Chương I: Trình bày một cách tổng quan về hệ thống W-CDMA, kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ, các đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống W-CDMA, kiến trúc mạng. Chương II: Trình bày về mã giả ngẫu nhiên, các mã trải phổ dùng trong W-CDMA và mô phỏng chương trình sử dụng mã trải phổ vào việc trải phổ và giải trải phổ tín hiệu. Chương III: Mô phỏng hệ thống thông tin trải phổ trong W-CDMA. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA [1], [4], [5], [10] 1.1 Lộ trình phát triển từ các hệ thống thế hệ hai đến thế hệ 3 1.1 Lộ trình nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Công trình nghiên cứu của các nước Châu Âu cho W-CDMA đã bắt đầu từ các đề án Phòng thí nghiệm đa truy nhập theo mã (CDMT) và Sơ đồ đa truy nhập vô tuyến tương lai (FRAMES) từ đầu thập niên 90.
Các dự án này cũng tiến hành thực nghiệm các hệ thống W-CDMA để đánh giá chất lượng đường truyền. Công tác tiêu chuẩn hoá chi tiết được thực hiện ở 3GPP. Lịch trình triển khai W-CDMA được cho hình 1.1: Lịch trình nghiên cứu và đưa mạng W-CDMA vào khai thác Ở Châu Âu và Châu Á, hệ thống W-CDMA được đưa ra khai thác vào đầu năm 2002. Lịch trình nghiên cứu phát triển của cdma2000/3GPP2 chia thành 2 pha: - Pha 1: (1997 – 1999) +) Nghiên cứu phát triển mẫu đầu tiên của hệ thống.
+) Năm 1997: Xây dựng tiêu chuẩn, cấu trúc mẫu đầu tiên hệ thống và thiết kế các phương tiện thử nghiệm chung. +) Năm 1998: Tiếp tục xây dựng mẫu thử đầu tiên của hệ thống và các phương tiện thử nghiệm chung. +) Năm 1999: Kiểm tra kết nối cho mô hình đầu tiên của hệ thống. - Pha 2: (2000 -2002) +) Phát triển hệ thống với mục tiêu thương mại ở các nhà sản xuất hàng đầu.
+) Năm 2002: Bắt đầu dịch vụ thương mại. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Lộ trình phát triển từ GSM thế hệ hai lên WCDMA thế hệ ba WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu nhằm cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM. Quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây: GSM GPRS EDGE WCDMA 1999 2000 2002 Hình 1.2 Quá trình phát triển lên 3G theo nhánh sử dụng công nghệ WCDMA 1.1 GPRS GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi.
GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kbps (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức mạng TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM. Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản. Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Phân hệ trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các nút cổng (gateway).
Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ thống mã hoá kênh khác nhau. Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) và Nút hỗ trợ cổng GPRS (SGSN). GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi.2 EDGE Giải pháp tăng tốc độ truyền dữ liệu cho GSM (EDGE) là một kỹ thuật truyền dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà khai thác TDMA và GSM. EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác.
Vì TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với EDGE, hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS.3 WCDMA hay UMTS/FDD Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng (WCDMA) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) sử dụng tốc độ chip 3,84Mcps bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn, đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị cho IMT-2000. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất.
Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ. Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng. WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS). Tuy nhiên mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA.1 Nguyên lý trải phổ CDMA Các hệ thống số được thiết kế để tận dụng dung lượng một cách tối đa.
Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền của Shannon được mô tả trong (1.1), rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền.1) Trong đó B là băng thông (Hz), C là dung lượng kênh (bit/s), S là công suất tín hiệu và N là công suất tạp âm tính trung bình. Vì vậy, đối với một tỉ số S/N cụ thể (SNR), dung lượng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. CDMA thường được gọi là Kỹ thuật đa truy nhập trải phổ (SSMA).
Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (GP) hoặc là hệ số trải phổ. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 GP = Bt / Bi hoặc GP = B/R (1.2) Trong đó Bt: là độ rộng băng tần truyền thực tế Bi: độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin B: là độ rộng băng tần RF R: là tốc độ thông tin Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0 được thể hiện trong công thức sau : S Eb R Eb 1 (1.3) N I0 B I0 Gp Trong đó Eb : là năng lượng trên một bit. I0 : là mật độ phổ công suất tạp âm. Vì thế, với một yêu cầu Eb/I0 xác định, độ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số S/N yêu cầu càng thấp.
Trong hệ thống CDMA đầu tiên, IS-95, băng thông truyền dẫn là 1. Trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz. Trong CDMA, mỗi người dùng được gán một chuỗi mã duy nhất (mã trải phổ) để trải tín hiệu thông tin thành một tín hiệu băng rộng trước khi truyền đi. Bên thu biết được chuỗi mã của người dùng đó và giải mã để khôi phục tín hiệu gốc.2 Kỹ thuật đa truy nhập Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS-CDMA.
Dữ liệu người sử dụng ngụ ý là chuỗi bit được điều chế BPSK có tốc độ là R. Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu người sử dụng với một chuỗi n bit mã, được gọi là các chip. Ở đây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là thực hiện điều chế trải phổ BPSK. Kết quả tốc độ dữ liệu là 8xR và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên (giả nhiễu) như là mã trải phổ.
Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của tín hiệu dữ liệu người sử dụng được trải ra. Tín hiệu băng rộng này sẽ được truyền qua các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.3: Quá trình trải phổ và giải trải phổ Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu người sử dụng trải phổ được nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình trải phổ. Trong quá trình trải phổ và giải trải phổ hình 1.3 trên tín hiệu người sử dụng ban đầu được khôi phục hoàn toàn.2 Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó một số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền và nhận thông tin.
Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống. Kỹ thuật trải phổ tín hiệu cần truyền đem lại khả năng thực hiện đa truy nhập cho các hệ thống CDMA. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau: TDMA, FDMA và CDMA. Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong hình 1.
4: Các công nghệ đa truy nhập TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 15 Trong hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tần số điều chế khác nhau. Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các tín hiệu của người sử dụng khác nhau được truyền đi trong các khe thời gian khác nhau. Với các công nghệ khác nhau, số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ đồng thời các kênh vật lý là cố định. Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người dùng khác nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm.