Đề tài mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

----------

BÀI BÁO CÁO

Đề tài: Mạng di động thế hệ thứ 3 và

thiết bị đầu cuối 3G

Giảng viên giảng dạy: Ths Trương Tấn Quang

Sinh viên thực hiện:

1. Nguyễn Xuân Nguyên 0620047

2. Bùi Thanh Phương 0620052

3. Nguyễn Đức Anh 0620001

MỤC LỤ

1

C

PHẦN 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ BA.............................................................5

1.1/Mở đầu................................................................................................................5

1.2/Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ hai GSM lên mạng

thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA........................................................................7

1.2.1/ HSCSD: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao...........................................8

1.2.2/ Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS..............................................................9

1.2.3/ EDGE........................................................................................................10

1.3/ Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3........................................11

1.4/ Tổng quan công nghệ W-CDMA trong hệ thống UMTS.................................12

1.4.1/Nguyên lý CDMA......................................................................................12

1.4.2/ Một số đặc trưng của lớp vật lý trong hệ thống WCDMA........................16

1.5/ Kiến trúc của mạng thông tin di động 3G........................................................24

1.5.1/ Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G.......................................24

1.5.2/ Cấu trúc mạng 3G –WCDMA...................................................................25

1.5.3/ Mô hình tham khảo các mạng W-CDMA..................................................28

1.6/ Các kênh cơ bản của W-CDMA.......................................................................34

1.6.1/ Kênh logic.................................................................................................35

1.6.2/ Kênh truyền tải..........................................................................................36

1.6.3/ Kênh vật lý................................................................................................37

1.7/ Điều khiển công suất........................................................................................41

1.7.1/ Giới thiệu chung........................................................................................41

1.7.2/ Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control).......................43

1.7.2/ Điều khiển công suất vòng kín.................................................................43

1.7.3/ Điều khiển công suất vòng bên ngoài........................................................43

2

PHẦN 2: THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI 3G..........................................................................45

2.1/ Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu WCDMA.............................................45

2.2/ Phân tập phát:47

2.2.1/ Phân tập vòng hở.......................................................................................47

2.2.2/ Phân tập vòng kín......................................................................................48

2.3/ Các thông số của máy thu và máy phát vô tuyến của UE.................................49

2.4/ Mã hoá tiếng ở các hệ thống thông tin di động cdma.......................................50

2.4.1/ Bộ mã hoá tốc độ biến đổi nâng cao EVRC..............................................50

2.4.2/ Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng AMR.......................................52

2.4.3/ Codec đa tốc độ thích ứng băng rộng AMR WB22...................................56

2.5/ Bộ triệt nhiễu....................................................................................................58

2.5.1/ Bộ triệt nhiễu đa tầng................................................................................58

2.5.2/ Bộ triệt nhiễu đa tầng ước tính kênh lặp....................................................62

2.6/ Ăng ten thông minh..........................................................................................64

2.6.1/ Phân tập dàn ăng ten thích ứng..................................................................65

2.6.2/ Cấu hình của khối thu CAAAD.................................................................68

3

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Dãy tần hoạt động của FDD và TDD.............................................................6

Hình 1.2 Chế độ hoạt động của FDD và TDD..............................................................6

Hình 1.3 Lộ trình phát triển từ GSM lên mạng 3G W-CDMA......................................8

Hình 1.4 Hệ thống HSCSD...........................................................................................8

Hình 1.5 Mạng GPRS...................................................................................................9

Hình 1.6 Dịch vụ EDGE.............................................................................................10

Hình 1.7 Quá trình trải phổ và giải trải phổ.................................................................13

Hình 1. 8 Các công nghệ đa truy nhập........................................................................14

Hình 1.9 Các công nghệ đa truy nhập.........................................................................15

Hình 1.10 Quá trình trải phổ và trộn...........................................................................16

Hình 1.11 Phân bố phổ tần cho UMTS châu Âu.........................................................18

Hình 1.12 Truyền sóng đa đường................................................................................19

Hình 1.13 Phương pháp chọn đường truyền để kết hợp của máy thu RAKE.............20

Hình 1.14 Cấu hình của máy thu RAKE.....................................................................20

Hình 1.15 Sơ đồ ánh xạ giữa các kênh khác nhau.......................................................21

Hình 1.16 Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến.........22

Hình 1.17 Cấu trúc cell UMTS...................................................................................23

Hình 1.18 Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G........................................24

Hình 1.19 Cấu trúc UMTS..........................................................................................26

Hình 1.20 Mô hình mạng 3G phát hành 1999.............................................................28

Hình 1.21 Kiến trúc mạng 3G phát hành 4..................................................................30

Hình 1.22 Kiến trúc mạng 3G phát hành 5..................................................................31

Hình 1.23 Kiến trúc mạng 3G toàn IP.........................................................................33

Hình 1.24 Cấu trúc kênh cơ bản của W-CDMA..........................................................34

Hình 1.25 Cấu trúc kênh logic....................................................................................35

Hình 1.26 Tốc độ truyền WCDMA đường lên............................................................38

Hình 1.27 Cấu trúc của kênh dành riêng.....................................................................39

Hình 1.28 Cấu trúc kênh CCPCH...............................................................................39

Hình 1.29 Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH................................................................40

Hình 1.30 Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH..................................41

4

Hình 1.31 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên).............................42

Hình 1.32 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống).................42

Hình 2.1 Sơ đồ máy phát và máy thu WCDMA..........................................................45

Hình 2.2 Phân tập phát vòng hở của WCDMA...........................................................47

Hình 2.3 Bộ điều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (O￾STBC) 2x2..................................................................................................................48

Hình 2.4 Phân tập phát vòng kín của WCDMA..........................................................49

Hình 2.5 Sơ đồ khối chức năng của EVRC.................................................................50

Hình 2.6 Lưu đồ thông tin giữa các giao diện.............................................................54

Hình 2.7 Các loại triệt nhiễu.......................................................................................58

Hình 2.8 Cấu hinh của bộ triệt nhiễu đa tầng kiểu nối tiếp..........................................60

Hình 2.9 Cấu hình của bộ triệt nhiễu đa tâng kiểu song song......................................61

Hình 2.10 Cấu hình CEIGU để ước tính lặp................................................................62

Hình 2.11 Ăng ten thông minh....................................................................................63

Hình 2.12 Cấu hình tổng quát của phân tập ăng ten dàn thích ứng.............................65

Hình 2.13 Cấu hình khối thu CAAAD........................................................................68

5

PHẦN 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ BA

1.1/Mở đầu

Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát triển

nhanh nhất và phục vụ con người hữu hiệu nhất. Để đáp ứng các yêu cầu về chất

lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, thông tin di động càng không ngừng được cải

tiến. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 được đề

xuất, trong đó có hai hệ thống W-CDMA và CDMA 2000 đã được ITU chấp thuận và

sẽ được đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thế kỷ XXI với các ưu điểm :

 Tốc độ truy nhập cao.

 Linh hoạt

 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có.

CDMA2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử

dụng công nghệ CDMA: IS-95.

W-CDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống di động thế hệ 2 sử dụng công

nghệ TDMA như: GSM, PDC, IS-136. Nó là sự phát triển của GSM để cung cấp các

khả năng cho thế hệ 3. W-CDMA sử dụng công nghệ DS-CDMA băng rộng và mạng

lõi được phát triển được phát triển từ GSM và GPRS. W-CDMA có hai giải pháp cho

giao diện vô tuyến:

 Ghép song công phân chia theo tần số FDD.

 Ghép song công phân chia theo thời gian TDD.

Cả hai giải pháp này đều sử dụng phương pháp trải phổ chuổi trực tiếp ( DS-CDMA).

Giải pháp thứ nhất được triển khai rộng rãi hơn, còn giải pháp thứ 2 được triển khai ở

các ô nhỏ ( micro cell và pico cell).

Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau 190

MHz: Đường lên có băng tần nằm trong dãy phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz. Đường

xuống có băng tần nằm trong dãy phổ từ 2110 MHz đến 2170 MHz.

6

Giải pháp TDD sử dụng băng tần nằm trong dãy từ 1900 MHz đến 1920 MHz và từ

2010 đến 2020 MHz. Trong TDD, đường lên và đường xuống sử dụng chung một dãy

tần.

Hình 1.1 Dãy tần hoạt động của FDD và TDD

Hình 1.2 Chế độ hoạt động của FDD và TDD

Giao diện W-CDMA được chia thành hai loại: Mạng đồng bộ và mạng dị bộ.

 Trong mạng đồng bộ, tất cả các trạm gốc đồng bộ thời gian với nhau. Điều

này tạo ra một giao diện vô tuyến hiệu quả hơn, nhưng nó đòi hỏi nhiều

thiết bị phần cứng đắt tiền trong trạm gốc.

 Trong mạng dị bộ, các trạm gốc không đồng bộ thời gian với nhau. Đặc tính

vượt trội của loại mạng này là điều khiển công suất nhanh trong cả đường

7