CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA [2], [3], [4], [5], [6], [9], [11] Số lượng người sử dụng mạng tế bào liên tục được phát triển trên thế giới, phần lớn là các dịch vụ thoại, dữ liệu và email, và dịch vụ mới được phát triển trong tương lai gần. Để thực hiện được điều này các chuẩn di động thế hệ 3 (3G) sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) khá khả thi và tốt hơn so với các hệ thống thông tin di động trước đó. Mục tiêu của 3G vượt xa khả năng của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) như chuẩn Châu Âu GSM, Mỹ IS-95, Nhật Bản hệ thống tế bào số cá nhân PDC. Như vậy, trong những năm gần đây một loạt các khái niệm, mục đính hệ thống mới được xác định, và nó sẽ được sử dụng chung trong các hệ thống đi động 3G.
Cả viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) và Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) đã xác định một phương thức làm việc chung cho các hệ thống 3G là IMT-2000. CDMA là kỹ thuật đa truy nhập có nhiều ưu điểm được đề xuất cho các hệ thống thông tin di động 3G trên toàn thế giới. CDMA đã được sử dụng trong một số hệ thống 2G như chuẩn IS-95 và nó đã có khá nhiều ưu điểm. Do đó cả 2 chuẩn UMTS và IMT-2000 đều cơ bản bắt nguồn từ hệ thống CDMA băng rộng.
Hệ thống 3G sử dụng băng tần kênh truyền 5MHz cho phép hỗ trợ tốc độ dữ liệu tối đa là 2MHz, để đảm bảo truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao qua độ rộng băng tần giới hạn mà vẫn đảm bảo lỗi bit cho phép khi đó chúng ta cần sử dụng bộ mã kênh trước khi truyền tín hiệu để cho phép tại máy thu có thể phát hiện và sửa một số lỗi nhất định. Có một số bộ mã kênh sử dụng trong thông tin di động là mã CRC, mã chập, mã khối, mã Turbo trong các bộ mã này thì mã Turbo cho kết quả tốt nhất với cùng một tỷ số Eb/N0 thu được BER của mã Turbo là thấp nhất trong khi vẫn đảm bảo tăng tốc độ dữ liệu trên đường truyền. Chuẩn hóa IMT-2000 Nghiên cứu về IMT-2000 đã được bộ phận thông tin vô tuyến của ITU (ITU-R) bắt đầu thực hiện từ năm 1985, ban đầu có tên là Hệ thống viễn thông di động mặt đất công cộng tương lai (FPLMTS). Bộ phận chuẩn hóa viễn thông của ITU (ITU-T) đã coi việc nghiên cứu IMT-2000 là một nhiệm vụ quan trọng và đã tiến hành các nghiên cứu về các giao thức báo hiệu lớp trên, các nhận dạng, các dịch vụ, mã hóa thoại/hình ảnh.
Tiếp theo các nghiên cứu này là các nghiên cứu về các thông số kĩ thuật chi tiết do dự án đối tác thế hệ ba (3GPP) thực hiện và những nỗ lực nhằm xây dựng sự thống nhất giữa các tổ chức hướng tới sự phát triển của một giao diện vô tuyến được chuẩn hóa. Các hoạt động chuẩn hóa IMT-2000 trong ITU-R ban đầu có tên là FPLMTS. ITU-R bắt đầu các nghiên cứu với việc làm rõ khái niệm hệ thống IMT-2000, bao gồm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 cả các hệ thống vệ tinh và mặt đất. ITU-R đã thống nhất các kiến nghị liên quan đến các nguyên tắc và khái niệm cơ bản, tiếp theo là các kiến nghị về khung chung và các yêu cầu của IMT-2000.
Sau đó, ITU-R bắt đầu chuẩn bị một kiến nghị về giao diện vô tuyến nhằm đáp ứng những yêu cầu đặt ra trong các kiến nghị này. ITU làm rõ những yêu cầu tối thiểu đối với giao diện vô tuyến IMT-2000. Đáp lại điều này các quốc gia và tổ chức được yêu cầu đề xuất một giao diện vô tuyến có thể thỏa mãn các yêu cầu này vào tháng 6/1998 Ngoài ITU, còn có các quốc gia, khu vực và các tổ chức cũng tiến hành các nghiên cứu như ARIB của Nhật và ETSI. Kết quả là 10 hệ thống thông tin mặt đất và 6 hệ thống vệ tinh đã được đề xuất lên ITU-R, tất cả các đề xuất này sau đó được đánh giá bởi một nhóm đánh giá gồm nhiều nước và tổ chức khác nhau.
Sau khi các hệ thống này được xác nhận là thỏa mãn yêu cầu của IMT-2000, các đặc tính chủ yếu của giao diện vô tuyến được cải tiến trên cơ sở xem xét các đặc tính tần số vô tuyến (RF) và các đặc tính băng gốc quan trọng. Tại cuộc họp cuối cùng tháng 11/1999, ITU8/1 đã đạt được một thỏa thuận về kiến nghị đối với các thông số kĩ thuật chi tiết của giao diện vô tuyến, bao gồm các thông số liên quan đến các lớp cao hơn. Bản kiến nghị dự thảo này đã được chính thức thông qua như một bản kiến nghị của ITU tại hội nghị RA -2000 tổ chức vào tháng 5/2000. Bản kiến nghị đã đưa ra các nội dung liên quan đến giao diện vô tuyến IMT-2000 như sau: 1.
Chuẩn giao diện vô tuyến bao gồm các công nghệ CDMA và TDMA 2. CDMA bao gồm phương thức trải phổ trực tiếp song công phân chia theo tần số (FDD), phương thức đa sóng mang FDD và phương thức song công phân chia theo thời gian (TDD). Tốc độ chíp tương ứng của phương thức trải phổ trực tiếp FDD và đa sóng mang FDD là 3,84 Mc/s và 3,6864 Mc/s 3. Nhóm TDMA bao gồm phương thức sóng mang đơn FDD và phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)/TDMA 4.
Mỗi công nghệ vô tuyến này có thể hoạt động trên hai mạng lõi 3G chính. Ví dụ: phiên bản của GSM và ANSI-41 (Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ) Các khuyến nghị nêu các thông số kĩ thuật của mỗi phương thức; trong đó phương thức trải phổ trực tiếp được gọi là W-CDMA TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 CDMA IMT-2000 CDMA Trải phổ trực tiếp (3.84Mc/s) Giao diện vô IMT-2000 CDMA Đa sóng mang (3.6864Mc/s) tuyến mặt đất IMT-2000 CDMA TDD IMT-2000 TDMA IMT-2000 sóng mang đơn IMT-2000 FDMA/TDMA Hình 1. Cấu hình giao diện vô tuyến IMT-2000 IMT-2000 IMT-2000 IMT-2000 IMT-2000 IMT-2000 CDMA trải CDMA đa CDMA đơn sóng FDMA/ Giao diện phổ trực tiếp sóng mang TDD mang TDMA vô tuyến Kết nối linh hoạt giữa giao diện vô tuyến và mạng lõi GSM MAP ANSI-41 Cơ sở IP Mạng lõi tăng cường tăng cường Hình 1. Kết nối giữa các giao diện vô tuyến và các mạng lõi 1.
Băng tần IMT-2000 Băng tần cho IMT-2000 đã được quy định tại hội nghị quản lý vô tuyến thế giới – 92 (WARC-92) vào năm 1992. Một dải phổ 230MHz trong băng tần 2GHz (1885- 2025 MHz, 2110-2200 MHz) đã được phân chia cho IMT-2000. Tuy nhiên sự bùng nổ nhu cầu đối với thông tin di đông và các xu hướng đa phương tiện trong thông tin di động khiến cho ITU-R dự đoán vào giữa năm 1999 và 2000 rằng băng tần IMT-2000 sẽ trở nên không đủ trong tương lai gần. Đặc biệt, ITU-R dự báo số thuê bao IMT- 2000 sẽ đạt con số 200 triệu thuê bao trên toàn thế giới vào năm 2010, đồng thời ITU- R cũng nhận thấy cần phải đảm bảo một băng tần chung toàn cầu để đạt được giá thành thấp hơn nhờ việc sử dụng chung các thiết bị đầu cuối IMT-2000 trên phạm vi toàn cầu và phát triển các chỉ tiêu kĩ thuật chung cho các thiết bị đầu cuối.
ITU-R ước tính rằng vào năm 2010 sẽ thiếu băng thông khoảng 160MHz cho các hệ thống thông tin mặt đất và 2 x 67 MHz cho các hệ thống thông tin vệ tinh trên thế giới. Để đáp ứng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 dự báo này, hội nghị thông tin vô tuyến thế giới 2000 (WRC-2000) đã đề xuất dành các băng tần 800 MHz (806-960 MHz), 1,7GHz (1710-1885 MHz) và 2,5 GHz (2500- 2690 MHz) để sử dụng cho IMT-2000 trên thế giới trong tương lai, còn việc phân chia thích hợp các tần số trong các băng tần này bởi mỗi quốc gia sẽ theo nhu cầu trong nước và các ứng dụng thương mại khác. W-CDMA W-CDMA W-CDMA W-CDMA DECT Uplink MS Downlink MS (TDD) (TDD) (FDD) (FDD) 1885 1900 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200 TÇn sè (MHz) MS: Ứng dụng di động vệ tinh DECT: Hệ thống viễn thông không dây kỹ thuật số FDD: Song công phân chia tần số TDD: Song công phân chia thời gian Hình 1. Phân chia tần số 1.
Quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động Thông tin di động được đưa vào sử dụng đầu tiên ở mỹ năm 1946, khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150Mhz. Đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng và khi đó nó chỉ là sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện lợi dung lượng thấp. Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 1 (1G).
Hạn chế của hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn của khách hàng…. Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA). Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản.
Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 Hệ thống thông tin di động thứ 2: Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số.
Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập: Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy cập phân chia theo mã (CDMA).