khe thời gian kênh hướng lên
trên hoặc hướng xuống. Trong FDMA, việc xây dựng một cấu hình kênh hướng lên
và hướng xuống khơng đối xứng là rất khó bởi vì dải sóng mang trong kênh hướng
lên và hướng xuống bị thay đổi. Trái ngược lại, trong CDMA hệ số trải phổ (SF) có

thể được thiết lập một cách độc lập cho mỗi người sử dụng giữa kênh hướng lên và
hướng xuống, do đó dễ dàng thiết lập tốc độ khác nhau giữa kênh hướng lên và
hướng xuống. Điều này cho phép việc sử dụng các tài nguyên vô tuyến đạt hiệu
quả, dù là với truyền không đối xứng, như là truy cập Internet. Nếu một người chỉ
đang tiến hành thực hiện truyền dẫn trên kênh hướng lên và người sử dụng khác lại
chỉ truyền trên kênh hướng xuống trong khi chưa có tài ngun vơ tuyến hay truyền
dẫn nào được sử dụng thì tài ngun vơ tuyến đang được sử dụng tương đương với
tài nguyên vô tuyến của cặp kênh hướng lên và hướng xuống. Nhìn chung, TDMA
và FDMA sẽ phải gán 2 cặp tài nguyên vô tuyến trong những trường hợp như trên.
Những đặc tính băng rộng của W-CDMA đem lại hiệu quả cao hơn trong những
lĩnh vực sau:
• Tốc độ của dữ liệu dải rộng.
Dải băng rộng có khả năng truyền dẫn ở tốc độ cao. Nó cũng có thể cung cấp
hiệu quả những dịch vụ khi những dịch vụ tốc độ thấp và những dịch vụ tốc độ cao
kết hợp với nhau.


5

Ví dụ, trong TDMA tốc độ truyền đa dạng có thể được thực hiện nhờ việc biến
đổi cách sắp xếp những số đã định sẵn trên các khe thời gian nhưng điện thoại di
động chỉ nói và tốc độ thấp vẫn cần công suất đỉnh như của những thiết bị yêu cầu
tốc độ tối đa.
• Tăng cường giải pháp đa đường.
Công nghệ thu đa dạng của RAKE tăng cường khả năng thu thông qua việc tách
biệt nhiều đường thành những đường riêng biệt dùng để thu và tổ hợp lại.Bởi vì dải
băng rộng tăng cường độ phân giải của đường truyền dẫn nên công suất thu theo
yêu cầu không cần cao do hiệu ứng đa dạng đường truyền đem lại cùng với lượng
đường truyền tăng lên. Điều này làm giảm cơng suất truyền và tăng dung lượng.
Một ví dụ đặc trưng cho điều này được chứng minh thông qua một kiểm tra từ

trường cho thấy công suất truyền ở mức xấp xỉ 4Mcps là 3dB, ít hơn mức 1Mcps.
• Hiệu ứng ghép kênh thống kê.
Dải băng rộng làm tăng lượng người sử dụng được ghép kênh ở mỗi mức sóng
mang. Do vậy, dung lượng sẽ tăng lên nhờ hiệu ứng ghép kênh thống kê. Hình 1.1
minh hoạ những đặc tính của hiệu ứng ghép kênh thống kê. Các số liệu cho thấy
30% vi sai khi số người sử dụng trên mỗi mức sóng mang là 25/100 người. Những
đặc tính thể hiện rõ trong quá trình truyền dữ liệu tốc độ cao, hiệu suất ở dải băng
hẹp giảm vì số lượng kênh do mỗi sóng mang cung cấp là có hạn, trong khi ở dải
băng rộng, hiệu suất tăng nhờ hiệu ứng ghép kênh thống kê.
Hiệu ứng ghép kênh thống kê

2,5
Hoạt động nói=0,4
1%
2,0

Lượng thiếu=0,1%

1,5

1
0

50

100
150
Dung lượng

200

Hình 1.1 Hiệu ứng ghép kênh thống kê
• Giảm tốc độ nhận giới hạn.
Dải băng rộng thúc đẩy tốc độ truyền theo bit trong kênh điều khiển và có thể
làm giảm tốc độ thu khơng liên tục làm cho máy điện thoại di động nhận tín hiệu


6

giới hạn khi nó trong chế độ rỗi để tiết kiệm năng lượng. Việc này kéo dài thời gian
dự trữ cho MS (trạm di động).
1.2.2 Các thông số cơ bản của W-CDMA
Bảng 1.1 trình bày những thơng số cơ bản của W-CDMA.
Cơ chế truy cập
CDMA trải phổ trực tiếp
Cơ chế song cơng
FDD
Dải thơng
5MHz
Tốc độ chip
3,84Mcps
Khoảng cách sóng mang
200 kHz mành
Tốc độ dữ liệu
2Mbit/s
Độ dài khung
10, 20, 40, 80 msec
Sửa lỗi trước
Mã turbo, mã xoắn
Phương pháp điều chế dữ liệu Hướng lên: BPSK, Hướng xuống: QPSK

Điều chế trải phổ
Hướng lên: BPSK, Hướng xuống: HPSK
Hệ số trải phổ
4 - 512
Đồng bộ giữa các trạm gốc
Khơng đồng bộ (cũng có thể đồng bộ)
Mã thoại
AMR (1,95k-12,2kbit/s)
Bảng 1.1 Thông số cơ bản của W-CDMA
Ban đầu, hiệp hội các ngành công nghiệp và thương mại vô tuyến (ARIB) và
viện tiêu chuẩn truyền thông Châu Âu (ETSI) ủng hộ hệ thống vơ tuyến lấy sóng
mang 5MHz làm trung tâm bao gồm cả sóng mang 10MHz và 20MHz. Dự án hợp
tác thế hệ thứ 3 (3GPP) tập trung vào hồn thiện các thơng số của dải thơng 5MHz
và những thông số kỹ thuật bị loại bỏ của những dải băng khác. Từ đó có thể thấy
rằng sóng mang dải băng 5MHz đủ để đạt được tốc độ truyền 2Mbit/s mặc dù dải
băng tần 20MHz sẽ đem lại hiệu quả cao hơn khi truyền dữ liệu ở tốc độ 2Mbit/s,
chưa kể tới mục đích của dự án hợp tác thế hệ thứ 3 dùng để cải tiến những thông
số cụ thể càng nhanh càng tốt. Do đó, phiên bản thông số hiện tại của 3GPP và tiêu
chuẩn của ARIB và ETSI bị giới hạn trong dải thông 5MHz.
Chế độ không đồng bộ giữa các trạm gốc được ứng dụng mà khơng địi hỏi tính
đồng bộ khắt khe giữa các trạm gốc để thực hiện bước triển khai linh hoạt của
chính những trạm gốc đó. Chế độ đồng bộ cũng có thể được dùng cho các trạm phát
gốc nhờ việc thiết kế. Về cơ bản, độ dài khung là 10msec, nó thừa nhận giá trị được
liệt kê ở bảng 1.1.
Phương pháp điều chế dữ liệu dùng là khóa dịch pha cầu phương (QPSK) đối với
kênh đường xuống, khóa dịch pha nhị phân (BPSK) đối với kênh hướng lên. Sự


7

biến điệu dịch pha ghép (HPSK) được áp dụng với điều chế truyền tải trong kênh
hướng lên. Sự tách sóng dựa vào sự tách sóng kết hợp bằng ký tự pilot. Đối với
kênh hướng xuống, ký tự pilot được đang cơng thời gian, giúp tối thiểu hố sự trễ
tin trong thiết bị điều khiển công suất truyền (TCP) và đơn giản hoá mạch thu trong
trạm di động. Đối với kênh hướng lên, ký tự pilot được trải phổ nhờ các khối trải
phổ khác biệt với dữ liệu và được ghép kênh I/Q với dữ liệu. Điều này đảm bảo
đường truyền liên tục dù có xảy ra truyền thay đổi tốc độ, đồng thời tối thiểu hố hệ
số đỉnh của sóng truyền. Nó cũng là một phương thức hiệu quả làm giảm các hiệu
ứng điện từ và nới lỏng những yêu cầu về bộ khuếch đại truyền sóng ở máy điện
thoại di động. Hệ số trải phổ SF biến thiên được sử dụng để đạt mức truyền đa tốc
độ. Trong kênh hướng xuống, hệ số trải phổ biến thiên trực giao được áp dụng,
hoặc cũng có thể dùng đa mã.
Mã xoắn được dùng trong sự mã hoá kênh. Mã turbo được sử dụng cho dữ liệu
tốc độ cao.
Trong kênh hướng xuống, người ta sử dụng sơ đồ ký tự pilot riêng đem lại hiệu
quả cho những thiết bị điều khiển công suất truyền vịng kín tốc độ cao. Hơn nữa,
những ký tự pilot chung dùng cho giải điều chế các kênh chung ln có sẵn và cũng
được sử dụng cho sự giải điều chế những kênh riêng.


8

CHƯƠNG 2 – THIẾT BỊ MẠNG TRUY NHẬP
Trong chương này chúng ta sẽ miêu tả ví dụ cụ thể cấu hình hệ thống và thiết bị
dựa trên kiến trúc logic. Hình 2.1 đưa ra cấu hình hệ thống W-CDMA. Thiết bị truy
nhập vô tuyến bao gồm UE, BTS, RNC và MPE. Lúc này ta xem xét BTS như một
thiết bị vật lí. Chức năng xử lí báo hiệu của MPE nằm trong RNC nhưng thiết bị xử
lí báo hiệu được mơ tả như một phần riêng trong cấu hình mạng. Khi các chức năng
xử lí báo hiệu của CN trang bị trong MPE thì nó nối với switch cục bộ. CN là sự
tích hợp cấu hình vật lí PS và CS sử dụng cơng nghệ ATM.

Hình 2.1: Cấu hình hệ thống vơ tuyến W-CDMA
2.1 BTS
2.1.1 Cấu hình chức năng
Hình 2.2 cho thấy cấu hình chức năng của trạm thu phát gốc BTS. BTS gồm bộ
khuếch đại thu ngoài trời (OR-RA), bộ điều khiển giám sát bộ khuếch đại thu ngoài
trời (OA-RA-SC), AMP và thiết bị điều chế và giải điều chế (MDE). MDE gồm các
modul chức năng có bộ truyền/bộ thu (TRX), bộ điều khiển, giao diện cao tốc và
đơn vị xử lí tín hiệu dải băng gốc (BB). AMP, OA-RA và TRX có cấu hình như
những đơn vị độc lập đối với mỗi sector, trong khi các modul chức năng khác của
MDE được phân chia bởi đa sector.


9

Hình 2.2: Cấu hình chức năng của BTS
2.1.2 Các đặc điểm kĩ thuật cơ bản của BTS
Bảng 2.1 cho thấy các đặc điểm kĩ thuật vô tuyến cơ bản của BTS. Các đặc tính
kĩ thuật vơ tuyến của BTS phù hợp với TS25.104 “UTRA (BS) FD; Thu và phát vô
tuyến” và TS25.141 “Kiểm tra sự bảo giác của trạm gốc( FDD)” đều được chuẩn
bị bởi Nhóm đặc điểm kĩ thuật của thiết bị đầu cuối 3GPP (TSG) và Nhóm vận
hành RAN 4(WG). Phải mất nhiều cơng sức mới có thể tăng số lượng sóng mang
và dung lượng kênh thơng qua q trình làm nhỏ hình, tiêu thụ ít điện năng hơn và
tích hợp được nhiều mạch hơn.
Bảng 2.1 Các đặc điểm kĩ thuật cơ bản của trạm thu phát gốc (BTS)
STT
1

Thông số kĩ thuật

Mô tả

Hệ thống truy nhập DS-CDMA FDD
vô tuyến

2

Dải băng tần TX/RX

IMT-2000 Band

3

Khoảng cách bước 190 MHz
tần số

4

Khoảng cách bước 200 kHz
sóng mang

5

Tốc độ của chip

3.84 Mcps

6

Tốc độ ký hiệu

7.5 ksps ÷ 960 ksps