Tổng quan mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (WCDMA RAN)

Tổng quan mạng truy nhập vô tuyến WCDMA (WCDMA RAN) Nội dung Tổng quan về 3G Nguyên tắc cơ bản của CDMA Đặc trưng cơ bản của WCDMA Dịch vụ khác biệt, công nghệ khác biệt AMPS TACS NMT Others 1G 1980s Analog GSM CDMA IS-95 TDMA IS-136 PDC 2G 1990s Digital Phát triển theo công nghệ 3G IMT-2000 UMTS WCDMA cdma 2000 Phát triển theo nhu cầu của khách hàng TD- SCDMA 3G cung cấp các dịch vụ tồng hợp cho cả nhà cung cấp mạng và các thuê bao Tiến trình phát triển của 3G Lịch 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 1996 Được thương mại hóa vào khoảng năm 2000 Băng tần làm việc: khoảng 2000MHz Tốc độ tối đa của dịch vụ: 2000Kbps Mục tiêu của 3G 3G 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: 144kbps Môi trường dịch chuyển với tốc độ thấp: 384kbps Môi trường tĩnh: 2Mbps Dải tần của 3G Những băng tần sử dụng cho WCDMA Dải tần chính: 1920 ~ 1980MHz / 2110 ~ 2170MHz Dải tần phụ: các nước khác nhau có thể khác nhau 1850 ~ 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 ：9612～9888 Tần số cho kênh xuống : 10562～10838 Dịch vụ ứng dụng của 3G Time Delay BER background conversational streaming interactive Các phiên bản giao thức WCDMA 3GPP Rel99 3GPP Rel4 3GPP Rel5 2000 2001 2002 GSM/GPRS CN WCDMA RTT IMS HSDPA 3GPP Rel6 MBMS HSUPA 2005 CS domain change to NGN WCDMA RTT Cấu trúc hệ thống WCDMA Contents Tổng quan về 3G Nguyên tắc cơ bản của CDMA Đặc trưng cơ bản của WCDMA Đa truy nhập và công nghệ song công Công nghệ đa truy nhập Đa 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 công Song công phân chia theo thời gian (TDD) Song công phân chia theo tần số (FDD) Công nghệ đa truy nhập Công nghệ song công Contents Tổng quan về 3G Nguyên tắc cơ bản của CDMA Đặc trưng cơ bản của WCDMA Qui trình sử lý của hệ thống WCDMA Mã nguồn WCDMA AMR (Tương thích đa tốc độ) Thoại Tích hợp mã hóa thoại với 8 tốc độ thoại Tốc độ bit AMR có thể điều khiển bởi RAN phụ thuộc vào tải hệ thống và chất lượng của việc kết nối thoại Dịch 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 ... Mã kênh WCDMA Tác dụng Nâng 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 trễ Các dạng Không mã hóa Mã xoắn (1/2, 1/3) Mã dạng ống (1/3) Xen kênh WCDMA Tác dụng Xen kênh nhằm giảm khả năng xảy ra các bit lỗi liên tiếp nhau Khoảng xen kênh dài hơn sẽ bảo đảm dữ liệu tốt hơn với độ trễ cao hơn 0 0 1 0 0 0 0 . . . 1 0 1 1 1 0 0 … 0 1 0 … 1 0 0 … 1 0 … 1 1 Inter-column permutation Output bits Input bits Interleaving periods: 10, 20, 40, or 80 ms Mã phân kênh WCDMA Mã OVSP (Orthogonal Variable Spreading Factor) SF = chip rate / symbol rate High data rates → low SF code Low data rates → high SF code Độ lợi sử lý Độ lợi sử lý Độ 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. Mục đích của mã hóa phân kênh Đối 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 cell ** With 3.4 kbps Signaling Tương quan Sự tương quan tính toán độ tương tụ giữa hai tín hiệu ngẫu nhiên.. Các tín hiệu giống nhau và tín hiệu trực giao: Correlation = 0 Orthogonal signals -1 1 -1 1  -1 1 -1 1 1 1 1 1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 Correlation = 1 Identical signals -1 1 -1 1  1 1 1 1 -1 1 -1 1 C1 C2 +1 +1 C1 C2 Sử dụng mã trực giao – Mã hóa UE1: ＋1 －1 UE2: －1 ＋1 C1 : －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 C2 : ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 UE1×c1： －1 ＋1 －1 ＋1 ＋1 －1 ＋1 －1 UE2×c2： －1 －1 －1 －1 ＋1 ＋1 ＋1 ＋1 UE1×c1＋ UE2×c2： －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 0 Sử dụng mã trực giao – Giải mã hóa UE1×C1＋ UE2×C2: －2 0 －2 0 ＋2 0 ＋2 0 UE1 Dispreading by c1: －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 －1 ＋1 Dispreading result: ＋2 0 ＋2 0 －2 0 －2 0 Integral 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 0 Integral judgment: －4 (means－1) ＋4 (means＋1) Trải phổ và giải trải phổ Correlation at a CDMA receiver Correlation with incorrect code Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổ Phân tích phổ của trải phổ và giải trải phổ Power Echip Eb / No = Ec / Io ×PG Mục đích của mã hóa ngẫu nhiên Mã hóa ngẫu nhiên dùng để nhận biết các nguồn phát khác nhau Đối với đường xuống, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân biệt các cell khác nhau Đối với đường lên, mã hóa ngẫu nhiên được dùng để phân biệt các UE khác nhau. Mã ngẫu nhiên Mã 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. Trộn mã Đường truyền xuống ở mức cell Trộn mã Truyền dẫn đường lên ở mức cell Tổng quan về điều chế 1 0 0 1 time Basic 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 số Điều chế Điều chế số - QPSK Điều chế Giải điều chế QPSK Constellation Diagram 1 10 2 3 4 9 8 7 5 6 QPSK Waveform 1,1 -1,-1 -1,1 1,-1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1,1 NRZ Output Truyền sóng vô tuyến Truyền tín hiệu Radio Tín hiệu phía phát Tín hiệu phía thu -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 dB 0 0 dBm -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 Các loại Fading Các loại Fading Fading chậm Fading nhanh Phương pháp phân tập Phương pháp phân tập được dùng để kết hợp các tín hiệu thu không tương quan với nhau Giảm fading Fading nhanh do đa đường Fading chậm do bị che chắn Tăng độ tin cậy của thông tin Tâng vùng phủ và dung lượng Phân tập Phân tập thời gian Mã hóa kênh, đan xen Block Phân tập tần số Tín hiệu của người dùng được phân phối trên cả dải tần băng thông Phân tập không gian Phân tập không gian thu Phân tập không gian phát Phân tập phân cực Phân cực ngang Phân cực dọc Nguyên tắc của bộ thu RAKE Receive set Bộ tương quan 1 Bộ tương quan 2 Bộ tương quan 3 Bộ tìm kiếm tương quan Tính toán độ trễ thời gian và công suất tín hiệu Combiner The combined signal t t s(t) s(t) Bộ thu RAKE hỗ trợ việc khắc phục Fading đa đường và nâng cao khả năng thu cua hệ thống Nguyên tắc của bộ thu RAKE Bộ thu RAKE sử dụng những lợi ích của phân tập đa đường. Bộ thu sử lý các tín hiệu phía thu Nhận 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 đó Trong mỗi ngón tay RAKE, đánh dấu các pha thay đổi nhanh và giá trị biên độ của nó Điều 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 diện Summary Trong tài liệu này, chúng ta đã thảo luận về các khái niệm chung của WCDMA: Nguyên tắc trải phổ/ giải trải phổ Mã hóa thoại UTRAN Mã hóa kênh UTRAN Mã hóa trải phổ UTRAN Mã hóa ngẫu nhiên UTRAN Điều chế UTRAN Thu phát UTRAN