TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

- -

TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ MẠNG WCDMA

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Chu Tiến Dũng

Nhóm SV thực hiện: 1 Lê Quốc Chung

2 Nguyễn Quang Trung

3 Võ Mai Phú Trường

Nha Trang, 09/2015

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống, trong xã hội hiện đại ngày nay đòi hỏi thông tin cần trao đổi về mọi lĩnh vực phải đảm bảo các yếu tố như tốc

độ nhanh chóng, tiện lợi và độ chính xác cao Với nhu cầu như vậy, ngày nay thông tin

di động đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển nhanh và mạnh mẽ Sự phát triển của thị trường viễn thông di động đã thúc đẩy việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai

Trong tiểu luận của mình, chúng tôi xin giới thiệu về hệ thống thông tin di động thế hệ ba với công nghệ WCDMA Chúng tôi đã cố gắng trình bày thật cô đọng những vấn đề cơ bản nhất của công nghệ WCDMA Tuy nhiên, do kiến thức có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, cũng như còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết thỏa đáng Chúng tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự góp ý và phê bình của các bạn

Trong thời gian thực hiện tiểu luận, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy Chu Tiến Dũng Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 3

I TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG 5

1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 5

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 5

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 7

1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai lên thế hệ thứ ba 7

1.5 Tổng quan về mạng WCDMA 8

1.5.1 Giới thiệu công nghệ mạng WCDMA 8

1.5.2 Các thông số chính của mạng WCDMA 9

1.5.3 Những đặc điểm của mạng WCDMA 10

1.5.4 Ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống WCDMA 11

II CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA 12

2.1 Cấu trúc mạng WCDMA 12

2.1.1 Các thành phần của hệ thống mạng WCDMA 12

2.1.2 Kiến trúc UTRAN 14

2.1.3 Các giao diện vô tuyến của UTRAN 15

2.2 Các giải pháp kĩ thuật trong WCDMA 17

2.2.1 Mã hóa 17

2.2.2 Điều chế BIT/SK và QPSK 18

2.3 Trải phổ trong WCDMA 21

2.3.1 Giới thiệu 21

2.3.2 Nguyên lí trải phổ DSSS 22

2.3.3 Mã trải phổ 23

2.4 Truy nhập gói 24

2.4.1 Tổng quan về truy nhập gói trong WCDMA 24

2.4.2 Lưu lượng dữ liệu gói 25

2.4.3 Các phương pháp lập biểu gói 26

III TRIỂN KHAI MẠNG 3G WCDMA CỦA VIETTEL 27

3.1 Sự dịch chuyển từ GSM sang WCDMA 27

3.2 Node B của Viettel 29

3.3 Một số dịch vụ 3G Viettel cung cấp 29

KẾT LUẬN 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT

Viết tắt Tiếng Anh Giải thích

2G Second generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 3G Third generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 AAL2 ATM adaptation layer 2 ATM đáp ứng lớp 2

ATM Asynchronous tranfer mode Chế độ truyền dẫn bất đồng bộ

BPSK Binary phase-shift keying Điều chế pha nhị phân

BS Base station Trạm cơ sở

BTS Base transceiver station Trạm thu phát vô tuyến

CDMA Code division multiple access Đa truy nhập phân chia theo mã

CN Core network Mạng lõi

CS Circuit switched Chuyển mạch kênh

EDGE Enhanced data rate for GSM

evolution

Tốc độ bit tăng cường cho GSM

FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

GGSN Gateway GPRS support node Nút hổ trợ cổng GPRS

GMSC Gateway MSC Cổng MSC

GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global positioning system

communications

Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global system for mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu HLR Home location register Thanh ghi định vị thường trú

HSCSD Hight speed circuit switched Chuyển mạch kênh tốc độ cao

IMT-2000 International mobile

communication 2000

Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế 2000

ISDN Integrated services digital

network

Mạng số liệu đa dịch vụ

MS Mobile station Trạm di động

MSC Mobile switching center Trung tâm chuyển mạch di động

PN Pseudo noise Tạp âm giả

PS Packet switched Chuyển mạch gói

QPSK Quadrature phase-shift keying Điều chế pha vuông góc

RANAP Radio access network

application part

Phần ứng dụng của mạng truy cập

RLC Radio link control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio network controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio network subsystem Phân hệ mạng vô tuyến

SONET Synchronous optical networking Mạng đồng bộ sử dụng cáp quang SS7 Signalling system 7 Giao thức báo hiệu số 7

STM-1 Synchronous transport module

level-1

Bộ truyền tải đồng bộ mức 1

TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời

gian

UE User equipment Thiết bị người dùng

UMTS Universal mobile

I TỔNG QUAN HỆ THỐNG MẠNG DI ĐỘNG

Trong những năm gần đây,công nghệ không dây là chủ đề được nhiều chuyên gia quan tâm trong lĩnh vực máy tính và truyền thông Trong thời gian này công nghệ này được rất nhiều người sử dụng và đã trải qua rất nhiều thay đổi Quá trình thay đổi thể hiện qua các thế hệ:

Thế hệ không dây thứ nhất là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

Thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA)

Thế hệ thứ ba ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gói

1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Hệ thống thông tin di động thế hệ một chỉ hỗ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng

kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp

đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Với FDMA, khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng Trong trường hợp số thuê bao nhiều hơn số lượng kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập

Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tấn số kế tiếp, và được cách nhau bởi một dải tần số phòng vệ Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên lạc N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống

Đặc điểm:

 Mỗi MS được cấp phát một đôi kênh liên lạc trong suốt thời gian thông tuyến

 Nhiễu giao thoa do các kênh lân cận là đáng kể

 BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di động AMPS (Advanced Mobile Phone System) Hệ thống di động này sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì thế hệ thống di động thứ hai ra đời cải thiện về cả dung lượng và tốc

độ

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ

số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng phương pháp điều chế số và

sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA:

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này đươc dùng cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu

ký một khung Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cải xen khe thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung

Đặc điểm:

 Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

 Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần

số như vậy cho phép máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không can nhiễu lẫn nhau

 Giảm số máy thu ở BTS

 Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động toàn cầu GSM Máy di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn FDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương

tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong 1 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý 50.106 lệnh trong 1 giây

Đa truy cập phân chia theo mã CDMA:

Trong thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng

có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi mà không sợ lây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ gải ngẫu nhiên PN, được cấp phát khác nhau cho mỗi người sử dụng

Đặc điểm:

 Dải tần tín hiệu rộng

 Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

 Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ

và chống fading hiệu quả hơn TDMA và FDMA

 Việc các thuê bao trong cùng cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn đơn giản và việc thay đổi, chuyển giao, điều khiển dung lượng cell thực hiện rất linh hoạt

1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

Để đáp ứng kịp thời các dịch vụ ngày càng phong phú và đa dạng của người sử dụng, từ đầu thập niên 90 người ta đưa ra hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ thứ ba Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-2000 đưa ra các mục tiêu chính sau:

 Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện

 Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của các thông tin

1.4 Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai lên thế

hệ thứ ba

Để đảm bảo ứng dụng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống thông tin di động thế hệ hai sẽ được chuyển đổi sang thế hệ ba Quá trình đó được tống quát trong hình 1.1

Hình 1.1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

TDMA CDPD

GSM PDC PDC-P

CDMA One

GPSR

EDGE 2Mbps

WCDMA

Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA như sau:

Hình 1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên WCDMA

 GPRS: General Packet Radio Services: Dịch vụ gói vô tuyến chung

 WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo

mã băng rộng

1.5 Tổng quan về mạng WCDMA

1.5.1 Giới thiệu công nghệ mạng WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng) là một trong những hệ thống thông tin di động thế hệ ba, sử dụng công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo mã), là một công nghệ không dây, sử dụng kỹ thuật trải phổ để phân tần tín hiệu vô tuyến trong một dải tần số rộng Trong công nghệ CDMA, nhiều người dùng chung một thời gian và tần số

Mã PN (giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp, được ấn định cho mỗi người sử dụng Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã

ấn định Đầu thu tạo ra một dãy PN như đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được Cũng giống như TDMA, WCDMA là một trong nhiều công nghệ chủ đạo để mạng thông tin di động hoạt động Nó cũng được biết như là một giao diện vô tuyến hay công nghệ đa truy xuất WCDMA là một giao diện vô tuyến phức tạp và tiên tiến trong lĩnh vực thông tin di động WDMA có hai chế

độ khác nhau là FDD và TDD Khả năng làm việc được ở cả hai chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở các vùng khác nhau

FDD (Frequency Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó truyền dẫn đường lên và đường xuống sử dụng hai tần số riêng biệt Ở FDD đường lên

và đường xuống sử dụng hai băng tần khác nhau Hệ thống được phân bố một cặp băng tần riêng biệt

TDD (Time Division Duplex): là phương pháp ghép song công trong đó đường lên và đường xuống được thực hiện trên cùng một tần số bằng cách sử dụng những khe thời gian luân phiên Ở TDD các khe thời gian trong các kênh vật lý được chia thành hai phần: phần phát và phần thu Thông tin đường xuống và đường lên được truyền dẫn luân phiên

Hình 1.3 Phân bố tần số FDD và TDD

Khả năng làm việc ở cả 2 chế độ FDD và TDD cho phép sử dụng hiệu quả phổ tần được cấp phát ở các vùng khác nhau

Ba lớp cơ bản của mạng WCDMA:

 Lớp truy nhập: được tạo ra bởi các trạm gốc (node B) và các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau để phân tích và điều khiển các mạng vô tuyến

 Mạng lõi có hai vai trò chính:

 Giải quyết việc định hướng hay định tuyến đến nơi mà cuộc gọi hoặc số liệu gửi đến Phương tiện cơ bản là sử dụng hệ thống chuyển mạch để định tuyến thông tin qua một số máy chủ khác nhau xung quanh mạng

 Là một mạng đường trục và giải quyết các chức năng kỹ thuật, khả năng truy nhập thuận tiện tới mạng số liệu gói khác, cung cấp một giao diện với Internet và phân loại thông tin tính cước và bảo mật

 Lớp dịch vụ điều khiển các ưu tiên, các đặc tính và khả năng truy nhập cơ bản của thuê bao tới các dịch vụ nâng cao đã làm cho 3G có một vị trí tuyệt vời

1.5.2 Các thông số chính của mạng WCDMA

WCDMA là một phương pháp đa truy xuất vô tuyến phân chia theo mã trải phổ trực tiếp dải rộng, nghĩa là các bit thông tin của các người dùng được trải đều ra trên một dải thông rộng bằng việc nhân dữ liệu của người dùng với các mã ngẫu nhiên (gọi là chip) nhận được trải phổ trong WCDMA

Tốc độ chip 3.84Mcps được sử dụng cho ghép dải thông sóng mang xấp xỉ tới 5MHz Dải thông sóng mang của WCDMA rộng như thế gắn liền với tốc độ dữ liệu của người dùng cao và còn có hiệu quả nâng cao khả năng phân tập tần số Các nhà quản lý mạng có thể tăng dung lượng nhờ dải thông của sóng mang là 5MHz Khoảng cách các

sóng mang có thể chọn trễ những khoảng 200KHz giữa khoảng 4.4 đến 5MHz tùy thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang

WCDMA cung cấp tốc độ khả biến cho các người dùng rất cao, hiểu theo cách khác chính là dải băng thông theo yêu cầu cũng được cung cấp Mỗi người dùng được cung cấp một khung giây có chu kỳ 10ms trong khi tốc độ dữ liệu vẫn giữ nguyên không đổi Tuy nhiên dung lượng dữ liệu có thể thay đổi từ khung nay đến khung khác

WCDMA cung cấp hai chế độ hoạt động cơ bản là FDD và TDD Trong FDD các khoảng tần số sóng mang 5MHz được sử dụng cho sóng mang hướng lên và hướng xuống riêng rẽ, trong khi đó TDD chỉ có một khoảng 5MHz được dùng cho cả hướng lên và hướng xuống

WCDMA cung cấp hoạt động bất đồng bộ cho các trạm gốc và do đó không giống như hệ thống đồng bộ IS-95 CDMA, nó không cần thời gian chuẩn trên toàn cầu GPS

WCDMA được thiết kế để phát triển nâng cấp cho chuẩn GSM vì vậy có thể chuyển giao giữa mạng GSM và mạng WCDMA

Phương thức đa truy xuất DS-CDMA

Phương pháp ghép song song FDD/FTD

Đồng bộ trạm gốc Hoạt động bất đồng bộ

Tốc độ chip 3.84Mcps

Độ dài khung 10ms

Ghép dịch vụ Đa dịch vụ với yêu cầu chất lượng dịch vụ

khác nhau được ghép trên một kết nối

Đa tốc độ Hệ số trải phổ khả biến và đa mã

Tách sóng Tách sóng kết hợp nhờ sử dụng kênh hoa tiêu

1.5.3 Những đặc điểm của mạng WCDMA

Giao diện vô tuyến trên cơ sở CDMA băng rộng tạo cơ hội thiết kế hệ thống có những đặc tính đáp ứng nhu cầu của thế hệ thứ ba Những đặc điểm chủ yếu trong hệ thống WCDMA là:

 Cải thiện những hệ thống thế hệ thứ hai bao gồm: cải thiện dung lượng, cải thiện vùng phủ sóng, bao gồm cả khả năng di chuyển những dịch vụ thế hệ thứ hai sang thế hệ thứ ba

 Tính linh hoạt cao của dịch vụ bao gồm: Hỗ trợ hoạt động không đồng bộ giữa các trạm gốc nên triển khai thuận lợi trong nhiều môi trường Hỗ trợ một cách có hiệu quả dạng hoạt động khác chẳng hạn cấu trúc ô có bậc Sử dụng kỹ thuật tiến

bộ như phối hợp anten dàn và tách người dùng Mô hình TDD được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong môi trường không kết hợp

 Cải thiện dung lượng: Độ rộng băng tần lớn của WCDMA làm tăng hiệu suất vốn

có trên các hệ thống tế bào trước đó do nó làm giảm fading của tín hiệu vô tuyến

Ta biết rằng WCDMA sử dụng điều chế kết hợp ở đường lên, đây là tính năng không thể thực hiện được ở trong các hệ thống CDMA tế bào Điều khiển công suất chắc chắn ở đường xuống sẽ có hiệu suất hoàn hảo, đặc biệt ở môi trường trong nhà và môi trường ngoài trời có tôc độ thấp

Nói chung đối với dịch vụ thoại, sự cải thiện này là một bước tiến vì đây là một trong hai yếu tố làm tăng dung lượng cell của WCDMA

1.5.4 Ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống WCDMA

Trong kênh thông tin vô tuyến lí tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tín hiệu đến trực tiếp Tuy nhiên, trong thực tế điều đó là không thể xảy ra, tín hiệu sẽ bị thay đổi trong suốt quá trình truyền, tín hiệu thu được sẽ là sự kết hợp của các thành phần khác nhau: tín hiệu suy giảm, phản xạ, nhiễu xạ của các tín hiệu khác, WCDMA là hệ thống

di động vô tuyến nên sẽ bị ảnh hưởng bởi điều đó Sau đây là mô hình của các loại nhiễu

Hình 1.4 Các tín hiệu đa đường

Để làm giảm các ảnh hưởng của các loại nhiễu trên, trong WCDMA có nhiều loại

kỹ thuật xử lý đó là: mã hóa kênh, điều chế, trải phổ, …

Phần này đã giới thiệu tổng quan về các thế hệ thông tin di động, đặc biệt là hệ thống WCDMA Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu về cấu trúc của hệ thống mạng WCDMA và một số giải pháp kĩ thuật được áp dụng trên nó

A: không gian trống B: phản xạ

C: khúc xạ D: tán xạ

II CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ BA WCDMA

2.1 Cấu trúc mạng WCDMA

2.1.1 Các thành phần của hệ thống mạng WCDMA

Hệ thống WCDMA được xây dựng trên cơ sở mạng GSM Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng WCDMA 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 GSM, còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của WCDMA Ngoài ra để hoàn thiện hệ thống, trong WCDMA còn có thiết bị người dùng (UE) thực hiện giao diện người dùng 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 WCDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống WCDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

Hình 2.1 Cấu trúc của WCDMA UMTS

và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Acess Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN cũng chứa đựng hai thành phần:

 Node B: thực hiện chuyển đổi dòng dữ 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: 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 dùng Các thông tin này bao gồm thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

 MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): 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 chuyển mạch các giao dịch VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người dùng cũng như vị trí chính xác của UE trong

hệ thống đang phục vu

 GMSC (Gateway MSC): chuyển mạch kết nối với mạng ngoài

 SGSN (Serving GPRS support node): có chức năng như MSC/VLR nhưng được

sử dụng 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

2.1.2 Kiến trúc UTRAN

Kiến trúc UTRAN được trình bày trong hình 2.2 UTRAN chứa một hoặc nhiều hệ thống mạng không dây con RNS (Radio Network Sub) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và chứa một RNC và một hoặc nhiểu Node B Các RNC có thể được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur Các RNC và Node B được kết nối với một giao diện Iub

Hình 2.2 Kiến trúc UTRAN

a Trạm gốc (Node B)

Trạm gốc là một hệ thống truyền đứng riêng, là một phần của cell Nó bao gồm một anten

hệ thống (đặc trưng cho tháp vô tuyến), nhà trạm và thiết bị vô tuyến trạm gốc Thiết bị

vô tuyến trạm gốc bao gồm thiết bị RF (phát - thu, thiết bị giao tiếp anten), khối điều khiển và khối cấp nguồn Những bộ thu phát trạm gốc có nhiều phần cơ bản như thiết bị

di động Tuy nhiên, sóng vô tuyến trạm gốc được kết hợp bởi BSC hệ thống WCDMA

và những khối chức năng nhiều hơn của một thiết bị di động

Phần thu phát vô tuyến được chia thành máy phát và máy thu Máy phát chuyển tín hiệu thoại hay dữ liệu thành sóng vô tuyến RF để truyền đến thiết bị di động, máy thu thực hiện ngược lại, chuyển sóng vô tuyến RF thành tín hiệu thoại hay dữ liệu được định tuyến đến MSC hay mạng chuyển mạch gói Phần điều khiển ra lệnh cho quá trình chèn

và tách thông tin báo hiệu

Không giống những thiết bị không dây người dùng đầu cuối (như điện thoại di động, laptop) phần điều khiển, phát và thu của một điểm truy nhập có thể được phân nhóm vào những rack cắm thiết bị, ví dụ: một rack đơn có thể chứa tất cả những khuếch đại RF hay những card thoại Khác với những hệ thống tổ ong tương tự hay hệ thống số phiên bản trước đây dành riêng một máy thu phát trong mỗi trạm gốc cho một kênh điều khiển Hệ thống WCDMA kết hợp cả những kênh điều khiển và thoại trộn chung trên một kênh vô tuyến vật lý

b Khối điều khiển mạng vô tuyến RNC

Khối điều khiển mạng vô tuyến là một khối phối hợp tự động (điều khiển) trong hệ thống WCDMA cho phép một hay nhiều trạm thu phát gốc liên lạc với một trung tâm chuyển

mạch di động hoặc một hệ thống thông tin dữ liệu gói RNC bao gồm nhiều đặc trưng điều khiển hơn một trạm điều khiển gốc BSC thông thường

2.1.3 Các giao diện vô tuyến của UTRAN

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phân tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện trình bày trong hình 2.3 được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các mặt phẳng độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

Hình 2.3 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN

a Giao diện UTRAN – CN, Iu

Giao diện Iu là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu có hai kiểu:

Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với

CN chuyển mạch gói

 Cấu trúc Iu CS

Iu CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lí là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để hiện thực lớp vật lí

 Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điểu khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền

Mặt phẳng người dùng

mạng truyền tải

Mặt phẳng người dùng

mạng truyền tải

Mặt phẳng điều khiển mạng

truyền tải Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng người dùng

bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng NNI

SAAL- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: gồm các giao thức báo hiệu

để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng

 Ngăn xếp giao thức phía người dùng: gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS

 Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải: phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho Iu PS Các phần tử thông tin được sử dụng để đánh địa chỉ

và nhận dạng báo hiệu ALL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong

CS

 Ngăn xếp giao thức phía người dùng Iu PS: luồng dữ liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection) Phần người dùng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng dữ liệu gói Các luồng dữ liệu sử dụng truyền tải không kết nối UDP và đánh địa chỉ IP

b Giao diện RNC – RNC, Iur

Iur là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hổ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện Iur phải đảm bảo 4 chức năng sau:

 Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

 Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

 Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

 Hỗ trợ quản lí tài nguyên vô tuyến toàn cầu

c Giao diện RNC – Node B, Iub

Các giao thức trong Iub định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng tần cho từng kiểu kênh truyền tải Các chức năng chính của Iub:

 Thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập kết nối vô tuyến cho một UE và chọn điểm kết thúc lưu lượng

 Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, Node B, kết nối vô tuyến