Bài giảng Công nghệ 3G WCDMA UMTS

L I NÓI ð U<br /> Ngày này thông tin di ñ ng là ngành công nghi p vi n thông phát tri n nhanh<br /> nh t v i con s thuê bao ñã ñ t ñ n 3,6 t tính ñ n cu i năm 2008. Kh i ngu n t d ch<br /> v tho i ñ t ti n cho m t s ít ngư i ñi xe, ñ n nay v i s ng d ng ngày càng r ng rãi<br /> các thi t b thông tin di ñ ng th h ba, thông tin di ñ ng có th cung c p nhi u hình<br /> lo i d ch v ñòi h i t c ñ s li u cao cho ngư i s d ng k c các ch c năng camera,<br /> MP3 và PDA. V i các d ch v ñòi h i t c ñ cao ngày các tr nên ph bi n này, nhu<br /> c u 3G cũng như phát tri n nó lên 4G ngày càng tr nên c p thi t.<br /> ITU ñã ñưa ra ñ án tiêu chu n hoá h th ng thông tin di ñ ng th h ba v i tên<br /> g i IMT-2000 ñ ñ t ñư c các m c tiêu chính sau ñây:<br /> √ T c ñ truy nh p cao ñ ñ m b o các d ch v băng r ng như truy nh p internet<br /> nhanh ho c các ng d ng ña phương ti n, do yêu c u ngày càng tăng v các<br /> d ch v này.<br /> √ Linh ho t ñ ñ m b o các d ch v m i như ñánh s cá nhân toàn c u và ñi n<br /> tho i v tinh. Các tính năng này s cho phép m r ng ñáng k t m ph c a các<br /> h th ng thông tin di ñ ng.<br /> √ Tương thích v i các h th ng thông tin di ñ ng hi n có ñ ñ m b o s phát<br /> tri n liên t c c a thông tin di ñ ng .<br /> Nhi u tiêu chu n cho h th ng thông tin di ñ ng th h ba IMT-2000 ñã ñư c<br /> ñ xu t, trong ñó hai h th ng WCDMA UMTS và cdma-2000 ñã ñư c ITU ch p<br /> thu n và ñã ñư c ñưa vào ho t ñ ng. Các h th ng này ñ u s d ng công ngh CDMA<br /> ñi u này cho phép th c hi n tiêu chu n toàn th gi i cho giao di n vô tuy n c a h<br /> th ng thông tin ñ ng th h ba.<br /> HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nh p gói ñư ng xu ng<br /> t c ñ cao) là m t m r ng c a các h th ng 3G WCDMA UMTS ñã có th cung c p<br /> t c ñ lên ñ n 10 Mbps trên ñư ng xu ng. HSDPA là m t chu n tăng cư ng c a<br /> 3GPP-3G nh m tăng dung lư ng ñư ng xu ng b ng cách thay th ñi u ch QPSK<br /> trong 3G UMTS b ng 16QAM trong HSDPA. HSDPA ho t ñ ng trên cơ s k t h p<br /> ghép kênh theo th i gian (TDM) v i ghép kênh theo mã và s d ng thích ng ñư ng<br /> truy n. Nó cũng ñưa ra m t kênh ñi u khi n riêng ñ ñ m b o t c ñ truy n d n s<br /> li u. Các k thu t tương t cũng ñư c áp d ng cho ñư ng lên trong chu n HSUPA<br /> (High Speech Uplink Packet Access). Hai công ngh truy nh p HSDPA và HSUPA<br /> ñư c g i chung là HSPA (High Speed Packet Data). ð làm cho công ngh 3GPP<br /> UTRA/UTRAN mang tính c nh tranh hơn n a (ch y u là ñ c nh tranh v i các công<br /> ngh m i c a 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quy t ñ nh phát tri n E-UTRA và EUTRAN (E: Elvolved ký hi u cho phát tri n) còn ñư c g i là siêu 3G (Super-3G) hay<br /> LTE (Long Term Evolution) mà th c ch t là giai ño n ñ u 4G. Công vi c phát tri n s<br /> ti n hành trong 10 năm và sau ñó như là s phát tri n dài h n (LTE: Long Term<br /> Evolution) c a công ngh truy nh p vô tuy n 3GPP. Trong giai ño n này t c ñ s li u<br /> ñ t ñư c 30-100Mbps v i băng thông 20MHz. Ti p sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên<br /> ti n) s ñư c phát tri n, ñây s là th i kỳ phát tri n c a 4G v i t c ñ t 100 ñ n 1000<br /> Mbps và băng thông 100MHz. Hình L.1 cho th y vi n c nh c a thông tin di ñ ng 4G<br /> v kh năng ñáp ng t c ñ chuy n ñ ng và và t c ñ truy n s li u.<br /> TS. Nguy n Ph m Anh Dũng<br /> <br /> 1<br /> <br /> B3G: Broad Band 3G: 3G băng r ng<br /> WLAN: Wirless Local Area Network: M ng n i vùng không dây<br /> BWA: Broad Band Wirless Access: truy nh p không dây băng r ng<br /> Hình L.1. Vi n c nh thông tin di ñ ng 4G theo kh năng h tr t c ñ chuy n<br /> ñ ng và t c ñ truy n s li u<br /> Hi n nay tai Vi t Nam băng t n I dành cho WCDMA ñã ñư c chia là b n khe<br /> và ñư c c p phát cho b n nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT. Trong các<br /> năm t i 3GWCDMA UMTS s ñư c tri n khai trên băng t n này.<br /> Bài gi ng “Gi i thi u công ngh 3G WCDMA UMTS” nh m cung c p các khái<br /> ni m cơ b n v công ngh 3G WCDMA UMTS cho các cán b T ng Công ty Vi n<br /> Thông Quân ð i (Viettel).<br /> Bài gi ng bao g m b n chương. Chương ñ u trình bày khái quát chung v s<br /> phát tri n c a các h th ng thông tin di ñ ng lên 4G, ki n trúc chung c a m t m ng<br /> 3G; các ki n trúc R3, R4, R5 và R6 c a m ng thông tin di ñ ng 3G WCDMA UMTS.<br /> Chương hai trình b y ña truy nh p CDMA và các k thu t liên quan ñư c áp d ng cho<br /> WCDMA. Chương ba gi i thi u giao di n vô tuy n c WCDMA. Chương b n gi i<br /> thiêu công ngh ña truy nh p t c ñ cao HSPA<br /> Các chương c a tài li u này ñ u ñư c k t c u theo modul ñ h c viên d h c<br /> h c. M i chương ñ u có ph n gi i thi u chung, n i dung và t ng k t.<br /> <br /> Hà ðông ngày 12 tháng 6 năm 2009<br /> Tác gi<br /> <br /> TS. Nguy n Ph m Anh Dũng<br /> <br /> 2<br /> <br /> M CL C<br /> Chương 1 T NG QUAN M NG 3G WCDMA UMTS ................................................ 5<br /> 1.1. GI I THI U CHUNG ......................................................................................... 5<br /> 1.2. L TRÌNH PHÁT TRI N THÔNG TIN DI ð NG LÊN 4G ........................... 5<br /> 1.3. KI N TRÚC CHUNG C A M T H TH NG THÔNG TIN DI ð NG 3G .. 7<br /> 1.4. CHUY N M CH KÊNH (CS), CHUY N M CH GÓI (PS), D CH V<br /> CHUY N M CH KÊNH VÀ D CH V CHUY N M CH GÓI. .......................... 8<br /> 1.5. CÁC LO I LƯU LƯ NG VÀ D CH V ðƯ C 3GWCDMA UMTS H<br /> TR ........................................................................................................................... 11<br /> 1.6. KI N TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 .............................................................. 12<br /> 1.7. KI N TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 .............................................................. 19<br /> 1.8. KI N TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 ................................................... 21<br /> 1.9. CHI N LƯ C D CH CHUY N T GSM SANG UMTS .............................. 23<br /> 1.10. C U HÌNH ð A LÝ C A H TH NG THÔNG TIN DI ð NG 3G .......... 26<br /> 1.11. T NG K T...................................................................................................... 29<br /> Chương 2 CÔNG NGH ðA TRUY NH P C A WCDMA ..................................... 30<br /> 2.1. GI I THI U CHUNG ....................................................................................... 30<br /> 2.2. TR I PH VÀ ðA TRUY NH P PHÂN CHIA THEO MÃ .......................... 30<br /> 2.3. ðI U KHI N CÔNG SU T ............................................................................. 34<br /> 2.4. CHUY N GIAO TRONG H TH NG CDMA............................................... 34<br /> 2.5. MÁY THU PHÂN T P ðA ðƯ NG HAY MÁY THU RAKE ..................... 36<br /> 2.6. CÁC MÃ TR I PH S D NG TRONG WCDMA ...................................... 37<br /> 2.7. TR I PH VÀ ðI U CH ðƯ NG LÊN ...................................................... 39<br /> 2.8. TR I PH VÀ ðI U CH ðƯ NG XU NG................................................ 41<br /> 2.9. T NG K T........................................................................................................ 44<br /> Chương 3 GIAO DI N VÔ TUY N C A WCDMA UMTS ..................................... 45<br /> 3.1. GI I THI U CHUNG ....................................................................................... 45<br /> 3.2. M ð U ........................................................................................................... 45<br /> 3.3. KI N TRÚC NGĂN X P GIAO TH C C A GIAO DI N VÔ TUY N<br /> WCDMA/FDD.......................................................................................................... 46<br /> 3.4. CÁC THÔNG S L P V T LÝ VÀ QUY HO CH T N S ....................... 48<br /> 3.5. CÁC KÊNH C A WCDMA ............................................................................. 51<br /> 3.6. C U TRÚC KÊNH V T LÝ RIÊNG .............................................................. 59<br /> 3.7. SƠ ð T NG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA ...................... 60<br /> 3.8. PHÂN T P PHÁT............................................................................................. 61<br /> 3.9. ðI U KHI N CÔNG SU T TRONG WCDMA ............................................. 63<br /> 3.10. CÁC KI U CHUY N GIAO VÀ CÁC S KI N BÁO CÁO TRONG<br /> WCDMA ................................................................................................................... 66<br /> 3.11. CÁC THÔNG S MÁY THU VÀ PHÁT VÔ TUY N C A UE ................. 68<br /> 3.12. AMR CODEC CHO W-CDMA ...................................................................... 68<br /> 3.13. T NG K T...................................................................................................... 69<br /> Chương 4 TRUY NH P GÓI T C ð CAO (HSPA) ................................................ 70<br /> TS. Nguy n Ph m Anh Dũng<br /> <br /> 3<br /> <br /> 4.1. GI I THI U CHUNG ....................................................................................... 70<br /> 4.2. T NG QUAN TRUY NH P GÓI T C ð CAO (HSPA)............................. 70<br /> 4.3. KI N TRÚC NGĂN X P GIAO TH C GIAO DI N VÔ TUY N HSPA<br /> CHO S LI U NGƯ I S D NG ......................................................................... 71<br /> 4.4. TRUY NH P GÓI T C ð CAO ðƯ NG XU NG (HSDPA) ................... 73<br /> 4.5. TRUY NH P GÓI T C ð CAO ðƯ NG LÊN (HSUPA) .......................... 84<br /> 4.6. CHUY N GIAO TRONG HSDPA ................................................................... 90<br /> 4.7. T NG K T........................................................................................................ 93<br /> Thu t ng và vi t t t...................................................................................................... 95<br /> Tài li u tham kh o…………………………………………………………………..100<br /> <br /> TS. Nguy n Ph m Anh Dũng<br /> <br /> 4<br /> <br /> Chương 1<br /> T NG QUAN M NG 3G WCDMA UMTS<br /> 1.1. GI I THI U CHUNG<br /> 1.1.1. M c ñích chương<br /> • Hi u l trình phát tri n thông tin di ñ ng lên 4G<br /> • Hi u ñư c ki n trúc t ng quát c a m t m ng thông tin di ñ ng 3G.<br /> • Hi u các ki n trúc m ng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 và R5 và chi n lư c<br /> chuy n d ch GSM lên 3G UMTS<br /> <br /> 1.1.2. Các ch ñ ñư c trình b y trong chương<br /> • L trình phát tri n các công ngh thông tin di ñ ng lên 4G<br /> • Ki n trúc chung c a m t m ng thông tin di ñ ng 3G<br /> • Các khái ni m v các d ch v chuy n m ch kênh và các d ch v chuy n m ch<br /> gói<br /> • Các lo i lưu lư ng và các lo i d ch vù mà 3G WCDMA UMTS có th h tr<br /> • Ki n trúc 3G WCDMA UMTS qua các phát hành khác nhau: R3, R4, R5 và R6<br /> • Chi n lư c chuy n d ch GSM lên 3G UMTS<br /> <br /> 1.1.3. Hư ng d n<br /> • H c k các tư li u ñư c trình b y trong chương<br /> • Tham kh o thêm các tái li u tham kh o cu i tài li u<br /> <br /> 1.2. L<br /> <br /> TRÌNH PHÁT TRI N THÔNG TIN DI ð NG LÊN 4G<br /> <br /> L trình phát tri n các công ngh thông tin di ñ ng lên 4G ñư c cho trên hình<br /> 1.1 và l trình nghiên c u phát tri n trong 3GPP ñư c cho trên hình 1.2..<br /> <br /> TS. Nguy n Ph m Anh Dũng<br /> <br /> 5<br /> <br />