Một số giải pháp nâng cao năng lực cạnh tranh dich vụ điện thoại di động của tổng công ty viễn thông quân đội (nay là tập đoàn viễn thông quân đội)

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trình bày trong bản luận văn này là kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình thực hiện đề tài “Tối ưu hóa mạng vô tuyến UMTS và áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN ĐỨC LỢI

ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HÓA MẠNG VÔ TUYẾN UMTS VÀ ÁP DỤNG TRONG MẠNG

MOBIFONE 3G

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: T.S NGUYỄN VŨ THẮNG

HÀ NỘI - NĂM 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Đức Lợi, học viên cao học lớp Điện tử viễn thông 2 khóa 2008 – 2010

Thầy giáo hướng dẫn tôi là TS Nguyễn Vũ Thắng

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trình bày trong bản luận văn này là kết quả tìm hiểu và

nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình thực hiện đề tài “Tối ưu hóa mạng vô tuyến UMTS

và áp dụng trong mạng Mobifone 3G.” Các kết quả và dữ liệu được nêu trong luận văn là hoàn

toàn trung thực và rõ ràng Mọi thông tin trích dẫn đều được tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt

kê rõ ràng các tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Học viên

Trần Đức Lợi

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA 11

LỜI NÓI ĐẦU 12

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG UMTS, LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN.14 1.1 Giới thiệu chương 14

1.1.1 Mục đích chương 14

1.1.2 Các chủ đề được trình bày trong chương 14

1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 3G 14

1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G 16

1.3.1 Mạng lõi CN (Core Network) 18

1.3.2 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network) 19

1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ 21

1.5 Kiến trúc 3G UMTS R3 23

1.6 Kiến trúc 3G UMTS R4 24

1.7 Kiến trúc 3G UMTS R5 và R6 27

1.8 Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS 30

1.8.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn 30

1.8.2 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM 31

1.8.3 3GR3 : Kiến trúc RAN thống nhất 32

1.9 Kết luận chương 33

CHƯƠNG II: CÁC VẦN ĐỀ CƠ BẢN TRONG MẠNG WCDMA 34

2.1 Giới thiệu chung 34

2.1.1 Mục đích chương 34

2.1.2 Các chủ đề được trình bầy trong chương 34

2.2 Các quá trình xủ lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA 34

2.2.1 Mã hóa nguồn 34

2.2.2 Mã hóa khối 35

2.2.3 Mã hóa kênh 36

2.2.4 Trải phổ 36

2.3 Các giao diện vô tuyến trong hệ thống WCDMA 37

2.4 Các kênh của WCDMA 38

2.4.1 Các kênh logic, LoCH 39

2.4.2 Các kênh truyền tải, TrCH 40

2.4.3 Các kênh vật lý 42

2.4.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH 48

2.5 Các trạng thái của UE 49

2.6 Tìm gọi 50

2.7 Các tiến trình xử lý cuộc gọi 51

2.7.1 Thiết lập kết nối RRC 52

2.7.2 Tiến trình bảo mật và nhận thực 54

2.7.3 Quá trình thiết lập cuộc gọi 55

2.7.4 Thiết lập kết nối RAB 57

2.8 Điều khiển công suất 59

2.9 Các quá trình chuyển giao 60

2.10 Kết luận chương 62

CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG WCDMA 63

3.1 Giới thiệu chương 63

3.2 Ý nghĩa của điều khiển công suất 63

3.3 Một số vấn đề ảnh hưởng tới điều khiển công suất trong hệ thống UMTS 64

3.3.1 Nhiễu đồng kênh 64

3.3.2 Nhiễu kênh lân cận 65

3.3.3 Hiện tượng gần xa 67

3.3.4 Tải lưu lượng 68

3.3.5 Cấp độ phục vụ GoS (Grade of Service) 69

3.3.6 Hiệu quả sử dụng kênh 70

3.4 Phân loại điều khiển công suất 71

3.4.1 Phân loại điều khiển công suất theo đường xuống và đường lên 71

3.4.2 Phân loại điều khiển công suất theo mô hình phân tán và tập trung 71

3.4.3 Phân loại điều khiển công suất theo phương pháp đo 72

3.4.4 Phân loại điều khiển công suất theo vòng lặp 73

3.5 Điều khiển công suất vòng hở 75

3.5.1 Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường lên 75

3.5.2 Kỹ thuật điều khiển công suất vòng hở đường xuống 76

3.5.3 Điều khiển công suất ở các kênh chung đường xuống 77

3.6 Điều khiển công suất vòng trong 78

3.6.1 Điều khiển công suất vòng trong đường lên 79

3.6.2 Điều khiển công suất vòng trong đường xuống 80

3.7 Điều khiển công suất vòng ngoài 81

3.7.1 Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên 82

3.7.2 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 83

3.8 Kết luận chương 84

CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THEO BƯỚC ĐỘNG 85

4.1 Giới thiệu chương 85

4.2 Phương pháp điều khiển công suất theo buớc động (DSSPC) 85

4.2.1 Độ dự trữ, cửa sổ công suất trong phương pháp DSSPC 85

4.2.2 Sự hoạt động của mạng trong phương pháp DSSPC 86

4.2.3 Sự hoạt động của trạm di động trong phương pháp DSSPC 87

4.2.4 Các công thức tính toán được sử dụng trong phương pháp DSSPC 90

4.3 Kết luận chương 93

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 94

5.1 Giới thiệu chương 94

5.2 Qũy đường truyền tham khảo cho hệ thống UMTS 94

5.3 Giới thiệu về chương trinh mô phỏng 96

5.4 Các kết quả của chương trình mô phỏng 96

5.4.1.Form giới thiệu về chương trình 96

5.4.2 Mô phỏng truờng hợp sử dụng dịch vụ thoại tốc độ bit 12.2 Kbps 97

5.4.3 Mô phỏng trường hợp sủ dụng dịch vụ số liệu tốc độ bít 144 Kbps 98

5.4.4 Mô phỏng trường hợp sủ dụng dịch vụ số liệu tốc độ bít 384 Kbps 98

5.5 Kết quả mô phỏng và nhận xét 99

5.5.1 Kết quả mô phỏng 99

5.5.3 Nhận xét 102

5.6 Kết luận chương 102

CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG MOBIFONE 3G 104

5.1 Giới thiệu chương 104

5.2 Giới thiệu về công ty thông tin di động Mobifone 104

5.3 Giới thiệu về các dịch vụ của Mobifone và cơ sở hạ tầng hiện có 105

5.3.1 Các dịch vụ 3G của Mobifone 105

5.3.2 Cơ sỏ hạ tầng sau khi triển khai 3G cả Mobifone 105

5.4 Một số thiết bị 3G của HUAWEI 106

5.4.1 BTS3900A WCDMA 106

5.4.2 BSC6900 UMTS 107

5.5 Kết luận chương 110

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 111

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT

3G Third Generation Cellular

3 GPP Third Generation Patnership Project

A

AICH Acquistion Indication Channel

ATM Asynchoronous Transfer Mode

BSC Base Station Controller

C

CC Connecting Management

CDMA Code Division Multiple Access

CPCH Common Packet Channel

CPICH Common Pilot Channel

D

DC Delicated Control

DS-CDMA Direct Sequence Code Division Multiple Access

DSCH Downlink Shared Channel

DSSPC dynamic step-size power control

DPCCH Delicated Physical Control Channel

DPDCH Delicated Physical Data Channel

E

ETSI European Telecommunications Standard Institute

F

FDD Fequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

G

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System of Mobile Communication

H

HDLA History Data Logic Analyzer

HLR Home Location Register

I

IMT-2000 International Mobile Telecommunication

ISDN Integated Service Digital Network

OFDM Orthogonal Frequency Division

P

PCPCH Physical Common Packet Channel

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDSCH Physical Downlink Shared Channel

PICH Paging Indication Channel

PLMN Public Land Mobile Network

PRACH Physical Random Access Channel

RRM Radio Resouce Management

RRU Radio Resouce Utilization

S

SCH Synchronization Channel

SGSN Serving GPRS Support Node

SIR Signal to Interference Ratio

SF Trải phổ Fator

SNR Signal Noise Ratio

T

TCP Transit Control Power

TDMA Time Division Multiple Access

TFCI Transport Format Combination Indicator

U

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

USIM UMTS Subscriber Indentity Module

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

V

VHE Virtual Home Enviroment

VLR Vistor Location Register

W

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA

Figure 1: Lộ trình phát triển các công nghệ di động 15

Figure 2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các bản phát hành 3G 16

Figure 3: Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G 17

Figure 4: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất 20

Figure 5: Kiến trúc UMTS R3 24

Figure 6: Kiến trúc 3G UMTS R4 25

Figure 7: Kiến trúc UMTS R5 28

Figure 8: Cấu hình lai ghép 30

Figure 9: 3GR1 31

Figure 10: 3GR2 32

Figure 11: 3GR3 33

Figure 12: Giao diện vô tuyến trong WCDMA .37

Figure 13: Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống 42

Figure 14: Tổng kết các kiểu kênh vật lý 43

Figure 15: Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý 47

Figure 16: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 48

Figure 17: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói 48

Figure 18: RRC Connection 53

Figure 19: Tiến trình bảo mật và nhận thực 54

Figure 20: Call setup flow 56

Figure 21: RAB setup flow .58

Figure 22: Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn .61

Figure 23: Công suất thu từ 2 thuê bao tại trạm gốc 64

Figure 24: Nhiễu đường lên .65

Figure 25: Nhiều đường xuống 65

Figure 26: Các loại nhiễu trong hệ thống 67

Figure 27: Vấn đề gần - xa trong điều khiển công suất đường lên .67

Figure 28: Bù nhiễu ở kênh lân cận trong điều khiển công suất đường xuống .68

Figure 29: Quá trình thiết lập cuộc gọi 70

Figure 30: Phân loại kỹ thuật điều khiển công suất công suất 72

Figure 31: Nguyên lý điều khiển công suất vòng trong 74

Figure 32: Điều khiển công suất vòng ngoài 75

Figure 33: Các thủ tục điều khiển công suất vòng trong và vòng ngoài 79

Figure 34: UL PC vòng trong khi chuyển giao mềm 80

Figure 35: Dải động điều khiển công suất đường xuống 81

Figure 36: Kiến trúc logic chức năng điều khiển công suất vòng ngoài đường lên 83

Figure 37: Đồ thị mức công suất truyền của trạm di động dưới dạng nhiều mức SIR 86

Figure 38: Lưu đồ thuật toán điều khiển công suất theo bước động DSSPC 87

Figure 39: Mô hình chung của DSSPC đối với điều khiển công suất đường lên 90

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại Sự ra đời của thông tin di động là một bước ngoặt lịch sử trong nghành viễn thông cũng như bước phát triển quan trọng của loài người

Qua quá trình phát triển và cho đến ngày nay mạng di động đã phát triển ở thế hệ thứ 3 – 3G Cùng với việc cho phép kết nối mọi lúc mọi nơi mạng 3G còn mang tới các tiện ích khác như nhắn tin đa phương tiện, các dịch vụ định vị, … trong đó nổi bật là khả năng cung cấp kết nối internet với tốc độ cao Ở Việt Nam hiện nay các dịch vụ 3G đã được các nhà mạng triển khai và đưa vào khai thác thực tế với các kết quả khả quan

Để theo kịp xu thế chung của thế giới và nắm bắt được các chi tiết kỹ thuật của hệ thống

thông tin di động thế hệ thứ 3, việc nghiên cứu đề tài “Tối ưu hóa mạng vô tuyến UMTS và áp dụng trong mạng Mobifone 3G” giúp làm rõ vấn đề điều khiển công suất trong việc tối ưu

hóa mạng vô tuyến UMTS

Bên cạnh đó luận văn cũng thực hiện việc giới thiệu phương pháp điều khiển công suất theo bước động và thực hiện chương trình mô phỏng để làm rõ ưu điểm của phương pháp này

so với các phương pháp đang được sử dụng

Luận văn được chia làm 6 chương:

Chương I: Giới thiệu chung về mạng UMTS, lịch sử và xu hướng phát triển

Chương II: Các vấn đề cơ bản trong mạng WCDMA

Chương III: Điều khiển công suất trong mạng WCDMA

Chương IV: Phương pháp điều khiển công suất theo bước động

Chương V: Chương trình mô phỏng phương pháp điều khiển công suất theo bước động Chương VI: Giới thiệu về mạng Mobifone 3G

Mặc dù đã cố gắng hết sức và đã nhận nhiều ý kiến chỉ bảo từ các thầy cô giáo nhưng do thời gian có hạn, chắc chắn còn nhiều thiếu sót cần khắc phục và hoàn thiện Song những vấn

đề mà luận văn nêu ra về việc điều khiển công suất trong hệ thống vô tuyến UMTS đã và đang

là những lý thuyết được áp dụng thực tiễn trong mạng vô tuyến đã triển khai của các nhà mạng

ở Việt Nam hiện nay Cùng với đó là việc thực hiện mô phỏng để cho thấy sự ưu việt của

phương pháp điều khiển công suất DSSPC được đề xuất để thay thế phương pháp truyền thống

Sau cùng em xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Vũ Thắng, người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Học viên

Trần Đức Lợi

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG UMTS, LỊCH SỬ VÀ

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1.1 Giới thiệu chương

1.1.1 Mục đích chương

• Trình bày sự phát triển thông tin di động lên 3G

• Trình bày kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di động 3G và các giao diện có liên quan

• Trình bày kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 và R5 và chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.1.2 Các chủ đề được trình bày trong chương

• Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 3G

• Kiến trúc chung của một mạng thông tin di động 3G

• Các loại lưu lượng và các loại dịch vù mà 3G WCDMA UMTS có thể hỗ trợ

• Kiến trúc 3G WCDMA UMTS qua các phát hành khác nhau: R3, R4, R5 và R6

• Chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.2 Lộ trình phát triển thông tin di động lên 3G

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 3G và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình sau:

Figure 1: Lộ trình phát triển các công nghệ di động

AMPS: Advanced Mobile Phone System

TACS: Total Access Communication System

GSM: Global System for Mobile Telecommucations

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access

EVDO: Evolution Data Only

IMT: International Mobile Telecommnications

IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers

WiFi: Wireless Fidelitity

WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

LTE: Long Term Evolution

UMB: Untra Mobile Broadband

Hình sau cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP:

Figure 2: Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu qua các bản phát hành 3G.

1.3 Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G

Mỗi phần tử mạng logic có một chức năng xác định Trong tiêu chuẩn các phần tử mạng được định nghĩa cũng thường được thực hiện ở dạng vật lí tương tự, nhất là có một số giao diện

mở (giao diện sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau ở các điểm cuối) Có thể nhóm các phần tử mạng theo các chức năng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc

Figure 3: Kiến trúc chung của một hệ thống thông tin di động 3G.

Về mặt chức năng có 2 nhóm phần tử mạng:

• Mạng truy nhập vô tuyến (RAN: Random Access Network hay UTRAN : UMTS

Terrestrial RAN) thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến

• Mạng lõi (CN: Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi

đã biết và đã phát triển

Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Trên khía cạnh này, hệ thống UMTS được thiết kế theo Modun Vì thế, có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép chia hệ thống UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác Các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS (UMTS PLMN:UMTS Public Land Mobite Network) Thông thường, mỗi PLMN được khai thác duy nhất, và nó được nối đến các PLMN khác như ISDN, PSTN, Internet

Các tiêu chuẩn UMTS được cấu trúc sao cho không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của các phần tử mạng nhưng định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng logic Các giao diện mở chính là:

• Giao diện Cu: là giao diện thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

• Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của WCDMA, giao diện giữa UE và Node B Đây

là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

• Giao diện Iu 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

◦ Iu- CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh

◦ Iu- PS dành cho dữ liệu chuyển mạch gói

• Giao diện Iur: giao diện giữa hai RNC Đây là giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

• Giao diện Iub: kết nối một nút B với một RNC Nó cho phép hỗ trợ sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên có Iub được tiêu chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn toàn

1.3.1 Mạng lõi CN (Core Network)

Những chức năng chính của việc nghiên cứu mạng lõi UMTS là:

• Quản lí di động, điều khiển báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa UE và mạng lõi

• Báo hiệu giữa các nút trong mạng lõi

• Định nghĩa các chức năng giữa mạng lõi và các mạng bên ngoài

• Những vấn đề liên quan đến truy nhập gói

• Giao diện Iu và các yêu cầu quản lí và điều hành mạng

Mạng lõi UMTS có thể chia thành 2 phần: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Thành phần chuyển mạch kênh gồm: MSC, VLR và cổng MSC Thành phần chuyển mạch gói gồm nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Serving GPRS Support Node) và cổng nút hỗ trợ GPRS

(GGSN: Gateway GPRS Support Node) Một số thành phần của mạng như HLR và AUC được

chia sẽ cho cả hai phần Cấu trúc của mạng lõi có thể được thay đổi khi các dịch vụ mới và các

đặc điểm mới của hệ thống được đưa ra

Các phần tử chính của mạng lõi như sau :

• HLR (Home Location Register: Thanh ghi định vị thường trú) là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu trữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng, bao gồm thông tin về các dịch vụ bổ sung như trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

• MSC/VLR (Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động)

là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thời của nó Nhiệm vụ của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR làm nhiệm vụ giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng cũng như vị trí chính xác hơn của UE trong hệ thống đang phục vụ CS là phần mạng đựơc truy nhập qua MSC/VLR

• GMSC (Gateway MSC) là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài

• SGSN (Serving GPRS: General Packet Radio Network Service Node) có chức năng giống như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói PS (Packet Switch) Vùng PS là phần mạng được truy nhập qua SGSN

• GGSN (Gateway GPRS Support Node) có chức năng giống như các dịch vụ điện thoại,

ví dụ như ISDN hoặc PSTN

• Các mạng PS đảm bảo các kết nối cho những dịch vụ chuyển mạch gói, ví dụ như

Internet

1.3.2 Truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acess Network)

Figure 4: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất

UTRAN bao gồm một hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network

Subsystem) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiển mạng vô

tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hay nhiều Node B Các RNC và các Node B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

Các đặc tính chính của UTRAN :

• Hỗ trợ UTRAN và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt là các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối qua hai hay nhiều

ô tích cực) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

• Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi

• Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

• Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

Hai thành phần trong UTRAN: bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và node B

1.3.2.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC

RNC là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN

Nó giao diện với CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và kết cuối giao thức điều

khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản

tin và các thủ tục giữa MS và UTRAN Nó đóng vai trò như BSC

Các chức năng chính của RNC :

• Điều khiển tài nguyên vô tuyến

• Cấp phát kênh

• Thiết lập điều khiển công suất

• Điều khiển chuyển giao

• Phân tập Macro

• Mật mã hóa

• Báo hiệu quảng bá

• Điều khiển công suất vòng hở

1.3.2.2 Node B (trạm gốc)

Chức năng chính của Node B là thực hiện xử lý L1 của giao diện vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…) Nó cũng thực hiện một phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc ở GSM Lúc đầu Node B được sử dụng như là một thuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hoá nhưng sau đó nó không bị thay đổi

1.3.2.3 Thiết bị người sử dụng UE (User Equipment)

UE là sự kết hợp giữa thiết bị di động và module nhận dạng thuê bao USIM (UMTS subscriber identity) Giống như SIM trong mạng GSM/GPRS, USIM là thẻ có thể gắn vào máy

di động và nhận dạng thuê bao trong mạng lõi Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến giao diện Uu

Modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Modulo) là một thẻ

thông minh chứa thông tin nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ

các khoá nhận thực cùng một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

1.4 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ

Vì thông tin di động 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra thông tin di động 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung thông tin di động 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng

dụng của dịch vụ QoS ở W-CDMA được phân loại như sau:

• Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại chẳng

hạn)

• Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ nhỏ (phân

phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming)

• Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và tỷ lệ

lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn)

• Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên nền cơ

sở (e-mail, tải xuống file: Video Download)

Môi trường hoạt động của 3WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rbphục vụ như sau:

• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb <= 2Mbps

• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb <= 384 kbps

• Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb <= 144 kbps

• Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 kbps

Có thể tổng kết các dịch vụ do 3GWCDMA UMTS cung cấp ở bảng dưới đây:

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di

động

Dịch vụ di động

Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ

Dịch vụ thông tin định vị

- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh

Dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) Dịch vụ

viễn thông

Dịch vụ số liệu

- Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbps- 2Mbps)

- Dịch vụ số liệu tốc độ cao (2Mbps)

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ đa phương tiện

Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ internet đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (2Mbps)

Table 1: Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS

3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4, R5 Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh)

và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi

PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền

CS chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP

1.5 Kiến trúc 3G UMTS R3

WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điện thoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất

lượng cao (CD) và tốc độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS là "luôn luôn kết nối" đến Internet UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn và

vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí

Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 5) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

Figure 5: Kiến trúc UMTS R3

1.6 Kiến trúc 3G UMTS R4

Hình dưới đây cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4 Sự khác nhau cơ bản giữa R3

và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm Thay cho việc có các

MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các phương tiện (MGW: Media Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server

Figure 6: Kiến trúc 3G UMTS R4

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận

trên các đường trục gói Trong nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải

thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trên Giao thức Internet (IP) Từ hình 1.10

ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn, sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Để thí dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau

Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248 Giao thức này được ITU và IETF cộng tác phát triển Nó có tên là điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control) Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ 3GPP đề nghị sử

dụng (không bắt buộc) giao thức Điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang (BICC: Bearer

Independent Call Control) được xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU

Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GMSC Server Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể đầu tư

Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B Giả sử thuê bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi

có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tại chính thành phố A Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi

có thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền các phương tiện thực tế có thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng

Từ hình trên ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên cơ sở gói sử

dụng hoặc IP hoặc ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc

sử dụng các cổng các phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn) Các thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ở mạng IP Bộ giao thức này được gọi là Sigtran

Figure 7: Kiến trúc UMTS R5

Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện

IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch

vụ đa phương tiện thời gian thực IP Từ hình 7 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng thái

kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway)

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng cường

rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi đầu

phiên (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành một tác nhân của người sử dụng SIP

Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều

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 định tuyến CSCF hoạt động như một đại diện Server /hộ tịch viên

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh (tiếng chẳng hạn) Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các Router kết nối trực tiếp với chúng

Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi được sử dụng

để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo tương tác SS7

với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T-SGW hỗ trợ các giao thức Sigtran Cổng báo hiệu

chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử

dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng

MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở R4 MGW được điều khiển

bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện (MGCF) Giao thức điều khiển giữa các thực

thể này là ITU-T H.248

MGCF cũng liên lạc với CSCF Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP

Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4 Điều này cho phép chuyển đồi dần dần từ các phiên bản R3 và R4 sang R5 Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS Cấu hình lai ghép được thể hiện trên hình sau

Figure 8: Cấu hình lai ghép

1.8 Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS

Trong phần này ta sẽ xét chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS của hãng Alcatel

Alcatel dự kiến phát triển RAN từ GSM lên 3G UMTS theo ba phát hành: 3GR1, 3GR2 và 3GR3 Với mỗi phát hành, các sản phẩm mới và các tính năng mới được đưa ra

1.8.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn

Phát hành 3GR1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các đặc tả kỹ thuật vào tháng 6 năm 2000 Phát hành đầu của 3GR1 chỉ hỗ trợ UTRA-FDD và sẽ được triển khai chồng lấn lên GSM Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1 được chia thành ba giai đoạn được ký hiệu là R1.1, R1.2 và R1.3 (R: Release: phát hành) Trong các phát hành này các phần cứng và các tính năng mới được đưa ra Các nút B được gọi là MBS (Multistandard Base Station: trạm gốc đa tiêu chuẩn) Tuy nhiên MBS V1 chỉ đơn thuần là nút

B, chỉ MBS V2 mới thực sự đa tiêu chuẩn và chứa các chức năng của cả nút B và BTS trong cùng một hộp máy Tương tự RNC V2 và OMC-R V2 được đưa ra để phục vụ cho cả UMTS và GSM

Hình sau cho thấy kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS được phát triển trong giai đoạn triển khai UMTS ban đầu (3GR1.1)

Figure 9: 3GR1

1.8.2 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM

Trong giai đoạn triền khai UMTS thứ hai sự tích hợp đầu tiên giữa hai mạng sẽ được thực hiện bằng cách đưa ra các thiết bị đa tiêu chuẩn như: Nút B kết hợp BTS (MBS V2) và RNC kết hợp BSC (RNC V2) Các chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng vô tuyến cũng có thể được thực hiện chung bởi cùng một OMC-R (V2) Hình 10 mô tả kiến trúc mạng RAN tích hợp của giai đoạn hai

Figure 10: 3GR2

1.8.3 3GR3 : Kiến trúc RAN thống nhất

Trong kiến trúc RAN của phát hành này được xây dựng trên cơ sở phát hành R5 vào tháng 9 năm 2000 của 3GPP Trong phát hành này RAN chung cho cả hệ thống UMTS và GSM Cả UTRA-FDD và UTRA-TDD đều được hỗ trợ Giao thức truyền tải được thống nhất cho GSM, E-GPRS và UMTS, ngoài ra có thể ATM kết hợp IP GERAN (GSM/EDGE RAN) cũng sẽ được hỗ trợ bởi phát hành này của mạng Kiến trúc RAN của 3GR1.3 được thể hiện trên hình dứoi đây

là TDM (ghép kênh theo thời gian) R4 là sự phát triển của R3 trong đó miền chuyển mạch kênh chuyển thành chuyển mạch mềm và kết nối giữa các nút mạng bằng IP R5 và R6 hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói Để đáp ứng được nhiệm vụ này ngoài miền chuyển mạch gói, mạng được bổ sung thêm phân hệ đa phương tiên IP (IMS) Cốt lõi của IMS là CSCF thực hiện khởi đầu kết nối đa phương tiện IP dựa trên giao thức khởi đầu phiên (SIP Session Initiation Protocol) Ngoài ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm để

hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF) Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS đang ở giai doạn chuyển dần từ R4 sang R5 Trong phần tiếp theo sẽ trình bày về các vấn đề cơ bản trong mạng WCDMA

CHƯƠNG II: CÁC VẦN ĐỀ CƠ BẢN TRONG MẠNG WCDMA

2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Mục đích chương

• Hiểu tổng quan trải phổ và phương pháp đa truy nhập của WCDMA

• Hiểu điều khiển công suất, chuyển giao mềm và máy thu phân tập đa đường (RAKE)

• Hiểu các dạng mã trải phổ và các sơ đồ điều chế của WCDMA

2.1.2 Các chủ đề được trình bầy trong chương

• Các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống WCMDA

• Điều khiển công suất

• Chuyển giao

• Máy thu phân tập đa đường (máy thu RAKE)

• Các dạng mã trải phổ và các sơ đồ điều chết được sử dụng cho WCDMA

2.2 Các quá trình xủ lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA

Các quá trình xử lý tín hiệu trong hệ thống WCDMA và chức năng của các quá trình như sau:

• Source coding: giúp tăng hiệu suất truyền tin

• Channel coding & interleaving: giúp tăng độ tin cậy trong quá trình truyền tin

• Trải phổ: giúp tăng khả năng chống nhiễu

• Modulation: giúp chuyển tín hiệu từ digital thành tín hiệu analog

Chi tiết cụ thể của từng quá trình như sau:

thống và chất lượng thoại mong muốn Ví dụ như khi có propagation nhỏ ta có thể nâng cao tốc

độ bitrate AMR để tăng chất lượng thoại trong khi nếu có propagation lớn ta có thể giảm tốc độ bitrate để đảm bảo quá trình truyền tin được thông suốt

Table 2: Các tốc độ bit rate của AMR

Đối với các dịch vụ video WCDMA sử dụng codec H.324 bao gồm có video codec, speech codec và data protocol

Trong quá trình này bộ thu sẽ đo đạc chất lượng tín hiệu vô tuyến và phải gửi lại cho bên phát hoặc là chất lượng tín hiệu thu được hoặc là codec mode mà bộ phát nên sử dụng để

truyền frame tiếp theo Việc trao đổi này cần diễn ra nhanh nhất có thể để đảm bảo độ trễ chấp nhận được cho quá trình truyền tín hiệu

2.2.2 Mã hóa khối

Trong quá trình truyền tin có rất nhiều nhiễu sinh ra Để đảm bảo tính tin cậy của quá trình truyền tin hệ thống sẽ thực hiện channel coding để loại bỏ các ảnh hưởng này Channel coding gồm có block coding, channel coding và interleaving

Block coding được sử dụng để kiểm tra xem liệu có lỗi nào còn tồn tại sau quá trình sửa lỗi Phương pháp thường được sử dụng trong block coding là CRC

CRC (Cyclic Redundancy Check) là việc mà bộ mã hóa sẽ thêm một vài bít thừa vào trong đoạn tín hiệu cần truyền và bộ giải mã sẽ sử dụng các bit này để xác định liệu có lỗi xảy

ra trong quá trình truyền và chưa sửa được hay không

Việc thêm các bít CRC được hoàn thành trước giai đoạn channel coding ở phía phát và việc kiểm tra CRC được hoàn thành ở sau giai đoạn channel decoding ở phía thu

dư thừa cần phải cung cấp đầy đủ thông tin cho quá trình khôi phục dữ liệu

• Mã turbo: Rất hiệu quả đối với các tín hiệu đòi hỏi có tốc độ bit cao Tuy nhiên hiệu quả giảm xuống rõ rệt khi thực hiện mã turbo với các dòng dữ liệu có tốc độ bit thấp

Cả 2 loại mã turbo và mã xoắn đều được sử dụng trong UTRAN Để quyết định xem sử dụng

bộ coding nào thì các bộ giải mã kênh (cả xoắn và turbo) đều thực hiện việc sửa càng nhiều lỗi càng tốt Bộ CRC sẽ thực hiện việc đánh giá xem bộ coding nào là phù hợp để sử dụng cho từng trường hợp

2.2.4 Trải phổ

Trải phổ làm tăng bandwidth của tín hiệu lên so với lượng bandwidth cần thiết để truyền tín hiệu đó Trong UTRAN quá trình Trải phổ bao gồm 02 bước là: channelization và scrambling

• Channelization được thực hiện bằng cách chuyển tất cả các symbol sang chip (theo đó

sẽ làm tăng bandwidth của tín hiệu) Số lượng chip trong một symbol được gọi là Trải phổ Factor (SF) Quá trình này sử dụng mã OVSF (Orthogonal Variable Trải phổ Factor)

là một loại mã trực giao nên trong mỗi trường lý tưởng sẽ không gây nhiễu lên nhau Mã OVSF sẽ giúp phân biệt các kênh vật lý riêng từ cùng một nguồn Đối với Uplink thì OVSF phân biệt các kênh vật lý khác nhau từ cùng một UE Đối với downlink thì OVSF giúp phân biệt các kênh vật lý khác nhau từ cùng một cell Đối với các tín hiệu voice

dùng AMR thì downlink có SF là 128 Điều này đồng nghĩa với việc có tối đã 128 kênh thoại có thể được sử dụng trên 1 sóng mang WCDMA

• Scrambling là quá trình phân biệt các tín hiệu từ các nguồn khác nhau Đối với uplink thì scrambling được dùng để phân biệt các cell khác nhau, đối với uplink thì scrambling được dùng để phân biệt các UE khác nhau trên cùng một sóng mang UMTS sử dụng mã GOLD làm scrambling code Trong 3GPP có 64 Primary Scrambling Code-group Trong mỗi code-group có 8 Primary Scrambling Code

2.3 Các giao diện vô tuyến trong hệ thống WCDMA

Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình sau đây:

Figure 12: Giao diện vô tuyến trong WCDMA.

UP: Mặt phẳng người sử dụng

CP: Mặt phẳng điều khiển

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô 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 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 lớp thấp nhất ở giao diện vô tuyến Lớp vật lý được sử dụng để 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 vô 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

2.4 Các kênh của WCDMA

Các kênh của WCDMA được chia thành các loại kênh sau đây:

√ Kênh vật lý (PhCH) Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi PhCH có một trải

phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác Một người sử dụng tích cực có thể

sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một

UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE trong một ô

√ Kênh truyền tải (TrCH) Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để truyền số liệu Các

kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH

√ Kênh Logic (LoCH) Kênh được lớp con MAC của lớp 2 cung cấp cho lớp cao hơn Kênh

LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền

2.4.1 Các kênh logic, LoCH

Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng Các kênh logic và ứng dụng của chúng được tổng kết trong bảng 3.2

BCCH (Broadcast Control Channel: Kênh điều khiển quảng bá)

Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống

PCCH (Paging Control Channel: Kênh điều khiển tìm gọi)

Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin tìm gọi

CCH (Control

Channel: Kênh

điều khiển)

CCCH (Common Control Channel: Kênh điều khiển chung)

Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE

Được sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ô mới

DCCH (Dedicated Control Channel: Kênh điều khiển riêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa

UE và mạng Được thiết lập bởi thiết lập kết nối của RRC

TCH (Traffic

Channel: Kênh

lưu lượng)

DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kênh lưu lượng riêng)

Kênh hai chiều điểm đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của người sử dụng DTCH có thể tồn tại

cả ở đường lên lẫn đường xuống CTCH (Common Traffic

Channel: Kênh lưu lượng chung)

Kênh một chiều điểm đa điểm để truyền thông tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhóm người

sử dụng quy định hoặc chỉ cho một người sử dụng Kênh này chỉ có ở đường xuống

Table 3: Danh sách các kênh logic

2.4.2 Các kênh truyền tải, TrCH

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 ô, còn kênh 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 ngừơi sử dụng thì kênh này không cần có địa chỉ Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất cả các người sử