Tài liệu Giới thiệu công nghệ 3G WCDMA UMTS

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008. Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA. Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết.
ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:
 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này.
 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động.
 Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động .
Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba.
HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS đã có thể cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đường xuống. HSDPA là một chuẩn tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA. HSDPA hoạt động trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã và sử dụng thích ứng đường truyền. Nó cũng đưa ra một kênh điều khiển riêng để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu. Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access). Hai công nghệ truy nhập HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA (High Speed Packet Data). Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa (chủ yếu là để cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quyết định phát triển E-UTRA và E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) còn được gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu 4G. Công việc phát triển sẽ tiến hành trong 10 năm và sau đó như là sự phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP. Trong giai đoạn này tốc độ số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz. Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát triển của 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz. Hình L.1 cho thấy viễn cảnh của thông tin di động 4G về khả năng đáp ứng tốc độ chuyển động và và tốc độ truyền số liệu.


B3G: Broad Band 3G: 3G băng rộng
WLAN: Wirless Local Area Network: Mạng nội vùng không dây
BWA: Broad Band Wirless Access: truy nhập không dây băng rộng
Hình L.1. Viễn cảnh thông tin di động 4G theo khả năng hỗ trợ tốc độ chuyển động và tốc độ truyền số liệu

Hiện nay tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT. Trong các năm tới 3GWCDMA UMTS sẽ được triển khai trên băng tần này.
Bài giảng “Giới thiệu công nghệ 3G WCDMA UMTS” nhằm cung cấp các khái niệm cơ bản về công nghệ 3G WCDMA UMTS cho các cán bộ Tổng Công ty Viễn Thông Quân Đội (Viettel).
Bài giảng bao gồm bốn chương. Chương đầu trình bày khái quát chung về sự phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 4G, kiến trúc chung của một mạng 3G; các kiến trúc R3, R4, R5 và R6 của mạng thông tin di động 3G WCDMA UMTS. Chương hai trình bầy đa truy nhập CDMA và các kỹ thuật liên quan được áp dụng cho WCDMA. Chương ba giới thiệu giao diện vô tuyến cả WCDMA. Chương bốn giới thiêu công nghệ đa truy nhập tốc độ cao HSPA
Các chương của tài liệu này đều được kết cấu theo modul để học viên dễ học học. Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung và tổng kết.


Hà Đông ngày 12 tháng 6 năm 2009
Tác giả




MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 5
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 5
1.2. LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 5
1.3. KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 7
1.4. CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI. 8
1.5. CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC 3GWCDMA UMTS HỖ TRỢ 11
1.6. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 12
1.7. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 19
1.8. KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 21
1.9. CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS 23
1.10. CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 26
1.11. TỔNG KẾT 29
Chương 2 CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 30
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 30
2.2. TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 30
2.3. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 34
2.4. CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 34
2.5. MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE 36
2.6. CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA 37
2.7. TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN 39
2.8. TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG 41
2.9. TỔNG KẾT 44
Chương 3 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS 45
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG 45
3.2. MỞ ĐẦU 45
3.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 46
3.4. CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 48
3.5. CÁC KÊNH CỦA WCDMA 51
3.6. CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG 59
3.7. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA 60
3.8. PHÂN TẬP PHÁT 61
3.9. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA 63
3.10. CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA 66
3.11. CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE 68
3.12. AMR CODEC CHO W-CDMA 68
3.13. TỔNG KẾT 69
Chương 4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 70
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG 70
4.2. TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 70
4.3. KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG 71
4.4. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) 73
4.5. TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) 84
4.6. CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA 90
4.7. TỔNG KẾT 93
Thuật ngữ và viết tắt 95
Tài liệu tham khảo 100