Nghiên cứu tính toán quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3g sử dụng công nghệ WCDMA

- Kênh truyền tải riêng: Kênh truyền tải riêng DCH mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý và dành riêng cho mặt người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông ti

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN NAM QUÂN

HÀ NỘI - 2010

1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1

Mở đầu 5

Danh mục từ viết tắt trong luận văn 6

Danh sách bảng biểu 10

Danh sách hình vẽ và đồ thị 11

Chương 1 14

Giới thiệu chung 14

Chương 2: Tổng quan về hệ thống mạng WCDMA 19

2.1 Giới thiệu chung 19

2.2 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 19

2.3 Các kiểu kênh của mạng WCDMA 23

2.3.1 Các kiểu kênh vật lý 23

2.3.2 Các kiểu kênh truyền tải 23

2.3.3 Các kiểu kênh logic 26

2.4 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN 28

2.4.1 Cấu trúc UTRAN 28

2.4.1.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC 29

2.4.1.2 Nút B (trạm gốc UMTS) 30

2.4.2 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN 30

2.4.2.2 Các mặt đứng 32

2.4.2.2.1 Mặt điều khiển 32

2.4.2.2.2 Mặt người sử dụng 32

2.4.2.2.3 Mặt điều khiển mạng truyền tải 32

2 2.4.2.2.4 Mặt người sử dụng mạng truyền tải 33

2.5 Các giao diện trong UTRAN 34

2.5.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP 34

2.5.1.1 Giao thức Iur1: Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC 35

2.5.1.2 Giao thức Iur 2: Hỗ trợ lưu lượng kênh riêng 35

2.5.1.3 Giao thức Iur3: Hỗ trợ lưu lượng kênh chung 36

2.5.1.4 Iur4: Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu 37

2.5.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP 38

2.5.2.1 NBAP chung 40

2.5.2.2 NBAP riêng 40

2.5.3 Giao diện vô tuyến (Uu) 41

2.6 Giao diện UTRAN-CN, Iu 44

2.6.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS 44

2.6.1.1 Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển Iu CS 45

2.6.1.2 Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải Iu CS 45

2.6.1.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử dụng 46

2.6.2 Cấu trúc giao thức cho Iu PS 46

2.6.2.1 Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển Iu PS 47

2.6.2.2 Ngăn xếp giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải Iu PS 47

2.6.2.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử dụng Iu PS 47

2.6.3 Giao thức RANAP 47

2.6.4 Giao thức mặt người sử dụng Iu 50

2.6.5 Thiết lập một cuộc gọi WCDMA/UMTS 50

2.6.6 Các phiên số liệu gói ở WCDMA 53

3 2.7 Một số mô hình phát triển cho mạng WCDMA 56

2.8 Các đặc trưng quan trọng của WCDMA 58

2.8.1 Mã hóa tiếng đa tốc độ thích ứng AMR 60

2.8.2 Điều khiển công suất 61

2.8.3 Chuyển giao 64

Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA 68

3.1 Tính toán vùng phủ WCDMA 69

3.1.1 Tính toán quỹ đường truyền vô tuyến 70

3.1.1.1 Công suất phát của BS 70

3.1.1.2 Công suất phát của thiết bị người dùng UE 71

3.1.1.3 Tăng ích ănten BS 71

3.1.1.4 Tăng ích ănten UE 71

3.1.1.5 Suy hao cáp feeder 71

3.1.1.6 Tăng ích xử lý 72

3.1.1.7 Tỷ số Eb/No 72

3.1.1.8 Dự trữ nhiễu (dự trữ tải) 74

3.1.1.9 Tạp âm nhiệt 74

3.1.1.10 Hệ số tạp âm 75

3.1.1.11 Độ nhạy máy thu 75

3.1.1.12 Tăng ích chuyển giao mềm 75

3.1.1.13 Dự trữ điều khiển công suất 75

3.1.1.14 Suy hao đâm xuyên 76

3.1.1.15 Dự trữ fading 76

3.1.2 Tính toán vùng phủ của ô 78

4 3.1.2.1 Mô hình Okmura-Hata 78

3.1.2.2 Mô hình Walfisch/Ikegami 80

3.2 Tính toán dung lượng trong WCDMA 82

3.2.1 Tính toán dung lượng hướng lên 82

3.2.2 Tính toán dung lượng hướng xuống 84

3.3 Tính toán quy hoạch mạng đối với trường hợp cụ thế 88

Chương 4:Quy hoạch mạng WCDMA sử dụng phần mềm mô phỏng 94

4.1 Các thông số đầu vào mô phỏng 95

4.2 Thiết lập các thông số mô phỏng 97

4.3 Kết quả tính toán mô phỏng 102

Chương 5: Kết quả tính toán và mô phỏng mạng 3G WCDMA EVNTelecom 108

5.1 Kết quả tính toán mạng truy cập vô tuyến 109

5.2 Một số kết quả mô phỏng và kiểm tra thực tế 113

Kết luận 117

Danh mục tài liệu tham khảo 119

5

là TS Nguyễn Nam Quân, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn là “Nghiên cứu tính toán quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA”

Kết cấu của luận văn bao gồm 5 chương Chương 1 giới thiệu chung về quá trình phát triển của các thế hệ mạng di động mặt đất và các đặc tính cơ bản của các công nghệ hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam Chương 2 trình bày về các đặc tính cơ bản trong mạng di động sử dụng công nghệ WCDMA Chương 3 tập trung nghiên cứu về phương pháp tính toán dung lượng cũng như vùng phủ của hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA, lựa chọn các thông số tính toàn phù hợp với điều kiện triển khai thực tế từng khu vực Chương 4 trình bày phương pháp quy hoạch mạng thông qua các chương trình mô phỏng và một số kết quả mô phỏng chung Cuối cùng, chương 5 đưa ra các kết quả quy hoạch mạng cụ thể của mạng EVNTelecom cùng một số kết quả mô phỏng dựa trên cơ sở

lý thuyết đã được trình bày trong các chương trước, so sánh với kết quả đo đạc thực

tế, qua đó đánh giá và hiệu chỉnh tối ưu phương án quy hoạch mạng

6

Danh mục từ viết tắt trong luận văn

16QAM 16 State Quadrature Amplitude Modulation

2G 2nd Generation

2.5G 2.5th Generation

3G 3rd Generation

3GPP 3rd Generation Partnership Project

3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2

8-PSK 8 Phase Shift Keying

B(T)S Base (Transceiver) Station

BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel

BCS Binary Coded Signalling

BER Bit Error Rate

BLER Block Error Rate

BM Business Management

BPSK Binary Phase Shift Keying

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

C/I Carrier-to-Interference ratio

CBR Call Block Ratio

CCCH Common Control Channel

CCH Control Channel

CCPCH Common Control Physical Channel

CDMA Code Division Multiple Access

CN Core Network

CPCH Common Packet Channel

CPICH Common PIlot Channel

CRC Cyclic Redundancy Check

CS Circuit Switched

DCCH Dedicated Control Channel

DCH Dedicated Channel

DPCCH Dedicated Physical Control Channel

DPCH Dedicated Physical Channel

DPDCH Dedicated Physical Data Channel

DSCH Downlink Shared Channel

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

FACH Forward Access Channel

7

FAUSCH FAst Uplink Signalling Channel

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

FER Frame Erasure Rate

GGSN Gateway GPRS Support Node

GSM Global System for Mobile communication

GSM1900 GSM at 1900 MHz band

HSDPA High-speed Downlink Packet Access

HS-DPCCH High-speed Dedicated Physical Control Channel (UL) HS-DSCH High-speed DSCH

HS-PDSCH High-speed Physical DSCH

HS-SCCH High-speed Shared Control Channel (DL)

HSUPA High-speed Uplink Packet Access

HTML Hyper Text Markup Language

HTTP Hyper Text Transfer Protocol

IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP Internet Protocol

IS-95 North American Version of the CDMA Standard

ISDN Integrated Services Digital Network

IS-HO Inter-system HO

ISO International Organisation for Standardisation

ITU-T International Telecommunication Union, Telecommunication Iub Interface between an RNC and a Node B

Iur Logical interface between two RNCs

Kbps Kilo bits per second

KPI Key Performance Indicator

KQI Key Quality Indicator

LAN Local Area Network

MAC Medium Access Control

Mbps Mega bits per second

Mcps Mega chips per second

MIMO Multiple Input Multiple Output

MPLS Multi-Protocol Label Switching

8

NE Network Element

Node B WCDMA BS

NSS Networking Sub-System

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OMC Operations and Maintenance Centre

OS Operations System

OSI Open Systems Interconnection

OSS Operations Support System

PACCH Packet Associate Control Channel

PAGCH Packet Access Grant Channel

PARC Per-Antenna Rate Control

PBCCH Packet Broadcast Control Channel

PC Power Control

PCCCH Packet Common Control Channel

PCCH Paging Control Channel

P-CCPCH Primary CCPCH

PCH Paging Channel

PCMCIA PC Modular Computer Interface Adapter card

PCPCH Physical CPCH

P-CPICH Primary CPICH

PDCH Packet Data Channel

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDP Packet Data Protocol

PDSCH Physical DSCH

PI Paging Indicator; Performance Indicator

PICH Paging Indicator Channel

PLMN Public Land Mobile Network

RAN Radio Access Network

RNC Radio Network Controler

RNSAP Radio Network Subsystem Application Part

RSSI Received Signal Strength Indicator

RxD Receive Diversity

S-CCPCH Secondary CCPCH

SCH Synchronisation Channel

S-CPICH Secondary CPICH

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SDCCH Standalone Dedicated Control Channel

9

SGSN Serving GPRS Support Node

SHO Soft HO

SIGTRAN SIGnalling TRANsport

SIM Subscriber Identity Module

SINR Signal-to-Interference and Noise Ratio

SIP Session Initiation Protocol

SIR Signal to Interference Ratio

SMS Short Message Services

SMTP Simple Message Transfer Protocol

SNDCP Subnetwork Dependent Convergence Protocol

SNR Signal-to-Noise Ratio

SRNC Serving RNC

SRNS Serving RNS

S-SCH Secondary SCH

TCP Transmission Control Protocol

TDD Time Division Duplex

TDM Time Division Multiplex

TDMA Time Division Multiple Access

TE Terminal Equipment

TIA Telecommunications Industry Association

TRX Transmit and Receive Unit; Transceiver

USIM UMTS User Indentity Module

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

Uu Radio interface between UTRAN and UE

VLR Visitor Location Register

VoIP Voice over IP

WAP Wireless Application Protocol

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access WLAN Wireless Local Area Network

WWW World Wide Web

10 Danh sách bảng biểu Bảng 1.1: Các đặc điểm kỹ thuật của GSM so với WCDMA 16

Bảng 1.2: Các đặc điểm kỹ thuật của cdmaOne so với 3G CDMA IMT- 2000 17

Bảng 2.1: Các thông số chủ yếu của WCDMA 59

Bảng 3.1: Các lớp công suất của UE 71

Bảng 3.2a: Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh 73

Bảng 3.2b: Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường 73

Bảng 3.3: Các tham số tính toán quỹ đường truyền 77

Bảng 3.4: Các hằng số A và B trong mô hình Okumura – Hata 79

Bảng 3.5: Các giả thiết hướng lên 88

Bảng 3.6: Các giả thiết hướng xuống 88

Bảng 3.7: Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên 89

Bảng 3.8: Bán kính phủ sóng tương ứng với từng dịch vụ 89

Bảng 3.9: Mật độ dịch vụ tương đương 90

Bảng 3.10: Lưu lượng trung bình của dịch vụ 92

Bảng 3.11: So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS 93

Bảng 4.1: Một số độ phân giải bản đồ thường dùng 96

Bảng 5.1: Các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng 3G WCDMA 108

Bảng 5.2: Vùng phủ tối đa của Node B 111

Bảng 5.3: Số lượng thuê bao và trạm phát sóng tương ứng với từng tỉnh 113

11 Danh sách hình vẽ và đồ thị Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G 15

Hình 2.1: Các phần tử của mạng UMTS 20

Hình 2.2: Cách sắp xếp hai kênh truyền tải trên một kênh vật lý 24

Hình 2.3: Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 26

Hình 2.4: Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải 27

Hình 2.5: Cấu trúc UTRAN 28

Hình 2.6: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE 30

Hình 2.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN 31

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur 34

Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub 38

Hình 2.10: Kênh logic của nút B cho FDD 39

Hình 2.11: Cấu trúc phân lớp của giao diện vô tuyến 41

Hình 2.12: Cấu trúc giao thức Iu CS 44

Hình 2.13: Cấu trúc giao thức Iu PS 46

Hình 2.14: Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở WCDMA 51

Hình 2.15: Các ngăn xếp giao thức mặt điều khiển WCDMA GPRS 54

Hình 2.16: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng WCDMA GPRS 55

Hình 2.17: Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP 4 57

Hình 2.18: Kiến trúc phát hành 3GPP 5 cho IP đa phương tiện 58

Hình 2.19: Cấu trúc giao diện vô tuyến của WCDMA 60

Hình 2.20: Hiện tượng nghẽn công suất khi không có điều khiển công suất 62

Hình 2.21: Điều khiển công suất trong CDMA 62

Hình 2.22: Các loại vòng lặp điều khiển công suất trong CDMA 64

12 Hình 2.23: Quá trình chuyển giao trong CDMA 66

Hình 3.1: Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA 70

Hình 3.3: Tăng ích xử lý đối với cách dịch vụ khác nhau 72

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của dự trữ nhiễu với tải của ô 74

Hình 3.4: Mô hình Walfisch/Ikegami 80

Hình 3.5 : Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự tăng tạp âm .84

Hình 3.6: Mô hình chuyển giao mềm với hai ô 86

Hình 3.7: Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép 87

Hình 4.1: Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng 95

Hình 4.2: Thông số của UE 97

Hình 4.3: Thông số cấu hình của một ô tế bào 98

Hình 4.4: Thông số mô hình đường truyền 99

Hình 4.6: Các tham số hiệu ứng fading 99

Hình 4.8: Thiết lập tốc độ dịch vụ 100

Hình 4.9: Thiết lập loại dịch vụ 101

Hình 4.10: Thiết lập thông số cho thiết bị đầu cuối 101

Hình 4.11a: Vùng phủ dịch vụ chưa tối ưu 102

Hình 4.11b: Vùng phủ dịch vụ tối ưu 103

Hình 4.12a: Độ mạnh tín hiệu kênh Pilot 103

Hình 4.12b: Độ mạnh tín hiệu kênh Pilot tối ưu 103

Hình 4.13a: Tỷ số Ec/Io 104

Hình 4.13b: Tỷ số Ec/Io tối ưu 104

Hình 4.14: Khả năng chuyển giao 105

Hình 4.15: Pilot pollution 105

13 Hình 4.16a: Vùng phủ dịch vụ 106

Hình 4.16b: Vùng phủ dịch vụ tối ưu 106

Hình 4.17: Lưu lượng tải trên tưng ô 107

Hình 5.1: Phân chia mạng vô tuyến EVNTelecom 110

Hình 5.2: Bản đồ thực tế khu vực Hà Nội 114

Hình 5.3: Kết quả mô phỏng tỷ số Ec/Io Hà Nội 114

Hình 5.4: Kết quả kiểm tra thực tế Hà Nội 115

Hình 5.2: Bản đồ thực tế khu vực Nam Định 116

Hình 5.3: Kết quả mô phỏng tỷ số Ec/Io Hà Nội 116

Hình 5.4: Kết quả kiểm tra thực tế Nam Định 117

14

Chương 1 Giới thiệu chung

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1946, khi đó

nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố, hệ thống này có 6 kênh sử dụng cấu trúc

ô rộng với tần số 150 MHz Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ, điều chế số và các công nghệ hiện đại khác được biết đến hơn 50 năm trước đây, nhưng cho đến đầu những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động tế bào mới xuất hiện trong các dạng ứng dụng Các hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện ích và có dung lượng rất thấp.Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại di động tế bào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số xuất hiện, đây là

hệ thống tương tự hay còn gọi là hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: hệ thống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS), hệ thống thông tin truy nhập toàn diện (TACS) và Hệ thống NTT Hạn chế của các hệ thống này là: phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng v.v

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên

ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc

ấn định tần số dịch vụ viễn thông Châu âu ở băng tần 900MHz Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin

di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced cordless Telecoms) của châu Âu và PHS của Nhật cũng đã được đưa vào khai thác Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa vào sử dụng ở một số nước Các hệ thống thông tin di động kỹ thuật số nói trên, sử dụng phương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC (Nhật) hoặc phương

15

pháp truy nhập CDMA theo chuẩn năm 1995 ( CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G)

Các hệ thống thông tin tế bào số có nhiều điểm nổi bật như chất lượng thông tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tín hiệu số khác nhau, nhiều dịch vụ mới (VD: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô tuyến

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba IMT 2000 đã được nghiên cứu sử dụng Khác với các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (tương tự) và thứ 2 (số), hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch

vụ cao, hỗ trợ sử dụng truy cập Internet, truyền hình và thêm nhiều dịch vụ mới khác Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng Trên thế giới hiện có hai xu hướng phát triển lên 3G chính: Một hướng phát triển đi

từ CDMA IS-95 lên CDMA 2000 3G-1x rồi đến CDMA 2000 1xDO, 1x

EV-DV, hướng phát triển còn lại xuất phát từ mạng GSM, có thể đi qua giai đoạn EDGE, sau đó phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 3G

16

Các bảng dưới đây giới thiệu tổng quan về các hệ thống ở thế hệ 2,5G và 3G

và những đặc điểm khi phát triển lên 3G theo hai hướng chính trong IMT-2000: Từ GSM lên 3G và từ cdmaOne lên 3G

IMT-2000 W-CDMA

độ số liệu 9,6 Kbit/s, đây là các máy CSD hai chế

độ hoạt động

Các máy di động cầm tay mới Các máy cầm tay EDGE sẽ làm việc ở tốc độ lên tới 384 Kbit/s**

trên các mạng EDGE và GPRS

và ở tốc độ 9,6 Kbit/s trên mạng GSM-đây là các máy CSD ba chế

độ hoạt động

Các máy di động cầm tay mới Các máy cầm tay CDMA DS

sẽ làm việc ở tốc độ lên tới 2Mbit/s*** trên các mạng 3G Các máy này

có bốn chế độ hoạt động

Cần thay đổi cơ

sở hạ tầng mạng nhiều hơn

Cơ sở hạ tầng mới kết nối với mạng hiện có

Cần sửa đổi nền tảng GSM TDMA

Cơ sở hạ tầng WCDMA mới

Bảng 1.1: Các đặc điểm kỹ thuật của GSM so với WCDMA

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với GPRS là 171,2 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chưa đạt được tốc độ này mà điển hình chỉ đạt tốc độ trên dưới 50Kbit/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với EDGE là 384 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

17

***: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với W-CDMA là 2Mbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 384 Kbit/s

IMT-2000 CDMA đa sóng mang 3X (MC 3X)

1999 Các máy

di động cầm tay theo chuẩn IS-95B sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s và trên các mạng IS-95B, 1X và 3X ở tốc độ lên tới 114 kbit/s* -đây là các máy một chế độ hoạt động

Các máy di động theo chuẩn 1X năm 2001 Các máy di động cầm tay 1X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, trên mạng IS-95B ở tốc độ lên tới

114 Kbit/s, trên mạng 1X và 3X

ở tốc độ lên tới

307 kbit/s**- đây là các máy một chế độ hoạt động

Các máy di động cầm tay mới Các máy di động cầm tay 3X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, trên mạng IS-95B ở tốc độ lên tới

114 Kbit/s, trên mạng 1X ở tốc

độ lên tới 307 kbit/s và trên mạng 3X ở tốc

độ lên tới 2 Mbit/s*** -đây

là các máy một chế độ hoạt động

1X yêu cầu phần mềm mới trong mạng chính và các card kênh mới tại trạm gốc

Cần sửa đổi cấu trúc mạng chính

và bổ xung các card kênh mới tại trạm gốc

Nền

tảng

công

nghệ

Bảng 1.2: Các đặc điểm kỹ thuật của cdmaOne so với 3G CDMA IMT- 2000

18

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với IS-95B là 114 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực

tế hiện nay mới đạt tốc độ 64 Kbit/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với cdma2000 1X là 307 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

***: Cdma2000 3X bao gồm cdma2000 1xEV-DO và cdma2000 1xEV-DV Trong

đó, cdma2000 1xEV-DO có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 2,4 Mbit/s trên một sóng mang 1,25 MHz riêng biệt và cdma2000 1xEV-DV tích hợp thoại và số liệu trên cùng một sóng mang 1,25 MHz có tốc độ cao nhất trên lý thuyết lên tới 4,8 Mbit/s

19

Chương 2 Tổng quan về hệ thống mạng WCDMA

2.1 Giới thiệu chung

Hệ thống UMTS được xây dựng dựa trên cơ sở công nghệ WCDMA UMTS

là hệ thống 3G của Châu Âu và sẽ là một thành phần trong họ của các giao diện sóng vô tuyến hình thành nên chuẩn IMT-2000

Kiến trúc của hệ thống thông tin di động UMTS được xây dựng dựa theo các tiêu chuẩn kiến trúc cơ sở 3GPP Nói chung, UMTS phải đảm bảo:

- Hỗ trợ tất cả các dịch vụ, các ứng dụng hiện được cung cấp bởi các hệ thống 2G đang tồn tại và phát triển thêm càng nhiều các dịch vụ gia tăng càng tốt, đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) tương đương với mạng cố định

- Cung cấp một loạt các dịch vụ kiểu đa phương tiện băng rộng Những dịch

vụ này sẽ có mặt phổ biến với tốc độ bit trong khoảng từ 64 đến 2048 Kb/s, cung cấp việc truyền hình ảnh, truy nhập cơ sở dữ liệu từ xa, truyền fax độ nhậy cao, video phân giải thấp, truy nhập Web… Cả hai loại dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ được hỗ trợ bởi UMTS Một số dịch vụ sẽ bắt buộc phải có nhu cầu về băng thông theo yêu cầu, đó là phân cấp băng thông động tới người sử dụng phía cuối khi cần thiết

2.2 Cấu trúc hệ thống của WCDMA

Hệ thống UMTS gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng xác định Mặc dù mạng được định nghĩa ở mức logic, nhưng cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý Trong đó có một số giao diện để mở là các giao diện được định nghĩa 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 này theo các chức năng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc

20

Về mặt chức năng các phần tử của mạng được nhóm thành mạng truy nhập

vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN: UMTS Terrestrial RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi CN (Core Network) để thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Ngoài ra,

hệ thống còn có thiết bị của người sử dụng UE (User Equitment) giao tiếp với hệ thống thông qua giao diện vô tuyến Cấu trúc hệ thống mức cao được cho ở hình 2.1

Hình 2.1: Các phần tử của mạng UMTS

Trong đó, các phần tử của hệ thống cụ thể như sau

USIM= UMTS User Indentity Module: Thẻ SimCard UMTS của người sử dụng MS=Mobile Station : trạm di động

RNC=Radio Network Control: Bộ điều khiển mạng vô tuyến

MSC= Mobile Service Switchi ng Center: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ đi động

VLR=Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú

SGSN=Service GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

GMSC= Gateway MSC:Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng

GGSN= Gateway GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS cổng

HLR= Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú

21

UTRAN= UMTS Terrestrial RAN: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

CN=Core Network: Mạng lõi

Từ quan điển chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới, việc thiết kế các giao thức này dựa trên các nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA Trái lại việc định nghĩa mạng lõi dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ mạng lõi

CN đã biết và đã phát triển

Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Khi đó, hệ thống UMTS được thiết kế theo module, vì thế có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi 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 các mạng con khác

và 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 Thông thường mỗi mạng di động mặt đất công cộng được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất và

nó được nối đến các mạng di động mặt đất công cộng khác cũng như các dạng mạng khác như ISDN, PSTN, Internet

Trong cấu trúc mạng UMTS, thiết bị người sử dụng UE bao gồm hai phần:

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equitment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Indentity Module) chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực và một số thông tin cần thiết cho đầu cuối

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN chứa hai phần tử khác nhau, đó là:

- Nút B để chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IuB và Uu Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

22

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng của mình (các nút B kết nối trong vùng kết nới tới RNC tương ứng), RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE

Các phần tử chính của mạng lõi tương tự như các phần tử tương ứng có trong hệ thống mạng GPRS đó là: HLR, MSC/VLR (phần mạng được truy nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS), GMSC (là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài), SGSN (phần mạng được truy nhập qua SGSN được gọi là vùng chuyển mạch gói PS), GGSN (giống như GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS)

Như vậy, hệ thống mạng cũng có thể được chia thành hai nhóm :

- Các mạng CS, các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch theo kênh giống như các dịch vụ thoại (ví dụ như ISDN và PSTN)

- Các mạng PS, các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói (ví dụ như truy cập Internet)

Các giao diện mở chính trong UMTS bao gồm:

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

- Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện mà qua đó UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN Giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau trên một hệ thống mạng duy nhất

- Giao diện Iur : Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC

từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub : Giao diện này kết nối một nút B với một RNC UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và

23

trạm gốc được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn Giống như các giao diện mở khác, Iub mở cho phép sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này

2.3 Các kiểu kênh của mạng WCDMA

2.3.1 Các kiểu kênh vật lý

Kênh vật lý chia thành 2 loại bao gồm là : Kênh vật lý đường lên và Kênh vật lý đường xuống

- Kênh vật lý đường lên chia thành các loại như sau:

o Kênh vật lý riêng đường lên: bao gồm kênh vật lý số liệu riêng DPDCH và kênh vật lý điều khiển riêng DPCCH

o Kênh vật lý chung đường lên : bao gồm kênh vật lý RACH và kênh vật lý gói chung PCPCH

- Kênh vật lý đường xuống chia thành các loại như sau:

o Kênh vật lý riêng đường xuống

o Kênh vật lý chung đường xuống: bao gồm kênh hoa tiêu chung CPICH, kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp P-CCPCH, kênh vật lý điều khiển chung thứ cấp S-CCPCH, kênh đồng bộ SCH, kênh vật lý chia sẻ đường xuống PDSCH, kênh chỉ thị bắt AICH, kênh chỉ thị tìm gọi PICH, kênh chỉ thị trạng thái CPCH, kênh phát hiện va chạm hoặc chỉ thị ấn định CD/CA-ICH

2.3.2 Các kiểu kênh truyền tải

Trên giao diện vô tuyến, để truyền tải số liệu được tạo ra ở các lớp cao, trước hết các số liệu được đặt lên các kênh truyền tải, sau đó các kênh truyền tải này lại được sắp xếp lên các kênh vật lý khác nhau Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch vụ trên cùng một kết nối

24

Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator) tại mọi thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận được

số liệu từ các mức cao hơn Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau vào chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TCFI (Transport Format Combination Indicator) TCFI được phát trên kênh điều khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào đang tích cực ở khung hiện thời Máy thu giải mã TFCI để nhận được các TFI Sau đó các TFI này được chuyển đến các lớp cao hơn cho các kênh truyền tải tích cực ở kết nối

Hình 2.2: Cách sắp xếp hai kênh truyền tải trên một kênh vật lý

Có hai kiểu kênh truyền tải đó là kênh truyền tải chung và kênh truyền tải riêng:

- Kênh truyền tải chung:

Đối với kênh truyền tải chung tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm người sử dụng trong ô Khi kênh truyền tải chung được sử dụng để phát thông tin cho tất cả các người sử dụng, thì thông tin này không cần có địa chỉ (ví dụ như kênh quảng bá BCH phát thông tin hệ thống cho tất cả các người sử dụng trong một

ô nên không cần đánh địa chỉ) Còn khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng đặc thù, thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (ví dụ:

25

kênh tìm gọi PCH được sử dụng để tìm gọi một UE đặc thù sẽ chứa thông tin nhận dạng người sử dụng bên trong bản tin phát)

Mạng WCDMA định nghĩa một số kiểu kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt động cơ bản của mạng sau :

o Kênh quảng bá BCH: được sử dụng để phát ở đường xuống các thông tin đặc thù của mạng truy nhập UTRAN hoặc của ô

o Kênh truy nhập đường xuống FACH: được sử dụng để mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước

o Kênh tìm gọi PCH: được sử dụng để mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi

o Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH: được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE như yêu cầu thiết lập một kết nối

o Kênh gói chung đường lên CPCH: là một mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói ở đường lên

o Kênh chia sẻ đường xuống DSCH: sử dụng để mang thông tin của người

sử dụng và thông tin điều khiển, nhiều người sử dụng có thể dùng chung kênh này

- Kênh truyền tải riêng:

Kênh truyền tải riêng DCH mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý và dành riêng cho mặt người sử dụng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điều khiển lớp cao Lớp vật lý không thể nhận biết nội dung thông tin được mang ở kênh DCH, vì thế thông tin điều khiển lớp cao và số liệu của người sử dụng được xử lý như nhau Các thông số lớp vật lý do UTRAN thiết lập có thể thay đổi giữa

số liệu và điều khiển

Kênh truyền tải riêng mang cả số liệu dịch vụ (chẳng hạn các khung tiếng) và thông tin điều khiển lớp cao hơn: các lệnh chuyển giao và các báo cáo đo đạc từ

26

UE Nhờ việc hỗ trợ tốc độ bit thay đổi và ghép kênh nên ở WCDMA không cần kênh truyền tải tách riêng cho các loại kênh này

Các kiểu kênh truyền tải và sắp xếp chúng lên các kênh vật lý được thể hiện như trên hình 2.3

Hình 2.3: Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

2.3.3 Các kiểu kênh logic

Các kênh logic được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển để truyền thông tin của mặt điều khiển và các kênh lưu lượng để truyền thông tin của người

sử dụng Các kênh điều khiển bao gồm:

- Kênh quảng bá điều khiển BCCH: Kênh đường xuống để phát quảng bá thông tin hệ thống

- Kênh điều khiển tìm gọi PCCH: Kênh đường xuống để phát thông tin tìm gọi

- Kênh điều khiển riêng DCCH: Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng

27

- Kênh điều khiển chung CCCH: Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE Kênh logic này luôn luôn được sắp xếp lên các kênh truyền tải RACH/FACH

Các kênh lưu lượng bao gồm :

- Kênh lưu lượng riêng DTCH: Kênh điểm đến điểm riêng cho một UE để truyền thông tin của người sử dụng DTCH có thể tồn tại ở cả đường lên lẫn đường xuống

- Kênh lưu lượng chung CTCH: 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 Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải Sự sắp xếp kênh logic lên kênh truyền tải được thể hiện như trên hình 2.4

Hình 2.4: Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải

Giữa các kênh logic và các kênh truyền tải tồn tại các kết nối sau đây:

- PCCH kết nối đến PCH

- BCCH được kết nối đến BCH và cũng có thể được kết nối đến FACH

- DCCH và DTCH có thể được kết nối đến hoặc RACH và FACH, CPCH và FACCH, RACH và DSCH , DCH và DSCH hoặc DCH và DCH

- CCCH được kết nối đến RACH và FACH

- CTCH được kết nối đến FACH

28

2.4 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN

mà các bộ điều khiển trạm gốc BSC tương ứng của GSM không được kết nối trực tiếp với nhau Các RNC và các nút B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

Khi thiết kế cấu trúc UTRAN, các chức năng và các giao thức của nó phải đảm bảo các đặc tính chính của nó, đó là :

- Hỗ trợ truy nhập mạng vô tuyến và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối với mạng qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

29

- 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

2.4.1.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC

RNC là phần tử chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao tiếp với mạng lõi 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 RNC điều khiển nút B (kết cuối giao diện Iub về phía nút B) được biểu thị như là RNC điều khiển (CRNC: Controling RNC) của nút B RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của mình

Khi một kết nối MS - UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC (hình 2.6) Các RNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt :

- RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC đối với một MS là RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu của người sử dụng và cả báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ/ tới mạng lõi (kết cuối này được gọi là kết nối RANAP) SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến: Giao thức báo hiệu giữa UE với UTRAN xử lý số liệu L2 tới/từ giao diện vô tuyến Các thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mang truy nhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến SRNC cũng (nhưng không luôn luôn) là CRNC của một nút B nào đó được MS sử dụng để kết nối với UTRAN

- RNC trôi (DRNC: Drif RNC): DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được MS sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp

30

và phân chia ở phân tập vĩ mô (chuyển giao) DRNC không thực hiện xử lý L2 đối với số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

Hình 2.6: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE

Chú ý rằng một RNC vật lý chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNC và DRNC Trên hình vẽ cho thấy một UE đang ở chuyển giao mềm giữa các RNC (việc kết hợp được thực hiện ở SRNC) và một UE chỉ sử dụng tài nguyên vô tuyến

từ một nút B được điều khiển bởi DRNC nay đã trở thành SRNC

2.4.2 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN

Cấu trúc giao thức của các giao diện mặt đất của UTRAN được thiết kế theo cùng mô hình giao thức tổng quát Cấu trúc này được xây dựng trên nguyên tắc là

31

các lớp và các mặt cao độc lập logic với nhau và khi cần có thể thay đổi một phần cấu trúc của giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần khác

Hình 2.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN

Trong đó, ALCAP (Access Link Control Protocol) là giao thức điều khiển kết nối truy nhập

2.4.2.1 Các lớp ngang

Cấu trúc giao thức gồm hai lớp chính: lớp mạng vô tuyến và lớp truyền tải Mọi vấn đề liên quan đến UTRAN chỉ có thể nhìn thấy ở lớp mạng vô tuyến Lớp mạng vô tuyến trình bày thông tin ứng dụng cần truyền, số liệu của người sử dụng hoặc thông tin điều khiển Lớp mạng truyền tải trình bày công nghệ truyền tải sử dụng các giao diện Ở đây, lớp mạng truyền tải được thực hiện trên cơ sở công nghệ truyền tải ATM Trong trường hợp lớp mạng truyền tải khác được sử dụng, lớp mạng truyền tải phải khác, tuy nhiên lớp mạng vô tuyến không thay đổi

32

2.4.2.2 Các mặt đứng

2.4.2.2.1 Mặt điều khiển

Mặt điều khiển được sử dụng cho mọi báo hiệu đặc thù UMTS Nó bao gồm giao thức ứng dụng (Application Protocol), chẳng hạn RANAP (Radio Access Application Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập) ở Iu, RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến) ở Iur và NBAP (Node B Appilcation Part: Phần ứng dụng nút B) ở Iub và vật mang báo hiệu

để truyền tải các bản tin của giao thức ứng dụng Mặt báo hiệu chịu trách nhiệm thiết lập các vật mang để truyền tải số liệu của người sử dụng, nhưng bản thân số liệu của người sử dụng không được mang ở mặt điều khiển Các vật mang số liệu của người sử dụng do giao thức ứng dụng thiết lập là các vật mang chung và độc lập với công nghệ truyền tải đang được sử dụng Nếu lớp ứng dụng sử dụng các vật mang của một công nghệ truyền tải đặc thù, thì ta không thể tách riêng lớp mạng vô tuyến ra khỏi lớp truyền tải Các vật mang báo hiệu để mang các ứng dụng báo hiệu

do các thao tác vận hành và bảo dưỡng thiết lập Vật mang báo hiệu đối với giao thức ứng dụng có thể hoặc không thể cùng kiểu như vật mang báo hiệu cho ALCAP

2.4.2.2.2 Mặt người sử dụng

Mặt người sử dụng là mặt truyền mọi thông tin được người sử dụng phát và thu như : tiếng được mã hoá ở cuộc gọi hay gói ở các kết nối Internet Mặt người sử dụng gồm các luồng số liệu và các vật mang số liệu cho các luồng này Mỗi luồng

số liệu được đặc trưng bởi một hay nhiều giao thức khung được định nghĩa cho giao diện này

2.4.2.2.3 Mặt điều khiển mạng truyền tải

Mặt điều khiển truyền tải chứa chức năng mặt đặc thù cho công nghệ truyền tải đang được sử dụng và lớp mạng vô tuyến không thể nhìn thấy nó Nếu người sử dụng sử dụng các vật mang được lập cấu hình trước theo tiêu chuẩn, thì không cần thiết có mặt điều khiển mạng truyền tải Mặt điều khiển mạng truyền tải được sử

33

dụng cho tất cả các báo hiệu trong lớp truyền tải Nó không chứa bất kì thông tin nào của lớp mạng vô tuyến Nó gồm giao thức ALCAP để thiết lập các vật mang truyền tải (các vật mang số liệu) cho mặt người sử dụng Nó cũng chứa vật mang báo hiệu cần cho ALCAP Việc sử dụng ALCAP phụ thuộc vào công nghệ truyền tải mặt người sử dụng

Mặt điều khiển mạng truyền tải là một mặt hoạt động giữa mặt điều khiển và mặt người sử dụng Việc đưa ra mặt điều khiển mạng truyền tải làm cho giao thức ứng dụng trong mặt điều khiển mạng vô tuyến hoàn toàn độc lập với công nghệ được chọn lựa cho vật mang số liệu ở mặt người sử dụng

Tính độc lập của mặt điều khiển và mặt người sử dụng dựa trên giả thiết rằng xảy ra một giao dịch ALCAP Cần lưu ý rằng có thể không sử dụng ALCAP cho tất

cả các kiểu vật mang số liệu Nếu không có giao dịch ALCAP thì hoàn toàn không cần thiết mặt điều khiển mạng truyền tải Đây là trường hợp xảy ra khi các vật mang

số liệu được lập lại cấu hình Cũng cần lưu ý rằng giao thức ALCAP ở mặt điều khiển mạng truyền tải không được sử dụng để thiết lập vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng hay ALCAP khi đang khai thác thời gian thực

Vật mang báo hiệu cho ALCAP có thể cùng kiểu hoặc không cùng kiểu như vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng Các quy định UMTS cho rằng vật mang báo hiệu cho ALCAP luôn được thiết lập bởi khai thác và bảo dưỡng và không quy định chi tiết điều này

2.4.2.2.4 Mặt người sử dụng mạng truyền tải

Các vật mang số liệu ở mặt người sử dụng và các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng đều thuộc mặt người sử dụng truyền tải Như đã nói ở trên các vật mang số liệu ở mặt người sử dụng được điều khiển trực tiếp bởi mặt điều khiển mạng truyền tải khi khai thác thời gian thực, tuy nhiên các hành động điều khiển để thiết lập các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng được coi là các hành động khai thác và bảo dưỡng

34

2.5 Các giao diện trong UTRAN

2.5.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP

Ngăn xếp giao thức RNC với RNC (Iur) được thể hiện như trên hình 2.8

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur

Trong đó :

DCH= Dedicate Channel : Kênh riêng

CCH= Common Channel : Kênh chung

FP= Frame Protocol : Giao thức khung

Cũng như đối với giao diện Iu, hai lựa chọn có thể có đối với truyền tải báo hiệu RSNAP đó là: ngăn xếp SS7 (SCCP và MTP3b) và truyền tải mới dựa trên SCTP/IP Hai giao thức mặt người sử dụng được định nghĩa DCH và CCH

Mặc dù lúc đầu giao thức này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng được bổ xung và đến nay giao diện Iur đảm bảo bốn chức năng sau:

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

35

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu

Chính vì lý do này mà các giao thức báo hiệu Iur (RNSAP= Radio Network Subsystem Application Part: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến) được chia thành bốn modul (như là các nhóm thủ tục) Nói chung, có thể thực hiện chỉ một phần hoặc tất cả bốn chức năng Iur giữa hai bộ điều khiển mạng vô tuyến tuỳ theo yêu cầu của nhà khai thác

2.5.1.1 Giao thức Iur1: Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

Chức năng này đòi hỏi modul báo hiệu cơ sở của RNSAP Đây là viên gạch đầu tiên cho việc xây dựng các giao diện Iur và tự mình đảm bảo chức năng cần thiết cho tính di động giữa hai RNC, nhưng không hỗ trợ cho việc trao đổi bất kỳ lưu lượng nào của người sử dụng Nếu modul này không được thực hiện thì giao diện Iur nói trên sẽ không tồn tại và cách duy nhất để người sử dụng kết nối với UTRAN qua RNS1 có thể sử dụng một ô ở RNS2 là phải tự mình tạm thời cắt kết nối ra khỏi UTRAN

Các chức năng được modul cơ sở Iur cung cấp gồm :

- Hỗ trợ việc ấn định lại RNC

- Hỗ trợ cập nhật vùng đăng ký UTRAN và ô giữa các RNC

- Hỗ trợ tìm gọi giữa các RNC

- Báo cáo các lỗi giao thức

Vì các chức năng này không bao hàm việc truyền lưu lượng số liệu qua Iur nên không cần mặt người sử dụng và mặt điều khiển mạng truyền tải

2.5.1.2 Giao thức Iur 2: Hỗ trợ lưu lượng kênh riêng

Chức năng này đòi hỏi modul kênh riêng của báo hiệu RNSAP và cho phép truyền lưu lượng kênh riêng giữa hai RNC Thậm chí nhu cầu đầu tiên đối với chức

36

năng này là hỗ trợ trạng thái chuyển giao mềm, nó cũng cho phép neo giữ SRNC cho toàn bộ thời gian sử dụng các kênh riêng (các tài nguyên riêng ở nút B), thông thường cho đến khi người sử dụng có một kết nối tích cực đến vùng chuyển mạch kênh

Chức năng này cũng đòi hỏi giao thức khung của mặt người sử dụng cho kênh riêng cùng với giao thức mặt điều khiển mạng truyền tải Q.2630.1 được sử dụng cho các kết nối truyền tải (các kết nối AAL2) Mỗi kênh riêng được truyền trên một kết nối truyền tải, trừ kênh DCH được điều phối sử dụng để nhận được chống lỗi không cân bằng ở giao diện vô tuyến

Giao thức khung cho các kênh riêng viết tắt là DCH FP định nghĩa cấu trúc các khung số liệu mang thông tin của người sử dụng và các khung điều khiển được

sử dụng để trao đổi thông tin đo và điều khiển Vì lý do này giao thức khung quy định cả các bản tin và các thủ tục đơn giản Các khung số liệu của người sử dụng thông thường được định tuyến trong suốt qua DRNC, như vậygiao thức khung Iur được sử dụng cho cả ở Iub và được gọi là Iur/Iub DCH FP

Các chức năng được modul Iur DCH cung cấp là :

- Thiết lập, thay đổi và giải phóng kênh riêng ở DRNC do chuyển giao cứng

và chuyển giao mềm ở trạng thái kênh riêng

- Thiết lập và giải phóng các kết nối truyền tải qua giao diện Iur

- Truyền các khối truyền tải giữa SRNC và DRNC

- Quản lý các đoạn nối vô tuyến ở DRNC thông qua các thủ tục báo cáo đo và thiết lập công suất

2.5.1.3 Giao thức Iur3: Hỗ trợ lưu lượng kênh chung

Chức năng này cho phép xử lý các luồng số liệu kênh dùng chung Nó đòi hỏi modul kênh truyền tải chung của giao thức RNSAP và giao thức khung kênh truyền tải chung CCH FP Giao thức báo hiệu Q.2630.1 của mặt điều khiển mạng truyền tải cũng cần thiết nếu các kết nối AAL2 được sử dụng

37

Nếu chức năng này không được thực hiện thì mọi cập nhật ô giữa các RNC luôn luôn khởi động quá trình ấn định lại SRNC, nghĩa là RNC phục vụ luôn luôn là RNC điều khiển ô được sử dụng cho truyền tải kênh chung hoặc kênh chia sẻ Một mặt chức năng này cho phép tránh được thủ tục ấn định lại SRNC phức tạp (qua mạng lõi CN) mặt khác chức năng này đòi hỏi phân chia MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường) thành hai phần tử mạng dẫn đến sự kém hiệu quả khi sử dụng các tài nguyên và phức tạp ở giao diện Iur Vì thế, tính năng này vẫn được hỗ trợ ở tiêu chuẩn nhưng không quan trọng cho hoạt động của hệ thống Các chức năng được modul kênh truyền tải chung Iur cung cấp là :

- Thiết lập và giải phóng kết nối truyền tải qua Iur cho các luồng số liệu kênh chung

- Phân chia lớp MAC giữa SRNC (MAC-d, d ký hiệu cho dedicate: riêng) và DRNC (MAC-c và MAC-sh, c kí hiệu cho common: chung, sh kí hiệu cho share: chia sẻ) Thời biểu để truyền số liệu đường xuống thực hiện ở DRNC

- Điều khiển dòng số liệu giữa MAC-d và MAC-c/MAC-sh

2.5.1.4 Iur4: Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu

Chức năng này đảm bảo báo hiệu để hỗ trợ tài nguyên tăng cường và các tính năng khai thác bảo dưỡng (O&M) qua giao diện Iur Nó được thực hiện bằng modul toàn cầu của giao thức RNSAP và không đòi hỏi giao thức mặt người sử dụng và không có truyền dẫn số liệu của người sử dụng qua giao diện Iur Đây là một chức năng tuỳ chọn

Các chức năng do modul tài nguyên toàn cầu cung cấp là:

- Truyền tải các kết quả đo ở ô giữa hai RNC

- Truyền thông tin định thời nút B giữa hai RNC

38

2.5.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP

Ngăn xếp giao thức của giao diện RNC-nút B (giao diện Iub) được thể hiện như trên hình 2.9

Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub

Giao thức này giống như Iur, điểm khác nhau cơ bản là ở các mặt mạng vô tuyến và mặt điều khiển mạng truyền tải ngăn xếp SS7 được thay bằng SAAL-UNI (Signalling ATM Adaptation Layer –UNI: Lớp thích ứng ATM báo hiệu –giao diện người sử dụng mạng) đơn giản hơn để làm vật mang báo hiệu

Để hiểu được cấu trúc của giao diện này mô hình lôgic của nút B được trình bày như ở hình vẽ dưới đây:

39

Hình 2.10: Kênh logic của nút B cho FDD

Mô hình này bao gồm một cổng điều khiển chung (đoạn nối báo hiệu chung)

và một tập các điểm kết cuối lưu lượng , mỗi điểm được điều khiển bởi một cổng riêng (các đoạn nối báo hiệu riêng) Mỗi điểm kết cuối lưu lượng điều khiển một số

MS có tài nguyên riêng ở nút B và lưu lượng tương ứng được truyền qua các cổng

số liệu riêng Các cổng số liệu chung bên ngoài các điểm kết cuối được sử dụng để truyền lưu lượng RACH, FACH và PCH

Lưu ý rằng không tồn tại tương quan giữa điểm kết cuối lưu lượng và các ô nghĩa là một điểm kết cuối lưu lượng có thể điều khiển nhiều ô và một ô có thể bị điều khiển bởi nhiều điểm kết cuối lưu lượng

Báo hiệu giao diện Iub (NBAP=Node B Appliaction Part: Phần ứng dụng nút B) được chia thành hai phần tử chính: NBAP chung (C-NBAP) sử dụng cho các đoạn nối báo hiệu chung và NBAP riêng (D-NBAP) sử dụng cho các đoạn nối báo hiệu riêng

Các giao thức khung Iub mặt phẳng người sử dụng định nghĩa các cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển cơ sở trong băng cho từng kiểu kênh truyền tải (cho từng kiểu cổng số liệu của mô hình) Báo hiệu Q.2630.1 được sử dụng để quản lý động các kết nối AAL2 sử dụng trong mặt người sử dụng