Các giải pháp nâng cao dung lượng trong hệ thống thông tin di động 3g

Cobination Indicator FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feeback Information Thông tin hồi tiếp FDD Frequence Division Duplex Ghép song công theo tần số F-DPCH Fra

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

NGUYỄN HỮU DƯƠNG

-CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS ĐINH THẾ CƯỜNG

Hà Nội – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi : Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sỹ -Viện Đào tạo sau Đại học-

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Tôi tên là : Nguyễn Hữu Dương

Lớp : ĐT01-CHBK0810

Tên đề tài luận văn:

“CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 11

MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 15

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG:.15 1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 (1G): 15

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G): 16

1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA: 16

1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA: 17

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G): 17

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (4G): 19

1.2 CÁC PHIÊN BẢN PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG DI ĐỘNG THỨ 3 W-CDMA UMTS: 20

1.2.1 Kiến trúc 3GPP R99: 21

1.2.2 Kiến trúc 3GPP R4: 22

1.2.3 Kiến trúc của 3GPP R5 và R6: 24

1.2.4 Kiến trúc của 3GPP R7: 26

1.2.5 Kiến trúc của 3GPP R8: 28

1.2.6 Kiến trúc của 3GPP R9&R10: 29

1.3 TỔNG KẾT: 30

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA WCDMA 31

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ W-CDMA: 31

2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG W-CDMA: 33

2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN): 33

2.2.2 Mạng lõi (Core Network - CN): 35

2.2.3 Thiết bị người dùng UE: 36

2.3 CÁC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG W-CDMA: 36

2.3.1 Giao diện IU giữa UTRAN – CN: 38

2.3.2 Giao diện IUr giữa RNC – RNC: 39

2.3.3 Giao diện IUb giữa RNC – Node B: 40

2.4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA: 40

2.4.1 Mã hóa kênh: 40

2.4.1.1 Mã vòng: 40

2.4.1.2 Mã xoắn: 41

2.4.1.3 Mã Turbo: 41

2.4.2 Trải phổ trong W-CDMA: 41

2.4.3 Truy nhập gói trong W-CDMA: 45

2.4.3.1 Lưu lượng số liệu gói: 45

2.4.4.2 Các phương pháp lập biểu gói: 46

2.5 CÁC KÊNH CỦA W-CDMA: 48

2.5.1 Các kênh logic (LoCH): 48

2.5.2 Các kênh truyền tải (TrCH): 50

2.5.3 Các kênh vật lý (PhCH): 52

2.5.4 Quá trình truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói CPCH: 57

2.5.5 Cấu trúc kênh vật lý riêng DPCH: 59

2.6 AMR CODEC CHO W-CDMA: 60

2.7 TỔNG KẾT: 60

CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP NÂNG CAO DUNG LƯỢNG HSPA 62

3.1 TỔNG QUAN VỀ HSPA: 62

3.2 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA): 66

3.2.1 Cấu trúc HSDPA: 67

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của HSDPA: 69

3.2.2.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ: 71

3.2.2.2 Lập biểu phụ thuộc kênh: 72

3.2.2.3 Điều chế và mã hóa thích ứng (AMC): 74

3.2.2.4 Yêu cầu lặp tự động lại (H-ARQ): 76

3.2.2.5 Lập lịch nhanh tại Node B: 78

3.2.3.1 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH: 84

3.2.3.2 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH: 90

3.2.3.3 Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ cao HS-DPCCH: 91

3.2.3.4 Định thời liên quan giữa HS-PDSCH và những kênh kết hợp: 92

3.2.4 Chuyển giao cứng trong HSPDA: 93

3.2.4.1 Xác định ô tốt nhất và chuyển giao: 93

3.2.4.2 Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (đoạn ô) trong cùng một RNC: 94 3.2.4.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau: 94

3.2.4.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH: 95

3.2.5 HSDPA MIMO: 96

3.3 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA): 98

3.3.1 Lập biểu: 100

3.3.2 HARQ với kết hợp mềm: 102

3.3.3 Kiến trúc kênh trong HSUPA: 103

3.3.4 Các loại đầu cuối HSUPA: 107

3.4 TỔNG KẾT: 108

KẾT LUẬN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMR Adaptive Multirate Code Mã hóa đa tốc độ thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

AP-AICH

Access Preamble Acquisition

Indicator Channel

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BICC Bearer Independent Call Control Điều khiển cuộc gọi độc lập vật mangBMC Broadcast/Multicast Control Điều khiển quảng bá/đa phương

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CD/CA-

ICH:

CPCH Collision Detection/

Channel Assignment Indicator

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn định kênh

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra vòng dư

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

CSCF

Connection State Control Function

Chức năng điều khiển trạng thái kết nối

CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Physycal Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuống

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng riêng

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng cường E-DCH Enhanced Dedicated Channel Kênh riêng tăng cường

EDGE Enhanced Data rates for GPRS

Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng cường E-TFCI Enhanced Transport Format Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

Cobination Indicator

FACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuống FBI Feeback Information Thông tin hồi tiếp

FDD Frequence Division Duplex Ghép song công theo tần số

F-DPCH Fractional DPCH DPCH một phần (phân đoạn) FHSS Frequency Hopping Spreading

Spectrum

Chuỗi trải phổ nhảy tần

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GSM Global System For Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động tòan cấu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet

Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HS-PDSCH

High-Speed Physical Dedicated

Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao

HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao nhà

HS-SCCH

High-Speed Shared Control

Channel

Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ cao IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT- International Mobile Thông tin di động quốc tế 2000

2000 Telecommunications 2000

E Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

di động

PAPR

Peak to Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình

P-CCPCH

Primary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ số liệu gói

PDSCH Physical Downlink Shared

Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông góc

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến S-

CCPCH

Secondary Common Control

Physical Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

SCH Synchronization channel Kênh đồng bộ

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời

gian TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gianTFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tải

TFCI Transport Format Combination

Indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TrCH Transport Channel Kênh truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khoảng thời gian phát

UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di động siêu rộng

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thuê bao và thị phần các công nghệ di động trên toàn cầu 15

Bảng 1.2: Các thông số của 3GPP R7 26

Bảng 1.3: Các thông số của 3GPP R8 28

Bảng 2.1: Danh sách các kênh logic 49

Bảng 2.2: Danh sách các kênh truyền tải 50

Bảng 2.3: Danh sách các kênh vật lý 52

Bảng 3.1: Các thông số tốc độ đỉnh R6 HSPA 62

Bảng 3.2: Tốc độ dữ liệu đỉnh với các phương thức điều chế khác nhau 71

Bảng 3.3: Bảng MCS và tốc độ khả dụng với mỗi mã 75

Bảng 3.4: Bảng so sánh những thuộc tính cơ bản của DCH và HS-DSCH 85

Bảng 3.5: Bảng sắp xếp các bit 16QAM 89

Bảng 3.6: Các loại đầu cuối HSDPA khác nhau 98

Bảng 3.7: Các loại đầu cuối R6 HSUPA 107

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của hệ thống di động từ 2G lên 3G 18

Hình 1.2: Viễn cảnh thông tin di động 4G 20

Hình 1.3: Triển khai UMTS 21

Hình 1.4: Kiến trúc mạng 3GPP R4 22

Hình 1.5: Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6 24

Hình 1.6: Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 26

Hình 1.7: Sự khác biệt giữa R99 và 3GPP R7 27

Hình 1.8: Sự khác biệt của 3GPP R8 so với các phiên bản trước 28

Hình 1.9: Thông số của 3GPP R9 29

Hình 1.10: Thông số của 3GPP R10 29

Hình 1.11: Lộ trình phát triển của W-CDMA 30

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống UMTS 34

Hình 2.2: Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD 37

Hình 2.3: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS 42

Hình 2.4: Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu .44

Hình 2.6: Chuyển đổi giữa LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống 51

Hình 2.7: Tổng kết các kiểu kênh vật lý 52

Hình 2.8: Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý 56

Hình 2.9: Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 56

Hình 2.10: Các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên RACH và truy nhập gói 57

Hình 2.11: Báo hiệu thiết lập cuộc gọi 58

Hình 2.12: Cấu trúc kênh vật lý riêng cho đường lên và đường xuống 59

Hình 3.1: Triển khai HSPA với sóng mang riêng (f2) hoặc chung 63

sóng mang với WCDMA (f1) 63

Hình 3.2: Tốc độ số liệu khác nhau trên các giao diện ở HSDPA 64

Hình 3.3: Giao diện vô tuyến HSDPA và HSUPA cho người sử dụng 65

Hình 3.4: Chức năng mới trong các phần tử 65

WCDMA khi đưa vào HSPA 65

Hình 3.5: Cấu trúc HSDPA 67

Hình 3.6: Cấu trúc giao thức HSDPA 68

Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động cơ bản của HSDPA 69

Hình 3.8: Cấu trúc thời gian-mã của HS-DSCH 72

Hình 3.9: Lập biểu phụ thuộc kênh cho HSDPA 73

Hình 3.10: Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B 74

Hình 3.11: Nguyên lý xử lý phát lại của nút B 77

Hình 3.12: HARQ kết hợp phần dư tăng sử dụng mã turbo 78

Hình 3.13: Nguyên lý lập lịch trong HSDPA 79

Hình 3.14: Cấu trúc kênh HSDPA kết hợp WCDMA 81

Hình 3.15: Cấu trúc kênh đường xuống và đường lên của HSDPA 83

Hình 3.16: Cấu trúc khung HS-PDSCH 87

Hình 3.17: Chuỗi mã hóa kênh HS-DSCH 88

Hình 3.18: Cấu trúc khung của kênh HS-SCCH 90

Hình 3.19: Cấu trúc khung HS-PDCCH 91

Hình 3.20: Định thời liên quan giữa HS-PDSCH và những kênh kết hợp 92

Hình 3.21: Sự kiện đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất 93

Hình 3.22: Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô thuộc cùng một nút B 94

Hình 3.23: Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô thuộc hai RNC khác nhau 95

Hình 3.24: Chuyển giao HS-DSCH từ nút B có HS-DSCH sang một nút B chỉ có DCH 95

Hình 3.25: Sơ đồ MIMO 2x2 97

Hình 3.26: Nguyên lý lập biểu HSUPA của nút B 100

Hình 3.27: Chương trình khung lập biểu của HSUPA 101

Hình 3.28: Kiến trúc mạng được lập cấu hình E-DCH (và HS-DSCH) 104

Hình 3.29: Các kênh cần thiết cho một UE có khả năng HSUPA 105

Hình 3.30: Cấu trúc kênh tổng thể với HSDPA và HSUPA 105

MỞ ĐẦU

Trong thế kỷ 21, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ của công nghệ viễn thông thông tin vô tuyến trong đó thông tin di động đóng vai trò rất quan trọng Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng dịch vụ đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu đa phương tiện công nghệ băng rộng đã ra đời Với khả năng tích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ băng rộng đã dần chiếm lĩnh thị trường viễn thông Có nhiều chuẩn thông tin di động thế hệ ba được đề xuất, trong đó chuẩn WCDMA đã được ITU chấp nhận và hiện nay đang được triển khai ở một số khu vực Hệ thống UMTS là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136… UMTS sử dụng công nghệ CDMA đang là mục tiêu hướng tới của các hệ thống thông tin di động trên toàn thế giới, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến công nghệ truyền thông không dây trên toàn cầu

Ở Việt Nam, hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Viettel, VinaPhone, Mobile Phone và EVN cũng đang tiến hành triển khai phát triển công nghệ thông tin di dộng thứ ba trên nền tảng dịch vụ GSM

Nâng cao dung lượng hệ thống 3G luôn là bài toán cho các nhà cung cấp dịch vụ trong quá trình khai thác và triển khai

Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên tôi đã quyết định chọn đề tài: ”Các giải pháp nâng cao dung lượng trong hệ thống thông tin di động thế hệ ba”

Nâng cao dung lượng hệ thống có nhiều giải pháp như: Điều khiển công suất, phân tập không gian thời gian, tăng tốc độ truyền tải dữ liệu bằng áp dụng công nghệ HSPA , Do điều kiện giới hạn thời gian nên trong luận văn này chỉ đi nghiên cứu sâu về công nghệ truy nhập tốc độ cao HSPA Luận văn thực hiện nghiên cứu, phân tích, kỹ thuật tăng tốc độ dữ liệu truyền tải nhằm cải thiện chất lượng của hệ thống Luận văn gồm 3 chương với nội dung chính trong từng chương như sau :

Chương 1: “Tổng quan các hệ thống thông tin di động thế hệ ba” sẽ giới

thiệu tổng quan về các hệ thống di động thứ ba, quá trình phát triển các phiên bản của hệ thống WCDMA

Chương 2: “Công nghệ di động thế hệ thứ ba WCDMA” sẽ trình bày về vấn

đề cơ bản về công nghệ WCDMA, cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UMTS, từ đó đánh giá được ưu nhược điểm để có các giải pháp nâng cao dung lượng cho hệ thống

Chương 3: “Giải pháp nâng cao dung lượng hệ thống HSPA” sẽ trình bày về

các đặc điểm kỹ thuật cơ bản của công nghệ

Thời gian nghiên cứu đề tài có hạn và nguồn tài liệu chủ yếu là tài liệu tiếng Anh trên mạng nên luận văn còn nhiều sai sót trong quá trình dịch thuật Tôi rất mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp chân thành của hội đồng

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS Đinh Thế

Cường đã giúp tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Hà Nội, Ngày 15 tháng 10 năm 2010

Học viên thực hiện

Nguyễn Hữu Dương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG:

Thông tin di động là một lĩnh vực rất quan trọng trong đời sống xã hội Xã hội càng phát triển, nhu cầu về thông tin di động của con người càng tăng lên và thông tin di động càng khẳng định được sự cần và tính tiện dụng của nó Hệ thống thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 4,3 tỷ tính đến cuối năm 2009

Đặc điểm:

- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông

tuyến

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau 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 dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS)

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống di động thế

hệ 2 ưa điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ 2 (2G):

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế

hệ 2 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 2 sử dụng điều chế số Và chúng 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)

1.1.2.1 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 dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen 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 liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc

Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

- Giảm số máy thu phát ở BTS

- Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA:

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến và tiến hành các cuộc gọi, không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

Đặc điểm: - Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

- Kỹ thuật trải phổ phức tạp, cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu quả hơn FDMA, TDMA

- Các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết

bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, thay đổi tần số không còn vấn đề, chuyển giao mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt

1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G):

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ

- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của

các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM,

1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo (4G):

Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày càng trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết Sự phát triển của Internet có một tầm ý nghĩa quan trọng về khả năng của 4G, khi các nhà vận hành khai thác mạng tiến tới một môi trường toàn IP

Các hệ thống 4G hiện nay vẫn chủ yếu đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm 4G thường được biết đến như là hệ thống IMT tiên tiến (International Mobile Telecommunications Advanced) được định nghĩa bởi ITU-R Một hệ thống IMT tiên tiến phải đạt tốc độ dữ liệu đỉnh tới 100 Mbps cho các đầu cuối di chuyển nhanh và đạt 1000 Mbps cho đầu cuối cố định hay di chuyển chậm theo như định nghĩa của ITU-R Băng thông cung cấp dịch vụ có thể mở rộng tới là 40 MHz Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần

số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu

Một số công nghệ 4G hiện đang được nghiên cứu:

- LTE: Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa (chủ yếu là để cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quyết định phát triển E-UTRA và E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) còn được gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển sẽ tiến hành trong 10 năm và sau đó như là sự phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) của công nghệ truy nhập

vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn này tốc độ số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE, IMT-Adv (IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là

thời kỳ phát triển của 4G với tốc độ từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz Hình 1.2 cho thấy viễn cảnh của thông tin di động 4G về khả năng đáp ứng tốc độ chuyển động và và tốc độ truyền số liệu

- WiMAX: Chuẩn truy nhập băng rộng không dây (MWBA) hay WiMAX di động ( IEEE 802.16e) hỗ trợ tốc độ đỉnh đường xuống là 128 Mbps và 56 Mbps đường lên, độ rộng băng tần là 20 Mhz Chuẩn IEEE 802.16m hiện đang trong giai đoạn phát triển bởi IEEE với mục tiêu đạt tới các tiêu chuẩn của IMT tiên tiến (4G)

là 1000 Mbps cho đầu cuối cố định và 100 Mbps cho trạm di động

- UMB (Ultra Mobile Broadband): là dự án 4G được phát triển theo nhánh

chuẩn hóa 3GPP2 phát triển lên từ CDMA2000 Mục tiêu của dự án là đạt tốc độ đỉnh 275 Mbps đường xuống và 75 Mbps đường lên

Hình 1.2: Viễn cảnh thông tin di động 4G

1.2 CÁC PHIÊN BẢN PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG DI ĐỘNG THỨ 3 CDMA UMTS:

W-WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến của UMTS trên một cặp băng tần WCDMA hoạt động theo phương thức FDD và dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp (DS) sử dụng tốc độ bit 3.84 Mcps trong băng tần 5MHz WCDMA hỗ trợ cho cả dịch vụ chuyển mạch kênh, dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các

dịch vụ hỗn hợp với phương thức gói hiệu quả Với nhà khai thác GPRS hoặc EDGE khi triển khai WCDMA cần thực hiện (theo R99):

Thực hiện

Mới Giao diện vô tuyến WCDMA (UE Node B)

Giao diệnmạng truy nhập vô tuyến RAN (Iub (Node B-RNC) và Iur(RNC-RNC))

Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC) Điều chỉnh MSC và SGSN cho giao diện Iu

Nâng cấp mạg lõi Dùng lại Mạng lõi chuyển mạch kênh (HLR-AuC)

Mạng lõi chuyển mạch gói (GGSN)

H L R /A u C /E IR V

A S

W

A P

M

E

X E

U

S

A T

Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh Mạng truy nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã có phần bổ sung cho 3G Phần mạng lõi với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS trước đây được sử dụng lại hoàn toàn

Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu cầu chuyển mạch kênh (thoại, hình) và dịch vụ dữ liệu gói

1.2.2 Kiến trúc 3GPP R4:

Phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên Trung tâm chuyển mạch di động MSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển chuyển mạch (MSC server) và cổng đa phương tiện (MGW: Media Gateway) Một bộ điều khiển

có thể quản lý được rất nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện

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

Hình 1.4: Kiến trúc mạng 3GPP 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 1.4 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

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

1.2.3 Kiến trúc của 3GPP R5 và R6:

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện

IP (hình 1.5) Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng Có thể coi kiến trúc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu

Hình 1.5: Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6

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 1.5 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 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

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

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

Hình 1.6: Chuyển đổi dần từ R4 sang R5

1.2.4 Kiến trúc của 3GPP R7:

Bảng 1.2: Các thông số của 3GPP R7

Sử dụng công nghệ MIMO là một trong tính năng mới được đưa vào R7 để tăng các tốc độ số liệu đỉnh thông qua hai luồng truyền dẫn Nhiều anten có thể được sử dụng để tăng độ lợi phân tập và vì thế tăng tỷ số sóng mang trên nhiễu tại máy thu Về bản chất, cải thiện thông lượng của người sử dụng đầu cuối ở một mức

độ nhất định sẽ dẫn đến tăng thông lượng

Một đặc điểm nổi bật của Rel.7 là khả năng tăng gấp đôi dung lượng thoại so với WCDMA (R99) Rel.7 cho phép hai lựa chọn thoại chuyển mạch kênh CS và thoại qua IP VOIP, kết hợp cả hai lựa chọn cho phép gấp đôi dung lượng thoại so vơi WCDMA R99 trong khi vẫn đảm bảo chất lượng thoại Người sử dụng đang thoại vẫn đồng thời dùng được các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao do thoại và dịch vụ dữ liệu được trộn vào cùng sóng mang HSPA

Hình 1.7: Sự khác biệt giữa R99 và 3GPP R7

Các phiên bản từ 3GPP R7 còn được gọi là HSPA +

Hình 1.8: Sự khác biệt của 3GPP R8 so với các phiên bản trước

Sử dụng đa sóng mang cũng đem lại cho người dùng những trải nghiệm mới

do tốc độ đáp ứng của mạng nhanh hơn để đạt tốc độ dữ liệu cao (tới 50%) Dùng

đa sóng mang cũng cho phép giảm thiểu chi phí đầu từ mạng lưới do việc nâng cấp trên Node B thực hiện thông qua nâng cấp software

1.2.6 Kiến trúc của 3GPP R9&R10:

Ở Rel.9 tập trung chủ yếu vào nỗ lực kết hợp các đa sóng mang từ các băng tần khác nhau, ví dụ kết hợp giữa các băng 2.1 GHz và 900 MHz Rel.9 cũng được thiết kế để hỗ trợ đa sóng mang ở cả đường lên Đặc điểm này về căn bản sẽ cải thiện dung lượng, tốc độ hệ thống, cho phép nhà mạng sử dụng hiệu quả đồng thời các băng tần được cấp phát Rel.9 cung cấp tốc độ đỉnh 84 Mbps đường xuống khia kết hợp 2*2 MIMO và đa sóng mang, tốc độ đỉnh đường lên là 23 Mbps khi dùng

Hình 1.11: Lộ trình phát triển của W-CDMA

1.3 TỔNG KẾT:

Cùng với sự phát triển của nhu cầu cuộc sống và các phát minh khoa học,

lĩnh vực thông tin viễn thông cũng đã phát triển với nhịp độ thay đổi phù hợp với

nó Lĩnh vực thông tin di động đã trải qua nhiều thời kỳ:

Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo

mã (CDMA) Và hiện nay là thế hệ thứ ba đang chuẩn bị đưa vào hoạt động

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 khẳng định được tính ưu việt của nó so với các thế hệ trước cũng như đáp ứng kịp thời các nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng về tốc độ bit thông tin và tính di động Tốc

độ sử dụng cho người dùng ngày càng tăng, lên đến 168Mbps ở phiên bản 3GPP R10 (đang thử nghiệm)

Thế hệ thứ tư có tốc độ trên 34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA WCDMA

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ W-CDMA:

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba xây dựng trên cơ sở tiêu chuẩn chung IMT- 2000 (Internaltional Mobile Telecommunications 2000–Viễn thông di động quốc tế 2000) Với các tiêu chí chung sau:

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2 GHz như sau:

+ Đường lên: 1885 – 2025 MHz

+ Đường xuống: 2110 – 2200 MHz

- Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại thông tin vô tuyến:

+ Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

+ Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông

- Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như: Công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

- Cung cấp hai mô hình truyền dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ

- Có khả năng chuyển vùng toàn cầu

- Có khả năng sử dụng giao thức Internet

- Hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn các hệ thống đã có

Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT- 2000 là:

- WCDMA được xây dựng trên cơ sở cộng tác của Châu Âu và Nhật Bản

- CDMA 2000 do Mỹ xây dựng

WCDMA (Wideband CDMA) là công nghệ thông tin di động thế hệ ba giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di

động thế hệ ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

WCDMA có các đặc điểm cơ bản sau:

- Là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã trải phổ trực tiếp, có tốc độ bit lên cao (lên đến 2 Mbps)

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc

độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập

- Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ có thể thay đổi từ khung này đến khung khác

- WCDMA hỗ trợ hoạt động không đồng bộ của các trạm gốc, do đó dễ dàng phát triển các trạm gốc vừa và nhỏ

- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh hoa tiêu, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ

- WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng

và dung lượng của mạng

- Lớp vật lý mềm dẻo tích hợp được thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của WCDMA là hệ thống không cho phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể có nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, WCDMA có thể cung cấp dễ dàng các dịch vụ mới

2.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN):

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN bao gồm hai hay nhiều hệ thống con mạng vô tuyến RNS, có nghĩa là RNS là một mạng con trong mạng truy nhập vô tuyến UTRAN Mỗi một RNS bao gồm các Nút B (Node B) và một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC, mỗi RNC có thể kết nối với một hay nhiều Node B Các node

B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub và các RNC được kết nối với nhau thông qua giao diện Iur Kiến trúc UTRAN được mô tả hình 2.1:

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống UMTS

Chức năng của các phần tử trong hệ thống con mạng vô tuyến:

- Nút B (NodeB): để chuyển đổi dòng dữ liệu giữa các giao diện Iub và Uu

Do đó, chức năng chủ yếu của Nút B là thực hiện xử lý lớp vật lý của giao diện

vô tuyến (mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ, điều khiển công suất )

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC): là phần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN RNC giao diện với mạng lõi và kết cuối giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa UE và UTRAN) RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi, chẳng hạn như quản lý tất cả các kết nối đến UE RNC điều khiển một nút B cho trước được xem như RNC điều khiển (CRNC) CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và ứ nghẽn cho các ô của mình

• RNC phục vụ (SRNC): là RNC kết cuối cả đoạn nối Iu để truyền tải số liệu người sử dụng lẫn báo hiệu điều khiển tương ứng cho số liệu người sử dụng đến và

2.2.2 Mạng lõi (Core Network - CN):

Mạng lõi (CN): gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC, GMSC) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN, GGSN) Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

di động cổng (GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN) Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với các mạng ngoài như ISDN, PSTN thì cần có thêm phần tử làm chức năng tương tác mạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói, mạng lõi còn có các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin di động như HLR, AUC và EIR Chức năng cụ thể của từng phần tử như sau:

- HLR: là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệ thống chủ nhà của người sử dụng để lưu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng bao gồm: thông tin về dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và thông tin về dịch vụ bổ xung như trạng thái và số lần chuyển hướng cuộc gọi

- MSC/VLR: 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 Chức năng của MSC

là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh còn chức năng của VLR là lưu giữ văn bản sao lưu về lý lịch của người sử dụng khách cũng như vị trí chính xác hơn của

- GGSN (Gateway SGSN): GGSN là điểm neo cho UE và có thể coi như là một Router mặc định Việc chọn GGSN dựa trên APN (Acces Point Name: tên điểm truy nhập) Khi UE yêu cầu thiết lập một PDP context, APN được đặt vào yêu cầu Trên cơ sở yêu cầu APN, SGSN hỏi DNS để xác định GGSN đích để chuyển yêu cầu Trả lời DNS xác định GGSN và PDP context được thiết lập với GGSN này GGSN trong W-CDMA UMTS giống với GGSN trong GPRS Khác với GGSN trong GPRS chỉ hỗ trợ một PDP context cho một người dùng, GGSN trong W-CDMA UMTS có thể hỗ trợ nhiều PDP context cho một người sử dụng, nó cũng

có khả năng ấn định một địa chỉ IP cho nhiều PDP context của một UE, điều này là không thể trong GPRS

2.2.3 Thiết bị người dùng UE:

Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó được chuyển thành đầu cuối

Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh

Thiết bị người sử dụng (UE) là thiết bị đầu cuối di động UE gồm hai phần: thiết bị di động và USIM

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equipment): gồm đầu cuối vô tuyến và các đấu nối đến mạng qua giao diện Uu Các đầu cuối di động ban đầu ít nhất phải là song mode và có khả năng hỗ trợ cả WCDMA cũng như GSM/GPRS, vì giai đoạn đầu vùng phủ của WCDMA UMTS còn hạn chế

- Module nhận dạng thiết bị UMTS (USIM): Là một thẻ thông minh chứa nhận dạng thuê bao để thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khoá nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

2.3 CÁC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN TRONG W-CDMA:

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử

mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao 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 2.2: Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD

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 mạng (L3) Đặc tả đánh địa chỉ và định tuyến

Mỗi khối thể hiện một trường hợp của giao thức tương ứng Đường không liền nét thể hiện các giao diện điều khiển, qua đó giao thức RRC điều khiển và lập cấu hình các lớp dưới

Lớp 2 được chia thành các lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập môi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liên kết),

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

2.3.1 Giao diện I U giữa UTRAN – CN:

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

- Iu – CS: kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh

- Iu – PS: kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

• Cấu trúc I U – CS:

Iu – CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô

tuyến, cáp quang hay cáp đồng

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM

- Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải

- Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng

2.3.2 Giao diện I Ur giữa RNC – RNC:

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ 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

- Hõ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

2.3.3 Giao diện I Ub giữa RNC – Node B:

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

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

- Xử lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

2.4 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT TRONG W-CDMA:

2.4.1 Mã hóa kênh:

2.4.1.1 Mã vòng:

Mã khối là bộ mã hóa chia dòng thông tin thành những khối tin (message) có

k bit Mỗi tin được biểu diễn bằng một khối k thành phần nhị phân u = (u1, u2, ,

un), u được gọi là vector thông tin Có tổng cộng 2k vector thông tin khác nhau Bộ

mã hóa sẽ chuyển vector thông tin u thành một bộ n thành phần v = (v1,v2, ,vn) được gọi là từ mã Như vậy ứng với 2k vector thông tin sẽ có 2k từ mã khác nhau Tập hợp 2k từ mã có chiều dài n được gọi là một mã khối (n, k) Tỉ số R = k/n được gọi là tỉ số mã, R chính là số bit thông tin đưa vào bộ giải mã trên số bit được truyền Do n bit ra chỉ phụ thuộc vào k bit thông tin vào, bộ giải mã không cần nhớ

và có thể được thực hiện bằng mạch logic tổ hợp Mã vòng là một tập con của mã khối tuyến tính

Mã vòng là phương pháp mã hóa cho phép kiểm tra độ dư vòng (CRC – Cyclic Redundance Check) và chỉ thị chất lượng khung ở các khung bản tin

Mã hóa mã vòng (n, k) dạng hệ thống gồm ba bước:

(1) Nhân đa thức thông tin u(x) với xn-k