MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ..........................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................vi
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT......................................................................................vii
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3G WCDMA UMTS. 2
1.1. GIỚI THIỆU.................................................................................................2
1.2. KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA.....4
1.3. CÁC KÊNH CỦA WCDMA........................................................................5
1.3.1. Các kênh logic.......................................................................................5
1.3.2 Các kênh truyền tải.................................................................................5
1.3.3 Các kênh vật lý.......................................................................................6
1.4. CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ..................9
1.4.1. Các thông số lớp vật lý..........................................................................9
1.4.2. Băng tần và quy hoạch tần số..............................................................10
1.5. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA......................................14
1.5.1. Điều khiển cơng suất vịng kín đường lên...........................................14
1.5.2. Điều khiển cơng suất vịng trong đường lên........................................15
1.5.3. Điều khiển cơng suất vịng ngồi đường lên.......................................15
1.5.4. Điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống......................................16
1.6. CÁC KIỀU CHUYỂN GIAO TRONG WCDMA.....................................16
1.6.1. Chuyển giao cứng................................................................................16
1.6.2. Chuyển giao mềm/mềm hơn................................................................17
1.7. ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT TRẠM GỐC.....................................................18
1.7.1. Sơ đồ tổng quát máy phát và máy thu.................................................18
1.7.2. Đặc điểm kỹ thuật trạm gốc.................................................................19
1.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG I............................................................................22

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

i


CHƯƠNG II THIẾT KẾ TRẠM GỐC-NODEB CHO 3G WCDMA UMTS......23
2.1. GIỚI THIỆU...............................................................................................23
2.1. KIẾN TRÚC CƠ SỞ CỦA 3G WCDMA UMTS BTS..............................26
2.2. VẤN ĐỀ THIẾT KẾ BĂNG GỐC.............................................................28
2.2.1. Các chức năng băng gốc......................................................................28
2.2.2. Các khía cạnh thiết kế băng gốc..........................................................29
2.2.3. Thiết kế phiến xử lý băng gốc phát (TXBBB )......................................30
2.2.4. Thiết kế phiến xử lý băng gốc thu (RAXBBB).....................................32
2.3. TRẠM GỐC ĐA CHUẨN ĐA BĂNG VÀ CÔNG NGHỆ VÔ TUYẾN
ĐƯỢC ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM............................................................35
2.3.1. Giới thiệu.............................................................................................35
2.3.2. Nguyên lý cơ sở của các máy phát thu đa băng...................................36
2.3.3. Kiến trúc đầu phát thu vô tuyến đa băng (MBFE)...............................37
2.3.4. Kiến trúc tổng quát của một hệ thống vô tuyến SDR..........................40
2.3.5. Kiến trúc nền tảng băng gốc đa chuẩn.................................................42
2.3.6. Vô tuyến khả lập trình lại bằng phần mềm..........................................44
2.4. BỘ KHUẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT ĐA SĨNG MANG (MCPA)..............46
2.4.1. Các kỹ thuật khuếch đại cơng suất vô tuyến........................................47
2.4.2. Các công nghệ MCPA cho WCDMA..................................................47
2.4.3. MCPA sửa méo thuận..........................................................................47
2.4.4. MCPA với làm méo ngược trong miền số...........................................52
2.5. TRẠM GỐC PHÂN BỐ (DBS).................................................................58
2.5.1. Chuyển từ kiến trúc BS tập trung sang kiến trúc BS phân bố..............58
2.5.2. Hai giải pháp DBS...............................................................................59
2.5.3. Các cấu hình mạng DBS......................................................................60
2.6. CẤU HÌNH MẠNG BBU VÀ RRU TRONG MẠNG DBS......................64
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG II..........................................................................65

CHƯƠNG III THIẾT BỊ HUAWEI 3900 NODEB..............................................66
3.1. GIỚI THIỆU...............................................................................................66
3.2. HUAWEI BTS3900....................................................................................66
3.2.1. Các đặc tính chính...............................................................................66
Phạm Văn An – Lớp D06VT1

ii


3.2.2. Kiến trúc chung của BTS3900.............................................................67
3.2.3. Đơn vị xử lý WRFU............................................................................67
3.2.4. Đơn vị xử lý BBU................................................................................69
3.3. HUAWEI DBS3900...................................................................................71
3.3.1. Các đặc tính chính...............................................................................71
3.3.2. Cấu trúc hệ thống DBS3900................................................................71
3.3.3. Cấu trúc phần vô tuyến đặt xa DBS3900.............................................72
3.3.4. Cấu trúc BBU trong DBS3900............................................................74
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG III.........................................................................74
CHƯƠNG IV TRIỂN KHAI NODE-B CHO MẠNG 3G TẠI VIỆT NAM.........76
4.1. TRIỂN KHAI NODE-B TẠI MOBIFONE................................................76
4.2. TRIỂN KHAI NODE-B TẠI VINAPHONE.............................................78
4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG IV.........................................................................82
KẾT LUẬN............................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................84

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

iii



Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA UMTS......................................................2
Hình 1. 2: Kiến trúc giao thức của giao diện vơ tuyến WCDMA..................................4
Hình 1. 3: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý......................................................9
Hình 1. 4: Phân bố tần số cho WCDMA/FDD. a) Các băng có thể dùng cho WCDMA
FDD tồn cầu; b) Băng tần IMT-2000..................................................................11
Hình 1. 5: Cấp phát băng tần WCDMA/FDD..............................................................12
Hình 1. 6: Thí dụ cấp phát băng tần cho năm nhà khai thác tại Vương Quốc Anh.....13
Hình 1. 7: Ngun lý điều khiển cơng suất vịng kín đường lên..................................15
Hình 1. 8: Ngun lý điều khiển cơng suất vịng kín đường xuống.............................16
Hình 1. 9: Thí dụ về giải thuật SHO............................................................................17
Hình 1. 10: Sơ đồ khối máy phát (a) và máy thu (b) vơ tuyến.....................................18
Hình 2. 1: Kiến trúc chung của một BTS.....................................................................26
Hình 2. 2: Kiến trúc BTS với các tài ngun được dùng chung..................................27
Hình 2. 3: Mơ hình chuyển đổi kênh (sắp xếp kênh)...................................................28
Hình 2. 4: Các khối chức năng xử lý đường xuống.....................................................30
Hình 2. 5: Thực hiện phiến TXBBB cho mặt phẳng người sử dụng..............................31
Hình 2. 6: Các khối chức năng xử lý đường lên của TXB...........................................32
Hình 2. 7: Thực hiện RAXB........................................................................................34
Hình 2. 8: Kiến trúc tổng quát của MBFE...................................................................37
Hình 2. 9: Thực hiện của: a) đầu phát, b) đầu thu........................................................39
Hình 2. 10: Phổ của biến đổi nâng tần trực tiếp: a) từ IF không, b) từ IF thấp............39
Hình 2. 11: Thực hiện phát/thu biến đổi qua trung tần (IF).........................................40
Hình 2. 12: Kiến trúc tổng quát của một máy phát thu số............................................41
Hình 2. 13: Kiến trúc phần mềm của một hệ thống vơ tuyến SDR..............................42
Hình 2. 14: Kiến trúc phần cứng của băng gốc............................................................43

Hình 2. 15: Khái niệm thư viện SDR phân cấp để xử lý tín hiệu băng gốc.................43
Hình 2. 16: Mơ hình vơ tuyến khả lập lại cấu hình......................................................45
Hình 2. 17: MCPA sửa méo trước thuận......................................................................48
Hình 2. 18: Nguyên lý làm méo trước..........................................................................49
Hình 2. 19: Thiết kế bộ khuếch đại cơng suất..............................................................49
Hình 2. 20: Định nghĩa hiệu suất..................................................................................51
Hình 2. 21: Sơ đồ khối của MCPA sử dụng làm méo trước số....................................52
Hình 2. 22: Nguyên lý làm méo trước số (DPD).........................................................54
Hình 2. 23: Sơ đồ khối của một hệ thống DPD thích ứng hồn chỉnh.........................54
Phạm Văn An – Lớp D06VT1

iv


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ

Hình 2. 24: Đường cong hiệu suất RU sử dụng DPD..................................................55
Hình 2. 25: Tỷ lệ dò kênh lân cận đo được đối với RU21 của Ericssion.....................56
Hình 2. 26: Nguyên lý bộ khuếch đại cơng suất Doherty............................................56
Hình 2. 27: Đường cong hiệu năng bộ khuếch đại Doherty lý tưởng.........................57
Hình 2. 28: Đường cong hiệu suất phụ thuộc Pout đối với RU sử dụng DPD và Doherty
PA..........................................................................................................................58
Hình 2. 29: So sánh phương án BTS (a) thơng thường và BTS phân bố (b)................58
Hình 2. 30: Hai phương án DBS..................................................................................60
Hình 2. 31: Mạng quang riêng điểm đến điểm để thu thập số liệu di động.................61
Hình 2. 32: Giải pháp sử dụng mạng quan thụ động gói..............................................61
Hình 2. 33: Cấu hình khách sạn nodeB với BBU phân tán..........................................62
Hình 2. 34: Cấu hình khách sạn nodeB với BBU đặt tập trung...................................62

Hình 2. 35: Tiến tới sử dụng hạ tầng PON gói.............................................................63
Hình 2. 36: Giải pháp PON gói hồn tồn...................................................................63
Hình 2. 37: Giải pháp WDM chồng lến PON gói........................................................64
Hình 2. 38: Các cấu hình mạng BBU đối với mạng DBS............................................64
Hình 2. 39: Các cấu hình mạng của RRU trong mạng DBS........................................65
Hình 3. 1:
Hình 3. 2:
Hình 3. 3:
Hình 3. 4:
Hình 3. 5:
Hình 3. 6:

Sơ đồ khối BTS3900...................................................................................67
Cấu trúc hệ thống của BTS3900.................................................................67
Sơ đồ khối WRFU (Đơn vị xử lý vô tuyến)................................................68
Sơ đồ khối môđule BBU............................................................................69
Cấu trúc hệ thống DBS3900.......................................................................72
Cấu trúc phần vô tuyến đặt xa kết hợp giữa RRU và SRXU.....................73

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

v


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Danh sách các kênh vật lý............................................................................6

Bảng 1. 2: Các thông số lớp vật lý WCDMA................................................................9
Bảng 1. 3: Băng tần......................................................................................................10
Bảng 1. 4: Cấu hình DB-DC-HSDPA..........................................................................10
Bảng 1. 5: Khoảng cách tần số Tx-Rx.........................................................................11
Bảng 1. 6: Cấp phát tần số 3G tại Việt Nam................................................................14
Bảng 1. 7: Công suất đầu ra danh định của trạm gốc...................................................20
Bảng 1. 8: Độ dung sai bước điều khiển công suất phát..............................................20
Bảng 1. 9: Dải bước điều khiển công suất được kết hợp tại máy phát.........................21
Bảng 1. 10: Độ nhạy tiêu chuẩn của BS.......................................................................21
Bảng 1. 11: Khả năng lựa chọn kênh...........................................................................21
Bảng 2. 1: Các băng tần đựơc chọn để thực hiện MBFE.............................................37
Bảng 2. 2: Thông số kỹ thuật MCPA...........................................................................51
Bảng 3. 1:
Bảng 3. 2:
Bảng 3. 3:
Bảng 3. 4:

Các cấu hình sử dụng WRFU khơng phân tập phát....................................68
Khả năng xử lý của BBU............................................................................70
Các cấu hình RRU......................................................................................73
Các cấu hình kết nối BBU và RRU điển hình............................................74

Bảng 4. 1: Số lượng nodeB triển khai tại trung tâm VMS5 và VMS1 trong 2 giai đoạn
...............................................................................................................................76
Bảng 4. 2: Số lượng nodeB triển tại các tỉnh thuộc trung tâm 1&5 trong 2 giai đoạn.77
Bảng 4. 3: Dự kiến phát triển nodeB Vinaphone.........................................................79
Bảng 4. 4: NodeB tại các thành phố lớn.......................................................................79
Bảng 4. 5: 100 NodeB đầu tiên của Vinaphone...........................................................79

Phạm Văn An – Lớp D06VT1


vi


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3G

Third Generation

Thế hệ thứ ba

3GPP

3G Partnership Project

Đề án các đối tác 3G

ACE

Antenna Coupling Equipment

Thiết bị ghép ăng ten

ACLR
ASIC


Adjacent Channel
Leakage Ratio
Application Specific
Integrated Circuit

Tỷ lệ dị kênh lân cận
Mạch tích hợp ứng dụng riêng

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dị bộ

BBU

Base Band Unit

Đơn vị băng gốc

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BER

Bit Error Rate


Tỷ lệ lỗi bit

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CN

Core Network

Mạng lõi

CRC

Cyclic Redundancy Check


Kiểm tra vòng dư

CS

Circuit Switch

Chuyển mạch kênh

DB-DCHSDPA

Dual Band-Dual Cell HSPDA

HSDPA đa băng đa ô

DBS

Distributed Base Station

Trạm gốc phân bố

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển riêng

DCH

Dedicated Channel


Kênh riêng

DPCCH

Dedicated Physycal
Control Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

vii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

DPD

Digital Predistortion

Độ méo trước số

DPDCH

Dedicated Physical
Data Channel

Kênh số liệu vật lý riêng


Direct Sequence CDMA

CDMA chuỗi trực tiếp

DSP

Digital Signal Processor

Bộ xử lý tín hiệu số

DTCH

Dedicated Traffic Channel

Kênh lưu lượng riêng

E2R

End to End Reconfigurability

Khả cấu hình lại đầu cuối tới đầu
cuối

EGPRS

Enhanced GPRS

GPRS tăng cường


EIR

Equipment Identify Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACH

Forward Access Channel

Kênh truy nhập đường xuống

FDD

Frequency Division Duplex

FPGA

Field Programable Gate Array

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS cổng

GSM

Global System For
Mobile Communications


Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HHO

Hard Handover

Chuyển giao cứng

HLR

Home Location Register

Bộ ghi định vị thường trú

HO

Handover

Chuyển giao

High Speed Downlink
Packet Access
High Speed Uplink
Packet Access
International Mobile
Telecommunications 2000

Truy nhập gói đường xuống tốc độ
cao


LNA

Low Noise Amplifier

Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ

LTE

Long Term Evolution

Phát triển dài hạn

LUP

Look up Table

Bảng tra cứu

DSCDMA

HSDPA
HSUPA
IMT2000
Iu

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

Ghép song công phân chia theo tần
số

Mảng cổng khả lập trình theo ứng
dụng

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao
Thơng tin di động quốc tế 2000
Giao diện được sử dụng để thông tin
giữa RNC và mạng lõi

viii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

MBFE

Multi-band Front End

Đầu thu phát đa băng

MCPA

Multi Carrier Power Amplifier


Bộ khuếch đại công suất đa sóng
mang

MIMO

Multi Input Multi Output

Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MSC

Mobile Services
Switching Center

Trung tâm chuyển mạch
các dịch vụ di động

NCO

Numerical Control Oscilator

Bộ dao động điều khiển số

PA

Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất


PARR

Peak to Average Power Ratino

Tỉ số công suất đỉnh
trên công suất trung bình

PCCH

Paging Common Channel

Kênh tìm gọi chung

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PDCP

Packet-Data
Convergence Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PON

Passive Optical Network


Mạng quang thụ động

PS

Packet Switch

Chuyển mạch gói

PSTN

Public Switched
Telephone Network

Mạng điện thoại
chuyển mạch công cộng

RAT

Radio Access Technology

Công nghệ truy nhập vô tuyến

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RLC


Radio Link Controller

Bộ điều khiển liên kết vô tuyến

RNC

Radio Network Controller

Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RP

Reference Point

Điểm tham chuẩn

RRC

Radio Resource Control

Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RRU

Remote Radio Unit

Đơn vị vô tuyến từ xa

SDR


Software Defined Radio

Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

ix


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

SHO

Soft Handover

Chuyển giao mềm

SIR

Signel to Interference Ratio

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu


TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân
chia theo thời gian

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TPC

Transmit Power Control

Điều khiển công suất phát

UMTS
UPEU
USIM
UTRAN
UTRP

Universal Mobile
Telecommunications System
Universal Power and
Evironment Interface Unit


Hệ thống thơng tin di động tồn cầu
Đơn vị giao diện mơi trường
và cơng suất tồn cầu

UMTS SIM

Nhận dạng thuê bao UMTS

UMTS Terrestrial Radio
Access Network
Universal Transmission
Procesing Unit

Mnạg truy nhập vô tuyến
mặt đất UMTS

Uu

Đơn vị xử lý truyền dẫn quốc tế
Giao diện được sử dụng để
thông tin giữa nút B và UE

WCDM
A

WCDMA Base Band
Processing Unit
Wideband Code Division
Multiple Access


WP

Work Package

Gói cơng nghệ

WRFU

WCDMA Radio Filter Unit

Đơn vị lọc vơ tuyến WCDMA

WBBP

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

Đơn vị xử lý băng gốc WCDMA
WCDMA băng rộng

x


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mở đầu

MỞ ĐẦU
Ngày nay thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh
nhất, đặc biệt là tại Việt Nam hai năm gần đây đã có bước thay đổi mạnh mẽ khi hệ

thống 3G WCDMA UMTS được đưa vào sử dụng. WCDMA là một công nghệ sử
dụng giao diện vô tuyến theo tiêu chuẩn 3GPP trong các hệ thống thông tin di động thế
hệ 3. BTS (hay nodeB) là phần tử thực hiện giao diện vô tuyến với đầu cuối di động
3G (UE). Trong tương lai, LTE là bước phát triển với tốc độ số liệu cao hơn sẽ được
đưa vào sử dụng. Do đó trong thời điểm hiện tại, việc thiết kế nodeB phải đáp ứng
được cho cả GSM, UMTS và LTE.
Các thế hệ thông tin di động tương lai sau 3G sẽ hỗ trợ tích hợp và đồng tồn tại
nhiều công nghệ truy nhập vô tuyến (RAT) trong cùng một môi trường vô tuyến đa
hợp. Chằng hạn môi trường này là một hệ thống đơn nhất cho phép đầu cuối di động
có thể truy nhập bằng nhiều cơng nghệ truy nhập khác nhau như GSM, EGPRS,
WCDMA , HSPA, LTE, WiMAX …. Khái niệm khả lập lại cấu hình (là một phát triển
của SDR) cho phép dễ dàng thực hiện môi trường nói trên. Với khái niệm này, các đầu
cuối di động và các phần tử mạng có thể chủ động chọn và thích ứng đến một RAT
phù hợp trong một vùng dịch vụ cụ thể và tại một thời điểm cụ thể.
Đồ án này nghiên cứu “thiết kế trạm gốc (nodeB) cho 3G WCDMA UMTS” gồm
nội dung chính sau:
 Chương I: Tổng quan về giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS và một số
đặc tính kỹ thuật của trạm gốc theo tiêu chuẩn 3GPP
 Chương II: Nghiên cứu vấn đề thiết kế nodeB cho 3G WCDMA UMTS với
các công nghệ mới phục vụ tốt cho nhu cầu thực tiễn.
 Chương III: Giới thiệu các thiết bị nằm trong loạt sản phẩm nodeB 3900
của Huawei.
 Chương IV: Tình hình triển khai nodeB cho mạng 3G tại Việt Nam
Trong suốt thời gian làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của gia đình,
thầy cơ và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo – TS. Nguyễn
Phạm Anh Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn giúp em thêm nhiều kiến thức và tư
liệu để hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn gia đình, thầy cơ, bạn bè và
người thân đã giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian làm đồ án.
Hà Nội ngày 03 tháng 12 năm 2010
Sinh viên thực hiện


Phạm Văn An – Lớp D06VT1

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mở đầu

Phạm Văn An

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 3G WCDMA UMTS
1.1. GIỚI THIỆU
WCDMA UMTS là một trong các tiêu chuẩn của IMT-2000 nhằm phát triển của
GSM để cung cấp các khả năng cho thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy
nhập vô tuyến trên cơ sở W-CDMA và mạng lõi được phát triển từ GSM/GPRS. Mạng
3G WCDMA lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và
chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng. Các trung tâm chuyển mạch gói
sẽ là các chuyển mạch sử dụng cơng nghệ ATM. Trên đường phát triển đến mạng toàn

IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng 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
mơi trường IP bằng các chuyển mạch gói. Hình 1. 1 dưới đây cho thấy thí dụ về một
kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.

UE (User Equipment): Thiết bị người dùng TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối
USIM (UMTS Subcriber Identify Module): Mô đun nhận dạng thuê bao UMTS
RNC (Radio Network Controller): Bộ điều khiển mạng vô tuyến
MSC/VLR: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động/Bộ ghi định vị tạm trú

Hình 1. 1: Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA UMTS
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN) là liên kết giữa người sử dụng
và CN. Nó gồm các phần tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và
điều khiển chúng. UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện. Giao diện Iu giữa
UTRAN và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền
Phạm Văn An – Lớp D06VT1

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng. Giữa hai
giao diện này là RNC và nodeB.
WCDMA có thể có hai giải pháp cho giao diện vô tuyến: ghép song công phân
chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghép song công phân chia theo
thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ
chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải pháp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rãi còn giải

pháp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho các ô nhỏ (Micro và Pico).
Giải pháp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai sóng mang phân cách nhau
190 MHz: đường lên có băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz,
đường xuống có băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Mặc dù 5
MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng có thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5
MHz với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đúng đắn cho phép ta tránh
được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thác khác. Giải
pháp TDD sử dụng các tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến
2025 MHz; ở đây đường lên và đường xuống sử dụng chung một băng tần.
Giao diện vơ tuyến của W-CDMA hồn tồn khác với GSM và GPRS, W-CDMA
sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong
WCDMA mạng truy nhập vô tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio
Access Network). Các phần tử của UTRAN rất khác với các phần tử ở mạng truy nhập
vô tuyến của GSM. Vì thế khả năng sử dụng lại các BTS và BSC của GSM là rất hạn
chế. Một số nhà sản xuất cũng đã có kế hoạch nâng cấp các GSM BTS cho WCDMA,
trong mạng 3G chúng được gọi là các nodeB. Đối với các nhà sản suất này có thể chỉ
tháo ra một số bộ thu phát GSM từ BTS và thay vào đó các bộ thu phát mới cho
WCDMA. Một số rất ít nhà sản suất còn lập kế hoạch xa hơn. Họ chế tạo các BSC
đồng thời cho cả GSM và WCDMA. Tuy nhiên đa phần các nhà sản suất phải thay thế
GSM BSC bằng RNC mới cho WCDMA.
W-CDMA sử dụng rất nhiều kiến trúc của mạng GSM, GPRS hiện có cho mạng
của mình. Các phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN có thể được nâng cấp từ mạng
hiện có để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM. Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD
được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý. Kênh
logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thơng tin từ lớp cao trước khi sắp xếp
vào kênh truyền tải. Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý. Kênh vật
lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD. Mỗi
kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ. Ngoài ra kênh vật lý
đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha. Trong phần dưới đây ta trước hết ta xét
kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vơ tuyến của

WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này.

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

1.2. KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VƠ TUYẾN WCDMA
Giao diện vơ tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:
 Lớp vật lý (L1). Đặc tả các vấn đề liên quan đến giao diện vô tuyến như điều
chế và mã hóa, trải phổ v.v…
 Lớp liên kết nối số liệu (L2). Lập khuôn số liệu vào các khối số liệu và đảm
bảo truyền dẫn tin cậy giữa các nút lân cận hay các thực thể đồng cấp.
 Lớp mạng (L3). Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến.
Các giao thức
UP

CC, MM, GMM, SM, SS

Thông tin UP

Báo hiệu CP

Các lớp con cao
hơn của L3/NAS


RRC

L3
PDCP

PDCP

L2/PDCP

BMC

RLC

L2/BMC

RLC

RLC

RLC

RLC

RLC

RLC

L2/RLC

RLC


Các kênh logic
MAC

L2/MAC
Các kênh truyền
tải

PHY
Điều khiển

L1/WCDMA
Điểm truy cập dịch vụ (SAP)
cho thơng tin đồng cấp

Hình 1. 2: Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA
Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển
truy nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết), PDCP (Packet
Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gói) và BMC Broadcast/Multicast
Control: Điều khiển quảng bá/đa phương ).
Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C-Plane) và
mặt phẳng người sử dụng (U-Plane). PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U.
Trong mặt phẳng C lớp 3 bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài
nguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility
Management) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility
Management), SM (Session Management) kết cuối tại mạng lõi (CN).
Lớp vật lý là phần rất quan trọng trong hệ thống UTRAN, nó là lớp thấp nhất
trong mơ hình giao thức giao diện vô tuyến WCDMA. Lớp vật lý được sử dụng để
Phạm Văn An – Lớp D06VT1


5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Mỗi kênh vật lý ở lớp này được xác định bằng một tổ
hợp tần số, mã ngẫu nhiên hoá (mã định kênh) và pha (chỉ cho đường lên). Các kênh
được sử dụng vật lý để truyền thông tin của các lớp cao trên giao diện vơ tuyến, tuy
nhiên cũng có một số kênh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý.
Để truyền thông tin ở giao diện vô tuyến, các lớp cao phải chuyển các thông tin
này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cách sử dụng các kênh logic. MAC sắp xếp các
kênh này lên các kênh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp
chúng lên các kênh vật lý.

1.3. CÁC KÊNH CỦA WCDMA
1.3.1. Các kênh logic
Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm:
Các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thơng tin điều khiển, bao gồm
kênh điều khiển quảng bá (BCCH), kênh điều khiển tìm gọi (PCCH), kênh điều khiển
riêng (DCCH). Các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của
người sử dụng, bao gồm kênh lưu lượng riêng (DTCH) và kênh lưu lượng chung
(CTCH).
1.3.2 Các kênh truyền tải
Các kênh lôgic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải. Tồn tại hai
kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung. Điểm khác nhau giữa chúng
là: kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng
trong ơ, cịn kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất. Các kênh
truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast

Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH
(Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet
Channel: Kênh gói chung). Kênh riêng chỉ có một kênh duy nhất là DCH (Dedicated
Channel: Kênh riêng). Kênh truyền tải chung có thể được áp dụng cho tất cả các người
sử dụng trong ô hoặc cho một người hoặc nhiều người đặc thù. Khi kênh truyền tải
chung được sử dụng để phát thông tin cho tất cả các người sử dụng thì kênh này khơng
cần có địa chỉ. Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất cả các người
sử dụng trong ô. Khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng đặc thù,
thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ được phát). Kênh
PCH là kênh truyền tải chung được sử dụng để tìm gọi một UE đặc thù sẽ chứa thông
tin nhận dạng người sử dụng bên trong bản tin phát.
Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải (TFI:
Transport Format Indicator) tại mọi thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận được số
liệu từ các mức cao hơn. Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác
Phạm Văn An – Lớp D06VT1

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

nhau vào chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải (TFCI). TFCI được phát trên kênh điều
khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào hiện khuôn dạng truyền tải mù (DTFD:
Blind Transport Format Detection) được thực hiện bằng kết nối với các kênh riêng
đường xuống. Máy thu mã TFCI để nhận được các TFI. Sau đó các TFI này được
chuyển đến các lớp cao hơn cho các kênh truyền tải tích cực ở kết nối.
1.3.3 Các kênh vật lý
Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và cả

pha tương đối (đối với đường lên). Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh
vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH:
Common Physical Channel).
Các kênh vật lý được tổng kết ở bảng 1.1
Bảng 1. 1: Danh sách các kênh vật lý
Tên kênh

ứng dụng

DPCH
(Dedicated
Kênh hai chiều đường xuống/đường lên được ấn
Physical Channel: Kênh vật định riêng cho UE. Gồm DPDCH (Dedicated Physical
lý riêng)
Control Channel: Kênh vật lý điều khiển riêng) và
DPCCH (Dedicated Physical Control Channel: Kênh vật
lý điều khiển riêng). Trên đường xuống DPDCH và
DPCCH được ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa
phức cịn trên đường lên được ghép mã I/Q với ngẫu
nhiên hóa phức.
DPDCH
(Dedicated
Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất
Physical Data Channel: một DPDCH. Kênh được sử dụng để phát số liệu người
Kênh vật lý số liệu riêng
sử dụng từ lớp cao hơn.
DPCCH
(Dedicated
Physical Control Channel:
Kênh vật lý điều khiển

riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một
DPCCH. Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý
của DPCH. DPCCH là kênh đi kèm với DPDCH chứa:
các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất
(TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp
khuôn dạng truyền tải. Các ký hiệu hoa tiêu cho phép
máy thu đánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vô
tuyến và thực hiện tách sóng nhất quán. Các ký hiệu
này cũng cần cho hoạt động của anten thích ứng (hay
anten thơng minh) có búp sóng hẹp. TPC để điều khiển
cơng suất vịng kín nhanh cho cả đường lên và đường

Phạm Văn An – Lớp D06VT1

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

xuống. TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tức
thời của các kênh truyền tải: các tốc độ số liệu hiện thời
trên các kênh số liệu khi nhiều dịch vụ được sử dụng
đồng thời. Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc độ số
liệu cố định. Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp
(FBI: Feeback Information) ở đường lên để đảm bảo
vòng hồi tiếp cho phân tập phát và phân tập chọn lựa.

PRACH
(Physical
Kênh chung đường lên. Được sử dụng để mang
Random Access Channel: kênh truyền tải RACH .
Kênh vật lý truy nhập ngẫu
nhiên)
PCPCH
(Physical
Kênh chung đường lên. Được sử dụng để mang
Common Packet Channel: kênh truyền tải CPCH.
Kênh vật lý gói chung)
CPICH (Common Pilot
Kênh chung đường xuống. Có hai kiểu kênh
Channel: Kênh hoa tiêu CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và
chung)
S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp). PCPICH đảm bảo tham chuẩn nhất qn cho tồn bộ ơ để
UE thu được SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì các
kênh nay khơng có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp
kênh DPCH. Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo nhất
quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ơ cho trường
hợp sử dụng anten thơng minh có búp sóng hẹp. Chẳng
hạn có thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho SCCPCH (kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh
DPCH đường xuống.
P-CCPCH
(Primary
Kênh chung đường xuống. Mỗi ô có một kênh để
Common Control Physical truyền BCH.
Channel: Kênh vật lý điều
khiển chung sơ cấp)
S-CCPCH (Secondary

Kênh chung đường xuống. Một ơ có thể có một hay
Common Control Physical nhiều S-CCPCH. Được sử dụng để truyền PCH và
Channel: Kênh vật lý điều FACH.
khiển chung thứ cấp)
SCH (Synchrronization
Phạm Văn An – Lớp D06VT1

Kênh chung đường xuống. Có hai kiểu kênh SCH:
8


Đồ án tốt nghiệp đại học

Channel: Kênh đồng bộ)

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

SCH sơ cấp và SCH thứ cấp. Mỗi ơ chỉ có một SCH sơ
cấp và thứ cấp. Được sử dụng để tìm ơ.

PDSCH
(Physical
Kênh chung đường xuống. Mỗi ơ có nhiều PDSCH
Downlink Shared Channel: (hoặc khơng có). Được sử dụng để mang kênh truyền tải
Kênh vật lý chia sẻ đường DSCH.
xuống)
AICH
(Acquisition
Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH. Được
Indication Channel: Kênh sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của

chỉ thị bắt)
PRACH.
PICH (Page Indication
Kênh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi
Channel: Kênh chỉ thị tìm kênh này mang PCH) để phát thơng tin kết cuối cuộc
gọi)
gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối. Khi nhận được
thơng báo này, UE thuộc nhóm kết cuối cuộc gọi thứ n
sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH
AP-AICH
(Access
Kênh chung đường xuống đi cặp với PCPCH để
Preamble
Acquisition điều khiển truy nhập ngẫu nhiên cho PCPCH
Indicator Channel: Kênh
chỉ thị bắt tiền tố truy nhập)
CD/CA-ICH
(CPCH
Kênh chung đường xuống đi cặp với PCPCH. Được
Collision
Detection/ sử dụng để điều khiển va chạm PCPCH
Channel
Assignment
Indicator Channel: Kênh
chỉ thị phát hiện va chạm
CPCH/ấn định kênh)
CSICH (CPCH Status
Kênh chung đường xuống liên kết với AP-AICH để
Indicator Channel: Kênh phát thông tin về trạng thái kết nối của PCPCH
chỉ thị trạng thái CPCH)


Phạm Văn An – Lớp D06VT1

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Giao diện vô tuyến 3G WCDMA UMTS

TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuôn dạng truyền tải
TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khn dạng truyền tải

Hình 1. 3: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý
Hình 1. 3 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp
chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải tại phía thu.

1.4. CÁC THƠNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ
1.4.1. Các thông số lớp vật lý
Bảng 1. 2: Các thông số lớp vật lý WCDMA
W-CDMA
Sơ đồ đa truy nhập

DS-CDMA băng rộng

Độ rộng băng tần (MHz)

5/10/15/20

Mành phổ


200 kHz

Tốc độ chip (Mcps)

(1,28)/3,84/7,68/11,52/15,36

Độ dài khung

10 ms

Đồng bộ giữa các nodeB

Dị bộ/đồng bộ

Mã hóa sửa lỗi

Mã turbo, mã xoắn

Điều chế DL/UL

QPSK/BPSK

Trải phổ DL/UL

QPSK/OCQPSK (HPSK)

Bộ mã hóa thoại

CS-ACELP/(AMR)


Phạm Văn An – Lớp D06VT1

10