Mạng di động thế hệ thứ 3 và thiết bị đầu cuối 3G

ợng trên một vùng địa lý. Các cell lớn hơn có thể mở rộng vùng phủ sóng. 1.5/ Kiến trúc của mạng thông tin di động 3G 1.5.1/ Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G Hình 1.18 Kiến trúc chung của mạng thông tin di động 3G Mạng thông tin di động 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh để truyền số liệu gói và tiếng. Các vùng chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các vùng chức năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý. Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau: từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn. 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN : Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS). Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM). Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được chuyển sang chuyển mạch gói. Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực ( như tiếng và video ) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói. 1.5.2/ Cấu trúc mạng 3G –WCDMA Hệ thống W-CDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GPRS. Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần :Mạng lõi (CN) và mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN). Trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA. Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống.Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM.Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM. Hình 1.19 Cấu trúc UMTS UE (User Equipment) Thiết bị người sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp người sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần : Thiết bị di động ME : Là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu. Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử : Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó). RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN. CN (Core Network) HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng. Các thông tin này bao gồm : Các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng . Các thông tin về dịch vụ bổ sung như : trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi. MSC/VLR: Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ. GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài. SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS). GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các mạng ngoài Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các giao diện vô tuyến Giao diện CU : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh. Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS. Giao diện IU : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. Giao diện IUr : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. Giao diện IUb : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn. 1.5.3/ Mô hình tham khảo các mạng W-CDMA 1.5.3.1/ Mô hình mạng 3G phát hành 1999 Hình 1.20 Mô hình mạng 3G phát hành 1999 Về giao diện vô tuyến: Phần mạng truy nhập vô tuyến mới UTRAN(WCDMA) được thêm các thành phần RNC và BC. Việc có nâng cấp giao diện vô tuyến hiện có của GSM lên EDGE (E-RAN) hay không là tùy chọn của nhà khai thác. MSC/VLR nâng cấp có thể xử lý được cho phần vô tuyến băng rộng. Để các dịch vụ IN có thể cung cấp cho các mạng tạm trú của thuê bao cần triển khai CAMEL. Kết nối truyền dẫn trong mạng truy nhập vô tuyến WCDMA dùng công nghệ ATM nhằm hỗ trợ các loại hình dịch vụ khác nhau: các dịch vụ tốc độ không đổi cho chuyển mạch kênh và và các dịch vụ có tốc độ thay đổi đối với chuyển mạch gói. Các nút lõi được chuyển đổi: Phần CS phải quản lý cả thuê bao 2G và 3G, đòi hỏi thay đổi trong MSC/VLR và HLR/AuC/EIR. Phần PS được nâng cấp từ GPRS, thay đổi ở SGSN là lớn nhất. Mạng cung cấp các loại dịch vụ 3G và dịch vụ giống với mạng 2.5G, hầu hết các dịch vụ được chuyển sang dạng gói khi có nhu cầu. Ví dụ WAP sẽ chuyển sang dùng chuyển mạch gói. Dịch vụ dựa trên vị trí giúp truyền dữ liệu gói hiệu quả hơn. Ưu điểm: Tận dụng tối đa hạ tầng GSM/GPRS hiện có: Có thể triển khai nhanh chóng. Chỉ tiêu các phần tử mạng rất ổn định. Cung cấp cả dịch vụ 2G và 3G, dịch vụ chuyển mạch kênh và gói. Bảo đảm an toàn đầu tư: Thiết bị nâng cấp dần dần tới mạng lõi 3G. Nhược điểm: Phức tạp do cả hai thành phần CS và PS. Phần CS phức tạp do phải phục vụ cả 2G và 3G, khó mở rộng. Việc quản lý hệ thống sẽ phức tạp. Khắc phục: Bước phát triển tiếp theo sau 3GPP R99 chỉ ra các xu hướng chung. Đó là tách phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ, đồng thời chuyển đổi mạng theo hướng hoàn toàn trên cơ sở IP. 1.5.3.2/ Mô hình mạng 3G phát hành 4: Hình 1.21 Kiến trúc mạng 3G phát hành 4 Điểm khác biệt chính của phát hành 4 và phát hành 99 là mạng lõi phân bố. MSC được chia thành MSC sever và MGW. 3GPP phát hành 4 tách phần kết nối, điều khiển và dịch vụ cho chuyển mạch kênh mạng lõi. MSC sever có chức năng quản lý di động và điều khiển cuộc gọi, không chứa ma trận chuyển mạch, phần tử điều khiển MGW. Media Gateway (MGW) là phần tử chiệu trách nhiệm duy trì các kết nối và thực hiện chức năng chuyển mạch khi cần. Thoại chuyển mạch gói (VoIP): cuộc gọi chuyển mạch kênh được chuyển sang chuyển mạch gói trong MGW. Ưu điểm: Khắc phục một số nhược điểm của R99. Tách riêng phần kết nối cuộc gọi, phần điều khiển và phần dịch vụ cho phần chuyển mạch lõi chuyển mạch kênh. Toàn bộ lưu lượng qua MGW, được quản lý nằng MSC Sever tách rời ( nâng cấp từ MSC/VLR). Phần CN CS có thể tự do mở rộng khi dung nhiều MGW. Cho phép truyền tải lưu lượng hiệu quả hơn nhờ chuyển mạch gói. Một cuộc gọi GSM truyền thống sẽ được thay bằng VoIP qua MGW. Phân hệ đa phương tiện IP(IMS) được thêm vào đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện trên IP và VoIP. Nhược điểm: Làm thay đổi căn bản phần CS nhưng vẫn còn cả hai thành phần CS và PS. Vai trò của CAMEL sẽ thay đổi, phải lập kết nối với phần PS và sẽ trở thành yếu tố đấu nối giữa hạ tầng dịch vụ và mạng. 1.5.3.3/ Mô hình mạng 3G phát hành 5 Hình 1.22 Kiến trúc mạng 3G phát hành 5 Đặc điểm của mạng 3G phát hành 5 là thêm miền IP đa phương tiện trong mạng lõi, hỗ trợ dữ liệu và thoại qua IP, trong đó bổ sung một số phần tử mới: CSCF: Quản lý việc thiết lập duy trì và giải phóng các phiên truyền đa phương tiện với người sử dụng. MRF: Hỗ trợ các chức năng như cuộc gọi nhiều bên, cuộc gọi hội nghị. Ngoài ra, SGSN và GGSN được cải tiến so với R4 là có hỗ trợ thoại. MGW vẫn có chức năng tương tự như R4 và MGW do MGCF điều khiển. Ưu điểm : Tồn tại duy nhất chuyển mạch gói PS. Sử dụng hiệu quả và dễ dàng quản lý toàn bộ lưu lượng trên mạng 3G vì đều là IP. Công nghệ truy nhập vô tuyến sẽ giảm dần tỷ trọng. Trong tương lai, các lõi 3G sẽ có nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau. 1.5.3.4/ Mô hình mạng 3G phát hành 6 Mục đích chuẩn hóa của 3GPP Relesae 6 là: Cung cấp các dịch vụ đa phương tiện IP, pha 2: Nhắn tin IMS và quản lý nhóm. Hoạt động phối hợp với mạng LAN vô tuyến. Các dịch vụ giọng nói: Nhận dạng giọng nói phân bố (DSsR). Phạm vi và định nghĩa đang tiếp tục được tiêu chuẩn hóa. 1.5.3.5/ Mô hình mạng 3G toàn IP Hình 1.23 Kiến trúc mạng 3G toàn IP Tiếp theo thế hệ 2.5G và 3G, mạng lõi toàn IP đang xuất hiện với nhiều khả năng ứng dụng cao, các dịch vụ thoại và số liệu được hỗ trợ qua mạng lõi toàn IP. Các mạng đa phương tiện toàn IP được thiết kế cho công nghệ bưu chính như CDMA2000, UMTS. Trong cấu trúc mạng 3G toàn IP, dữ liệu được thiết lập để mang các gói IP giữa các sever kết nối mạng và các thiết bị đầu cuối. Mạng sử dụng các “Tunnel” để hỗ trợ việc lưu chuyển. Trong UMTS, Tunnel từ sever truy nhập mạng được định tuyến thông qua một hệ chuyển mạch tunnel. Thiết bị đầu cuối có thể di chuyển giữa các trạm thu phát và trạm điều khiển mà không cần di chuyển các chuyển mạch tunnel, chỉ cần một nhánh của tunnel. Thiết bị đầu cuối có thể di chuyển tới một mạng truy nhập được điều khiển bởi một chuyển mạch tunnel khác bằng việc di chuyển các nhánh của tunnel mà không cần lưu chuyển phần dữ liệu. 1.6/ Các kênh cơ bản của W-CDMA Hình 1.24 Cấu trúc kênh cơ bản của W-CDMA Trong W-CDMA có 3 nhóm kênh cơ bản: Kênh logic Kênh truyền tải Kênh vật lý Kênh logic: Miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi. Mặc dù gọi là "kênh" nhưng nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải. Kênh logic có thể hiểu là những công việc mà mạng và thiết bị cần phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau. Các kênh logic này cũng có thể xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó. Kênh vận tải: Qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được truyền đi. Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó. Kênh vật lý: Là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi. Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp trong mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển. Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi thông tin đi một cách hiệu quả nhất. 1.6.1/ Kênh logic Hình 1.25 Cấu trúc kênh logic Kênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh điều khiển và kênh lưu lượng. 1.6.1.1/ Kênh điều khiển Kênh điều khiển chung Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): hoạt động ở tuyến xuống, đưa thông tin nhận biết tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn) Kênh nhắn tin PCH: cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên. Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng ASCII Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong 1 cell. Hai kênh dành riêng: Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH. 1.6.2.2/ Kênh lưu lượng Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu, bao gồm 2 kênh: Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH) : chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền thông tin người dùng. Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm trên kênh đường xuống, sử dụng để truyền thông tin cá nhân đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm. 1.6.2/ Kênh truyền tải Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết để truyền tải các thông tin dữ liệu qua mạng. Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các kênh logic. Có 2 loại kênh truyền tải : Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một MS với mang DCH-UL, DCH-DL. Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator). TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa lớp MAC và lớp vật lý. Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với nhau để tạo thành một kênh truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport Format Combination Indicator) và gởi kèm trong kênh CCTRCH. Tổ hợp mã TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật lý để thông báo với đầu thu kênh truyền tải nào đang được nhận. Tiếp đó, TFCI sẽ được giải mã và tạo ra các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên. 1.6.2.1/ Kênh truyền tải riêng Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH. Kênh này có thể hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống. 1.6.2.2/ Kênh truyền tải chung Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH và DSCH. Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng để quảng bá những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào. Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường xuống. Có thể hoạt động trong toàn bộ hay một phần tế bào. Việc gửi kênh này được thực hiện sau khi BS nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên. Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ tục tin nhắn, đó là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao. Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều khiển từ thuê bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối. Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh RACH, được sử dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên. Đi cặp với kênh này, ở hướng xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH. Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin dữ liệu hoặc thông tin điều khiển của người dùng. 1.6.3/ Kênh vật lý Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh vật lý. Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý. Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn vô tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất. 1.6.3.1/ Kênh đường lên Hai kênh dành riêng: DPDCH (truyền dữ liệu) : DPCCH (truyền báo hiệu) Một kênh truy cập chung RACH. Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian. Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để có hệ số trải phổ lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao. Hình 1.26 Tốc độ truyền WCDMA đường lên Kênh DPDCH: Truyền pilot cho thu tương can. Truyền bit điều khiển công suất. Truyền tin tức về tốc độ. 1.6.3.2/ Kênh đường xuống Kênh vật lý điều khiên chung (sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: BCCH, PCH, PACH. Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao. Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian. Kí hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH(theo thời gian) để phục vụ thu tương quan. Vì các kí hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối nên nó được dùng để đánh giá sự hoạt động thích ứng của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống. CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian. CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell. Hình 1.27 Cấu trúc của kênh dành riêng CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung. Tốc độ bản tin CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác. Hình 1.28 Cấu trúc kênh CCPCH Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng. Dùng khi thực hiện thủ tục định vị và đồng bộ mạng. Hình 1.29 Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp mà SCH thứ cấp có điều chế cung cấp tin tức xác mã PN của BS. SCH sơ cấp sử dụng mã 256 bits không điều chế, phát mỗi lần 1 khe. SCH thứ cấp mã 256 bits cố điều chế, phát song song với SCH sơ cấp. SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bits (có lặp cho mỗi khung). Chuỗi điều chế giống nhau với tất cả BS có độ tự tương quan tốt. Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang thông tin truy xuất mạng. Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói. Hình 9 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH. Hình 1.30 Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH 1.7/ Điều khiển công suất 1.7.1/ Giới thiệu chung Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất là khác nhau trên đường lên và đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau : Khắc phục hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu. Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động. Hình bên dưới chỉ ra hiệu ứng gần-xa trên đường lên. Tín hiệu từ các MS khác nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA. Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với BS nhất có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa BS hơn.Trong tình huống xấu nhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công suất để đảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến BS. Hình 1.31 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) Trên đường xuống, không có hiệu ứng gần-xado mô hình một-tới-nhiều. Điều khiểncông suất có nhiệm vụ : Bù nhiễu bên trong cell gây ra bởi các trạm di động, đặc biệt là nhiễu gần biên giới của của các cell này . Biảm thiểu toàn bộ nhiễu bằng cách giữ QoS tại mức giá trị mục tiêu. Hình 1.32 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) Trong hình trên, MS2 phải chịu nhiều nhiễu bên trong cell hơn MS1.Vì thế để đáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho các kênh đường xuống giữa BS và MS2. Có 3 kiểu điều khiển công suất trong các hệ thống WCDMA : Điều khiển công suất vòng mở. Điều khiển công suất vòng kín. Điều khiển công suất vòng bên ngoài. 1.7.2/ Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control) Điều khiển công suất vòng mở được sử dụng trong UMTS FDD cho việc thiết lập năng lượng ban đầu cho MS. Trạm di động sẽ tính toán suy hao đường truyền giữa các trạm gốc và trạm di động bằng cách đo cường độ tín hiệu nhận sử dụng mạch điều khiển độ tăng ích tự động (AGC). Tuỳ theo sự tính toán suy hao đường truyền này, trạm di động có thể quyết định công suất phát đường lên của nó. Điều khiển công suất vòng mở có ảnh hưởng trong hệ thống TDD bởi vì đường lên và đường xuống là tương hỗ, nhưng không ảnh hưởng nhiều trong các hệ thống FDD bởi vì các kênh đường lên và đường xuống hoạt động trên các băng tần khác nhau và hiện tượng Phadinh Rayleigh trên đường lên và đường xuống độc lập nhau. Điều khiển công suất vòng mở chỉ có thể bù một cách đại khái suy hao do khoảng cách. Đó là lý do tại sao điều khiển công suất vòng mở chỉ được sử dụng như là việc thiết lập năng lượng ban đầu trong hệ thống FDD. 1.7.2/ Điều khiển công suất vòng kín. Điều khiển công suất vòng khép kín, được gọi là điều khiển công suất nhanh trong các hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều khiển công suất phát của MS (đường lên), hay là công suất của trạm gốc (đường xuống) để chống lại fading của các kênh vô tuyến và đạt được chỉ tiêu tỷ số tín hiệu trên nhiễu SIR được thiết lập bởi vòng bên ngoài. 1.7.3/ Điều khiển công suất vòng bên ngoài Điều khiển công suất vòng bên ngoài cần thiết để giữ chất lượng truyền thông tại các mức yêu cầu bằng cách thiết lập mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín nhanh.Mục đích của nó là cung cấp chất lượng yêu cầu. Tần số của điều khiển công suất vòng bên ngoài thường là 10-100Hz. Điều khiển công suất vòng bên ngoài so sánh chất lượng nhận được với chất lượng yêu cầu. Thông thường, chất lượng được định nghĩa là tỷ lỗi bit mục tiêu xác định (BER) hay Tỷ số lỗi khung (FER). Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và mục tiêu chất lượng tuỳ thuộc vào tốc độ di động và hiện trạng đa đường.Nếu chất lượng nhận tốt hơn, có nghĩa là mục tiêu SIR đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu.Để giảm thiểu khoảng trống, mục tiêu SIR sẽ phải giảm.Tuy nhiên, nếu chất lượng nhận xấu hơn chất lượng yêu cầu, mục tiêu SIR phải tăng lên để đảm bảo QoS yêu cầu. PHẦN 2: THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI 3G 2.1/ Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu WCDMA Hình 2.1 Sơ đồ máy phát và máy thu WCDMA Hình trên cho thấy sơ đồ khối của máy phát vô tuyến (hình a) và máy thu vô tuyến ( hìnhb) trong W-CDMA. Tại phía phát: Lớp 1 (lớp vật lý) bổ sung CRC cho từng khối truyền tải, (TB: Transport Block) là đơn vị số liệu gốc cần xử lý nhận được từ lớp MAC để phát hiện lỗi ở phía thu. Sau đó số liệu được mã hoá kênh và đan xen. Số liệu sau đan xen được bổ sung thêm các bit hoa tiêu và các bit điều khiển công suất phát (TPC: Transmit Power Control)), được sắp xếp lên các nhánh I và Q của QPSK và được trải phổ hai lớp (trải phổ và ngẫu nhiên hoá). Chuỗi chip sau ngẫu nhiên hoá được giới hạn trong băng tần 5 MHz bằng bộ lọc Niquist cosin tăng căn hai (hệ số dốc bằng 0,22) và được biến đổi vào tương tự bằng bộ biến đổi số vào tương tự (D/A) để đưa lên điều chế vuông góc cho sóng mang. Tín hiệu trung tần (IF) sau điều chế được biến đổi nâng tần vào sóng vô tuyến (RF) trong băng tần 2 GHz, sau đó được đưa lên khuyếch đại trước khi chuyển đến anten để phát vào không gian. Tại phía thu Tín hiệu thu được bộ khuyếch đại đại tạp âm thấp (LNA) khuyếch đại, được biến đổi vào trung tần (IF) thu rồi được khuyếch đại tuyến tính bởi bộ khuyếch đại AGC (tự điều khuyếch). Sau khuyếch đại AGC, tín hiệu được giải điều chế để được các thành phần I và Q. Các tín hiệu tương tự của các thành phần này được biến đổi vào số tại bộ biến đổi A/D, được lọc bởi bộ lọc Nyquist cosine tăng căn hai và được phân chia theo thời gian vào một số thành phần đường truyền có các thời gian trễ truyền sóng khác nhau. Máy thu RAKE chọn các thành phần lớn hơn một ngưỡng cho trước. Sau giải trải phổ cho các thành phần này, chúng được kết hợp bởi bộ kết hợp máy thu RAKE, tín hiệu tổng được giải đan xen, giải mã kênh (giải mã sửa lỗi), được phân kênh thành các khối truyền tải TB và được phát hiện lỗi. Cuối cùng chúng được đưa đến lớp cao hơn. 2.2/ Phân tập phát Khi nhiều anten thu được sử dụng, ta nói máy thu sử dụng phân tập anten thu (Rx). Phân tập Rx có thể được sử dụng tại nút B để tăng dung lượng đường lên và vùng phủ sóng. Do giá thành và không gian chiếm lớn, phân tập anten thu không phổ biến tại máy đầu cuối. Để khắc phục nhược điểm này WCDMA sử dụng phân tập phát cho máy đầu cuối. Tồn tại hai kỹ thuật phân tập phát ở WCDMA: Phân tập vòng hở. Phân tập vòng kín. 2.2.1/ Phân tập vòng hở Phân tập phát vòng hở sử dụng bộ mã hóa được gọi là STTD (Space time Transmit Diversity: phân tập phát không gian thời gian). Sơ đồ máy phát và máy thu sử dụng STTD được cho trên hình bên dưới. Hình 2.2 Phân tập phát vòng hở của WCDMA MF: Matched Filter: Bộ lọc phối hợp STTD được xây dựng trên cơ sở mã Alamouti như sau : (3.1) trong đó cột 1 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 1 còn cột 2 chứa các ký hiệu được phát đi từ anten 2. Các ký hiệu này là các ký hiệu điều chế QPSK như trong hình bên dưới: Hình 2.3 Bộ điều chế STTD sử dụng mã khối không gian thời gian trực giao (O-STBC) 2x2. 2.2.2/ Phân tập vòng kín Trọng số phát được lựa chọn theo thủ tục dưới đây: Đầu cuối đo các kênh hoa tiêu chung CPICH1 và CPICH2 được phát trên anten 1 và anten 2. Đầu cuối nhận được ước tính kênh cho đường truyền h1 và h2. Vectơ trọng số phát cần thiết W(w1, w2) được xác định, được lượng tử và được gửi đến BTS trong trường FBI của kênh DCCH. Hình 2.4 Phân tập phát vòng kín của WCDMA 2.3/ Các thông số của máy thu và máy phát vô tuyến của UE Các thông số máy thu và máy phát quan trọng trong phần vô tuyến của UE được cho trong bảng dưới đây: Các thông số chung Tần số công tác Băng tần I: 2110-2170 MHz Băng tần II: 1930-1990 MHz Băng tần III: 1805-1880 MHz Phân cách song công chuẩn Băng tần I: 190 MHz Băng tần II: 80 MHz Băng tần III: 95 MHz Các thông số máy thu Độ nhạy Băng tần 1: -117dBm Băng tần II: -115dBm Băng tần III: - 114dBm Các thông số máy phát Công suất phát cực đai và độ chính xác Loại 1: +33dBm +1/-3dB Loại 2: +27dBm +1/-3dB Loại 3: +24dBm +1/-3dB Loại 4: +21dBm ±2dB Điều khiển công suất phát vòng hở Bình thường: ±9dB Cực đai: ±12dB 2.4/ Mã hoá tiếng ở các hệ thống thông tin di động CDMA 2.4.1/ Bộ mã hoá tốc độ biến đổi nâng cao EVRC Hình 2.5 Sơ đồ khối chức năng của EVRC EVRC (Enhanced Variable Rate Codec) cho phép giảm số bit cần thiết cho các hệ số dự đoán tuyến tính và tổng hợp cao độ cho phép bảng mã đại số tao ra kích thích. Nhờ vậy EVRC cho chất lượng tiếng cao hơn. Khác với các codec CELP, EVRC không chủ định thích ứng tín hiệu tiếng một cách chính xác. Thuật toán EVRC dựa trên thuật toán CELP, sử dụng thuật toán dự báo tuyến tính kích thích theo mã nới lỏng RCELP, và vì thế không thích hợp với tín hiệu dư gốc mà tương hợp với phiên bản đường bao theo thời gian của tìn hiệu dư gốc (tương ứng với đường bao đơn giản của cao độ tiếng). Phương pháp này cho phép giảm tốc độ bit trên khung cần để thực hiện cao độ và cho phép bổ sung các bit cho kích thích ngẫu nhiên và bảo vệ kênh. Thuật toán EVRC: Phân loại tiếng thành các khung 20 ms, toàn tốc (8.55 kbit/s) và tốc độ 1/2 (4kbit/s) và tốc độ 1/8 (0.8 kbit/s). Cho phép cải thiện đáng kể chất lượng tiếng. Sơ đồ khối chức năng của EVRC được cho ở hình 2.5. Bảng 2.1 cho thấy phân bổ vị trí các bit theo gói ở EVRC. Trường Kiểu gói Tốc độ 1 Tốc độ 1/2 Tốc độ 1/8 Để trống Chỉ thị chuyển đổi phổ 1 LSP 28 22 8 Trễ cao độ 7 7 Trễ Delta 5 Khuếch đại ACB 9 9 Dạng FCB 105 30 Khuếch đại FCB 15 12 Năng lượng khung Tổng số các bit được mã hoá 171 80 16 Bit chế độ hỗn hợp 1 Chỉ thị chất lượng khung (CRC) (F) 12 8 Các bit đuôi mã hoá 8 8 8 8 Tổng số bit 192 96 24 8 Tốc độ (kbit/s) 9.6 4.8 1.2 0.4 Bảng 2.1. Phân bổ vị trí bit theo kiểu gói ở EVRC 2.4.2/ Bộ mã hoá và giải mã đa tốc độ thích ứng AMR Bộ mã ghoá và giải mã đa tốc độ và giải mã tiếng ở W-CDMA sử dụng kỹ thuật đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multi-Rate). Nó là một codec tích hợp với 8 nguồn tốc độ: 12.2 kbit/s (tương đương GSM-EFR); 10.2; 7.95; 7.40 (IS-641); 6.7 (PDC-EFR); 5.9; 5.15 và 4.75 kbit/s. Tốc độ bit AMR được điều khiển bởi mạng truy nhập vô tuyến và không phụ thuộc vào bộ tích cực tiếng. Để có thể làm việc với các mạng thông tin di động hiện có, một số chế độ của codec giống như codec ở các mạng tổ ong hiện có. Codec tiếng AMR tốc độ 12.2 kbit/s tương đương với codec EFR 7.4 kbit/s tương đương với codec PDC của Nhật Bản. Có thể chuyển mạch với tốc độ bit của AMR codec theo khung tiếng 20ms bằng lệnh điều khiển. Để chuyển mạch chế độ AMR có hai khả năng: báo hiệu liền kênh hay riêng kênh. Bộ mã hoá AMR hoạt động theo các khung tiếng 20 ms tương ứng với 160 mẫu ở tần số lấy mẫu 8000 mẫu/s. Sơ đồ mã hoá cho AMR được gọi là bộ mã hoá dự đoán tuyến tính kích thích theo mã đại số ACELP (Algebraic Code Excited Linear Prediction). Bộ mã hoá ALCELP đa tốc độ cũng được gọi là MR-ALCELP. 160 mẫu tín hiệu được phân tích để lấy các thông số cho mô hình CELP (các hệ số lọc LP, các chỉ số bảng mã thích ứng và cố định và các hệ số khếch đại). Các bit thông số do bộ lập mã cung cấp được tổ chức lại theo thứ tự ưu tiên trước khi chúng được phát đến mạng. Các bit sau khi đã tổ chức lại được phân loại trên cở sở độ nhạy cảm lỗi và được chia thành ba mức ưu tiên : A, B và C. Loại A là loại nhạy cảm nhất và mã hoá kênh mạnh hơn được sử dụng cho các bit A ở giao diện vô tuyến. Trong quá trình hội thoại các bên tham giam sẽ luân phiên nhau sao cho tính trung bình ở mỗi phía chiếm 50% thời gian truyền dẫn. AMR có bốn chức năng cơ bản để sử dụng hiệu quả tích cực tiếng không liên tục: Bộ phát hiện tích cực tiếng (VAD = Voice Activity Detector) ở phía phát. Đánh giá tạp âm nền ở phía phát để phát các thông số đặc trưng đến phía thu. Truyền dẫn thông tin tạp âm có thể chấp nhận được đến phía thu bằng một khung miêu tả im lặng (SID = Silence Descritor), được phát định kì. Tạo tạp âm có thể chấp nhận được ở phía thu trong các khoảng thời gian được khung tiếng. Phát không liên tục (DTX = Discontinuous Transmission) cho phép tăng tuổi thọ của ac-quy và giảm nhiễu giao thoa vì thế tăng dung lượng truyền. Tiêu chuẩn AMR cũng bao gồm che dấu lỗi. mục đích của thay thế khung là che giấu ảnh hưởng của các khung AMR bị mất. Mục đích của làm câm đầu ra là trong trường hợp mất một số khung là đeể chỉ ra sự cố của kênh cho người sử dụng và tránh tạo ra các âm khó chịu do thủ tục thay thế khung. Codec AMR có khả năng chịu đựng tỉ số lỗi khung 1% (FER = Frame Error Rate) của các bit loại A mà không giảm chất lượng tiếng. Tỷ số lỗi bit (BER = Bit Error Rate) của các bit loại A tương ứng sẽ vào khoảng 10^(-4). Phụ thuộc vào tải của giao diện và chất lượng kết nối, mạng truy nhập có thể điểu chỉnh tốc độ bit của thoại AMR. Khi tải cao có thể hạ thấp tốc độ bit của AMR để đảm bảo dung lượng cao trong khi giảm nhe chất lượng tiếng. Ngoài ra khi MS chuyển động ra ngoài vùng phủ sóng và sử dụng công suất phát cực đại , có thể sử dụng tốc độ bit AMR thấp hơn để mở rộng vùng phủ. Bằng codec AMR có thể lựa chọn giữa dung lượng mạng, vùng phủ sóng và chất lượng tiếng tuỳ theo yêu cầu của nhà khai thác. Các codec tiếng AMR bao gồm một tập các chế độ của các codec tiếng cho phép khai thác toàn tốc và bán tốc với khả năng chuyển mạch giữa các chế độ khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện lỗi do truyền sóng. Mỗi chế độ codec đảm bảo một mức bảo vệ chống lỗi khác nhau thông qua việc phân bổ tốc dộ bit khả dụng riêng (22.8 kbit/s ở toàn tốc và 11.4 kbit/s ở bán tốc) giữa mã hoá nguồn và mã hoá kênh. Tốc độ bit thực tế được sử dụng cho từng khung tiếng phụ thuộc vào điều kiện kênh vô tuyến hiện hữu. Thuật toán thích ứng codec sẽ lựa chọn tốc độ tiếng tối ưu (hay chế độ codec ) trên cơ sở chất lượng kênh. Chế độ codec an toàn được lựa chọn ở các điều kiện truyền sóng xấu. Chế độ codec đảm bảo chất lượng tốt nhất được lựa chọn ở điều kiện truyền sóng tốt. Thích ứng codec dựa trên cơ sở đo chất lượng kênh được thực hiện tại MS và mạng và trên cơ sở thông tin về băng tần được phát trên giao diện vô tuyến cùng với số liệu tiếng. Hình 2.6 cho thấy các dòng thông tin giữa các giao diện quan trọng : Hình 2.6 Lưu đồ thông tin giữa các giao diện CHE = Channel Encoder : Bộ lập mã kênh SPE = Speech Encoder : Bộ lập mã tiếng CHD = Channel Decoder : Bộ giải mã kênh SPD = Speech Decoder : Bộ giải mã tiếng : số liệu tiếng đường lên :chế độ codec đề nghị(cho đường xuống) Giữa (1) và (2) là chỉ thị chế độ codec(cho đường lên). : Lệnh chế độ codec (cho đường lên) Số liệu tiếng đường xuống Giữa (3) và (4) là chỉ thị chế độ codec (cho đường xuống) Ở cả hai hướng, các khung số liệu tiếng liên quan đến chỉ thị chế độ codec được phía thu sử dụng để chọn kênh và các bộ giải mã nguồn. Ở mạng chỉ thị chế độ codec phải được gửi đến các khối chuyển đổi mã để chọn giải mã nguồn. Để thích ứng chế độ codec đường lên mạng phải đánh giá chất lượng kênh, nhận dạng codec tốt nhất cho điều kiện truyền sóng hiện thời và phát thông tin đến MS trên giao diện vô tuyến. Để thích ứng codec đường xuống, MS phải đánh giá chất lượng kênh đường xuống và phát thông tin chất lượng đến mạng, ở mạng thông tin này có thể được đặt vào chế độ codec. Về mặt lý thuyết, chế độ codec có thể thay đổi theo khung. Trong thực tế, do trễ truyền lan và lọc ở các chức năng thích ứng tốc độ, chế độ codec phải được thích ứng ở tốc độ thấp hơn. Mỗi đường có thể sử dụng tốc độ codec khác nhau, nhưng bắt buộc đối với cả hai đường phải sử dụng chế độ kênh như nhau (hoặc toàn tốc hoặc bán tốc). Chế độ kênh được chọn bởi quản lí tài nguyên vô tuyến (RRM: Radio Resource Management) trong mạng. Quá trình ngày được thực hiện khi thiết lập cuộc gọi hoặc sau khi chuyển giao. Sau đó có thể thay đổi kiểu kênh trong quá trình gọi phụ thuộc vào điều kiện kênh. Các đặc trưng cơ bản của giải pháp AMR được chọn là: 8 chế độ codec ở chế độ toàn tốc bao gồm cà: GSM EFR (Enhanced Full Rate: toàn tốc nâng cao) và IS-136 EFR. 6 chế độ codec ở chế độ bán tốc (cũng có thể hỗ trợ ở toàn tốc) gồm cả IS-136 EFR. Có thể hoạt động ở một tập bốn chế độ codec được lựa chọn khi thiết lập cuộc gọi hoặc chuyển giao. Các chỉ thị chế độ codec được ghép với lệnh chế độ codec đường lên và chế độ codec đường xuống thường cứ hai khung một lần. Báo hiệu liền kênh trên cơ sở trường thông tin hai bit được phát cứ hai khối mã một lần ở giao diện vô tuyến. Toàn bộ tập các chế độ codec được liệt kê ở bảng 2.2. Kênh Tốc độ bit codec nguồn, kbit/s TCH/FS/AMR (TCH/AFS) 12.2(GSM/EFR) 10.2 7.95 7.40(IS 136 EFR) 6.70 5.90 5.15 4.75 TCH/HS/AMR (TCH/AHS) 7.95 7.40(IS 135 EFR) 6.70 5.90 5.15 4.75 Bảng 2.2 Tập các chế độ codec 2.4.3/ Codec đa tốc độ thích ứng băng rộng AMR WB22 Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ băng rộng AMR-Wb (Adaptive Multi-Rate Wide Band) gồm bộ mã hoá tiếng đa tốc độ, sơ đồ tốc độ được điều khiển theo nguồn gồm cả bộ phát hiện tích cực tiếng và hệ thống tạo tạp âm có thể chấp nhận được, cơ chế che giấu lỗi để chống lại ảnh hưởng của các lỗi truyền dẫn các gói bị mất. Bộ mã hoá tiếng đa tốc độ là một bộ codec tiếng tích hợp đơn với 9 tốc độ nguồn từ 6.60 kbit/s đến 23.85 kbit/s và chế độ mã hoá tạp âm nền tốc độ thấp. Bộ mã hoá tiếng có khả năng chuyển mạch tốc độ bit của mình theo lệnh ở từng khung tiếng 20 ms. Các chức năng chuyển đổi mã của codec tiếng băng rộng đa tốc độ Bộ mã hoá tiếng nhận đầu vào tín hiệu điều chế PCM 16 bit đồng đều từ phần âm thanh của UE hay từ phía mạng hay từ mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) bằng cách biến đổi 13 bit luật A thành PCM 16 bit đồng đều. Lấy mẫu nhân hệ số hai được thực hiện giữa các tín hiệu băng hẹp và băng rộng. Tín hiệu ở đầu ra của bộ mã hoá tiếng được lập gói và được truyền đến giao diện mạng. Ở hướng thu các thao tác xảy ra ngược lại. Chi tiết về quá trình sắp xếp các khối vào 320 mẫu tiếng ở khuôn dạng PCM 16 bit đồng đều vào các khối mã hoá ( trong các khối này số bit phụ thuộc vào chế độ codec hiện tại được sử dụng ) và từ các khối này đến các khối ra của 320 mẫu tiếng đã được cấu trúc lại. Sơ đồ mã hoá là sơ đồ dự báo tuyến tính được kích thích theo mã đại số đa tốc độ ACELP. Một UE có khả năng codec tiếng AMR-WB sẽ hỗ trợ các tốc độ bit liệt kê ở bảng 2.3. Chế độ codec Tốc độ bit codec nguồn AMR-WB_23.85 23.85 Kbit/s AMR-WB_23.05 23.05 Kbit/s AMR-WB_19.85 19.85 Kbit/s AMR-WB_18.25 18.25 Kbit/s AMR-WB_15.85 15.85 Kbit/s AMR-WB_14.25 14.25 Kbit/s AMR-WB_12.65 12.65 Kbit/s AMR-WB_8.85 8.85 Kbit/s AMR-WB_6.60 6.60 Kbit/s AMR-WB_SID 1.75 Kbit/s Bảng 2.3 Các tốc độ bit codec nguồn cho AMR-WB codec 2.5/ Bộ triệt nhiễu 2.5.1/ Bộ triệt nhiễu đa tầng Tách sóng đa người dùng sử dụng kết hợp với triệt nhiễu là các công nghệ hiệu quả để giảm nhiễu đa truy nhập MAI và nhiễu đa đường MPI khi thu ở đường lên. Phân loại các bộ triệt nhiễu: Hình 2.7 Các loại triệt nhiễu Tách sóng đơn người sử dụng không cần biết thông tin về các mã trải phổ hay thông tin về tín hiệu thu của các người sử dụng khác. Trong bộ lọc trực giao sử dụng giải thuật MMSE (Minimum Mean Squared Error), bản sao mã trải phổ để giải tín hiệu cần thu sẽ trực giao với mã trải phổ của các tín hiệu khác. Mặc dù bộ lọc trực giao có cấu hình đơn giản hơn tách sóng đa người sử dụng nhưng không thể áp dụng nó cho các mã ngẫu nhiên hóa có chu kù lặp lại dài hơn độ dài của một ký hiệu. Các bộ tách sóng đa gười sử dụng dùng các tín hiệu thu và giải mã chuỗi số liệu của các người sử dụng để giảm nhiễu của các người sử dụng khác một cách tương hỗ và đây là phương pháp phù hợp cho bộ thu ở BS. Bộ tương quan tính toán ma trận đảo của ma trận tương quan chéo với mã trải phổ của người sử dụng và nhân nó với các tín hiệu của các người sử dụng khác nhận được sau trải phổ Ddet= R-1y Mặc dù phương pháp này không bị ảnh hưởng của ước tính kênh nhưng quá trình tính toán hết sức phức tạp khi số người sử dụng tăng. Một trong các phương pháp được đề xuất là bộ triệt nhiễu đa tầng MSIC (MultiStage Interference Canceller). Nó tạo ra các bản sao MAI và MPI trong cửa sổ trượt thu đường bao phức fading được ước tính bởi thu đa người sử dụng và số liệu sau quyết định sau đó loại trừ nó khỏi tín hiệu thu để tăng SIR và cải thiện đặc tính thu. MISC giảm dần nhiễu tại nhiều tầng. Hiệu năng của MSIC phụ thuộc vào độ chính xác của bản sao nhiễu được tạo ra trong máy thu. Vì thế điểm quan trọng là phải đạt được độ chính xác ước tính kênh cao và giảm các lỗi số liệu sau khi quyết định trong các kênh fading thực tế Một giải pháp đã được chấp nhận là COMSIC ( Coherent MultiStage Interference Canceller) bộ triệt nhiễu đa tầng nhất quán. Bộ này sử dụng các ký hiệu hoa tiêu để cập nhật ước tính kênh liên tiếp nhiều tầng cho chuỗi tín hiệu có SIR được cải thiện bằng cách loại bỏ nhiễu từng tầng. Nhờ vậy đạt được độ chính xác ước tính kênh cao và tăng độ chính xác khi tạo các bản sao nhiễu. COMSIC được chia ra làm hai loại: nối tiếp và song song. Cả hai loại đều có các khối ước tính kênh và tạo nhiễu (CEIGU : Channel Estimation and Interference Unit) để đánh giá kênh cho từng đường truyền của người sử dụng, kết hợp RAKE quyết định số liệu và tạo các bản sao nhiễu. COMSIC kiểu nối tiếp trước hết đo SIR thu được tại đầu ra của MF, sau đó xếp các hạng người sử dụng theo SIR đo được từ cao đến thấp. CEIGU thực hiện giải điều chế và tạo ra các bản sao nhiễu theo thứ tự này, bắt đầu từ người sử dụng có thứ hạng cao với SIR cao hơn. Giả thiết số người sử dụng là K, số CEIGU của mỗi tầng sẽ là k. Tín hiệu thu ở MF của đường truyền thứ l của người sử dụng k trong tầng p là Ik,l(p) và giá trị ước tính là I^k,l(p) . Tại tầng đầu, các tín hiệu thu được trừ đi bản sao nhiễu của các người sử dụng có cấp bậc cao hơn so với người sử dụng kênh để được đầu vào CEIGU. Sau khi trừ ta được còn lại ở đầu vào CEIGU là tín hiệu của người sử dụng yếu nhất. Trong các tầng tiếp theo các bản sao nhiễu của các người sử dụng khác có cấp bậc cao hơn so với người sư dụng kênh tại cùng tầng lại được loại trừ khỏi chỗi thu, còn các bản sao nhiễu có thứ bâc thấp hơn kênh của người sử dụng được tạo ra ở tầng trước cũng được trừ đi tương tự. Bằng cách này các bản sao nhiễu được tạo ra với chuẩn định thời thu của từng đường truyền được kết hợp với RAKE theo ước tính máy thu, giá trị ước tính kênh và số liệu sau khi quyết định. Tuy nhiên các bản sao nhiễu có thể bị lỗi, nhất là khi chúng được tạo ra với các lỗi mắc phải khi đánh giá kênh. Vì thế bằng cách sử dụng giá trị trọng lượng βp nhỏ hơn 1 cho phép giảm ảnh hưởng của lỗi xảy ra ở các bản sao nhiễu gây ra do sai lỗi đánh giá kênh và cho phép cải thiện đặc tính BER của COMSIC. Hình 2.8 Cấu hinh của bộ triệt nhiễu đa tầng kiểu nối tiếp Hình 2.9 Cấu hình của bộ triệt nhiễu đa tâng kiểu song song COMSIC song song thực hiện giải điều chế và tạo các bản sao nhiễu đồng thời cho tất cả các người sử dụng. Tại tầng đầu, tín hiệu thu đi thẳng vào CEIGU giống như trường hợp thu RAKE trên cơ sở MF. Tại CEIGU trong các tầng sau, các bản sao nhiễu của tất cả người sử dụng khác được tạo ra, được đánh trọng số βp và được trừ với tín hiệu đầu vào. COMSIC nối tiếp trừ các bản sao nhiễu cấp bậc cao hơn kênh của người sử dụng với tín hiêu thu tại tần một nên nó cho phép tạo ra bản sao nhiễu chính xác hơn COMSIC song song. Vì vậy nếu số tầng là như nhau thì COMSIC nối tiếp chất lượng BER tốt hơn COMSIC song song. Nhược điểm của COMSIC nối tiếp là khi số người sử dụng tăng, trễ tăng đáng kể do phải thực hiện giả điều chế và tạo các bản sao theo thứ tự giảm của công suất thu. Vì lí do này COMSIC song song thực tiễn hơn COMSIC nối tiếp. 2.5.2/ Bộ triệt nhiễu đa tầng ước tính kênh lặp COMSIC song song phải tạo ra các bản sao nhiễu trên cơ sở thu MF mà không triệt nhiễu tại tầng thứ nhất. Vì thế độ chính xác khi tạo các bản nhiễu ở COMSIC song song kém hơn ở COMSIC nối tiếp. Để khắc phục nhược điểm này, COMSIC song song thực hiện đánh giá kênh và quyết định số liệu lặp trong các tầng với sử dụng ký hiệu hoa tiêu và các ký hiệu số liệu sau quyết định. Hình dưới cho thấy cấu hình của CEIGU thực hiện đánh giá kênh lặp trên cơ sở các ký hiệu hoa tiêu và các ký hiệu số liệu hồi tiếp trước và sau giải mã sửa lỗi. Hình 2.10 Cấu hình CEIGU để ước tính lặp Tín hiệu tại đầu vào MF của kênh người sử dụng k và tại tầng p là tín hiệu Lk đường. Tín hiệu này được trừ với bản sao nhiễu của tất cả các người sử dụng khác và bản sao nhiễu của tất cả các tín hiệu thu đa đường khác. Trước hết ước tính kênh được thực hiện trên mỗi đường truyền trên cơ sở các ký hiệu hoa tiêu để thực hiện kết hợp RAKE. Sau đó các tín hiệu sau kết hợp RAKE được giải đan xen và giải mã sửa lỗi, rồi lại được mã hóa kênh và đan xen. Chuỗi số liệu nhận được được sử dụng để loại bỏ các thành phần điều chế số liệu tại đầu ra của MF. Các ký hiệu số liệu thông tin này được kết hợp với các ký hiệu hoa tiêu để thực hiện ước tính kênh một lần nữa. Ước tính kênh này được sử dụng để tạo ra các bản sao nhiễu và kết hợp RAKE. Việc lặp ước tính kênh trên cơ sở các bit hoa tiêu và chuỗi số liệu sau quyết định nhận được sau giải mã sửa lỗi, cùng với quyết định cứng cải thiện độ chính xác ước tính kênh nhờ vậy tăng độ chính xác tái tạo các bản tin nhiễu. Việc sử dụng số liệu ngay sau kết hợp RAKE cho phép giảm trễ so với sử dụng số liệu sau giải mã sửa lỗi. Tuy nhiên, đặc tính chống nhiễu bị giảm do bị lỗi. Sử dụng đánh giá kênh lặp trên các COMSIC song song cho phép đạt được hiệu quả chống nhiễu gần như COMSIC nối tiếp nhưng với trễ nhỏ hơn. 2.6/ Ăng ten thông minh Ăng ten thông minh cho phép cải thiện hiệu năng của hệ thống vô tuyến bằng nhiều cách. Nó cho phép tăng vùng phủ sóng và giảm giá hạ tầng khi vừa mới triển khai, tăng chất lượng đường truyền khi hệ thống được xây dựng hoàn thiện và tăng dung lượng hệ thống trong quá trình hoạt động. Ăng ten thông minh bao gồm hệ thống ăng ten búp hướng chuyển mạch (SBS) hay hệ thống ăng ten thích ứng. Hình 2.11 Ăng ten thông minh SBS (Switched Beam System) sử dụng nhiều búp cố định trong một đoạn ô và chuyển mạch để chọn búp tốt nhất cho việc thu tín hiệu. Ở hệ thống ăng ten thích ứng, các tín hiệu thu từ nhiều ăng ten được đánh trọng số, được kết hợp theo các tiêu chuẩn như: sai lỗi bình phương trung bình cực tiễu (MMSE) hay bình phương thấp nhất (LS) để đạt được tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR cực đại. Ưu điểm của hệ thống ăn ten thích ứng là ngoài việc đạt được độ khuyếch đại M lần, nó còn đảm bảo độ lợi phân tập M lần. Khi công suất phát không đổi các ăng ten thông minh có thể tăng vùng phủ sóng bằng cách tăng hệ số khuyếch đại ăng ten. Ăng ten có hệ số khuyếch đại tăng M lần sẽ cho phép tăng vùng phủ sóng M1/n lần, trong đó n là lũy thừa của tổn hao đường truyền. Nhờ vậy có thể giảm số BS M2/n lần. Một SBS với M búp có thể tăng dung lượng hệ thống M lần nhờ giảm nhiễu. Một hệ thống ăng ten thích ứng còn có thể cung cấp độ lợi bổ sung nhờ việc triệt nhiễu tốt hơn. 2.6.1/ Phân tập dàn ăng ten thích ứng Phân tập dàn ăng ten thích ứng bao gồm việc lắp đặt một máy phát thu dàn ANT tại BS. Tại máy thu, hệ thống nhân các tín hiệu thu được từ nhiều ANT ở đường lên với trọng lượng ANT thu tối ưu, sau đó kết hợp chúng. Kết quả là mẫu phát xạ có búp chính hướng đến các tín hiệu cần thu và các búp không hướng đến các nguồn sóng nhiễu và vì thế đạt được SIR thu cực đại. Phương pháp này cho phép giảm nhiễu MAI và tăng dung lượng đường lên. Tại đường xuống, hệ thống thực hiện nhân trọng lượng ANT phát thích ứng cho từng người sử dụng để tạo ra búp chính hướng tín hiệu đến người sử dụng mong muốn và các búp không hướng đến các người sử dụng khác. Bằng cách này nhiễu MAI giảm và dung lượng tăng ở đường xuống. Cấu hình của dàn ăng ten thích ứng như hình dưới. Phân tập dàn ăng ten thích ứng là một kỹ thuật xử lý thu thích ứng và phát thích ứng tại BTS được áp dụng cho 3G. Phân tập dàn ăng ten thích ứng tạo ra trọng lượng ANT bằng cách thực hiện các quá trình sau trên cơ sở trọng lượng ăng ten thu được tạo ra tại khối thu của BTS: Hiệu chỉnh mạch vô tuyến để bù trừ lệch biên và pha giữa các nhánh của các mạch thu và phát. Hiệu chỉnh tần số sóng mang bù trừ độ dịch búp chính và búp không trọng lượng của ăng ten phát gây ra do sự khác nhau giữa tần số đường lên và đường xuống. Hoạt động của cấu hình phân tập dàn ăng ten thích ứng như sau: Hình 2.12 Cấu hình tổng quát của phân tập ăng ten dàn thích ứng Tín hiêu thu được từ các ăng ten tại đường lên được lọc băng thông, được khuyết đại tại mạch thu vô tuyến sau đó được đánh trọng lượng bởi trọng lượng ăng ten thu phức và được kết hợp tại khối phân tập dàn ăng ten thích ứng nhất quán. Sau đó nó được ước tính thay đổi pha và biên độ fading trong từng đường truyền và kết hợp RAKE. Các tín hiệu nhận được sau kết hợp RAKE sau đó được giải đan xen và giải mã sửa sai để khôi phục lại tín hiệu phát. Tại khối phát số liệu phát được mã hóa kênh, đan xen và sắp xếp vào nhánh I, Q của bộ điều chế QPSK, sau đó được nhân với các trọng lượng phức của các ăng ten rồi được trải phổ. Tiếp theo tín hiệu được biến đổi nhân tần, được khuyếch đại tại khối phát vô truyến. Các trọng lượng ANT thu được tạo ra ở khối thu CAAAD chịu tác động của thay đổi pha và biên giữa các nhánh trong mạch thu vô tuyến, cũng như chịu ảnh hưởng của góc tới, công suất trung bình của các sóng mang cần thu các các sóng nhiễu tại đầu ra ANT. Các trọng lượng ANT được tạo ra trong khối xử lý băng gốc bị tác động bởi các thay đổi pha và biên độ trong mạch thu vô tuyến ra khỏi các trọng lượng ANT thu được tạo ra bởi thuật toán MMSE. Hiệu chỉnh ANT thu được tạo ra ở khối thu CAAAD bẳng hàm truyền dẫn của mạch phát/thu được xác định theo phương trình sau: Wt(j) = wR(j)(xRX(j)/xTX(j)) Trong đó: Wt(j) là trọng lượng ANT thu phức, xRX(j) là hảm truyền dẫn phức của mạch thu vô tuyến thứ j từ mạch khuyếch đại tạp âm nhỏ đến bộ AGC, xTX(j) là hàm truyền dẫn của mạch thu phát vô tuyến thứ j. Hiệu chỉnh tần số sóng mang là hiệu chỉnh mẫu phát sao cho búp chính tại phương của tín hiệu mong muốn và búp không mong muốn trong mẫu búp phát trùng với mẫu búp thu. 2.6.2/ Cấu hình của khối thu CAAAD Hình 2.13 Cấu hình khối thu CAAAD Vì trọng lượng ANT thu được tạo ra ở đường lên ở phương pháp này được sử dụng như là trọng lượng ANT phát ở đường xuống, nên dàn ANT thích tứng và khối kết hợp RAKE có các chức năng khác nhau. Cần điều khiển các mẫu búp sóng do dàn ăng ten thích ứng tạo ra để đạt được SIR thu trung bình cực đại chứ không cần bám theo sự thay đổi kênh tức thời. Khối kết hợp RAKE đứng sau khối tạo mẫu búp để cực đại hóa SIR tức thời thu được bằng cách kết hợp có trọng lượng theo đường thu bao quanh fading. Khối thu CAAAD gồm MF, khối tạo mẫu búp, khối kết hợp RAKE và bộ điều khiển trọng lượng ANT. Chuỗi thu của từng nhánh được giải trải phổ bằng bản sao mã giải trải phổ được động bộ với định thời thu đa đường của từng người sử dụng theo ước tính. Tín hiệu sau giải trải phổ được đánh trọng số bằng trọng lượng ANT thu và được kết hợp với ước tính kênh được thực hiện bằng cách sử dụng các ký hiêu hoa tiêu. Giá trị của ước tính kênh được sử dụng đề bù trừ các thay đôi do fading ký hiệu số liệu thông tin của từng đường truyền và phương pháp kết hợp là MRC - kết hợp tỷ lệ cực đại. Tại khối điều khiển trọng lượng ANT, trọng lượng ANT thu được cập nhật bằng thuật toán thích ứng để giảm thiểu sai số trung bình bình phương của tín hiệu sau kết hợp RAKE. Để tăng nhanh sự hội tụ của trọng lượng ANT, các ký hiệu hoa tiêu và các ký hiệu số liệu hồi tiếp sau quyết định được sử dụng làm tín hiệu tham chuẩn. Các hệ thống tế bào đòi hỏi hàm bán trọng lượng ANT có thể bám chính xác MS chuyển động ở tốc độ cao. Nói chung rất khó bám MS chuyển động nhanh mà chỉ đơn giản cập nhật trọng lượng ANT thu với sử dụng thuật toán thích ứng. Để tăng độ chính xác bám, người ta đề xuất phương pháp bám trọng lượng ANT thu tốc độ cao hai bước. Phương pháp này sử dụng kết quả đo SIR của từng khe kết hợp giải thuật thích ứng. Trong thực tế số lượng dàn phần tử ăng ten rất ít so với số người sử dụng truyền dẫn tiến có thể có trong từng khu vực. Vì số búp phát xạ bằng không phụ thuộc vào số lượng dàn phần tử ANT nên rất khó tạo búp không ở góc tới của các tín hiệu từ từng người sử dụng tốc độ bit thấp. Vì thế mẫu búp cực đại trong CAAAD thu đượng ưu tiên để tạo ra các búp không đối với tín hiệu phát ra từ người sử dụng tốc độ bit cao có công suất lớn. Mặt khác tại đường xuống chất lượng thu của người sử dụng búp thấp lại phụ thuộc vào mức độ có thể giảm nhiễu từ người sử dụng khác. Vì thế ở đường xuống điều khiển công suất nhanh trên cơ sở đo SIR cúng được sử dụng để giảm nhiễu từ các người sử dụng tốc độ bit cao. Điều này cho phép giảm nhiễu từ nhiều người sử dụng bit thấp đến các người sử dụng bit cao và việc sử dụng điều khiển công suất nhanh cho phép hạ thấp công suất phát của các người sử dụng tốc độ bit cao. Những người sử dụng tốc độ bit cao lại giảm tiếp công suất của họ bằng cách sử dụng trọng lượng ANT phát để búp chính hướng đến các kênh của mình. Sự giảm công suất phát của các người sử dụng tốc độ bit cao như vậy cho phép giảm nhiễu đối với các người sử dụng tốc độ bit thấp và tăng dung lượng hệ thống.