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

ổ

ạ

ậ

ế

T ng quan m ng truy nh p vô tuy n WCDMA (WCDMA RAN)

www.huawei.com

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

N i dung

ộ

1. T ng quan v 3G

ề

ổ

2. Nguyên t c c b n c a CDMA

ắ ơ ả ủ

3. Đ c tr ng c b n c a WCDMA

ơ ả ủ

ặ

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page2

t, công ngh khác bi

D ch v khác bi ụ

ị

ệ

t ệ

2G 1990s Digital

3G IMT-2000

1G 1980s Analog

AMPS

GS M

UMTS WCDMA

TACS

CDMA IS -95

Phát tri n ể theo công nghệ Phát tri n ể theo nhu c u c a ầ ủ khách hàng

NMT

c dma 2000

TDMA IS -136

Othe rs

TD- S CDMA

PDC

3G cung c p các d ch v t ng h p cho c nhà cung c p m ng và các thuê bao

ụ ồ

ợ

ả

ấ

ạ

ấ

ị

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page3

Ti n trình phá t tri n c a 3G

ủ

ể

ế

 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

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page4

M c tiêu c a 3G

ụ

ủ

3G phát tri n h

ng t

ể

ướ

ớ

i nh ng m c tiê u s au: ụ

ữ

 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

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page5

D i t n c a 3G

ả ầ ủ

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

2250

2010 MHz

MSS

ITU

IMT 2000

2170 MHz

2110 MHz

2025 MHz

1885 MHz

MSS

GSM 1800 DECT

Europe

UMTS

1805 MHz

1880 MHz

1980 MHz

2025MHz

cellular(1)

cellular(2)

CDMA

GSM 1800

TDD WLL

FDD WLL

China

0 6 9 1

0 2 9 1

5 4 9 1

0 8 9 1

5 6 8 1

5 8 8 1

5 9 8 1

8 1 9 1

2170 MHz

PHS

MSS

Japan

MSS

IMT 2000 A’

IMT 2000 A

5 6 8 1

5 8 8 1

5 6 9 1

5 7 9 1

0 7 8 1

0 9 8 1

5 4 9 1

5 9 8 1

0 1 9 1

0 3 9 1

0 7 9 1

1990 MHz

2165 MHz

PCS

Broadcast auxiliary

MSS

Reserve

E F

A D B

USA

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

2250

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page6

Nh ng băng t n s d ng cho WCDMA

ầ ử ụ

ữ

 D i t n chính:

ả ầ

 1920 ~ 1980MHz / 2110 ~ 2170MHz

 D i t n ph : các n

c khác nhau có th khác nhau

ả ầ

ụ

ướ

ể

 1850 ~ 1910 MHz / 1930 MHz ~ 1990 MHz (USA)

 1710 ~ 1785MHz / 1805 ~ 1880MHz (Japan)

 890 ~ 915MHz / 935 ~ 960MHz (Australia)

 Kênh t n sầ ố ＝ t n s trung tâm×5, đ i v i băng t n chính:

ầ ố

ố ớ

ầ

 T n s cho kênh lên

＝ 9612 ＝ 9888

ầ ố

 T n s cho kênh xu ng : 10562

＝ 10838

ầ ố

ố

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page7

D ch v ng d ng c a 3G

ụ ứ

ủ

ụ

ị

BER

c o nve rs atio nal

s tre aming

inte rac tive

bac kg ro und

Time De lay

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page8

Các phiên b n giao th c WCDMA

ứ

ả

MBMS HSUPA

IMS HSDPA

3GPP Re l6

CS domain change to NGN WCDMA RTT

3GPP Re l5

GSM/GPRS CN WCDMA RTT

3GPP Re l4

3GPP Re l99

2005

2001

2002

2000

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page9

C u trúc h th ng WCDMA ệ ố

ấ

Co re Ne two rk

CN

CS

PS

Iu-CS

Iu-PS

RNS

Iur

RNC

UTRAN

Iub

No de B

Uu

UE

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page10

1. Tổng quan về 3G

2. Nguyê n t c c b n c a CDMA

ắ ơ ả ủ

3. Đặc trưng cơ bản của WCDMA

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page11

Đa truy nh p và công ngh s ong công

ệ

ậ

 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)

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page12

Công ngh đa truy nh p ậ

ệ

FDMA

TDMA

power

y

c

n

e

u

q

f r e

time

y

c

n

e

u

tim e

q

e

f r

CDMA

power

time

f r e q u e n c y

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page13

Công ngh song công ệ

Power

Time

FDD

USER 2

USER 1

UL

DL

Frequency

Power

Time

DL USER 2 UL

TDD

DL USER 1 DL

Frequency

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page14

1. Tổng quan về 3G

2. Nguyên tắc cơ bản của CDMA

3. Đ c tr ng c b n c a WCDMA

ơ ả ủ

ư

ặ

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page15

Qui trình s lý c a h th ng WCDMA

ệ ố

ử

ủ

Transmitter

S pre ading Mo dulatio n Trans mis s io n Channe l Co ding S o urc e Co ding S e rvic e S ig nal

s ymbo l bit c hip mo dulate d s ig nal Radio Channe l

Re c e ptio n De s pre ading S e rvic e S ig nal S o urc e De c o ding Channe l De c o ding De mo dulatio n

Receiver

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page16

Mã ngu n WCDMA

ồ

 AMR (Tương thích đa tốc độ) Thoại

 Tích hợp mã hóa thoại với 8 tốc độ thoại

CODEC Bit Rate (kbps )

 Tốc độ bit AMR có thể điều khiển bởi RAN

AMR_12.20 12.2 (GS M EFR)

phụ thuộc vào tải hệ thống và chất lượng

AMR_10.20 10.2

của việc kết nối thoại

AMR_7.95 7.95

AMR_7.40 7.4 (TDMA EFR)

 Dịch vụ thoại video:

AMR_6.70 6.7 (PDC EFR)

 H.324 được sử dụng cho dịch vụ thoại

AMR_5.90 5.9

Videois trong vùng chuyển mạch kênh.

AMR_5.15 5.15

 Bao gồm: mã hóa video, mã hóa thoại,

các giao thức dữ liệu, trộn kênh ...

AMR_4.75 4.75

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page17

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

No Coding

Uncoded N bits

 Mã xoắn (1/2, 1/3)

Coded 2N+16 bits

1/2 Convolutional Coding

 Mã dạng ống (1/3)

Code Block of N Bits

Coded 3N+24 bits

1/3 Convolutional Coding

1/3 Turbo Coding

Coded 3N+12 bits

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page18

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

Input bits

0 0 1 0 0 0 0 . . . 1 0 1 1 1

...

ø Ø œ Œ œ Œ œ Œ Interleaving periods: 10, 20, 40, or 80 ms œ Œ œ Œ œ Œ ß º

ø Ø œ Œ 0 0 … 0 1 0 … 1 0 0 … 1 0 … 1 1

Output bits

...

œ Œ œ Œ Inter-column permutation œ Œ œ Œ œ Œ ß º

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page19

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

Cch,8,0 = (1,1,1,1,1,1,1,1) Cch,4,0 = (1,1,1,1)

Cch,8,1 = (1,1,1,1,-1,-1,-1,-1) Cch,2,0 = (1,1)

Cch,8,2 = (1,1,-1,-1,1,1,-1,-1) Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)

Cch,8,3 = (1,1,-1,-1,-1,-1,1,1) Cch,1,0 = (1)

……

Cch,8,4 = (1,-1,1,-1,1,-1,1,-1) Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)

Cch,8,5 = (1,-1,1,-1,-1,1,-1,1) Cch,2,1 = (1, -1)

Cch,8,6 = (1,-1,-1,1,1,-1,-1,1) Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)

Cch,8,7 = (1,-1,-1,1,-1,1,1,-1)

SF = 2

SF = 1

SF = 4

SF = 8

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page20

Đ l i s lý ộ ợ ử

 Độ lợi sử lý

ocess Gain

log(

)

chip rate bit rate

 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.

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page21

M c đích c a mã hóa phân kênh

ủ

ụ

 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

Radio be are r**

S F

S pe e c h 4.75 UL

128 S pe e c h 4.75 DL

256 S pe e c h 12.2 UL

S pe e c h 12.2 DL

64

128 Data 64 kbps UL

Data 64 kbps DL

16

32 Data 128 kbps UL

Data 128 kbps DL

8

16 Data 144 kbps UL

Data 144 kbps DL

8

16 Data 384 kbps UL

Data 384 kbps DL

4

8

4

8 Data 2048 kbps UL

Data 2048 kbps DL

32 S pe e c h 12.2 + Data 64 kbps UL

16 S pe e c h 12.2 + Data 64 kbps DL

** With 3.4 kbps Signaling

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page22

T

ng quan

ươ

 Sự tương quan tính toán độ tương tụ giữa hai tín hiệu ngẫu nhiên..

 Các tín hiệu giống nhau và tín hiệu trực giao:

+1

-1 1 -1 1

C1

-1

+1

-1 1 -1 1

Correlation = 1 Identical signals

C2

-1

1 1 1 1

+1

C1

-1 1 -1 1

-1

+1

1 1 1 1

Correlation = 0 Orthogonal signals

C2

+1

-1 1 -1 1

-1

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page23

S d ng mã tr c giao – Mã hóa ự

ử ụ

UE1:

＋ 1

UE2:

－ 1

＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1

C1 :

－ 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1

C2 :

UE1×c 1 ＋

＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1

UE2×c 2 －

－ 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1

UE1×c 1 ＋ UE2×c 2 ＋

＋ 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page24

S d ng mã tr c giao – Gi

i mã hóa

ử ụ

ự

ả

＋ 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

UE1×C 1 ＋ UE2×C 2:

UE1 Dis p re ad ing b y c 1:

＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1 ＋ 1

Dis p re ad ing re s ult:

＋ 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0 ＋ 2 0

Inte g ral jud g m e nt: ＋ 4 (m e ans ＋ 1) ＋ 4 (m e ans ＋ 1)

UE2 Dis pre ading by c 2:

－ 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1 － 1

Dis pre ading re s ult:

－ 2 0 － 2 0 － 2 0 － 2 0

Inte g ral judg me nt:

－ 4 (me ans － 1) － 4 (me ans － 1)

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page25

Tr i ph và gi i tr i ph

ả ả

ả

ổ

Desired signal

Desired spreading signal

-1

Spreading code

-1

Data after despreading

-1

Data after integration

-8

Correlation at a CDMA receiver

Other user’s signal

Other spreading signal

Other signal after despreading

1 -1 8 -8

Other signal after integration

Correlation with incorrect code

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page26

Phâ n tích ph c a tr i ph và gi i tr i ph ả

ả ả

ổ ủ

ổ

P(f) Spreading code

P(f)

f f P(f) Broadband signal Narrowband signal

Noise & Other Signal

Noise+Broadband signal Recovered signal

P(f) Signal Combination P(f)

f Spreading code f

Copyright © 2008 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

Page27

Phâ n tích ph c a tr i ph và gi i tr i ph ả

ả ả

ổ ủ

ổ

Eb / No = Ec / Io ×PG

Po we r

Ebit

Eb/No Re quire me n t

Max allo we d inte rfe re nc e

Pro c e s s ing Gain

Max inte rfe re nc e c aus e d by UE

Inte rfe re nc e fro m o the r UE

Ec hip

Page28

M c đích c a mã hóa ng u nhiên

ủ

ụ

ẫ

 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.

Page29

Mã ng u nhiên ẫ

 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.

Page30

Tr n mã

ộ

 Đường truyền xuống ở mức cell

Scrambling code Scrambling code

NodeB

Channelization code 1 Channelization code 1

User 1 signal

Channelization code 2 Channelization code 2

User 2 signal

Channelization code 3 Channelization code 3

User 3 signal

Page31

Tr n mã

ộ

 Truyền dẫn đường lên ở mức cell

Scrambling code 1

Channelization code

User 1 signal

Scrambling code 2

Channelization code

NodeB

User 2 signal

Scrambling code 3

Channelization code

User 3 signal

Page32

T ng quan v đi u ch

ề ề

ổ

ế

ữ ệ

D li u truy n đi: Đ u vào tín hi u s ầ ề ệ ố

1

0

1

0

time

Basic steady radio wave: carrier = A.cos(2p Ft+f )

Amplitude Shift Keying: A.cos(2p Ft+f )

Frequency Shift Keying: A.cos(2p Ft+f )

Phase Shift Keying: A.cos(2p Ft+f )

Page33

Đi u ch ề

ế

 Điều chế số - QPSK

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

NRZ Input 1 1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1

1 -1 -1 1 -1 I di-Bit Stream

Q di-Bit Stream 1 1 1 -1 -1

I Component

Q Component

QPSK Waveform

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Page34

Đi u ch ề

ế

±Acos(w ±A

ot)

I(t)

NRZ coding

fo

QPSK

90o

Q(t)

NRZ coding

±Acos(w /2) ±A

ot + p

w +o f

QPSK

A :

cos(

)

p 1 1 /4

1 -1 /4

-1 1 /4

-1 -1 7p 3p 5p /4

Page35

Gi i đi u ch

ề

ả

ế

 QPSK Constellation Diagram

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

QPSK Waveform

-1,1

1,1

-1,1

1,-1

-1,-1

NRZ Output 1 1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1

Page36

Truy n sóng vô tuy n ế

ề

Phát tín hi uệ

ẫ

Amplitude

ề ng truy n +

Suy hao truy n d n:: Suy hao đ ề ườ Fading đa đ ngườ

Thu tín hi uệ

Time

Page37

Truy n tín hi u Radio

ệ

ề

Tín hi u phía phát

ệ

m B d

-5

-10

-15

-20

Tín hi u phía thu

ệ

0 -5

-10

-15

B d

-20

-25 -30 -35

Fading

-40

Page38

Các lo i Fa ding ạ

 Các loại Fading

 Fading chậm

 Fading nhanh

Page39

Ph

ươ

ng pháp phân t p ậ

 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

Page40

Phân t pậ

 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

Page41

Nguyên t c c a b thu RAKE

ắ ủ

ộ

B t ng quan 1 ộ ươ

B t ng quan 2 ộ ươ Combiner The combined signal Receive set

B t ng quan 3 ộ ươ

ng ế ươ ờ B tìm ki m t ộ quan

s(t) s(t) Tính toán đ tr ộ ễ th i gian và công su t tín ấ hi u ệ

t t

B thu RAKE h tr vi c kh c ph c Fading đa đ

ng và nâng cao kh năng thu cua

ỗ ợ ệ

ụ

ộ

ắ

ườ

ả

h th ng ệ ố

Page42

Nguyên t c c a b thu RAKE

ắ ủ

ộ

 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

Page43

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

Page44