Đồ án Hệ thống thông tin di động Mobifone từ GSM sang 3G WCDMA

ã Các dịch vụ số liệu yêu cầu băng tần cố định. ã Các dịch vụ nhạy cảm cao với trễ truyền dẫn nhỏ. Khác với dịch vụ truyền số liệu theo phương thức kênh, trong phương thức truyền số liệu dạng gói, ạng chỉ truyền thông tin tới thuê bao khi có nhu cầu. Do đó, cùng một kênh vô tuyến tại một thời điểm sử dụng cho nhiều máy di động khác nhau. Hơn nữa máy di động có thể sử dụng 8 khe thời gian. Khi trạm di động cần truyền ngay một gói tin , mạng sẽ cấp ngay cho máy di động đó một hay nhiều khe thời gian trong số các khe thời gian còn trống. Do bản chất của thông tin về số liệu thường tồn tại dưới dạng cụm nên việc cấp khe thời gian động như trên giúp cho việc sử dụng các kênh vô tuyến chở lên hiệu quả và mềm dẻo hơn. Thông tin về địa chỉ được gửi kèm theo trong các gói tin, do đó các gói tin có thể “tìm” được địa chỉ cần tới. Truyền dũ liệu theo dạng gói thường thích hợp với cá dịch vụ sau đây: ã Các dịch vụ truyền số liệu trong đó tín hiệu thường tập trung thành các cụm. ã Các dịch vụ truyền có độ nhạy cảm cao với lỗi bit. Như vậy thấy rằng, dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS dựa trên cơ sở hạ tầng của mạng GSM dùng kỹ thuật gói để truyền dữ liệu và báo hiệu ở tốc độ cao hoặc thấp một cách hiệu quả. Nó chia nhỏ số liệu thành những gói và truyền đi theo một trật tự được quy định và chỉ sử dụng các tài nguyên vô tuyến khi người dùng thực sự cần trao đổi.Trong khoảng thời gian không có tín hiệu phát hoặc thu thì kết nối lập tức ngừng nhưng nó sẽ được thiết lập lại ngay khi có yêu cầu. 2.Tính năng của GPRS Triển khai GPRS giúp giải quyết được hạn chế về tốc độ dữ liệu, có khả năng truyền đua những khối dữ liệu lớn và có tốc độ linh hoạt.Việc cấp phát động tài nguyên vô tuyến có nghĩa là chỉ cấp phát khi có yêu cầu. ã Tốc độ Dịch vụ GPRS hỗ trợ tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ của dịch vụ truyền thống là 9.6 Kbps trong mạng GSM chuyển mạch kênh. Số lượng các kênh số liệu gói tối đa mà một thuê bao có thể chiếm là 8 (bởi vì thiết bị di động không có khả năng xử lý đồng thời với hai tần số sóng mang một lúc). Điều này dẫn tới tốc độ số liệu tối đa của thuê bao di dộng (tính cả phần mào đầu) có thể đạt được tối đa là 171.2 kbps. Tốc độ GPRS có thể đạt được tối đa nếu cùng một thời điểm sử dụng 8 kênh truyền và với giả định không phải sủa lỗi. Có nghĩa là gấp 3 lần tốc độ kênh truyền hiện nay của mạng cố định và gấp 10 lần tốc độ kênh truyền chuyển mạch hiện nay mà GSM đang sử dụng. Thông tin(hình ảnh,dữ liệu,thoại…) có thể nhanh hơn, hiệu quả hơn thông qua cơ sở hạ tầng của mạng GSM và người ta tính toán GPRS có thể rẻ hơn so với công nghệ truyền số liệu bằng chuyển mạch kênh như hiện nay. ã Kết nối liên tục Sự kết nối tức thì cũng là một đặc tính của GPRS .người sử dụng có thể truyền thông tin ngay lập tức khi cần thông qua mạng vô tuyến.không cần khoảng thờigian kết nối như hiện nay.Vì vậy người ta thường mô tả “always connected” với GPRS, một đặc tính quan trọng cho các ứng dụng bị han chế về thời gian, chảng hạn như các ứng dụng không cho phép bắt buộc khách hàng phải chờ quá 30sec. ã Các dịch vụ ưu tiên GPRS cho phép cấc nhà điều hành mạng tối đa hoá việc sử dụng tài nguyên mạng một cách động và linh hoạt song song với việc tính cước. Nhà điều hành mạng có thể phân phối động dịch vụ theo yêu cầu dựa trên Profile của thuê bao tuỳ thuộc vào chất lượng dịch vụ QoS : Độ ưu tiên, trễ, độ tin cậy và thông lượng đường truyền. ã Các ứng dụng mới GPRS cung cấp một số dịch vụ mà trước đây không thể cung cấp được qua GSM do sự hạn chế tốc độ đường chuyển mạch kênh 9.6 kbps) và giới hạn về chiều dài của bản tin SMS (160 kí tự).Đặc biệt là các dịch vụ Internet: Duyệt web, email, đo lường từ xa, các ứng dụng về thương mại… ã Tính cước Có thể tính cước theo nhiều phương thức khác nhau : tính theo thời gian kết nối,tính theo lượng dữ liệu trao đổi,… ã Phân phối dịch vụ nhanh chóng GPRS sử dụng các giao diện mở. Các giao diện sử dụng trong GPRS đều là các giao diện chuẩn do vậy mở ra một thế giới các ứng dụng và dịch vụ cho các hệ thống thông tin và các máy đầu cuối. 3.Mô hình mạng GPRS Hình 26: Mô hình GPRS 3.1.Cấu trúc mạng GPRS Hiện nay, đã có nhiều giải pháp của các nhà sản xuất cho dịch vụ GPRS nhưng nhìn chung các giải pháp đều thống nhất ở những điểm sau đây: Trong toàn mạng , trừ hệ thống BSC, các phần tử còn lại chỉ cần nâng cấp phần mềm là đủ. Cần phát triển thêm hai nút mạng mới , đó là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS là (SSGN) và nút hỗ trợ dịch vụ GPRS tại các cổng giao tiếp với mạng khác (GGSN).Đồng thời xuất hiện thêm một số giao diện mới sau: Về mặt logic thì trong mạng cần phải phát triển thêm hai loại nút mạng mới nhưng thực tế có thể kết hợp hai loại nút mạng này trong một vật lý thống nhất. Vì vậy việc phát triển dịch vụ GPRS có thể được thực hiện theo cách thức mềm dẻo như sau: Khi dịch vụ mới triển khai , các nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động sẽ được xây dựng là các nút kết hợp cả hai nút SGSN & GGSN. Trong các giai đoạn tiếp theo, khi mạng đã phát triển ,các nút này sẽ được phát triển thành những nút vật lý độc lập. Bên cạnh các nút kể trên,để cung cấp dịch vụ GPRS cần phải có thêm các thiết bị đầu cuối có hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói, các máy chủ internet (ví dụ các máy chủ DSN) có khả năng kết nối với mạng GPRS. Hình 27: Cấu trúc mạng GPRS 3.2 Các thành phần cơ bản của mạng GPRS GPRS không làm thay đổi cấu trúc mạng GSM, nó chỉ thêm vào mạng một vài thành phần mới hỗ trợ GPRS. Hình 28: Các giao diện và điểm chuẩn trong mạng 3.2.1. Nút hỗ trợ trong GPRS Một nút hỗ trợ GPRS (GSN) có chức năng theo yêu cầu để hỗ trợ cho GPRS.Trong một mạng PLMN,có thể có nhiều nút hỗ trợ khác nhau. Tất cả các GSN này được nối với nhau theo giao thức IP dựa trên mạng xương sống GPRS. Với mạng xương sống này , các GSN sẽ đóng gói các gói PDP và truyền chúng theo kiểu (Tunnel) bằng giao thức xuyên hầm (GTP). ã SGSN(Serving GPRS Support Node) Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động. SGSN là bộ phận không thể thiếu được trong các mạng GSM. Nó cung cấp dịch vụ chuyển mạch gói di động. SGSN không chỉ định tuyến các gói số liệu cho tất cả các thuê bao GPRS đang hoạt động trong vùng của nó mà còn thực hiện việc đăng kí, quản lí di động (attach, Detach, quản lí vị trí), quản trị phiên nhận thực, tính cước…đối với các máy di động này. Các chức năng chính của SGSN: Chức năng nhận thực. Chức năng quản lý di động. Chức năng quản trị phiên. Chức năng định tuyến. Chức năng bảo mật. Chức năng nén dữ liệu. Chức năng tính cước. SGSN hỗ trợ giao diện chuẩn với SMS-GMSCvà SMS-IWMSC. Cung cấp khả năng tương tác với mạng GSM trong bối cảnh phải sử dụng trung tài nguyên. ã GGSN(Gateway GPRS Support Node) Về mặt hệ thống, GGSN có vai trò tương tự như GMSC trong GSM. Cung cấp một giao diện cổng phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa các thuê bao với các mạng số liệu gói bên ngoài(PDNs). Nó thực hiện việc chuyển đổi các gói GPRS từ SGSN sang định dạng giao thức số liệu PDP thích hợp(IP or X.25) và gửi chúng đến mạng số liệu gói tương ứng.theo hướng ngược lai thì địa chỉ PDP của các gói dữ liệu đến được chuyển đổi sang địa chỉ GSM của thuê bao đích.GGSN cũng thực hiện chức năng nhận thực và tính cước… ã Các chức năng chính của GGSN: Cung cấp giao diện giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu ngoài.Có chức năng như một bộ định tuyến kết nối giữa các thuê bao với mạng số liệu bên ngoài. Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn dạng các gói dữ liệu, địa chỉ cấc gói dữ liệu được trao đổi. • Chức năng định tuyến và truyền tải dữ liệu SGSN và các mạng GPRS khác. • Chức năng Firewall:GGSN kết nối với các mạng IP bên ngoài. Các lựa chọn, lọc bỏ gói khác nhau được xây dựng nhằm tránh sự xâm nhập từ bên ngoài hoặc bảo vệ các dịch vụ khỏi bị tấn công. • Chức năng bảo mật: tăng cường tính bảo mật cho IP backbone,GGSN có khả năng bảo mật IP. • Chức năng quản lí di động. • Chức năng tính cước giống như chức năng tính cước của của SGSN, bằng cách đếm các gói được truyền qua để có thể tính chính xác cước cho mỗi thuê bao. ã Sự kết hợp của SGSN và GGSN: Các chức năng của SGSN và GGSN có thể được kết hợp trong cùng một Node vật lí hoặc phân ra trong các Node khác nhau. Cả hai đều có chức năng định tuyến và chúng có thể đấu nối với Router của IP. Khi GGSN & SGSN trong các mạng PLMN khác nhau , chúng đấu nối với nhau thông qua giao diện Gp. Giao diện Gp cũng có các chức năng giống giao diện Gn. (Gn là giao diện giữa các GSN trong cùng một PLMN) nhưng ngoài ra còn có thêm các chức năng bảo mật được yêu cầu khi trao đổi thông tin giữa các PLMN khác nhau, các chức năng này được đưa ra dựa trên các thoả thuận chung giữa các nhà khai thác. 3.2.2. Các mạng trục GPRS Có hai loại mạng trục GPRS: Intra-PLMN Backbone networkvà Inter-PLMN Backbone network. Mạng Intra - PLMN backbone là mạng IP liên kết các GSN trong cùng một PLMN. Mạng Inter – PLMN backbone là mạng liên kết các GSN của các mạng PLMN khác nhau (liên kết các GPRS provider). Cần có sự thoả thuận Roaming giữa hai nhà cung cấp để lắp đặt mạng trục này. Hình 29 :Mạng Inter-PLMN backbone Và Intra-PLMN backbone. Mạng Intra –PLMN backbone là một mạng IP riêng của nhà cung cấp GPRS, Nó chỉ dành cho các báo hiệu và số liệu GPRS. Một mạng IP riêng laf một mạng trong đó có một số cơ chế điều khiển truy nhập được áp dụng nhằm đạt được một mức độ đảm bảo theo yêu cầu. Mạng IP riêng sử dụng địa chỉ IP riêng mà không thể truy nhập từ mạng bên ngoài. Hai mạng Intra-PLMN backbone được kết nối thông qua giao diện Gp có sử dụng Border Gaterway và hình thành một mạng Inter-PLMN Backbone.Border Gaterway có chức năng đảm bảo an ninh mạng cho riêng Intra-PLMN Backbone chống lại sự tấn công và những người sử dụng bất hợp pháp. 3.2.3.Cổng giao tiếp biên BG(Border Gaterway) Chức năng của Border Gaterway không được định nghĩa trong chỉ định của GPRS. Nhiệm vụ chính của Border Gaterway là định tuyến và đảm bảo thông tin một cách an toàn giữa các PLMN khác nhau qua mạng Inter-PLMN backbone. 3.2.4. Phần BSS Phần BSS cung cấp tất cả chức năng điều khiển và truyền dẫn thông tin phần vô tuyến của mạng bao gồm: ã Khối điều khiển dữ liệu gói PCU (Packet Control Unit). ã Trạm điều khiển gốc BSC (Base Station Controler). ãTrạm gốc thu phát BTS (Base Tranceiver Station). 3.2.5. Bộ ghi định vị thường trú HLR và trung tâm nhận thực AUC. HLR là cơ sở dữ liệu chứa các thông tin về thuê bao thuộc phạm vi quản lý của nó. HLR chứa các thông tin của cả dịch vụ chuyển mạch kênh và các dịch vụ chuyển mạch gói. SGSN có khả năng truy nhập tới HLR thông qua giao diện Gr và GGSN có thể truy cập với giao diện Gc. 3.2.6. Thanh ghi nhận thực thiết bị EIR EIR vẫn thực hiện chức năng như trong hệ thống GSM. GGSN có khả năng truy nhập tới ẻI bằng giao diện Gf để lấy thông tin về IMEI của máy di động đang thực hiện đăng kí với mạng. 3.2.7. MSC/VLR MSC/VLR có thể được tăng cường để thực hiện hiệu quả hơn việc liên hệ giữa dịch vụ chuyển mạch gói GPRS và dịch vụ chuyển mạch kênh GSM. Ví dụ như việc cập nhật vị trí , việc thực hiện thủ tục Attachment được kết hợp giữa dịch vụ GPRS và dịch vụ không có GPRS.Ngoài ra , các bản tin tìm gọi của các cuộc gọi chuyển mạch kênh GSM cũng có thể thực hiện được thông qua SGSN. Để thực hiện điều này, Giao diện kết nối được hình thành giữa SGSN và MSC/VLR. MSC/VLR được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Trong hệ thống GPRS thì MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong GSM, mà thay vào đó là HLR. Do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ HLR/AUC. `Tin nhắn trong mạng chuyển mạch có thể thực hiện hiệu qưủa hơn thông qua SGSN vì có thể kết hợp với các chức năng mở rộng của GPRS . SMS-GMSC và SMS-IWMSC được nối với SGSN thông qua giao diện Gd và nó cho phép các máy di động của GPRS gửi hay nhận tin nhắn thông qua các kênh vô tuyến GPRS. 3.2.8. Thiết bị đầu cuối GPRS(GPRS-MS) Trạm di động đầu cuối GPRS có thể khai thác theo một trong ba kiểu.Kiểu hoạt động của MS phụ vào các dịch vụ và tiện ích mà MS đăng ký với mạng. Kiểu hoạt động ở lớp A: Các máy di động thuộc lớp A được khai báo cho cả hai dịch vụ GPRS vàGSM. Nó có thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và gói đồng thời.tức là đồng thời có thể sử dụng dịc vụ thoại và nhận cấc gói dữ liệu GPRS. Kiểu hoat động lớp B: Các máy di động thuộc lớp B được khai báo cả hai dịch vụ GSM &GPRS. Nó không thể sử dụng cả hai dịch vụ một cách đồng thời.Nếu cuộc gọi từ GPRS đang thực hiện thì máy di động không thể thực hiện được cuộc gọi GSM và ngược lại.Nó có thể sử dụng cả hai dịch vụ theo cạch liên tiếp nhau. Máy di động có thể nhận được tin nhắn của dịch vụ chuyển mạch kênh trong khi đang truyền tải dữ liệu dạng gói. Khi đó máy di động có thể tạm dừng việc truyền tải dữ liệu trong khoảng thời gian kết nối chuyển mạch kênh, khi kết nối này kết thúc, máy đầu cuối di động sẽ tự đông tiếp tục truyền tải dữ liệu dạng gói. Kiểu hoạt đông lớp C. Các máy di động lớp C có chức năng của của cả GSM và GPRS nhưng tại một thời điểm chỉ sử dụng được một trong hai chức năng đó.Vì vậy ,nếu máy di động đang Attach với mạng GPRS thì nó sẽ Detach khỏi mạng GSMvà sẽ không thực hiện hay nhận được bất cứ cuộc gọi GSM nào và ngược lại. Hiện nay trên thị trường đang phổ biến loại điện thoai lớp B do nhiều nhà cung cấp thiết bị đầu cuối cung cấp như : Samsung,Nokia, Siemen,Alcatell… Phần IV: Công nghệ 3G WCDMA / IMT 2000 1. Nguyên lý CDMA 1.1.Nguyên lí trải phổ CDMA Là 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 hình 2.1, rõ ràng dung lượng kênh truyền có thể được tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền. C = B. Log2 (1 + S/ N) Với B: băng thông (Hz) C: dung lượng kênh (Bit/s) S/ N: công suất tín hiệu/công suất tạp âm. 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 là kĩ thuật đa truy nhập trảI phổ (SSMA). tỉ số độ rộng băng tần truyền thực với đọ rộng băng tần thông tin cần truyền được gọi là độ lợi xử lý (Gp) hay là hệ số trảiphổ. Gp = Bt/ Bi hoặc Gp = B/ R Trong đó Bt: Độ rộng băng truyền thực tế Bi: Độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin.. B : Độ rộng băng tần thực tế. R : Tốc độ thông tin. Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỉ số Eb/ I0, trong đó Eb là năng lượng trên một bit thông tin, và I0 là mật độ phổ năng lượng tạp âm, thể hiện trong công thức sau. S/N = E*R/ I0*B = Eb/ I0* 1/Gp Vì thế, với một yêu cầu Eb/ I0 xác định, độ lợi xử lí càng cao, thì tỉ số S/N yêu cầu càng thấp. Trong hệ thống CDMA đầu tiên, IS-95, băng thông truyền dẫn là 1.25Mhz. Trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz. Trong CDMA. Mỗi người sử dụng 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 sử dụng đó và giảI mã vvà khôI phục tín hiệu gốc. 1.2. Kĩ thuật trải phổ vầ giải trải phổ: Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS – CDMA. Dữ liệu người dùng (chuỗi bit) được điều chế BPSK có tốc độ là R. Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu của 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 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. Hình 30: Quá trình tải phổ và giải trải phổ Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip / dữ liệu của người sử dụng ttrải phổ được nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã được sử dụng trong quá trình ttrải phổ. Như vậy tín hiệu của người sử dụng được khôi phục hoàn toàn. 1.3. Kỹ thuật truy nhập CDMA : Một mạng thông tin di động là một hệ thống trong đó một lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lí 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 đem lại khả năng thực hiện việc 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 vẽ sau đây. Hình31 : Các công nghệ đa truy nhập Trong các hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử dụng khác nhau được truyền trong cá kênh khác nhau với tần số điều chế khác nhau. Trong hệ thống đa truy nhập theo thời gian TDMA, các tín hiệu của những người sử dụng khác nhau được truyền đi trong những khe thời gian khác nhau. Với các công nghệ khác nhau thì số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ các kênh vật lí là cố định. Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu của người sử dụng khá nahu được truyền trong cùng một băng tần trong cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu của người sử dụng này như là nhiễu đối với người sử dụng khác, do đó dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu và không có con số cố định, nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm. Hình vẽ sau đây chỉ ra một thí dụ làm thế nào 3 nguời sử dụng có thể truy nhập đồng thời trong một hệ thống CDMA: Hình32: Nguyên lí đa truy nhập trải phổ Tại bên thu, người sử dụng thứ 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác. Bởi vì sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ: việc tách sóng kết hợp sẽ chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn vàmột phần nhỏ cho tín hiệu của người sử dụng khác và băng tần thông tin. Độ lợi sử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xwr lý đemlại nhiều lợi ích cho các hệ thống CDMA, như hiệu suất phổ cao và dung lượng mềm. Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kĩ thuật điều khiển công suất nghiêm ngặt và chuyển giao mềm, để cho tín hiệu của người sử dụng này không che thông tin của người sử dụng khác. 2. Một số đặc trưng củ lớp vật lý trong hệ thống WCDMA. 2.1.Các mã trải phổ. Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit thông tin dữ liệu được mã hoá với một số chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN). Mạng vô tuyến UMTS sử dụng tốc độ chips cố định là 3.84Mpcs đem lại một băng thông sóng mang sấp sỉ 5MHz. Dữ liệu được gửi qua giao diện vô tuyến WCDMA được mã hoá 2 lần trước khi được điều chế và truyền đi. Quá trình này được mô tả trong hình vẽ sau: Hình 33: Quá trình trải phổ và trộn. Như vậy trong quá trình trên có hai loãi mã được sử dụng là mã trộn và mã định kênh. • Mã định kênh: là các mã hệ sổ trải phổ biến đổi trức giao OVSF giữ tính trực giao giữa các kênh có các tốc độ và hệ số trải phổ khác nhau. Các mã lựa chọn được xác định bằng hệ số trải phổ. Cần phải chú ý thêm rằng: Một mã có thể được sử dụng trong cùng một Cell. Có thể nói tất cả các mã được chọn lựa sử dụng hoàn toàn theo quy luật trực giao. • Mã trộn: Mã trộn được sử dụng trên đường xuống là tập hợp chuỗi mã Gold. Các điều kiện ban đầu dựa vào số mã trộn n. Chức năng của nó dùng để phân biệt các trạm gốc khác nhau. Thông qua mô phỏng, n được xác định là tỉ số giữa sự tương quan và tương quan chéo khi thay đổi số chip bị cắt bớt do thay đổi tỉ số S/N. Kết quả được chỉ ra như trong bảng. Hình 34 : Quan hệ giữa S/N và tỉ số bị cắt bớt Tồn tại hai loại mã trộn trên đường lên dùng để duy trì sự phân biệt giữa các máy di động khác nhau. Cả hai loại đều là mã phức. Mã thứ nhất là mã hoá Kamasi rất rộng. Thứ hai là mã trộn dài đường lên, thường được sử dụng trong Cell không phát hiện ra nhiều người sử dụng trong một trạm gốc, đó là chỗi mã Gold có chiều dài 241 – 1. 2.2. Phương thức song công: Hai phương thức song công được sử dụng trong kiến trúc WCDMA là: song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Phương pháp FDD cần hai băng tần cho đường lên và đường xuống, phương pháp TDD chỉ cần một băng tần. Thông thường phổ tần được bán cho nhà khai thác theo các dải có thể bằng 2 x10MHz hoặc2x5MHz cho mỗi bộ điều khiển. Mặc dù có một số đặc điểm khác nhau nhưng cả hai phương thức đều tổng hiệu xuất gần như nhau. Chế độ TDD không cho phép giữa máy di động và trạm gốc có trễ truyền lớn, vì sẽ gây tranh chấp giữa các khe thời gian thu và phát. Chế độ TDD thích hợp với những môi trường có trễ truyền thấp, vì thế TDD vận hành tại các Pico cell. Một ưu điểm của TDD là tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống có thể rất khác nhau, vì vậy mà phù hợp với các ứng dụng có đặc tính bất đối xứng lớn ví dụ như Web browsing. Trong quá trình hoạch định mạng, các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp này phải được cân nhắc và bù trừ. Hình 35 : Phổ tần UMTS phân bố cho châu âu 2.3.Dung lượng mạng: Việc sử dung công nghệ đa truy nhập trải phổ CDMA làm cho dung lượng của các hệ thống UMTS không bị giới hạn cứng, có nghĩa là số người sử dụng có thể bổ sung mà không gây ra nghẽn bởi một số lượng phần cứng hạn chế. Hệ thống GSM có số lượng các liên kết và các kênh là cố định chỉ cho phép mật độ lưu lượng lớn nhất đã được hoạch địnhtrước nhờ sử dụng các mô hình toán thống kê. Trong hệ thống UMTS, bất cứ người sử dụng nào đăng nhập sẽ gây ra một lượng nhiễu bổ sung cho nhứng người đang trên hệ thống, ảnh hưởng đến tải của hệ thống. Nếu có đủ số mã thì mức tăng nhiễu do tăng tải là cơ cấu giới hạn dung lượng chính trong mạng. Việc các cell bị co hẹp lai do tải cao và việc tăng dung lượng của các cell mà các cell lân cận nó có mức nhiễu thấp là các hiệu ứng thể hiện đặc điểm dung lượng mạng CDMA có đặc điểm “Dung lượng mềm”. Đặc biệt , khi quan tâm đến chuyển giao mềm thì các cơ cấu này làm cho việc hoạch định mạng trở lên phức tạp hơn. 2.4. Phân tập đa đường – thu RAKE Truyền sóng vô tuyến trong kênh di động mặt đất được đặc trưng bởi các sự phản xạ, sự suy hao khác nhau của năng lượng tín hiệu. Các hiện tượng này gây ra do các vật cản tự nhiên như toà nhà, các quả đồi…dẫn đến hiệu ứng truyền sóng đa đường. Hình 36: Hiệu ứng truyền sóng đa đường. Hiệu ứng đa đường gây ra nhiều khó khăn trong cho các hệ thống truyền dẫn vô tuyến. Một trong những ưu điểm của các hệ thống DSSS là tín hiệu thu qua các nhánh đa đường với trễ truyền khác nhau và cường độ tín hiệu khác nhau lại có thể cải thiện được hiệu suất của hệ thống. Để kết hợp các thành phần từ các nhánh đa đường một cách đồng bộ, cần thiết phải tách đúng các thành phần đó. Trong các hệ thống WCDMA, bộ thu RAKEđược sử dụng để thực hiện chức năng này. Một bộ thu RAKE bao gồm nhiều bộ thu được gọi là “Finger”. Bộ thu Rake sử dụng các bộ cân bằng và các bộ xoay pha để chia năng lượng của các thành phần tín hiệu khác nhau, có pha và biên độ thay đổi theo kênh trong sơ đồ chòm sao. Sau k hi điều chỉnh trễ thời gian và cường độ tín hiệu, các thành phần khác nhau đó được kết hợp thành một tín hiệu có chất lượng cao hơn. Quá trình này gọi là quá trình kết hợp theo tỉ số lớn sử dụng tốc độ chips 3.84Mpcs hoặc là chênh lệch độ dài đường dẫn là 78m. Phương pháp này lam giảm đáng kể hiệu ứng Phadinh vì khi có nhiều kênh có đặc điểm khác nhau kết hợp thì ảnh hưởng của Phadinh nhanh được tính bình quân. Độ lợi thu từ việc kết hợp nhất quán các thành phần đa đường tương tự với độ lợi của chuyển giao mềm có được bằng cách kết hợp hai hay nhiều tín hiệu trong quá trình chuyển giao. 2.5. Các kênh giao diện vô tuyến UTRA FDD Giao diện vô tuyến UTRA FDD có các kênh logic, chúng được ánh xạ vào các kênh chuyển vận, các kênh chuyển vận lại ánh xạ vào kênh vật lí. Hình 37: Sơ đồ ánh xạ giữâ các kênh khác nhau Hình vẽ trên biểu diễn sơ đồ các kênh và sự ánh xạ của chúng vào các kênh khác 2.6. Trạng thái cell Nhìn dưới góc độ UTRA, UE có thể ở chế độ “Rỗi” hoặc ở chế độ “kết nối”, Trong chế độ “Rỗi”, máy di động được bật và bắt được kênh điều khiển của một Cell nào đó, nhưng phần UTRAN của mạng không có thông tin nào về UE. UE chỉ có thể được đánh đia chỉ bởi một thông điệp (ví dụ như tìm gọi) được phát quảng bá đến tất cả người sử dụng nào trong một Cell. Trạmg thái “Rỗi” cũng được gọi là trạng thái “nghỉ trong Cell”. UE có thể chuyển sang chế độ “kết nối” bằng cách yêu cầu thiết lập cuộc kết nối RRC, Hình vẽ sau đây chỉ ra các trạng thái và sự chuyển tiếp các trạng thái cho một UE bao gồm cả các chế độ GSM/ GPRS. Hình38: Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến Việc ấn định các kênh khác nhau cho một người sử dụng và điều khiển tài nguyên vô tuyến được thực hiện bởi giao thức quản lí tài nguyên vô tuyến. Trong chế độ “kết nối” của UTRA , có 4 trạng thái RRC mà UE có thể chuyển đổi giữa chúng: Cell DCH, Cell FACH, Cell PCH và URA PCH. Trong trạng thái Cell DCH, UE được cấp phát một kênh vật lí riêng trên đường lên và đường xuống. Trong 3 trạng thái còn lại UE không được cấp phát kênh riêng. Trong trạng thái Cell FACH, UE giám sát một kênh đường xuố