Bài giảng Tổng quan mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (WCDMA RAN) (tiếp)

Tổng quan mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (WCDMA RAN)Nội dungTổng quan về 3GNguyên tắc cơ bản của CDMA Đặc trưng cơ bản của WCDMA1 Dịch vụ khác biệt, công nghệ khác biệtAMPSTACSNMTOthers1G 1980sAnalog GSMCDMA IS-95TDMAIS-136PDC2G 1990sDigital Phát triển theo công nghệ3G IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000Phát triển theo nhu cầu của khách hàngTD-SCDMA3G cung cấp các dịch vụ tồng hợp cho cả nhà cung cấp mạng và các thuê bao 2Tiến trình phát triển của 3GLịch sử của 3G: IMT-2000 là tên gọi chung của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3.Hệ thống thông tin di động thứ 3 được phát triển lần đầu tiên vào năm 1985 và được đổi tên thành IMT-2000 vào năm 1996Được thương mại hóa vào khoảng năm 2000Băng tần làm việc: khoảng 2000MHzTốc độ tối đa của dịch vụ: 2000Kbps3Mục tiêu của 3G3G phát triển hướng tới những mục tiêu sau:Băng tần chuẩn toàn cầu và vùng phủ liên tục trên toàn cầu Hiệu quả cao trong việc sử dụng dải phổ Chất lượng dịch vụ cao ,đảm bảo độ tin cậy và bảo mật Dễ dàng chuyển đổi từ 2G lên 3G, tương thích với 2G Cung cấp dịch vụ đa phương tiện với các tốc độ:Môi trường dịch chuyển với tốc độ cao: 144kbpsMôi trường dịch chuyển với tốc độ thấp: 384kbpsMôi trường tĩnh: 2Mbps4185019001950200020502100215022002250ITUEuropeUSAMSSPCSADBBCDCEFAFEMSSReserveBroadcast auxiliary2165 MHz1990 MHz1850190019502000205021002150220022501880 MHz1980 MHzUMTSGSM 1800DECTMSS1885 MHz2025 MHz2010 MHzIMT 2000MSSUMTSJapanMSSIMT 2000MSSIMT 2000PHS18951918BC1885AA’2170 MHzIMT 20002110 MHz2170 MHzMSSMSSCDMATDDWLLFDDWLL19802025MHzGSM1800CDMAFDDWLL196019201945Chinacellular(1)cellular(2)cellular(2)1805 MHz186518651870188518901895191019301945196519701975Dải tần của 3G5Những băng tần sử dụng cho WCDMADải tần chính:1920 ~ 1980MHz / 2110 ~ 2170MHzDải tần phụ: các nước khác nhau có thể khác nhau1850 ~ 1910 MHz / 1930 MHz ~ 1990 MHz (USA)1710 ~ 1785MHz / 1805 ~ 1880MHz (Japan)890 ~ 915MHz / 935 ~ 960MHz (Australia)Kênh tần số＝tần số trung tâm×5, đối với băng tần chính: Tần số cho kênh lên ：9612～9888Tần số cho kênh xuống : 10562～108386Dịch vụ ứng dụng của 3GTime Delay BERbackgroundconversationalstreaminginteractive7Các phiên bản giao thức WCDMA3GPP Rel993GPP Rel4 3GPP Rel5 200020012002GSM/GPRS CNWCDMA RTTIMSHSDPA 3GPP Rel6 MBMSHSUPA2005CS domain change to NGNWCDMA RTT8Cấu trúc hệ thống WCDMARNSRNCRNSRNCCore NetworkNode BNode BNode BNode BIu-CSIu-PSIurIubIubIubIubCNUTRANUEUuCSPS9ContentsTổng quan về 3GNguyên tắc cơ bản của CDMAĐặc trưng cơ bản của WCDMA10Đa truy nhập và công nghệ song côngCông nghệ đa truy nhậpĐa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)Đa truy nhập phân chia theo mã hóa (CDMA)Công nghệ song côngSong công phân chia theo thời gian (TDD)Song công phân chia theo tần số (FDD)11Công nghệ đa truy nhậpfrequencytimepowerFDMAfrequencytimepowerTDMApowertimeCDMAfrequency12Công nghệ song côngTimeFrequencyPowerTDDUSER 2USER 1DLULDLDLULFDDTimeFrequencyPowerULDLUSER 2USER 113ContentsTổng quan về 3GNguyên tắc cơ bản của CDMAĐặc trưng cơ bản của WCDMA14Qui trình sử lý của hệ thống WCDMASourceCodingChannelCodingSpreadingModulationSourceDecodingChannelDecodingDespreadingDemodulationTransmissionReceptionchipmodulated signalbitsymbolServiceSignalRadio ChannelServiceSignalTransmitterReceiver15Mã nguồn WCDMAAMR (Tương thích đa tốc độ) ThoạiTích hợp mã hóa thoại với 8 tốc độ thoạiTốc độ bit AMR có thể điều khiển bởi RAN phụ thuộc vào tải hệ thống và chất lượng của việc kết nối thoạiDịch vụ thoại video:H.324 được sử dụng cho dịch vụ thoại Videois trong vùng chuyển mạch kênh.Bao gồm: mã hóa video, mã hóa thoại, các giao thức dữ liệu, trộn kênh ... CODECBit Rate (kbps)AMR_12.2012.2 (GSM EFR)AMR_10.2010.2AMR_7.957.95AMR_7.407.4 (TDMA EFR)AMR_6.706.7 (PDC EFR)AMR_5.905.9AMR_5.155.15AMR_4.754.7516Mã kênh WCDMATác dụngNâng cao độ tương quan giữa các kí hiệu làm tăng khả năng khôi phục tín hiệu khi hiện tượng xuyên âm xảy ra.Cung cấp khả năng sửa lỗi tốt hơn ở phía thu, nhưng làm tăng độ trễCác dạngKhông mã hóaMã xoắn (1/2, 1/3)Mã dạng ống (1/3)Code Block of N BitsNo Coding1/2 Convolutional Coding 1/3 Convolutional Coding 1/3 Turbo Coding Uncoded N bitsCoded 2N+16 bitsCoded 3N+24 bitsCoded 3N+12 bits17Xen kênh WCDMATác dụngXen kênh nhằm giảm khả năng xảy ra các bit lỗi liên tiếp nhauKhoảng xen kênh dài hơn sẽ bảo đảm dữ liệu tốt hơn với độ trễ cao hơn0 0 1 0 0 0 0 . . . 1 0 1 1 10 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 Inter-column permutation Output bitsInput bits Interleaving periods: 10, 20, 40, or 80 ms 18Mã phân kênh WCDMA Mã OVSP (Orthogonal Variable Spreading Factor) SF = chip rate / symbol rateHigh data rates → low SF codeLow data rates → high SF code SF = 8SF = 1SF = 2SF = 4Cch,1,0 = (1)Cch,2,0 = (1,1)Cch,2,1 = (1, -1)Cch,4,0 = (1,1,1,1)Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)Cch,8,0 = (1,1,1,1,1,1,1,1)Cch,8,1 = (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1)Cch,8,2 = (1,1,-1,-1,1,1,-1,-1)Cch,8,3 = (1,1,-1,-1,-1,-1,1,1)Cch,8,4 = (1,-1,1,-1,1,-1,1,-1)Cch,8,5 = (1,-1,1,-1,-1,1,-1,1)Cch,8,6 = (1,-1,-1,1,1,-1,-1,1)Cch,8,7 = (1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)19Độ lợi sử lýĐộ lợi sử lýĐộ lợi sử lý khác nhau đối với từng dịch vụ Nếu tốc độ bít của dịch vụ cao hơn thì độ lợi sử lý nhỏ hơn, UE sẽ cần công suất cao hơn cho dịch vụ này, vì vậy vùng phủ của dịch vụ sẽ nhỏ hơn.20Mục đích của mã hóa phân kênhĐối với đường lên, mã phân kênh được dùng để phân loại các kênh vật lý khác nhau của một kết nối.Đối với đường xuống, mã phân kênh được dùng để phân loại các kết nối khác nhau trong một cellRadio bearer**SFRadio bearer**SFSpeech 4.75 UL128Speech 4.75 DL256Speech 12.2 UL64Speech 12.2 DL128Data 64 kbps UL16Data 64 kbps DL32Data 128 kbps UL8Data 128 kbps DL16Data 144 kbps UL8Data 144 kbps DL16Data 384 kbps UL4Data 384 kbps DL8Data 2048 kbps UL4Data 2048 kbps DL8Speech 12.2 + Data 64 kbps UL16Speech 12.2 + Data 64 kbps DL32** With 3.4 kbps Signaling21Tương quanSự tương quan tính toán độ tương tụ giữa hai tín hiệu ngẫu nhiên.. Các tín hiệu giống nhau và tín hiệu trực giao:Correlation = 0Orthogonal signals -1 1 -1 1-1 1 -1 11 1 1 1+1-1+1-1+1-1+1-1Correlation = 1Identical signals-1 1 -1 11 1 1 1-1 1 -1 1C1C2+1+1C1C222Sử dụng mã trực giao – Mã hóaUE1: ＋1 －1 UE2: －1 ＋1 C1 : －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1C2 : ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 UE1×c1： －1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 －1 ＋1 －1UE2×c2： －1 －1 －1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 UE1×c1＋ UE2×c2： －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 023Sử dụng mã trực giao – Giải mã hóaUE1×C1＋ UE2×C2: －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 0UE1 Dispreading by c1: －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1Dispreading result: ＋2 0 ＋2 0 －2 0 －2 0Integral judgment: ＋4 (means＋1) －4 (means－1)UE2 Dispreading by c2: ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 Dispreading result: －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 0Integral judgment: －4 (means－1) ＋4 (means＋1)24Trải phổ và giải trải phổDesired signalOther user’s signalDesired spreadingsignalSpreading codeData after despreadingOther spreading signalOther signal after integration1-11-11-18-81-18-8Data after integrationOther signal after despreadingCorrelation at a CDMA receiverCorrelation with incorrect code25Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổSpreading codeSpreading codeSignal CombinationNarrowband signalfP(f)Broadband signalP(f)fNoise & Other SignalP(f)fNoise+Broadband signalP(f)fRecovered signal P(f)f26Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổMax allowed interferenceEb/No RequirementPowerMax interference caused by UEProcessing GainEbitDespreadingInterference from other UEEchipEb / No = Ec / Io ×PG27Mục đích của mã hóa ngẫu nhiênMã hóa ngẫu nhiên dùng để nhận biết các nguồn phát khác nhauĐối với đường xuống, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân biệt các cell khác nhauĐối với đường lên, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân biệt các UE khác nhau.28Mã ngẫu nhiênMã hóa ngẫu nhiên: GOLD chuỗi.Có 224 mã ngẫu nhiên cho đường lên dài được dùng cho mã hóa đường lên DPCCH/DPDCH. Mã hóa đường lên được chỉ định bởi các lớp phía trên.Đối với các kênh vật lý đường xuống, có 8192 mã ngẫu nhiên được sử dụng.29Trộn mãĐường truyền xuống ở mức cellScrambling codeChannelization code 1Channelization code 2Channelization code 3User 1 signalUser 2 signalUser 3 signalNodeB30Trộn mãTruyền dẫn đường lên ở mức cellUplinkNodeBScrambling code 3User 3 signalChannelization codeScrambling code 2User 2 signalChannelization codeScrambling code 1User 1 signalChannelization code31Tổng quan về điều chế1001timeBasic steady radio wave:carrier = A.cos(2pFt+f)Amplitude Shift Keying:A.cos(2pFt+f)Frequency Shift Keying:A.cos(2pFt+f)Phase Shift Keying:A.cos(2pFt+f)Dữ liệu truyền đi:Đầu vào tín hiệu số32Điều chếĐiều chế số - QPSK-1 -11102349875611023498756NRZ InputI di-Bit StreamQ di-Bit StreamIComponentQComponentQPSK Waveform11-11-111-1-1-11 1-1 1-1 11 -133Điều chếNRZ coding90oNRZ codingQPSKQ(t)I(t)fo±A±A±Acos(ot)±Acos(ot + /2)  1 1 /4 1 -1 7/4 -1 1 3/4 -1 -1 5/434Giải điều chếQPSK Constellation Diagram11023498756QPSK Waveform1,1-1,-1-1,11,-11-11-11-1-11-11-1,1NRZ Output35Truyền sóng vô tuyếnThu tín hiệuPhát tín hiệuSuy hao truyền dẫn::Suy hao đường truyền + Fading đa đườngTimeAmplitude36Truyền tín hiệu RadioTín hiệu phía phátTín hiệu phía thu-40-35-30-25-20-15-10-5dB00dBm-20-15-10-55101520Fading37Các loại FadingCác loại FadingFading chậmFading nhanh38Phương pháp phân tậpPhương pháp phân tập được dùng để kết hợp các tín hiệu thu không tương quan với nhau Giảm fadingFading nhanh do đa đườngFading chậm do bị che chắnTăng độ tin cậy của thông tinTâng vùng phủ và dung lượng39Phân tậpPhân tập thời gianMã hóa kênh, đan xen BlockPhân tập tần sốTín hiệu của người dùng được phân phối trên cả dải tần băng thông Phân tập không gianPhân tập không gian thuPhân tập không gian phátPhân tập phân cựcPhân cực ngangPhân cực dọc40Nguyên tắc của bộ thu RAKEReceive setBộ tương quan 1Bộ tương quan 2Bộ tương quan 3Bộ tìm kiếm tương quanTính toán độ trễ thời gian và công suất tín hiệu CombinerThe combined signaltts(t)s(t)Bộ thu RAKE hỗ trợ việc khắc phục Fading đa đường và nâng cao khả năng thu cua hệ thống41Nguyên tắc của bộ thu RAKEBộ thu RAKE sử dụng những lợi ích của phân tập đa đường.Bộ thu sử lý các tín hiệu phía thuNhận dạng vị trí trễ thời gian tại mỗi tín hiệu thu được Chỉ định bộ thu tương quan (các ngón tay RAKE) cho các cao điểm đóTrong mỗi ngón tay RAKE, đánh dấu các pha thay đổi nhanh và giá trị biên độ của nóĐiều chỉnh pha, xóa bỏ các giá trị ban đầu từ Fading nhanh Kết hợp giải điều chế và các kí hiệu điều chỉnh pha thông qua tất cả các ngón tay chủ động Đưa chúng tới các bộ giải mã để tiếp tục sử lý Quá trình sử lý này gọi là Kết hợp tỉ lệ toàn diện42SummaryTrong tài liệu này, chúng ta đã thảo luận về các khái niệm chung của WCDMA:Nguyên tắc trải phổ/ giải trải phổMã hóa thoại UTRANMã hóa kênh UTRANMã hóa trải phổ UTRANMã hóa ngẫu nhiên UTRANĐiều chế UTRANThu phát UTRAN43