đồ án :Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng WCDMA UMTS ”

đồ án :Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng WCDMA UMTS Chương I: Tổng quan về hệ thống WCDMA UMTS Trình bày một cách tổng quan về hệ thống thông tin di động, lịch sử phát triển, các đặc trưng cơ bản, lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động, và các kiến trúc của hệ thống WCDMA UMTS.Chương II: Điều khiển công suất Điều khiển công suất chịu trách nhiệm điều chỉnh công suất trên đường lên và đường xuống để giảm thiểu mức nhiễu nhằm đảm bảo QoS yêu cầu. Chương này sẽ tập trung nghiên cứu các chức năng điều khiển công suất bao gồm: điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất trong và điều khiển công suất vòng ngoài trên cả đường lên và đường xuống, ngoài ra còn có điều khiển công suất chậm áp dụng cho một số kênh chung đường xuống.Chương III: Điều khiển chuyển giao Điều khiển chuyển giao chịu trách nhiệm để người sử dụng đã kết nối được chuyển giao từ một ô này sang một ô khác khi người này chuyển động qua vùng phủ của mạng di động. Chương này sẽ trình bày các kiểu và các thủ tục điều khiển chuyển giao phổ biến nhất được hỗ trợ bởi UTRAN. Có các kiểu chuyển giao đó là: chuyển giao nội hệ thống xẩy ra bên trong một hệ thống WCDMA và chuyển giao giữa các hệ thống giữa các ô thuộc hai công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau. Với các thủ tục chuyển giao: chuyển giao cứng, chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn.Chương IV: Điều khiển nghẽn và quản lý tài nguyên Chương này trình bày các chức năng chính của điều khiển nghẽn và quản lý tài nguyên vô tuyến. Điều khiển nghẽn bao gồm: điều khiển cho phép, điều khiển tải và lập biểu gói. Điều khiển cho phép và điều khiển tải cùng với lập biểu gói đảm bảo duy trì mạng ở tình trạng đã quy hoạch, điều khiển cho phép cho phép các người sử dụng chỉ được thiết lập và lập lại cấu hình kênh mang vô tuyến khi các quá trình này không làm quá tải hệ thống và khi có các tài nguyên cần thiết. Điều khiển tải chịu trách nhiệm để một hệ thống tạm thời bị quá tải trở lại trạng thái không quá tải. Nhiệm vụ chính của lập biểu gói là điều khiển toàn bộ lưu lượng phi thời gian thực, nghĩa là cấp phát các tốc độ bit tối ưu và lập biểu truyền dẫn số liệu gói để duy trì QoS. Quản lý tài nguyên có nhiệm vụ điều khiển các tài nguyên vô tuyến logic và vật lý trong một RNC. Nhiệm vụ chính của nó là điều phối mức độ sử dụng các tài nguyên phần cứng khả dụng và quản lý cây mã. Hầu hết chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến được đặt tại RNC, chỉ một bộ phận điều khiển công suất, điều khiển tải và quản lý tài nguyên đặt tại nút B và tại UE chỉ có điều khiển công suất.Hệ thống WCDMA UMTS là một hệ thống thông tin di động tiên tiến nhất, việc tìm hiểu đòi hỏi phải có thời gian và một kiến thức sâu rộng. Do vậy, chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, cần được xem xét thấu đáo hơn. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các thầy cô và toàn thể các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn.Em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn Thông I của Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông cơ sở đào tạo Hà Đông đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn giúp đỡ, cổ vũ động viên tôi trong suốt thời gian qua.

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp đại học MỤC

LỤC

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI NÓI ĐẦU iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WCDMA UMTS 1

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống UMTS 1

1.2 Các đặc trưng cơ bản của hệ thống UMTS 2

1.3 Lộ trình phát triển của hệ thống UMTS 4

1.4 Kiến trúc của hệ thống WCDMA UMTS 6

1.4.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS Release 1999 6

1.4.2 Kiến trúc mạng 3GPP Release 4 11

1.4.3 Kiến trúc mạng ở 3 GPP Release 5 12

CHƯƠNG II ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 15

MỞ ĐẦU 15

2.1 Điều khiển công suất vòng hở 15

2.1.1 Điều khiển công suất vòng hở đường lên 15

2.1.2 Điều khiển công suất vòng hở đường xuống 17

2.1.3 Điều khiển công suất trên các kênh chung đường xuống 17

2.2 Điều khiển công suất vòng trong 20

2.2.1 Điều khiển công suất vòng kín nhanh đường lên 21

2.2.2 Điều khiển công suất vòng kín nhanh đường xuống 25

2.2.3 Tăng công suất giới hạn đường xuống 28

2.2.4 Trôi công suất 29

2.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 29

2.3.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên 30

2.3.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 32

2.4 Điều khiển công suất trong chế độ nén 32

2.5 Điều khiển công suất khi có lỗi lệnh TPC 33

2.6 Điều khiển công suất nhanh và tốc độ UE 34

CHƯƠNG III ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN GIAO 35

3.1 Mở đầu 35

3.2 Chuyển giao mềm nội hệ thống 36

3.2.1 Chuyển giao mềm nội hệ thống nội tần số 36

3.2.2 Chuyển giao cứng nội hệ thống nội tần số 37

3.2.3 Chuyển giao nội hệ thống giữa các tần số 38

3.3 Chuyển giao giữa các hệ thống 39

3.4 Báo cáo kết quả đo 40

3.4.1 Các định nghĩa ô lân cận 40

3.4.2 Các tiêu chuẩn báo cáo kết quả đo 41

3.4.3 Các kiểu báo cáo kết quả đo 42

Trang 2

LỤC

3.4.4 Báo cáo đo cùng tần số 43

3.4.4.1 Báo cáo kết quả đo được phát động bởi sự kiện 43

3.4.4.2 Cơ chế phát động theo định thời 46

3.4.4.3 Báo cáo định kỳ/ báo cáo phát động sự kiện 47

3.4.4.4 Cơ chế để ngăn cấm một ô lân cận tác động dải báo cáo 48

3.4.4.5 Các dịch công suất đặc thù ô 48

3.4.5 Báo cáo các kết quả đo khác tần số và giữa các hệ thống 49

3.4.6 Các đo đạc nội bộ UE 49

3.4.7 Đo nút B 50

3.4.8 Lọc kết quả đo 50

3.4.9 Đo chế độ nén 52

3.5 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 54

3.5.1 Các cơ chế khởi động 55

3.5.2 Các dịch vụ chuyển mạch kênh 58

3.5.3 Các dịch vụ chuyển mạch gói 61

3.5.4 Các cấu hình chế độ nén 62

3.5.5 Các vấn đề chung 65

CHƯƠNG IV ĐIỀU KHIỂN NGHẼN VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN 67

4.1 Điều khiển nghẽn 67

4.1.1 Định nghĩa tải giao diện vô tuyến 67

4.1.1.1 Tải UL dựa trên công suất băng rộng 67

4.1.1.2 Tải UL dựa trên thông lượng 68

4.1.1.3 Tải đường xuống dựa trên công suất băng rộng 70

4.1.1.4 Tải đường xuống dựa trên dung lượng 70

4.1.2 Điều khiển cho phép AC 71

4.1.2.1 Điều khiển cho phép dựa trên công suất băng rộng 72

4.1.2.2 Điều khiển cho phép dựa trên thông lượng 74

4.1.3 Lập biểu gói 74

4.1.3.1 Các đặc tính của số liệu gói 74

4.1.3.2 Truy nhập gói WCDMA 75

4.1.4 Các phương pháp lập biểu gói 80

4.1.5 Điều khiển tải LC 83

4.2 Quản lý tài nguyên 85

4.2.1 Cây mã đinh kênh trực giao đường xuống 86

4.2.2 Quản lý mã 87

4.2.2.1 Thủ tục tìm ô 88

4.2.2.2 Ấn định mã ngẫu nhiên hóa và mã định kênh cho đường xuống 89

4.2.2.3 Ấn định mã trải phổ và ngẫu nhiên hóa cho đường xuống 90

4.2.2.4 Quy hoạch mã ngẫu nhiên hóa đường xuống 90

KẾT LUẬN 93

LIỆU THAM KHẢO 95

Trang 3

LỤC

Trang 4

LỤC

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói

đầu

Lê Bá Thành; Lớp Đ2004VT1

v

Trang 6

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói

đầu

Hầu hết chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến được đặt tại RNC, chỉ một bộ phận

điều khiển công suất, điều khiển tải và quản lý tài nguyên đặt tại nút B và tại UE chỉ

có điều khiển công suất

Hệ thống WCDMA UMTS là một hệ thống thông tin di động tiên tiến nhất, việc

tìm hiểu đòi hỏi phải có thời gian và một kiến thức sâu rộng Do vậy, chắc chắn đồ án

không thể tránh khỏi những thiếu sót, cần được xem xét thấu đáo hơn Em xin chân

thành cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các thầy cô và toàn thể các bạn để đồ án

được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng đã tạo mọi điều kiện

và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Viễn Thông I của Học Viện

Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông cơ sở đào tạo Hà Đông đã giúp đỡ em trong suốt

thời gian qua

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã

luôn giúp đỡ, cổ vũ động viên tôi trong suốt thời gian qua

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày… , tháng… năm 2008

Sinh viên thực hiện

Lê Bá Thành

Trang 7

Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

ngẫu nhiên sơ cấp cần tìm 89

vii

Trang 8

Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang 9

Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu

ix

Trang 10

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Trang 11

Trang 12

Trang 13

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Trang 17

Trang 18

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I Tổng quan về hệ thống WCDMA UMTS

Trang 19

 Các dịch vụ đa phương tiện phong phú mà mạng 3G có thể cung cấp là:

 Truyền hình hội nghị: quản lý thông tin cá nhân, lập biểu, nhóm làm

việc, fax màu,…

 Truyền thông: Báo, tạp chí, quảng cáo,…

 Mua sắm: Thương mại điện tử, tiền điện tử, ví điện tử, giao dịch tự

động, đấu giá,…

 Giải trí: Tin tức, thể thao, trò chơi, video, âm nhạc,…

 Giáo dục: Thư viện trực tuyến, máy tìm kiếm, học từ xa…

 Sức khoẻ: Chữa bệnh, theo dõi và chuẩn đoán từ xa…

 Tự động hoá: Đo đạc từ xa…

 Truy nhập các thông tin cá nhân: Thời gian biểu, đặt vé từ xa, cảnh

báo vị trí…

 Chất lượng:

 Chất lượng cao, có thể đạt tới BER=10-6

 Tính bảo mật cao, chống nghe trộm

Trang 20

 Cho phép thực hiện chuyển mạng toàn cầu giữa các nhà khai thác 3G khácnhau

 Hỗ trợ chuyển giao giữa các hệ thống khác nhau để cân bằng tải tăngcường vùng phủ

1.3 Lộ trình phát triển của hệ thống UMTS

Từ những năm đầu của thập niên 80 đã bắt đầu xuất hiện các hệ thống thông tin

di động thế hệ thứ nhất 1G sử dụng kỹ thuật tương tự như là: NMT, AMPS, TACS,

…Một thập kỷ sau, các hệ thống sử dụng kỹ thuật số chẳng hạn như GSM,CdmaOne, DAMPS là hệ thống thông tin di động thế hệ hai đã được xuất hiện vàđược thương mại hoá với bước nhảy vượt bậc thay thế cho hệ thống thông tin diđộng thế hệ thứ nhất Với hai kỹ thuật đó điểm chung đều nhằm vào các dịch vụthoại - dịch vụ mà phổ biến nhất lúc bấy giờ

Trang 21

NMT

AMPS

TACS

TDMA (IS-136)

PDC/

PDCP CDPD

GSM+

GPRS

cdmaOne (IS95-A) GSM

CDMA (IS95-B)

EDGE/

GPRS

TDMA IS136+GPRS

W-CDMA/HSPA

ARIB WCDMA (Nhật)

W-CDMA/FDD W-CDMA/TDD TD-SCDMA

EDGE tăng cường/ GPRS

Cdma2000 1x EV-DV Cdma2000 1x EV-DO Cdma2000 1x (1.25MHz) Cdma2000 3x (5MHz) ETSI UMTS/W-CDMA

Do vậy, để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh,đồng thời đảm bảo tính kinh tế thì hệ thống thông tin di động thế hệ hai (PDC,GSM,IS136, IS95) sẽ từng bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động thế hệthứ ba WCDMA/UMTS, tuỳ theo điều kiện sẵn có của từng nhà khai thác Hình 1.1

Trang 22

sẽ tổng kết quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ thứ nhấtđến thế hệ thứ ba sử dụng các công nghệ khác nhau

1.4 Kiến trúc của hệ thống WCDMA UMTS

Hệ thống WCDMA UMTS được phát triển cho các nước sử dụng hệ thốngthông tin di động thế hệ hai là GSM vốn chiếm hơn 65% thị phần thuê bao di độngtrên thế giới Mục tiêu ban đầu hệ thống WCDMA UMTS không phải tương thíchvới hệ thống GSM nhưng phần mạng lõi của hệ thống WCDMA UMTS lại đượcphát triển theo hướng tận dụng lại tối đa thiết bị của hệ thống GSM WCDMAUMTS nhận được sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lýtrong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bit thấp

và trung bình Với những tính năng trên, hệ thống WCDMA UMTS mang lạinhững ưu điểm sau:

 Cải thiện những hệ thống thông tin di động hiện tại: cải thiện dung lượng,cải thiện vùng phủ sóng

 Đem lại tính linh hoạt cao trong việc cung cấp dịch vụ

 Thực hiện truy nhập gói hiệu quả và tin cậy

 Mang lại tính linh hoạt cao trong vận hành: hỗ trợ hoạt động không đồng

bộ giữa các trạm gốc nên triển khai thuận lợi trong nhiều môi trường

Hệ thống WCDMA UMTS được sử dụng hai giải pháp là FDD và TDD Trong

đó FDD sử dụng công nghệ WCDMA, còn TDD sử dụng công nghệ TD/CDMA.Tuy vậy, giải pháp FDD được phát triển rộng rãi hơn vì có nhiều ưu điểm đặc biệttrong việc sử dụng băng tần đối xứng Còn giải pháp TDD chủ yếu dùng cho các ôquy mô nhỏ như ô micro hay ô picro

1.4.1 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS Release 1999

Phát hành của hệ thống UMTS không được phát hành hàng năm như hệ thốngGSM Phát hành đầu tiên của hệ thống UMTS là 3GPP Release 1999, sau đó là

Trang 23

phát hành 3GPP Release 2000 được chia thành 3GPP Release 4 và 3GPP Release5

Kiến trúc mạng ở 3GPP Release 99 được thể hiện như hình vẽ:

Internet PSTN

Node B

Iub (ATM)

Iu-ps (ATM)

Iu-cs (ATM)

Iur (ATM)

Iu-cs (ATM)

Gi (IP)

Iu-ps (ATM)

Mạng truy nhập vô tuyến

(UTRAN/GSMRAN)

Mạng lõi (Core Network)

Hình 1.2 Kiến trúc mạng UMTS ở 3GPP Release 1999

Kiến trúc mạng UMTS 3GPP Release 1999: Đây có thể nói là tập tiêu chuẩn

đầu tiên cho hệ thống UMTS được đưa ra cuối năm 1999

Từ hình vẽ 1.2 ta thấy kiến trúc mạng 3G Release 99 cũng không khác gì nhiều

so với kiến trúc mạng GSM, nhưng trong kiến trúc mạng này ta có thể thấy được là

nó có hỗ trợ thêm các node là: SGSN, GGSN và GMSC,…Cụ thể như sau:

Trang 24

Mạng lõi gồm các MSC, SGSN, GGSN, GMSC và các phần tử khác chứa các

cơ sở dữ liệu cần thiết của mạng thông tin di động như: HLR, AUC, VLR,…Cònmạng truy nhập vô tuyến UTRAN thì ta có thể xem trong hai khía cạnh tức là giaiđoạn đầu ta vừa triển khai mạng 3G, còn hệ thống GSM sẽ vẫn còn tồn tại Vậy tathấy được cả hai bộ phận bao gồm: RNC và BSC Các giao diện mạng UTRAN củaphát hành này đều xây dựng trên cơ sở ATM, còn giao diện giữa SGSN và GGSN

là sử dụng giao thức IP và báo hiệu số 7 (SS7) cũng sử dụng trong các bộ phậnkhác

Cấu trúc của hệ thống UMTS bao gồm các phần mạng logic và các giao diện

Hệ thống này gồm có nhiều phần tử, mỗi phần tử có chức năng khác nhau

 UE: Thiết bị người sử dụng, là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Có

thể nó đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽlàm ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Giá thành giảmnhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điềunày đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tạicác card thông minh

 Node B: Trạm gốc trong UMTS, nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô

tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu vô tuyến trên giao diện

Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như

“điều khiển công suất vòng trong” Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần

xa, nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối phát cùng một công suất, thì các đầu cuốigần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra côngsuất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suấthoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất từ tất cả các đầucuối

 RNC: Bộ điều khiển mạng vô tuyến, chịu trách nhiệm cho một hoặc nhiều

trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng là điểm truy nhập

mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một chomiền chuyển mạch gói và một cho chuyển mạch kênh

Trang 25

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sauthủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khóa bảo mật và toàn vẹn được đặtvào RNC

RNC có nhiều chức năng Logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào.Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC).Khi người sử dụng chuyển đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ,một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người

sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN.Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC).Mỗi nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên vôtuyến của nó

 SGSN: Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS, là nút chính của miền chuyển mạch gói Nó

nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông qua giao diện

Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nólưu hai dữ liệu thuê bao: Thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuêbao

 GGSN: Nút hỗ trợ cổng GPRS, là một SGSN kết nối với các mạng số liệu

khác Tất cả các cuộc gọi truyền thông số liệu từ thuê bao đến các mạng ngoàiđều qua GGSN Cũng như SGSN, nó lưu cả thông tin thuê bao và thông tin vịtrí

 VLR: Bộ ghi định vị tạm trú là bản sao của HLR cho mạng phục vụ Dữ liệu

thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu

ở đây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

Các số liệu sau đây được lưu trong VLR:

 IMSI

 SMISDN

 TMSI (nếu có)

 LA hiện thời của thuê bao

 MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Trang 26

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao đượccung cấp Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý vớiVLR vì thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

 MSC: Thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các

chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý củamình Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM,nhưng nó có nhiều khả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giaodiện CS giữa UTRAN và MSC Các MSC được nối đến các mạng ngoài quaGMSC

 GMSC: Có thể là một trong các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các

chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đếnPLMN của một nhà khai thác GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏiHLR về MSC hiện thời quản lý MS Không vẽ trong hình 1.2

 HLR: Bộ ghi định vị thường trú Là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý

các thuê bao di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao,dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI, ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: sốthuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP Cả IMSI vàMSISDN có thể sử dụng làm khóa để truy nhập đến các thông tin được lưu khác

Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN vàVLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch vụ khác như chuyểnhướng cuộc gọi, tốc độ dữ liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với cáchạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng

 Các giao diện:

Vai trò của các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giaodiện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để nhà sản xuất có thểkết nối các phần cứng khác nhau

Giao diện Uu là giao diện vô tuyến được định nghĩa cho UMTS Giao diện nàynằm giữa nút B và đầu cuối

Trang 27

Giao diện Iu kết nối CN và UTRAN Nó bao gồm ba phần, Iu-ps cho miềnchuyển mạch gói, Iu-cs cho miền chuyển mạch kênh và IuBC cho miền quảng bá

CN có thể kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện Iu-cs và Iu-ps Nhưng mộtUTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

GMSC Server

SS7 GW

Iu b

Iu-cs (Điều khiển)

H248/IP

Iu-cs (Vật mang)

Trang 28

Trong kiến trúc phân bố ở phát hành này, phần báo hiệu và lưu lượng củachuyển mạch kênh được tách hai tuyến riêng biệt Phần chuyển mạch kênh giốngnhư trong phát hành 3GPP Release 99 Các phần tử MSC và GMSC được táchthành hai thành phần sau:

 MSC: Được chia thành các thành phần sau:

 MSC Server: Chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi và

quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn MSC Server và GMSC Server kếtnối với MGW bằng giao thức MEGACO Giao thức điều khiển cuộc gọigiữa MSC Server và GMSC Server là giao thức BICC

động dưới sự điều khiển của phần mềm tại MSC Server (Softswich) Việctách MSC thành hai thành phần còn cho phép chuyển đổi tốc độ sang 64Kbps chỉ cần thực hiện ở giao diện MGW với mạng ngoài mà không cầnthực hiện trong mạng lõi của UMTS

 GMSC: Thành phần này cũng được chia thành hai thành phần là GMSC

Server và MGW, GMSC Server có chức năng tương tự như MSC Server

Như vậy, ta có thể nói rằng trong phát hành này tồn tại hai đường trục cảchuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Ngoài ra trong môi trường mạng lõi thìđều sử dụng giao thức IP và ATM, và trong đó UMTS được sử dụng báo hiệu số 7(SS7)

có MGW riêng

Trang 29

Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP.

SS7

Internet

PSTN

SS7 HSS/

(MGCF) R-SGW

Gr Iur

Cx

Gi

Hình 1.4 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP Release 5

Chức năng của một số phần tử như:

 CSCF: Quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện

đến và từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và địnhtuyến CSCF hoạt động như một đại diện server/ hộ tịch viên

 SGSN/GGSN: Có chức năng hỗ trợ cả dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh và

chuyển mạch gói Vì thế cần hỗ trợ các chức năng chất lượng dịch vụ QoS,hoặc trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp vớichúng

 MRF: Thực hiện chức năng lập cầu hội nghị nhằm hỗ trợ các chức năng như

tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

Trang 30

 MGCF: Điều khiển các cổng đa phương tiện MGW Giao thức điều khiển

giữa MGCF và MGW là ITU-T H.248, và MGCF cũng liên lạc với CSCF quagiao thức SIP

Trang 31

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II Điều khiển công

suất

1

Trang 32

suất

DPCCH_Power_offset = CPICH_Tx_Power + UL_interference

+ SIR DPCCH - 10.lg(SF DPCCH ) (2.3)

Trong đó SIR DPCCH là công suất SIR đích ban đầu được tạo ra bởi AC cho kết nối

được xét; SF DPCCH là hệ số trải phổ của DPCCH tương ứng.

2.1.2 Điều khiển công suất vòng hở đường xuống

Trên đường xuống, PC vòng hở được sử dụng để thiết lập công suất các kênhđường xuống dựa trên các báo cáo đo đạc đường xuống từ UE Chức năng nàyđược đặt trong cả UTRAN và UE Một giải thuật có thể sử dụng để tính toán giá trịcông suất ban đầu của DPDCH khi đường truyền vô tuyến đầu tiên được thiết lậpnhư sau:

Trong đó R là tốc độ bit của người sử dụng; R c là tốc độ chip, (E b /N 0 ) DL là giá trị

E b /N 0 theo quy hoạch đường xuống được thiết lập trong quá trình quy hoạch mạng

vô tuyến đối với dịch vụ kênh mang được xét; (E c /N 0 ) CPICH được báo cáo từ UE;  là

hệ số trực giao đường xuống; PtxxTotal là công suất sóng mang được đo tại nút B

và được báo cáo cho RNC

Có thể đơn giản hoá giải thuật tính toán công suất đường truyền vô tuyến banđầu khi thiết lập một nhánh chuyển giao phân tập hay khi thay đổi đường truyền vôtuyến Để bổ sung nhánh chỉ cần thay đổi tỷ lệ công suất mã được phát của đườngtruyền (các đường truyền) vô tuyến đã có bởi hiệu số giữa các công suất P-CPICHcủa ô (các ô) này với P-CPICH của ô có nhánh bổ sung Đối với kênh mang vôtuyến thay đổi tỷ lệ được thực hiện cùng với tốc độ bit của người sử dụng mới và

E b /N 0 mới đường xuống

2.1.3 Điều khiển công suất trên các kênh chung đường xuống

Trang 33

suất

Trong số các kênh chung đường xuống, kênh duy nhất có thể được điều khiểncông suất là S-CCPCH khi nó mang kênh truy nhập ngẫu nhiên Các công suất phátcủa các kênh chung đường xuống được xác định bởi mạng Nói chung tỷ số giữacác công suất phát của các kênh chung đường xuống không được đặc tả trong3GPP và có thể thậm chí thay đổi động Các mục dưới đây sẽ trình bầy một giảipháp thực hiện khả dụng và các giá trị mức công suất kênh chung điển hình đượcđưa ra trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Các mức công suất kênh chung đường xuống điển hình

Kênh chung

đường xuống

Mức công suất điển hình

Chú thích

P-CPICH 30-33dBm 5-10% công suất phát đỉnh của ô (20W)

P-SCH và S-SCH -3dB Tương đố so với công suất P-CPICH

P-CCPCH -5dB Tương đối so với công suất P-CPICH

PICH -8dB Tương đối so với công suất P-CPICH và đối

với Np=72AICH -8dB Công suất của một chỉ thị bắt (AI) so với

công suất P-CPICHS-CCPCH -5dB Tương đối so với P-CPICH và đối với

SF=256 (15ksps)

Ý nghĩa của bảng 2.1 như sau:

Các công suất phát của P-CPICH, P-SCH, S-SCH và P-CCPCH là các thông sốcấu hình đặc thù ô được thiết lập trong quá trình quy hoạch mạng để xác định kíchthước ô Một cách đơn giản có thể tính như sau, đối với P-CPICH công suất phátchiếm vào khoàng 5-10% tổng dung lượng công suất phát được ấn định cho ô Sau

đó công suất phát của các kênh chung khác trong bảng được tính toán tương đối sovới công suất này (theo các khoảng dịch dB)

Các công suất phát của kênh chỉ thị bắt AICH và kênh tìm gọi PICH là cácthông số cấu hình của kênh truyền tải TrCH chúng được thiết lập trong giai đoạnquy hoạch tương đối so với công suất phát P-CPICH để có thể có cùng vùng phủ

Trang 34

trị thông thường đối với các khoảng dịch (so với P-CPICH) là -10dB (N p=18 hay

N p =36), -8dB (N p =72) và -5dB (N p=144)

Theo chuẩn 3GPP, khi S-CCPCH (FACH và PCH) được thiết lập hoặc được lậplại cấu hình, nút B được cho trước thông tin khoảng dịch công suất của S-CCPCH(PO1 đối với các bit TFCI, PO3 đối với các bit hoa tiêu; xem hình 2.1), các thông

số FACH, công suất FACH cực đại, các thông số FACH, các thông số PCH và

công suất PCH Trên kênh FACH, PC chậm có thể được áp dụng dựa trên Ec/N 0

củaP-CPICH phục vụ do UE báo cáo và các thông số điều khiển liên quan khácbằng một giải thuật riêng để cải thiện dung lượng đường xuống của ô Trongtrường hợp này giá trị được chỉ thị là dịch âm so với công suất cực đại được lập cấuhình cho S-CCPCH mang FACH

Hình 2.1 Công suất phát đường xuống trên S-CCPCH PO3 và PO1 ký hiệu cho

các khoảng dịch công suất của các ký hiệu hoa tiêu và TFCI

Nếu ta coi rằng cùng một công suất được sử dụng cho tất cả các TrCH ghépchung trên cùng một kênh vật lý, các giá trị công suất thông thường đối với S-CCPCH so với P-CPICH là +1dB đối với SF=64 (60ksps), -1dB đối với SF=12830ksps) và -5dB đối với SF=256 (15ksps) Đối với các khoảng dịch công suất của

PO3 PO1

TFCI

Số liệu

Hoa tiêu

Thời gian Công suất phát

đường xuống T khe = 2560 chip

Trang 35

suất

các ký hiệu hoa tiêu/TFCI so với trường số liệu của S-CCPCH, các giá trị thôngthường có thể là 2dB đối với 15ksps, 3dB đối với 30kps và 4dB đối với 60ksps.Trong thời gian thông tin, các khoảng dịch công suất có thể thay đổi tùy theo tốc độbit được sử dụng

PDSCH hỗ trợ PC vòng trong dựa trên lệnh TPC được phát từ UE Công suấtPDSCH có thể được điều chỉnh thêm trong thời gian kết nối thông qua giao thứckhung kênh điều khiển (CCH-FP) của mặt phẳng người sử dụng trên giao diện Iub.Trong trường hợp này, giải thuật PC chậm riêng được sử dụng để chỉ thị mức côngsuất phát PDSCH cho nút B ở dạng dịch tương đối của các bit TFCI của DPCCHđường xuống phát đến UE (UE nhận DSCH)

2.2 Điều khiển công suất vòng trong

Điều khiển công suất vòng trong (hay PC vòng kín nhanh) dựa trên thông tinphản hồi lớp 1 từ đầu cuối phía kia của đường truyền vô tuyến Điều khiển côngsuất này cho phép UE/ nút B điều chỉnh công suất phát của mình dựa trên mức SIRthu được tại nút B/UE để bù trừ phađinh kênh vô tuyến Chức năng điều khiển côngsuất vòng trong trong WCDMA UMTS được sử dụng cho các kênh riêng trên cảđường lên và đường xuống và cho kênh gói chung trên đường lên TrongWCDMA, PC nhanh có tần số 1.5kHz Mô tả các thủ tục điều khiển công suất nàyđược cho trên hình 2.2

Trang 36

Hình 2.2 Điều khiển công suất vòng trong và ngoài đường lên/đường xuống.

2.2.1 Điều khiển công suất vòng kín nhanh đường lên

PC vòng kín đường lên được sử dụng để thiết lập công suất DPCH và PCPCHđường lên như sau Nút B nhận SIR đích từ PC vòng ngoài đường lên đặt trong

Trang 37

suất

RNC và so sánh nó với SIR thu được ước tính trên ký hiệu hoa tiêu của DPCCHđường lên trong từng khe thời gian Nếu SIR lớn hơn SIR đích, nút B phát lệnhTPC ‘giảm’ đến UE trên kênh DPCCH đường xuống Nếu SIR thu thấp hơn SIRđích, nút B phát lệnh TPC ‘tăng’ đến UE

Nghiên cứu cho thấy rằng kích thước bước PC tối ưu thay đổi phụ thuộc vào tốc

độ UE Đối với đích chất lượng cho trước, kích thước bước PC tốt nhất là giá trị đểđạt được SIR đích thấp nhất Với tốc độ cập nhật 1.5kHz, kích thước PC 1dB có thểbám kịp kênh phađinh điển hình với tần số Doppler khoảng 55Hz (30km/giờ) Cácnghiên cứu cho thấy đối với các tốc độ UE lớn hơn 80km/giờ, PC vòng trongkhông theo kịp phađinh và chỉ gây thêm tạp âm cho truyền dẫn đường lên Có thểgiảm hiệu ứng ngược này nếu áp dụng bước PC nhỏ hơn 1dB Ngoài ra đối với cáctốc độ UE cao hơn 3km/giờ, trong đó tốc độ phađinh của kênh rất nhỏ, bước PCnhỏ hơn cũng có lợi hơn

3GPP đặc tả hai giải thuật lựa chọn (được ký hiệu là giải thuật 1 và 2) cho UE

để diễn giải lệnh TPC phát từ nút B Giải thuật 1 được sử dụng khi tốc độ UE đủthấp để bù trừ phađinh kênh Kích thước bước PC được thiết lập trong quá trìnhquy hoạch mạng vô tuyến và có thể là một trong hai giá trị: 1dB hoặc 2dB Giảithuật 2 được thiết kế để mô phỏng ảnh hưởng do sử dụng kích thước PC nhỏ hơn1dB hoặc tắt PC bằng cách phát đi một chuỗi các lệnh PC thay đổi

Giải thuật 2 có thể được sử dụng để bù trừ xu thế phađinh chậm của kênh truyềnsóng chứ không phải phađinh nhanh Nó hoạt động tốt hơn giải thuật 1 khi UEchuyển động nhanh hơn 80 km/giờ hay chậm hơn 3 km/giờ Trong giải thuật 2bước PC cố định bằng 1 dB UE không thay đổi công suất phát cho đến khi nó nhậnđược năm lệnh TPC liên tiếp từ các khe tại các biên giới khung không chồng lênnhau Tại cuối khe thứ năm, dựa trên các quyết định cứng, UE điều chỉnh công suấtphát của mình theo quy tắc sau:

 Nếu tất cả năm lệnh TPC đều ‘giảm’, thì công suất phát sẽ giảm 1dB

 Nếu cả năm lệnh TPC đều ‘tăng’ thì công suất phát sẽ tăng 1 dB

 Ngược lại công suất phát không thay đổi

Trang 38

suất

Trước khi bắt đầu kênh số liệu vật lý riêng DPDCH UE có thể được mạnghướng dẫn sử dụng tiền tố DPCCH PC đường lên thông qua kênh DPCCH đườnglên Độ dài của tiền tố PDCCH PC là từ 0 đến 7 khung Trong thời gian tiền tốDPCCH PC đường lên, các lệnh TPC được phát đi từ nút B luôn tuân theo giảithuật 1 để đảm bảo công suất đường lên phủ sóng nhanh hơn và ổn định nhanh hơntrước khi bắt đầu PC bình thường

Trong UMTS các sơ đồ phân tập chỉ được áp dụng cho các DCH Sau khi đạtđược đồng bộ lớp 1, một hoặc nhiều ô tham gia vào HO phân tập sẽ bắt đầu PCvòng kín đường lên Mỗi ô mà UE nối đến sẽ đo SIR đường lên và so sánh giá trịước tính với SIR đích Mỗi ô trong HO phân tập sẽ tạo ra lệnh TPC và gửi nó đến

UE Nguyên tắc chung là UE sẽ chỉ tăng công suất khi tất cả các ô đều thông báoyêu cầu tăng công suất đường lên Nếu chỉ một ô yêu cầu giảm công suất UE sẽgiảm công suất theo kích thước PC quy định

Khi UE vào chuyển giao mềm hơn, nó được ô phục vụ thông báo rằng các lệnhTPC nhận được đều từ cùng một tập đường truyền và phải kết hợp các lệnh này vàomột lệnh theo giải thuật 1 hoặc 2 Nếu UE lại vào thêm một chuyển giao mềm, lệnhTPC này lại được UE kết hợp với các lệnh TPC của các đường truyền vô tuyếntrong các tập đường truyền vô tuyến khác (xem minh họa hình 2.3)

Trang 39

hoa tiêu và số liệu)

· SIR1 so với SIR đích à Lệnh

TPC1 đường lên

· RAKE MDC (MRC các ký hiệu hoa tiêu và số liệu)

· SIR2 so với SIR đích à Lệnh TPC2 đường lên

· Giải thuật 1 hoặc 2 để kết hợp TPC1

MDC và phân chia

PC vòng ngoài UL

· ∆SIR = f(BLER hay BER)

· Quản lý SIR đích

SRNC

Hình 2.3 PC vòng trong đường lên trong chuyển giao phân tập

Trang 40

suất

Nếu các lệnh TPC nhận được từ các ô khác nhau và giải thuật 1 được sử dụng,thì UE sẽ rút ra một lệnh TPC kết hợp dựa trên các quyết định mềm nhận được từtừng lệnh TPC của các ô khác nhau và thay đổi một cách thích hợp công suất theokích thước bước PC quy định Nếu giải thuật 2 được sử dụng, UE đưa ra quyết địnhcứng dựa trên giá trị của từng lệnh TPC nhận được từ các đường truyền vô tuyếncủa các tập đường truyền vô tuyến khác nhau cho năm khe thời gian được đồng bộliên tiếp như đã trình bày trong trường hợp không chuyển giao phân tập Điều nàydẫn đến nhiều quyết định cứng (các lệnh TPC tạm thời) vì có nhiều ô tham gia vàoSHO Cuối cùng, UE sẽ rút ra một lệnh TPC tổng hợp cho khe thứ năm theo quytắc sau:

 Nếu có bất kỳ một TPC tạm thời nào ‘giảm’, công suất suất phát sẽ giảm 1dB

 Nếu tất cả các lệnh TPC tạm thời đều ‘tăng’ hay ‘không đổi’ và giá trị trungbình của các lệnh TPC tạm thời được ước tính lớn hơn 0.5dB, công suất tănglên 1dB

 Nếu không công suất không thay đổi

Trong quá trình thông tin, sau khi áp dụng các điều chỉnh công suất DPCCH vàcác hệ số độ lợi, UE không được phép vượt quá công suất phát cực đại trong quyhoạch mạng vô tuyến Ngoài ra, khi phát trên một DPCH tiêu chuẩn cũng đòi hỏi

UE phải có thể giảm công suất phát thấp nhất là -50dBm Giả sử công suất phát cựcđại UE là 21dBm (250mW), điều này có nghĩa là dải động công suất của UE là70dB

2.2.2 Điều khiển công suất vòng kín nhanh đường xuống

PC vòng trong đường xuống thiết lập công suất cho DPCH Như minh họa trênhình 2.2, UE nhận được BLER đích từ lớp cao hơn do RNC thiết lập cùng với cácthông số điều khiển khác, nó ước tính SIR đường xuống từ các ký hiệu hoa tiêu củaDPCH đường xuống Ước tính SIR này được so sánh với SIR đích Nếu ước tínhnày lớn hơn SIR đích, thì UE phát lệnh TPC ‘giảm’ đến nút B, trái lại nó phát lệnh

TPC ‘tăng’ Nếu chế độ DPC_MODE = 0, UE phát cùng một lệnh TPC duy nhất

Tiêu đề	Đồ án :Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng WCDMA UMTS
Tác giả	Nhóm tác giả
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông
Chuyên ngành	Quản lý Tài nguyên Vô tuyến trong Mạng WCDMA UMTS
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	3,51 MB