Đề tài Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3G

g địa lý. Các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng. 1.5/ Kiến trúc của mạng thông tin di động 3G 1.5.1/ Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G Hình 1.18 Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền số liệu gói và tiếng. Các vùng chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các vùng chức năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn. 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN : Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS). Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM). Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được chuyển sang chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực ( như tiếng và video ) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. 1.5.2/ Cấu trúc mạng 3G –WCDMA Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần :Mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN). Trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống.Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM.Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM. Hình 1.19 Cấu trúc UMTS UE (User Equipment) Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần : Thiết bị di động ME : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu. Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử : Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN. CN (Core Network) HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm : Các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng . Các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi. MSC/VLR: Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ. GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài. SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS). GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các mạng ngoài Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các giao diện vô tuyến Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh. Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS. Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn. 1.5.3/ Mô hình tham khảo các mạng W-CDMA 1.5.3.1/ Mô hình mạng 3G phát hành 1999 Hình 1.20 Mô hình mạng 3G phát hành 1999 Về giao diện vô tuyến: Phần mạng truy nhập vô tuyến mới UTRAN(WCDMA) được thêm các thành phần RNC và BC. Việc có nâng cấp giao diện vô tuyến hiện có của GSM lên EDGE (E-RAN) hay không là tùy chọn của nhà khai thác. MSC/VLR nâng cấp có thể xử lý được cho phần vô tuyến băng rộng. Để các dịch vụ IN có thể cung cấp cho các mạng tạm trú của thuê bao cần triển khai CAMEL. Kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dùng công nghệ ATM nhằm hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác nhau: các dịch vụ tốc độ không đổi cho chuyển mạch kênh và và các dịch vụ có tốc độ thay đổi đối với chuyển mạch gói. Các nút lõi được chuyển đổi: Phần CS phải quản lý cả thuê bao 2G và 3G, đòi hỏi thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AuC/EIR. Phần PS được nâng cấp từ GPRS, thay đổi ở SGSN là lớn nhất. Mạng cung cấp các loại dịch vụ 3G và dịch vụ giống với mạng 2.5G, hầu hết các dịch vụ được chuyển sang dạng gói khi có nhu cầu. Ví dụ WAP sẽ chuyển sang dùng chuyển mạch gói. Dịch vụ dựa trên vị trí giúp truyền dữ liệu gói hiệu quả hơn. Ưu điểm: Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS hiện có: Có thể triển khai nhanh chóng. Chỉ tiêu các phần tử mạng rất ổn định. Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh và gói. Bảo đảm an toàn đầu tư: Thiết bị nâng cấp dần dần tới mạng lõi 3G. Nhược điểm: Phức tạp do cả hai thành phần CS và PS. Phần CS phức tạp do phải phục vụ cả 2G và 3G, khó mở rộng. Việc quản lý hệ thống sẽ phức tạp. Khắc phục: Bước phát triển tiếp theo sau 3GPP R99 chỉ ra các xu hướng chung. Đó là tách phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ, đồng thời chuyển đổi mạng theo hướng hoàn toàn trên cơ sở IP. 1.5.3.2/ Mô hình mạng 3G phát hành 4: Hình 1.21 Kiến trúc mạng 3G phát hành 4 Điểm khác biệt chính của phát hành 4 và phát hành 99 là mạng lõi phân bố. MSC được chia thành MSC sever và MGW. 3GPP phát hành 4 tách phần kết nối, điều khiển và dịch vụ cho chuyển mạch kênh mạng lõi. MSC sever có chức năng quản lý di động và điều khiển cuộc gọi, không chứa ma trận chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW. Media Gateway (MGW) là phần tử chiệu trách nhiệm duy trì các kết nối và thực hiện chức năng chuyển mạch khi cần. Thoại chuyển mạch gói (VoIP): cuộc gọi chuyển mạch kênh được chuyển sang chuyển mạch gói trong MGW. Ưu điểm: Khắc phục một số nhược điểm của R99. Tách riêng phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần chuyển mạch lõi chuyển mạch kênh. Toàn bộ lưu lượng qua MGW, được quản lý nằng MSC Sever tách rời ( nâng cấp từ MSC/VLR). Phần CN CS có thể tự do mở rộng khi dung nhiều MGW. Cho phép truyền tải lưu lượng hiệu quả hơn nhờ chuyển mạch gói. Một cuộc gọi GSM truyền thống sẽ được thay bằng VoIP qua MGW. Phân hệ đa phương tiện IP(IMS) được thêm vào đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện trên IP và VoIP. Nhược điểm: Làm thay đổi căn bản phần CS nhưng vẫn còn cả hai thành phần CS và PS. Vai trò của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở thành yếu tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng. 1.5.3.3/ Mô hình mạng 3G phát hành 5 Hình 1.22 Kiến trúc mạng 3G phát hành 5 Đặc điểm của mạng 3G phát hành 5 là thêm miền IP đa phương tiện trong mạng lõi, hỗ trợ dữ liệu và thoại qua IP, trong đó bổ sung một số phần tử mới: CSCF: Quản lý việc thiết lập duy trì và giải phóng các phiên truyền đa phương tiện với người sử dụng. MRF: Hỗ trợ các chức năng như cuộc gọi nhiều bên, cuộc gọi hội nghị. Ngoài ra, SGSN và GGSN được cải tiến so với R4 là có hỗ trợ thoại. MGW vẫn có chức năng tương tự như R4 và MGW do MGCF điều khiển. Ưu điểm : Tồn tại duy nhất chuyển mạch gói PS. Sử dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý toàn bộ lưu lượng trên mạng 3G vì đều là IP. Công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ giảm dần tỷ trọng. Trong tương lai, các lõi 3G sẽ có nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau. 1.5.3.4/ Mô hình mạng 3G phát hành 6 Mục đích chuẩn hóa của 3GPP Relesae 6 là: Cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP, pha 2: Nhắn tin IMS và quản lý nhóm. Hoạt động phối hợp với mạng LAN vô tuyến. Các dịch vụ giọng nói: Nhận dạng giọng nói phân bố (DSsR). Phạm vi và định nghĩa đang tiếp tục được tiêu chuẩn hóa. 1.5.3.5/ Mô hình mạng 3G toàn IP Hình 1.23 Kiến trúc mạng 3G toàn IP Tiếp theo thế hệ 2.5G và 3G, mạng lõi toàn IP đang xuất hiện với nhiều khả năng ứng dụng cao, các dịch vụ thoại và số liệu được hỗ trợ qua mạng lõi toàn IP. Các mạng đa phương tiện toàn IP được thiết kế cho công nghệ bưu chính như CDMA2000, UMTS. Trong cấu trúc mạng 3G toàn IP, dữ liệu được thiết lập để mang các gói IP giữa các sever kết nối mạng và các thiết bị đầu cuối. Mạng sử dụng các “Tunnel” để hỗ trợ việc lưu chuyển. Trong UMTS, Tunnel từ sever truy nhập mạng được định tuyến thông qua một hệ chuyển mạch tunnel. Thiết bị đầu cuối có thể di chuyển giữa các trạm thu phát và trạm điều khiển mà không cần di chuyển các chuyển mạch tunnel, chỉ cần một nhánh của tunnel. Thiết bị đầu cuối có thể di chuyển tới một mạng truy nhập được điều khiển bởi một chuyển mạch tunnel khác bằng việc di chuyển các nhánh của tunnel mà không cần lưu chuyển phần dữ liệu. 1.6/ Các kênh cơ bản của W-CDMA Hình 1.24 Cấu trúc kênh cơ bản của W-CDMA Trong W-CDMA có 3 nhóm kênh cơ bản: Kênh logic Kênh truyền tải Kênh vật lý Kênh logic: Miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi. Mặc dù gọi là "kênh" nhưng nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải. Kênh logic có thể hiểu là những công việc mà mạng và thiết bị cần phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau. Các kênh logic này cũng có thể xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó. Kênh vận tải: Qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được truyền đi. Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó. Kênh vật lý: Là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi. Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp trong mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển. Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi thông tin đi một cách hiệu quả nhất. 1.6.1/ Kênh logic Hình 1.25 Cấu trúc kênh logic Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh điều khiển và kênh lưu lượng. 1.6.1.1/ Kênh điều khiển Kênh điều khiển chung Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): hoạt động ở tuyến xuống, đưa thông tin nhận biết tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn) Kênh nhắn tin PCH: cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên. Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng ASCII Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong 1 cell. Hai kênh dành riêng: Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH. 1.6.2.2/ Kênh lưu lượng Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu, bao gồm 2 kênh: Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH) : chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền thông tin người dùng. Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm trên kênh đường xuống, sử dụng để truyền thông tin cá nhân đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm. 1.6.2/ Kênh truyền tải Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết để truyền tải các thông tin dữ liệu qua mạng. Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các kênh logic. Có 2 loại kênh truyền tải : Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một MS với mang DCH-UL, DCH-DL. Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator). TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa lớp MAC và lớp vật lý. Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với nhau để tạo thành một kênh truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport Format Combination Indicator) và gởi kèm trong kênh CCTRCH. Tổ hợp mã TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật lý để thông báo với đầu thu kênh truyền tải nào đang được nhận. Tiếp đó, TFCI sẽ được giải mã và tạo ra các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên. 1.6.2.1/ Kênh truyền tải riêng Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH. Kênh này có thể hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống. 1.6.2.2/ Kênh truyền tải chung Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH và DSCH. Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng để quảng bá những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào. Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường xuống. Có thể hoạt động trong toàn bộ hay một phần tế bào. Việc gửi kênh này được thực hiện sau khi BS nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên. Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ tục tin nhắn, đó là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao. Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều khiển từ thuê bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối. Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh RACH, được sử dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên. Đi cặp với kênh này, ở hướng xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH. Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin dữ liệu hoặc thông tin điều khiển của người dùng. 1.6.3/ Kênh vật lý Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh vật lý. Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý. Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn vô tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất. 1.6.3.1/ Kênh đường lên Hai kênh dành riêng: DPDCH (truyền dữ liệu) : DPCCH (truyền báo hiệu) Một kênh truy cập chung RACH. Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian. Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để có hệ số trải phổ lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao. Hình 1.26 Tốc độ truyền WCDMA đường lên Kênh DPDCH: Truyền pilot cho thu tương can. Truyền bit điều khiển công suất. Truyền tin tức về tốc độ. 1.6.3.2/ Kênh đường xuống Kênh vật lý điều khiên chung (sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: BCCH, PCH, PACH. Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao. Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian. Kí hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH(theo thời gian) để phục vụ thu tương quan. Vì các kí hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối nên nó được dùng để đánh giá sự hoạt động thích ứng của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống. CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian. CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell. Hình 1.27 Cấu trúc của kênh dành riêng CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung. Tốc độ bản tin CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác. Hình 1.28 Cấu trúc kênh CCPCH Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng. Dùng khi thực hiện thủ tục định vị và đồng bộ mạng. Hình 1.29 Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp có điều chế cung cấp tin tức xác mã PN của BS. SCH sơ cấp sử dụng mã 256 bits không điều chế, phát mỗi lần 1 khe. SCH thứ cấp mã 256 bits cố điều chế, phát song song với SCH sơ cấp. SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bits (có lặp cho mỗi khung). Chuỗi điều chế giống nhau với tất cả BS có độ tự tương quan tốt. Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang thông tin truy xuất mạng. Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói. Hình 9 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH. Hình 1.30 Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH 1.7/ Điều khiển công suất 1.7.1/ Giới thiệu chung Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau : Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động. Hình bên dưới chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tín hiệu từ các MS khác nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA. Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn.Trong tình huống xấu nhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS. Hình 1.31 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xado mô hình một-tới-nhiều. Điều khiểncông suất có nhiệm vụ : Bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này . Biảm thiểu toàn bộ nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu. Hình 1.32 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) Trong hình trên, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1.Vì thế để đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho các kênh đường xuống giữa BS và MS2. Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA : Điều khiển công suất vòng mở. Điều khiển công suất vòng kín. Điều khiển công suất vòng bên ngoài. 1.7.2/ Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control) Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong UMTS FDD cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS. Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này, trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống FDD bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Điều khiển công suất vòng mở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD. 1.7.2/ Điều khiển công suất vòng kín. Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại fading của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng bên ngoài. 1.7.3/ Điều khiển công suất vòng bên ngoài Điều khiển công suất vòng bên ngoài cần thiết để giữ chất lượng truyền thông tại các mức yêu cầu bằng cách thiết lập mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín nhanh.Mục đích của nó là cung cấp chất lượng yêu cầu. Tần số của điều khiển công suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz. Điều khiển công suất vòng bên ngoài so sánh chất lượng nhận được với chất lượng yêu cầu. Thông thường, chất lượng được định nghĩa là tỷ lỗi bit mục tiêu xác định (BER) hay Tỷ số lỗi khung (FER). Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và mục tiêu chất lượng tuỳ thuộc vào tốc độ di động và hiện trạng đa đường.Nếu chất lượng nhận tốt hơn, có nghĩa là mục tiêu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu.Để giảm thiểu khoảng trống, mục tiêu SIR sẽ phải giảm.Tuy nhiên, nếu chất lượng nhận xấu hơn chất lượng yêu cầu, mục tiêu SIR phải tăng lên để đảm bảo QoS yêu cầu. PHẦN 2: THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI 3G 2.1/ Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu WCDMA Hình 2.1 Sơ đồ máy phát và máy thu WCDMA Hình trên cho thấy sơ đồ khối của máy phát vô tuyến (hình a) và máy thu vô tuyến ( hìnhb) trong W-CDMA. Tại phía phát: Lớp 1 (lớp vật lý) bổ sung CRC cho từng khối truyền tải, (TB: Transport Block) là đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp MAC để phát hiện lỗi ở phía thu. Sau đó số liệu được mã hoá kênh và đan xen. Số liệu sau đan xen được bổ sung thêm các bit hoa tiêu và các bit điều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control)), được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hoá). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và được biến đổi vào tương tự bằng bộ biến đổi số vào tương tự (D/A) để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang. Tín hiệu trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau đó được đưa lên khuyếch đại trước khi chuyển đến anten để phát vào không gian. Tại phía thu Tín hiệu thu được bộ khuyếch đại đại tạp âm thấp (LNA) khuyếch đại, được biến đổi vào trung tần (IF) thu rồi được khuyếch đại tuyến tính bởi bộ khuyếch đại AGC (tự điều khuyếch). Sau khuyếch đại AGC, tín hiệu được giải điều chế để được các thành phần I và Q. Các tín hiệu tương tự của các thành phần này được biến đổi vào số tại bộ biến đổi A/D, được lọc bởi bộ lọc Nyquist cosine tăng căn hai và được phân chia theo thời gian vào một số thành phần đường truyền có các thời gian trễ truyền sóng khác nhau. Máy thu RAKE chọn các thành phần lớn hơn một ngưỡng cho trước. Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng được kết hợp bởi bộ kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng được giải đan xen, giải mã kênh (giải mã sửa lỗi), được phân kênh thành các khối truyền tải TB và được phát hiện lỗi. Cuối cùng chúng được đưa đến lớp cao hơn. 2.2/ Phân tập phát Khi nhiều anten thu được sử dụng, ta nói máy thu sử dụng phân tập anten thu (Rx). Phân tập Rx có thể được sử dụng tại nút B để tăng dung lượng đường lên và vùng phủ sóng. Do giá thành và không gian chiếm lớn, phân tập anten thu không phổ biến tại máy đầu cuối. Để khắc phục nhược điểm này WCDMA sử dụng phân tập phát cho máy đầu cuối. Tồn tại hai kỹ thuật phân tập phát ở WCDMA: Phân tập vòng hở. Phân tập vòng kín. 2.2.1/ Phân tập vòng hở Phân tập phát vòng hở sử dụng bộ mã hóa được gọi là STTD (Space time Transmit Diversity: phân tập phát không gian thời gian). Sơ đồ máy phát và máy thu sử dụng STTD được cho trên hình bên dưới. Hình 2.2 Phân tập phát vòng hở của WCDMA MF: Matched Filter: Bộ lọc phối hợp STTD được xây dựng trên cơ sở mã Alamouti như sau : (3.1) trong đó cột 1 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 1 còn cột 2 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 2. Các ký hiệu này là các ký hiệu điều chế QPSK như trong hình bên dưới: Hình 2.3 Bộ điều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (O-STBC) 2x2. 2.2.2/ Phân tập vòng kín Trọng số phát được lựa chọn theo thủ tục dưới đây: Đầu cuối đo các kênh hoa tiêu chung CPICH1 và CPICH2 được phát trên anten 1 và anten 2. Đầu cuối nhận được ước tính kênh cho đường truyền h1 và h2. Vectơ trọng số phát cần thiết W(w1, w2) được xác định, được lượng tử và được gửi đến BTS trong trường FBI của kênh DCCH. Hình 2.4 Phân tập phát vòng kín của WCDMA 2.3/ Các thông số của máy thu và máy phát vô tuyến của UE Các thông số máy thu và máy phát quan trọng trong phần vô tuyến của UE được cho trong bảng dưới đây: Các thông số chung Tần số công tác Băng tần I: 2110-2170 MHz Băng tần II: 1930-1990 MHz Băng tần III: 1805-1880 MHz Phân cách song công chuẩn Băng tần I: 190 MHz Băng tần II: 80 MHz Băng tần III: 95 MHz Các thông số máy thu Độ nhạy Băng tần 1: -117dBm Băng tần II: -115dBm Băng tần III: - 114dBm Các thông số máy phát Công suất phát cực đai và độ chính xác Loại 1: +33dBm +1/-3dB Loại 2: +27dBm +1/-3dB Loại 3: +24dBm +1/-3dB Loại 4: +21dBm ±2dB Điều