Công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng di động viettel

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical Kênh chia sẻ riê

trường đại học bách khoa hà nội

-[[ \\ -NGUYễN ĐìNH NINH

CễNG NGHỆ HSDPA VÀ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG DI ĐỘNG VIETTEL

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

ngành: điện tử – viễn thông

người hướng dẫn t.s: phạm văn bình

- Sinh ngày : 05 tháng 9 năm 1982

- Nơi sinh : Nghi Vạn- Nghi Lộc- Nghệ An

- Quê quán : Nghi Vạn- Nghi Lộc- Nghệ An

- Chức vụ : Trưởng Phòng

- Đơn vị công tác: Trường CĐ nghề KTCN Việt Nam- Hàn Quốc

- Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:

Phòng CT Học Sinh- Sinh Viên- Trường CĐ nghề KTCN Việt Nam- Hàn Quốc-

Đường Hồ Tông Thốc- Nghi Phú- Vinh- Nghệ An

- Điện thoại di động: 0985.918632

- E-mail: nguyenninhvh@gmail.com

II Quá trình đào tạo:

1 Đại học:

- Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 9/2001 đến 6 /2006

- Trường đào tạo: Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam- Hải Phòng

- Ngành học: Điện Tử Viễn Thông Bằng tốt nghiệp đạt loại: TB Khá

2 Thạc sĩ:

- Hệ đào tạo: Thạc sĩ kỹ thuật Thời gian đào tạo: từ .4 /1010 đến 4/ 2012

- Chuyên ngành học: Điện Tử Viễn Thông

- Tên luận văn: Công nghệ HSDPA và ứng dụng vào mạng di động Viettel

- Người hướng dẫn Khoa học: TS Phạm Văn Bình

3 Trình độ ngoại ngữ : Anh ngữ tương đương B1 châu Âu

III Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:

2006-2009 Nhà máy đóng tàu Bến Thủy- Nghi xuân- Hà Tĩnh Cán bộ kỹ thuật

Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật

Vinh, Ngày 20 tháng 3 năm 2012

NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

ảnh 4x6

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Nguyễn Đình Ninh, học viên lớp cao học Điện tử- Viễn thông, khoá 2010- 2012, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan nội dung bản luận văn hoàn toàn là kết quả tìm hiểu, nghiên cứu của bản thân tôi trên cơ sở hướng dẫn khoa học của TS.Phạm Văn Bình, giảng viên khoa Điện tử -Viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong luận văn tôi có tham khảo một số tài liệu trong và ngoài nước và có liệt kê đầy đủ trong mục tài liệu tham khảo Luận văn không sao chép từ bất kỳ nguồn tài liệu nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm đối với bản luận văn của mình

Vinh, ngày 20 tháng 3 năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Đình Ninh

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

ICH:

CPCH Collision Detection/ Channel

Assignment Indicator Channel

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

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCH

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý riêng

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

EDGE Enhanced Data rates for GPRS

Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GPRS

E-DPCCH Enhanced Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng tăng cường E-DPDCH Enhanced Dedicated Data Channel Kênh số liệu riêng tăng cường E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng cường

gian

EDGE

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 Access Truy nhập hói đường xuống tốc độ cao

HS-DPCCH High-Speed Dedicated Physical

Kênh chia sẻ riêng tốc độ cao

HS-PDSCH High-Speed Physical Dedicated

Shared Channel

Kênh chia sẻ riêng vật lý tốc độ cao

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

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

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

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

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

S-CCPCH Secondary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

TDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Telecommunications System

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mnạg truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Tương hợp truy nhập vi ba toàn cầu

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1:Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động 4

Hình 1.2: Định hướng phát triển công nghệ 4G 7

Hình 1.3: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS 8

Hình 1.4: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99 9

Hình 1.5: Kiến Trúc Của UTRAN 10

Hinh 1.6 : Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN .12

Hình 1.7: Kiến Trúc Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến với Chế Độ UTRA FDD 16

Hình 1.8: Kiến Trúc Lớp MAC 18

Hình 1.9: Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh lưu lượng, hướng lên/xuống 20

Hình 1.10: Kiến Trúc Lớp RLC 21

Hình 1.11: Kiến Trúc Lớp RRC 22

Hình 1.12: Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b) 26

Hình 2.1 : Biểu đồ cột so sánh thời gian download của các công nghệ 30

Hình 2.2: Các chức năng mới trong các phần tử của WCDMA khi đưa vào HSDPA 31

Hình 2.3: So sánh HSDPA với WCDMA 32

Hình 2.4: Nguyên Lý Hoạt Động Cơ Bản Của HSDPA 34

Hình 2.5: Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP 37

Hình 2.6: Kiến trúc giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH .39

Hình 2.7: Cấu trúc lớp MAC – HS 40

Hình 2.8: Giao diện vô tuyến của HSDPA 41

Hình 2.9: Thời gian và bộ mã được chia sẻ trong HS-DSCH 42

Hình 2.10: Kiến Trúc Khung Của Kênh HS-SCCH 44

Hình 2.11: Kiến Trúc HS-DPCCH 45

Hình 2.12:Cấu Trúc Khe F-DPCH Kết Hợp Với Cấu Trúc DPCH .45

Hình 2.13: Thích Ứng Liên Kết 46

Hình 2.14: HSDPA Hoạt Động Với DCH Thiết Lập Hoạt Động Của 3GPP 47

Hình 2.15: Thời Gian Truyền Các Kênh Trong HSDPA 47

Hình 2.16: Hoạt Động Của Giao Thức SAW 4 Kênh 50

Hình 2.17: Tổng Quan Của Thuật Toán RRM Của HSDPA .55

Hình 2.18: Báo Hiệu Cho HSDPA Cấp Phát Tài Nguyên Vô Tuyến 56

Hình 2.19: Thuật Toán Thích Ứng Liên Kết HS-DSCH Tại Node-B 57

Hình 2.20: Nguyên Lý Điều Khiển Công Suất HS-SCCH .58

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc tổng thể mạng di động Viettel 60

Hình 3.2: Mạng di động Viettel 61

Hình 3.3: Mạng 3G UMTS kế thừa mạng lõi 2G 68

Hình 3.4: Sự phát triển liền mạch 69

Hình 3.5: Kiến trúc Node B 70

Hình 3.6: Cấu trúc logic của BTS 3900 71

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1:Tốc độ dữ liệu đỉnh của HSDPA trong một số trường hợp 36

Bảng 2: MSC và Tốc Độ Dữ Liệu Đỉnh Tương Ứng Với Mỗi MSC 54

MỤC LỤC………

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT……….

DANH MỤC HÌNH VẼ………

DANH MỤC BẢNG BIỂU………

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 1 : MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTSError! Bookmark not defined

1.1 Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động:Error! Bookmark not defined

1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G Error! Bookmark not defined

1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G : Error! Bookmark not defined

1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G : Error! Bookmark not defined

1.1.4 Thế hệ thứ tư – 4G: Error! Bookmark not defined

1.2 Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS:Error! Bookmark not defined

1.2.1 Kiến Trúc Mạng: Error! Bookmark not defined

1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến : Error! Bookmark not defined

1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến – RRM (Radio Resource Management)Error! Bookmark not d

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ HSDPA CHO MẠNG UMTSError! Bookmark not defined

2.1 Giới Thiệu Chung Công Nghệ HSDPA: Error! Bookmark not defined

2.2 Những Cải Tiến Quan Trọng Của HSDPA So Với WCDMA.Error! Bookmark not defined 2.3 Nguyên Lý HSDPA : Error! Bookmark not defined

2.4 Kiến Trúc HSDPA : Error! Bookmark not defined

2.5 Kiến Trúc Các Kênh Của HSDPA : Error! Bookmark not defined

2.5.1 Kiến Trúc Giao Thức: Error! Bookmark not defined

2.5.2 Cấu trúc kênh Error! Bookmark not defined

2.6 Kỹ Thuật Sử Dụng Trong HSDPA Error! Bookmark not defined

2.6.1 Kỹ thuật Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt HARQ:Error! Bookmark not defined

2.6.2 Thích Ứng Liên Kết Nhanh: Error! Bookmark not defined

2.7.1 Các Thuật Toán Tại RNC: Error! Bookmark not defined

2.7.2 Các Thuật Toán Tại Node-B: Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HSDPA VÀO MẠNG VIETTELError! Bookmark no

3.1 Giới thiệu sơ lược về mạng di động Viettel Error! Bookmark not defined

3.1.1 Sơ đồ cấu trúc mạng: Error! Bookmark not defined

3.1.2 Chức năng các thành phần: Error! Bookmark not defined

3.2 Triển khai 3G HSDPA của Viettel Error! Bookmark not defined

3.2.1 Sự dịch chuyển từ GSM sang 3G .Error! Bookmark not defined

3.2.2 Node B của Viettel .Error! Bookmark not defined

4.2.3 Một số dịch vụ 3G Viettel cung cấp Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

PMỞ ĐẦU

Ngày nay, thông tin di động đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế, xã hội của bất cứ quốc gia nào Thông tin di động là một lĩnh vực phát triển nhanh nhất và tác động sâu rộng đến các hoạt động của đời sống con người Để đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng cao, hệ thống thông tin di động đã không ngừng được nâng cấp, cải tiến

Năm 2002, lần đầu tiên hệ thống truyền thông di động toàn cầu UMTS (WCDMA) được giới thiệu và bắt đầu được thương mại hóa Tốc độ lý thuyết của UMTS tối đa đạt được là 2Mbps Thực tế, hệ thống này chỉ cung cấp được các dịch

vụ dữ liệu với chất lượng cao ở tốc độ 384kbps Chính vì vậy, để đáp ứng các yêu cầu về băng thông và chất lượng ngày càng cao của con người, các hệ thống thông tin di động tiếp theo lần lượt được nghiên cứu và ứng dụng thương mại Các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như một số nhà khai thác thông tin di động hàng đầu trên thế giới tiếp tục nghiên cứu, đề xuất và thử nghiệm các công nghệ của mình Điển hình là công nghệ truy nhập gói tốc độ cao đường xuống (HSDPA ) Công nghệ này cho phép nâng cao tốc độ truyền dẫn dữ liệu của hệ thống UMTS HSDPA được nhóm hợp tác thế hệ thứ ba (3GPP) phát triển trong phiên bản Rel’5, có thể nâng cao tốc độ dữ liệu đường xuống lên tới 14,4 Mbps (lý thuyết ) cũng như gia tăng dung lượng của hệ thống

Công nghệ HSDPA là bước phát triển đầu tiên của WCDMA và là một phần của hướng phát triển cải tiến 3G trong công nghệ GSM Ưu điểm cơ bản của công nghệ này là chất luợng người sử dụng đầu cuối sẽ được nâng lên cho tất cả các dịch

vụ hiện nay và cũng dễ dàng đáp ứng được các dịch vụ mới được triển khai

Ở Việt Nam, một số nhà khai thác đã thử nghiệm và bước đầu thu được nhiều thành công với giai đoạn đầu triển khai các hệ thống 2,75G (EDGE) hay 3G (cdma2000 EV-DO, WCDMA) và HSDPA Theo đánh giá của các nhà cung cấp dịch vụ thì thế hệ di động 3G và 3,5G sẽ còn được áp dụng trong một thời gian dài

do đó việc tiếp tục nghiên cứu công nghệ HSDPA cho các hệ thống di động tiếp theo là vấn đề cần thiết Trong khuôn khổ luận văn này, tôi muốn trình bày những

khái niệm cơ bản cũng như một số kỹ thuật chính của công nghệ HSDPA và tình hình triển khai công nghệ này ở mạng di động Viettel

Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 : Mạng thông tin di động UMTS

Chương 2 : Công nghệ HSDPA cho mạng UMTS

Chương 3 : Ứng dụng công nghệ HSDPA vào mạng di động Viettel

Kết luận : Đưa ra một số kết luận và nhận xét cụ thể

Qua đâyP tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.S Phạm Văn Bình và các Giảng viên thuộc khoa Điện tử viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn nay

Tuy có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian hạn hẹp và kiến thức có hạn nên cuốn luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót Tôi mong tiếp tục nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS

1.1 Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động:

Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm Công nghệ vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở thành phố

Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của kỹ thuật điều chế FM, được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai Sự phát triển này kéo dài đến cả thời bình và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm

1940 ở một số thành phố lớn Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế

và phải mất nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại Hình 1.1 trình bày tóm tắt tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động từ 1G đến 3G Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn này được gọi là 2,5G

Hình 1.1.Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động

1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G

Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz

ra đời Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước

Mỹ Sau đó hàng loạt các chuẩn thông tin di động ra đời như : Nordic Mobile Telephone (NTM), Total Access Communication System (TACS)

Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng hẹp, tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khoá dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập được sử dụng là FDMA (Frequency Division Multiple Access)

1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G :

Hệ thống thông tin di động thứ hai được phổ biến trong suốt thập niên 90 Sự phát triển công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã làm bùng nổ lượng thuê bao di động trên toàn cầu Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các công nghệ analog sang digital

Giai đoạn này có các hệ thống thông tin di động số như : GSM-900MHZ (Global System for Mobile), DCS-1800MHZ (Digital Cordless System), PDC - 1900Mhz (Personal Digital Cellular), IS-54 và IS-95 (Interior Standard) Trong đó GSM là tiền thân của hai hệ thống DCS, PDC Các hệ thống sử dụng kỹ thuật TDMA (Time Division Multiple Access) ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code Division Multiple Access)

Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công nghệ thông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả năng giữ liên lạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác

Năm 2001, nhằm tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin (không phải thoại- phi thoại) trên mạng di động, GPRS - General Packet Radio Service đã ra đời GPRS còn được xem như là 2,5G Tốc độ truyền dữ liệu (data rate) của GSM chỉ bằng 9,6Kbps trong khi đó GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là 20-30Kbps GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp Tiếp theo sau 2003, EDGE ( Enhanced Data Rates for GSM Evolution) đã ra đời với khả năng truyền dữ liệu tốc độ lên được

250 Kbps (trên lý thuyết) EDGE còn được biết đến như là 2,75G trên đường tiến tới 3G

1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G :

Từ năm 1992 Hội nghị thế giới truyền thông dành cho truyền thông một số dải tần cho hệ thống di động 3G : phổ rộng 230MHz trong dải tần 2GHz, trong đó 60MHz được dành cho liên lạc vệ tinh Sau đó Liên Hiệp Quốc Tế Truyền Thông

(UIT) chủ trương một hệ thống di động quốc tế toàn cầu với dự án IMT-2000 sử dụng trong các dải 1885-2025MHz và 2110- 2200MHz

Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W-CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD

và TD-CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD Mạng 3G bao gồm các mạng :

√ UMTS sử dụng kỹ thuật W-CDMA được chuẩn hoá bởi 3GPP

√ CDMA 2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2

√ TD-SCDMA được phát triển ở Trung Quốc

√ FOMA đựoc phát triển ở Nhật Bản bởi NTT DoCoMo cũng dùng kỹ thuật W-CDMA

Mục tiêu của IMT- 2000 là giúp cho các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng các dịch vụ đa truyền thông trên phạm vi thế giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s trong vùng rộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa phương Dịch vụ bắt đầu vào năm 2001- 2002 Cuối năm 2004, điện thoại di động 3G đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường

Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: UMTS (Universal Mobile Telephone System) - hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có và CDMA2000 dựa trên nền tảng của mạng CDMA IS95- mang đến khả năng truyền tải dữ liệu ở mức 3G cho mạng CDMA Cả UMTS và CDMA2000 đã được triển khai tại Mỹ từ cách đây nhiều năm Tốc độ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối DSL

UMTS(Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ W-CDMA,

là giải pháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS do tổ chức 3GPP quản lý 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS và EDGE UMTS còn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh

sự liên kết giữa 3G và chuẩn GSM UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920 Kbps, mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384 Kbps Tuy nhiên, tốc độ này vẫn còn nhanh hơn so với chuẩn GSM (14,4Kbps) và HSCSD (14,4Kbps) là lựa chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập Internet giá rẻ bằng thiết bị di động

Mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tải xuống tới 14 Mbps

1.1.4 Thế hệ thứ tư – 4G:

Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn Vì vậy, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã

và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ

tư 4G ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s

Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G Các cơ sở quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt là sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE (Long-Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m) Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G Chúng sẽ

là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới

Hình 1.2 Định hướng phát triển công nghệ 4G

Sự phát triển của công nghệ 3G

3G EVDO WCDMA

3,5G EVDO HSDP

LTE EVDO Rev UMB

Sự phát triển của công nghệ không dây băng rộng

Wi G

802 16 MIN-BF OFDDM

1.2 Tổng Quan Về Mạng Thông Tin Di Động UMTS:

Hình 1.3: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Hình 1.4: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99

Hình 1.4 cho thấy ta thấy cấu trúc mạng 3G dựa trên cơ sở kỹ thuật W-CDMA của 3GPP phiên bản R’99 (Tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS )

Mạng UMTS gồm có hai phần: phần mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), phần mạng lõi (Core network) Phần Core Network thì có core cho data bao gồm SGSN, GGSN Phần core cho voice thì

có MCS và GMSC Phần UTRAN bao gồm Node B và RNC

1.2.1.1 Phần truy cập mạng vô tuyến- Radio Access:

Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC- Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến đóng vai trò như BSC ở các mạng thông tin di dộng

- Node- B: đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động

- Thiết bị người sử dụng UE- User Equipment

Công nghệ CDMA băng rộng được sử dụng cho giao diện không gian UTRAN UMTS WCDMA là hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp mà ở đó dữ liệu người sử

dụng được ghép kênh với những bit giả ngẫu nhiên và được trải cùng với mã giả ngẫu nhiên băng rộng WCDMA hoạt động theo hai chế độ: FDD và TDD UTRAN gồm có một hay nhiều mạng vô tuyến con - RNS Một RNS là một mạng con với UTRAN và bao gồm một RNC và một hay nhiều Node-B Các RNC có thể kết nối tới các RNC khác theo đường một giao diện Iur Các RNC và các Node-B được kết nối cùng với một giao diện Iub

Từ hình 1.4 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPPP phiên bản R’99 đều được xây dựng trên cơ sở ATM ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều loại dịch vụ khác nhau (như tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói

và tốc độ bít không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh ) Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi có thể hỗ trợ công nghệ truy nhập vô tuyến mới Chẳng hạn nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thể nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC

Trong phần UTRAN gồm có hai phần là Node –B và RNC

Hình 1.5: Kiến Trúc Của UTRAN

a Node - B:

Chức năng của Node - B là:

√ Truyền/ nhận giao diện không gian

√ Điều chế và giải điều chế

√ Mã hóa kênh vật lý CDMA

√ Bắt lỗi

√ Điều khiển công suất vòng lặp kín

Node –B chuyển đổi luồng dự liệu giữa giao diện Iub và Uu Nó cũng tham gia vào việc quản lý tài nguyên vô tuyến như điêu khiển công suất vòng trong…

b Thiết bị điều khiển mạng vô tuyến RNC – Radio Network Controller:

RNC là điểm truy nhập dịch vụ cho tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp từ mạng lõi, ví dụ như quản lý tất cả các kết nối tới UE RNC giao tiếp với mạng lõi (thông thường tới một MSC và một SGSN ) và đồng thời nó cũng là điểm cuối của giao thức RRC, đó là định nghĩa bản tin và thủ tục giữa trạm di động và UTRAN Trong trường hợp Node-B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách nhiệm điều khiển Node-B được gọi là CRNC – điều khiển RNC Điều khiển RNC là chịu trách nhiệm cho tải và điều khiển tắc nghẽn của chính ô mà nó quản lý cũng như thực hiện điều khiển quản trị và cung cấp mã cho một liên kết vô tuyến mới được xác định nằm trong các ô của nó

Trong trường hợp một kết nối giữa trạm di động và UTRAN sử dụng tài nguyên vô tuyến từ nhiều hơn một RNC, thì các RNC sẽ được tách thành hai loại theo chức năng riêng biệt:

+ RNC phục vụ- SRNC (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả liên kết Iu cho đường truyền tải dữ liệu của người sử dụng và báo hiệu RANAP với mạng lõi SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN, xử lý dữ liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến Hoạt động quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như là sắp xếp các thông số thông báo truy nhập vô tuyến vào bên trong thông số kênh truyền tải của giao diện không gian, giải quyết chuyển giao, điều khiển công suất vòng ngoài, đó là các nhiệm vụ của SRNC SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một vài Node B khác Một UE kết nối tới UTRAN có một và chỉ một SRNC

+ RNC trôi- DRNC ( Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiển các ô được MS sử dụng Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối với số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện

Iub và Iur, ngoài trừ khi UE đang sử dụng một kênh truyền tải chung hay được chia

sẻ Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

Một RNC vật lý thông thường kết nối tất cả CRNC, SRNC và DRNC chức năng

Hình 1.6: Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN

c Thiết bị người dụng UE -User Equipment:

Bao gồm thiết bị di động ME và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo

an (giống SIM ở GSM)

d Các Giao Diện:

Giao diện giữa UE và mạng được gọi là Uu Trong các quy định của 3 GPP, trạm gốc được gọi là Node- B Node- B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các Node -B được nối với

nó RNC đóng vai trò giống như BSC ở GSM RNC kết hợp với các Node -B nối với nó được gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS Giao diện giữa Node -B và RNC gọi là giao diện Iub Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì thế có thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác

Khác với ở GSM, các BSC trong mạng GSM không nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC Giao diện

Hình a: một UE liên kết với

RNC chuyển giao mềm

Hình b: một UE sử dụng tài nguyên từ một Node-B duy nhất được điều khiển bởi DRNC

này được gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao

UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu Giao diện Iu có hai phần tử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện này nối RNC đến một SGSN

1.2.1.2 Phần mạng lõi - Core Network:

Mạng lõi có chức năng chính là cung cấp trường chuyển mạch, định tuyến và tìm đường cho lưu lượng người sử dụng Đồng thời mạng lõi cũng chứa cơ sở dữ liệu và chức năng quản lý mạng Kiến trúc cơ sở của mạng lõi cho mạng UMTS dựa trên cơ sở của mạng GSM với GPRS Tất cả các thiết bị được sửa đổi cho hoạt động

và dịch vụ của UMTS Chuyển mạch trong mạng lõi được chia thành hai trường chuyển mạch là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Các thiết bị của chuyển mạch kênh là MSC, VLR và Gateway MSC Các thiết bị của chuyển mạch gói là SGSN, GGSN Các thiết bị mạng như: EIR, HLR, VLR và AUC được dùng chung cho cả hai trường

Mạng lõi sử dụng phương thức truyền tải không đồng bộ- ATM Các thành phần của mạng lõi có vai trò và chức năng:

a SGSN - Serving GPRS Support Node:

Trong mạng lõi có rất nhiều SGSN, mỗi SGSN lại được kết nối trực tiếp với một số các RNC RNC lại quản lý một số các Node B Mỗi Node B lại có các UE kết nối với nó Vì thế SGSN quản lý tất cả các UE đang kết nối dịch vụ data trong vùng quản lý của nó Cụ thể là:

- Xác nhận (Authenticate) các UE đang dùng dịch vụ data kết nối với nó

- Quản lý việc đăng ký của một UE vào mạng

- Quản lý quá trình di động của UE, ở đây là SGSN quản lý được các UE hiện đang kết nối với Node B nào tại một thời điểm Tùy theo UE đang ở chế độ hoạt

động là đang liên lạc (active) hay không liên lạc (idle) mà độ chính xác của thông tin liên quan đến vị trí của UE sẽ khác nhau SGSN sẽ quản lý và theo dõi sự thay đổi về vị trí của UE theo thời gian dựa vào location area identity/ routing area identity

- Thiết lập, duy trì và giải phóng các “ PDP Context ”( các thông tin liên quan đến kết nối của UE mà nó cho phép hoặc quy định việc gửi và nhận thông tin của

UE )

- Nhận và chuyển thông tin từ ngoài mạng data (ví dụ: Internet ) chuyển tới

UE và ngược lại

- Quản lý việc tính cước đối với UE

- Tìm và “đánh thức ” UE rỗi khi có một cuộc gọi tìm đến UE (Paging)

b GGSN – Gateway GPRS Support Node:

Đây là cổng kết nối mạng GPRS/UMTS với các mạng bên ngoài ( Ví dụ: internet, các mạng GPRS khác) Nó có vai trò:

- Nhận và chuyển thông tin từ UE gửi ra mạng External và ngược lại từ bên ngoài đến UE Gói thông tin từ SGSN gửi đến GGSN sẽ được “Decapsulate” trước khi gửi ra ngoài vì thông tin truyền giữa SGSN và GGSN là truyền trên “ GTP tunnel”

- Nếu thông tin từ ngoài gửi đến GGSN để gửi tới một UE trong khi chưa tồn tại “PDP Context” thì GGSN sẽ gửi thông tin yêu cầu SGSN thực hiện “Paging” và sau đó thực hiện quá trình PDP Context để chuyển cuộc gọi tới UE

- Trong suốt quá trình liên lạc trên mạng UMTS thì UE chỉ kết nối với một GGSN duy nhất (GGSN kết nối dịch vụ mà UE đang dung ) dù có di chuyển bất kể nơi nào trong mạng Dĩ nhiên là SGSN, RNC và Node- B sẽ thay đổi GGSN cũng tham gia quản lý quá trình di động của UE

c GMSC ( Gateway MSC):

Đây là điểm chuyển mạch, nơi mà mạng di động mặt đất công cộng UMTS được kết nối tới các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài Tất cả các kết nối chuyển mạch kênh tới và đi từ mạng chuyển mạch kênh sẽ đi qua GMSC

d HLR (Home Location Register):

Là cơ sở dữ liệu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao HLR chứa các thông tin như định vị trí của thuê bao, chi tiết liên quan đến hợp đồng thuê bao của người dùng như các dịch, nhận dạng của thuê bao, thông số K-I dùng trong quá trình bảo mật và chứng thực HLR còn là một trung tâm nhận thực AuC quản lý an toàn số liệu của các thuê bao

• MSC/VLR (Mobile Services Switching Centre/ Visitor Location Register):

1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến :

Các giao thức giao diện vô tuyến là cần thiết cho việc thiết lập, cấu hình lại , giải phóng dịch vụ liên lạc vô tuyến Lớp giao thức ở trên lớp vật lý được gọi là lớp liên kết dữ liệu (L2) và lớp mạng (L3) Trong kiểu UTRA FDD giao diện vô tuyến, lớp 2 được chia thành hai lớp con Về mặt điều khiển, lớp 2 bao gồm với hai lớp con là giao thức điều khiển truy nhập môi trường – MAC và giao thức điều khiển liên kết vô tuyến – RLC Về phía người sử dụng, cùng với hai giao thức MAC và RLC thì còn được thêm vào hai giao thức nữa tùy vào dịch vụ cung cấp đó là : giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) và giao thức điều khiển quảng bá/đa truyền thông (BMC) Lớp 3 gồm có một giao thức được gọi là điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC), nó thuộc về mặt điều khiển Các giao thức lớp mạng khác như là điều khiển cuộc gọi, quản lý di động, dịch vụ bản tin ngắn…

1.2.2.1 Kiến Trúc Giao Thức:

Hình 1.7: Kiến Trúc Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến với Chế Độ UTRA FDD

Lớp vật lý hỗ trợ dịch vụ tới lớp MAC theo đường kênh truyền tải, đó là dữ liệu được truyền tải theo đặc tính “như thế nào ” và “với cái gì “

Lớp MAC hỗ trợ dịch vụ tới lớp RLC bởi các kênh logic có cùng chức năng Các kênh logic đó có tính năng là dữ liệu được truyền là loại gì

Lớp RLC hỗ trợ dịch vụ tới lớp cao hơn theo đường các điểm truy nhập dịch

vụ (SAP) Lớp RLC xử lý dữ liệu gói, ví dụ như chức năng tự động yêu cầu lặp lại được sử dụng Về mặt điều khiển thì dịch vụ RLC được sủ dụng bởi lớp RRC cho truyền tải báo hiệu Về mặt người sử dụng thì dịch vụ RLC được sử dụng bởi lớp giao thức dịch vụ đặc biệt PDCP hay BMC hoặc bởi lớp cao hơn khác có chức năng phía người sử dụng (ví dụ mã hóa tiếng nói) Giao thức RLC có thể hoạt động ở ba kiểu: trong suốt, không trả lời và kiểu có trả lời

Giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) chỉ có cho miền dịch vụ chuyển mạch gói (PS) Chức năng chính của nó là nén phần mào đầu Dịch vụ được hỗ trợ bởi PDCP gọi là : thông báo vô tuyến

Giao thức điều khiển quảng bá/đa truyền thông (BMC) sử dụng để vận chuyển trên giao diện vô tuyến bản tin trực giao từ ô trung tâm quảng bá Trong phiên bản R’99 của 3GPP đã chỉ rõ đặc tính kỹ thuật của dịch vụ quảng bá đó là dịch vụ bản tin ngắn ô quảng bá, nó xuất phát từ GSM

Lớp RRC hỗ trợ dịch vụ tới các lớp cao hơn (tầng không truy nhập ) theo đường các điểm dịch vụ truy nhập, nó sử dụng bởi các giao thức lớp cao hơn ở phía

UE và bởi giao thức Iu RANAP ở phía UTRAN Tất cả các tín hiệu lớp cao ( quản

lý di động, điều khiển cuộc gọi, quản lý lớp phiên…) tập hợp bên trong bản tin RRC cho truyền tải trên giao diện vô tuyến

Giao diện điều khiển giữa RRC và tất cả các giao thức lớp dưới đều được sử dụng bởi lớp RRC tới cấu hình đặc tính của thực thể giao thức lớp dưới, bao gồm cả thông số cho lớp vật lý, truyền tải và các kênh logic

1.2.2.2 Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường- MAC:

Tại lớp điều khiển truy nhập môi trường các kênh logic được sắp xếp tới các kênh truyền tải Lớp MAC đồng thời cũng đảm nhiệm cho việc lựa chọn định dạng truyền tải thích hợp cho mỗi kênh truyền tải được quyết định dựa trên độ tức thời của các kênh logic

Hình 1.8: Kiến Trúc Lớp MAC

Lớp MAC bao gồm ba thực thể :

√ MAC-b: xử lý kênh quảng bá (BCH) Có một thực thể MAC-b trong mỗi

UE và một MAC-b trong UTRAN đặt tại Node-B cho một ô

√ MAC-c/sh: xử lý các kênh chung và các kênh chia sẻ gói kênh (PCH), kênh

truy nhập liên kết phía trước (FACH), kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH), kênh gói đường lên chung (CPCH) và kênh chia sẻ đường xuống (DSCH) Có một thực thể MAC-c/sh trong mỗi UE nó sử dụng kênh chia sẻ và một thực thể MAC-c/sh ở phía UTRAN (đặt trong RNC điều khiển ) cho một ô Kênh logic BCCH có thể được sắp xếp tới kênh BCH hay kênh truyền tải FACH Cho PCCH, thì không có mào đầu MAC, như vậy chức năng của lớp MAC chỉ có gửi dữ liệu nhận được từ PCCH tới PCH tại thời điểm được xác đinh bởi RRC

√ MAC-d: chịu trách nhiệm xử lý những kênh chuyên dụng (DCH) cấp phát

tới một UE trong chế độ kết nối Có một thực thể MAC-d trong UE và một thực thể MAC-d trong UTRAN (trong RNC dịch vụ) cho mỗi UE

a Chức Năng của MAC:

- Sắp xếp giữa kênh logic và kênh truyền tải

- Lựa chọn một khuôn dạng truyền tải thích hợp cho mỗi kênh truyền tải, phụ thuộc vào tốc độ tức thời của tài nguyên

- Xử lý quyền ưu tiên giữa các luồng dữ liệu của một UE Việc này đạt được bởi sự lựa chọn ‘tốc độ bit cao’ và ‘tốc độ bit thấp’ từ những định dạng truyền tải cho các luồng dữ liệu khác nhau

- Xử lý quyền ưu tiên giữa các UE bằng phương tiện lập lịch động Một chức năng lập lịch động có thể áp dụng cho kênh truyền tải đường xuống chung và chia

sẻ FACH và DSCH

- Nhận dạng các UE trên các kênh truyền tải chung Khi một kênh truyền tải chung (RACH, FACH hay CPCH ) mang dữ liệu từ những kênh logic chuyên dụng (DCCH,DTCH ), nhận dạng của UE (C-RNTI ) hay nhận dạng tạm thời mạng vô tuyến UTRAN (U-RNTI ) được chứa trong phần mào đầu của MAC

- Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới các block truyền tải được cung cấp từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chung: MAC xử lý dịch vụ ghép kênh cho các kênh truyền tải chung (RACH,FACH,CPCH ) Việc này là cần thiết từ khi nó không làm được trong lớp vật lý

- Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới tập hợp block truyền tải được cung cấp từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chuyên dụng MAC cũng cung cấp dịch vụ ghép kênh cho các kênh truyền tải chuyên dụng Trong khi ghép kênh lớp vật lý được làm cho mọi loại ghép kênh dịch vụ, bao gồm những dịch vụ với chất lượng khác nhau của các thông số dịch vụ, thì ghép kênh lớp MAC chỉ khả thi cho các dịch vụ với cùng các thông số QoS

- Giám sát khối lượng truyền tải: MAC nhận các RLC PDU cùng với trạng thái thông tin trên số lượng dữ liệu trong bộ đệm truyền dẫn RLC MAC so sánh số lượng của dữ liệu tương ứng của kênh truyền tải với ngưỡng đặt bởi RRC Nếu số lượng dữ liệu quá cao hay quá thấp, MAC sẽ gửi một bản báo cáo đo lường trên trạng thái khối lượng truyền tải tới RRC RRC cũng có thể yêu cầu MAC gửi những phép đo này định kỳ RRC sử dụng những bản báo cáo này cho nhanh chóng cấu hình lại của đường vô tuyến hay kênh truyền tải

- Chuyển mạch kiểu kênh vận chuyển động Thực hiện của chuyển mạch giữa các kênh vận chuyển chung và chuyên dụng dựa trên quyết định chuyển mạch nhận được từ RRC

- Lựa chọn lớp truy nhập dịch vụ (ASC) cho truyền dẫn RACH Tài nguyên PRACH có thể được chia cắt giữa lớp dịch vụ truy nhập khác nhau trong các loại quyền ưu tiên khác nhau cung cấp của RACH thông dụng Số tối đa của ASC là 8 MAC chỉ ra ASC kết hợp với một PDU tới lớp vật lý

b Các Kênh Logic:

Các dịch vụ truyền số liệu của lớp MAC được cung cấp trên các kênh logic Một tập hợp các kênh logic được định nghĩa cho các loại khác nhau của dịch vụ truyền số liệu đề xuất bởi MAC Một sự phân loại chung của các kênh logic trong hai nhóm: các kênh điều khiển và các kênh lưu lượng Các kênh điều khiển được sử dụng để thông tin phía điều khiển truyền tải, còn các kênh lưu lượng thì cho thông tin phía người sử dụng

Các kênh điều khiển: kênh điều khiển truyền thông(BCCH), kênh điều khiển

gói (PCCH), kênh điều khiển chuyên dụng (DCCH), kênh điều khiển chung (CCCH)

Các kênh lưu lượng : kênh lưu lượng chuyên dụng (DTCH), kênh lưu lượng

chung (CTCH)

Hình 1.9: Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh lưu lượng, hướng lên/xuống

1.2.2.3 Giao Thức Điều Khiển Liên Kết Vô Tuyến – RLC:

RLC cung cấp dịch vụ phân chia đoạn và truyền lại giữa user và điều khiển dữ liệu Mỗi RLC được RRC cấu hình để hoạt động trong ba chế độ: chế độ trong suốt (TM), chế độ báo nhận (AM), chế độ không báo nhận (UM) Dịch vụ của lớp RLC cung cấp về phía điều khiển được gọi là người đưa báo hiệu vô tuyến (SRB) Còn phía người sử dụng, dịch vụ cung cấp bởi RLC gọi là người đưa vô tuyến (RB)

√ Điều khiển luồng

√ Phát hiện và khôi phục lỗi giao thức

1.2.2.4 Giao Thức Điều Khiển Tài Nguyên Vô Tuyến – RRC:

Phần chính của báo hiệu điều khiển giữa UE và UTRAN là bản tin điều khiển tài nguyên vô tuyến Những bản tin RRC mang tất cả các thông số yêu cầu thiết lập, điều chỉnh và giải phóng những thực thể giao thức lớp 1 và lớp 2 Bản tin RRC cũng mang tải tin của chúng cùng tất cả báo hiệu lớp cao (MM,SM,CM…) Tính di động của thiết bị người sử dụng trong chế độ kết nối được điều khiển bởi tín hiệu RRC (đo lường, chuyển giao, cập nhật ô…)

a Kiến Trúc Logic Lớp RRC:

Hình 1.11: Kiến Trúc Lớp RRC

Lớp RRC được mô tả với bốn thực thể chức năng:

- Thực thể chức năng điều khiển chuyên dụng (DEFC): xử lý tất cả chức năng

và báo hiệu riêng tới một UE Trong SRNC có một thực thể DEFC cho mỗi UE có một RRC kết nối với RNC này DEFC phần lớn sử dụng chế độ báo nhận RLC, nhưng một vài bản tin gửi sử dụng chế độ không báo nhận SAP (ví dụ RRC giải phóng kết nối ) hay SAP trong suốt (ví dụ cập nhật ô )

- Thực thể chức năng điều khiển khai báo và phân trang (PNPE) xử lý phân trang của UE chế độ rỗi

- Thực thể chức năng điều khiển truyền thông (BCFE) xử lý hệ thống thông tin truyền thông Có ít nhất một BCFE cho mỗi tế bào trong RNC BCFE sử dụng các kênh logic BCCH hay FACH , thông thường qua đường SAP trong suốt

Thực thể thứ tư thông thường nằm ngoài giao thức RRC nhưng vẫn thuộc tầng truy nhập và ‘logic’ của lớp RRC, từ thông tin yêu cầu của thực thể này là một phần của bản tin RRC Thực thể này được gọi là thực thể chức năng định tuyến (RFE) và nó

là công cụ để định tuyến của bản tin lớp cao tới thực thể khác MM/CM (phía UE) hay miền mạng lõi khác (phia UTRAN)

b Chức Năng Và Thủ Tục Báo Hiệu RRC:

Chức năng của giao thức RRC:

- Phát thanh của hệ thống thông tin lên quan tới tầng truy nhập và tầng không truy nhập

- Lựa chọn tế bào ban đầu và chọn lại trong chế độ rỗi

- Thiết lập, duy trì và giải phóng một liên kết RRC giữa UTRAN với UE

- Điều khiển của người vận chuyển vô tuyến, những kênh vận chuyển và những kênh vật lý

- Điều khiển chức năng bảo mật

- Bảo vệ nguyên vẹn của bản tin báo hiệu

- Báo cáo phép đo UE và điều khiển báo cáo

- Những chức năng kết nối di động RRC

- Hỗ trợ tái định vị SRNS

- Hỗ trợ cho điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống trong UE

- Điều khiển công suất vòng lặp mở

- Chức năng liên quan tới dịch vụ truyền thông tế bào

- Hỗ trợ cho chức năng định vị UE

1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến – RRM (Radio Resource Management)

Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến với mục đích là làm cho hiệu suất sử dụng tài nguyên giao diện vô tuyến đạt hiệu quả Quản lý tài nguyên vô tuyến cần đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, giữ kế hoạch vùng phủ sóng và đưa dung lượng

hệ thống lên cao Các của thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến có thể được chia thành: điều khiển chuyển giao, điều khiển công suất, điều khiển quản trị, điều khiển tải và chức năng lập lịch gói Điều khiển công suất cần cho việc giữ ảnh hưởng của nhiễu ở mức tối thiểu trong giao diện không gian và cung cấp chất lượng yêu cầu của dịch vụ Chuyển giao cần cho hệ thống tế bào để xử lý tính di động của các UE khi đi qua danh giới các ô Điều khiển quản trị, điều khiển tải và lập lịch gói để đảm bảo yêu cầu chất lượng của dịch vụ và tối đa lưu lượng hệ thống với sự trộn của tốc

độ bit khác nhau, dịch vụ và yêu cầu chất lượng

1.2.3.1 Điều Khiển Công Suất:

Vì trong một mạng WCDMA rất nhiều người sử dụng cùng hoạt động trên cùng một tần số, nên nhiễu đồng kênh là một vấn đề nghiêm trọng, điều khiển công suất chịu trách nhiệm điều chỉnh công suất trên đường lên và đường xuống để giảm thiểu mức nhiễu này nhằm đảm bảo QoS yêu cầu

Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn ), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa Để tránh hiện tượng này hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng ) Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:

- Điều khiển công suất vòng hở: cho các kênh chung

- Điều khiển công suất vòng kín: cho các kênh riêng DPDCH/DPCCH và chia sẻ DSCH

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu

phát đi từ nút B ), khi này UE chưa có kết nối với nút này Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng kín lại được chia thành:

+ Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích

+ Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích

Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình trong đó kênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn đối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta sẽ xét cụ thể trong phần dưới đây

Có thể chia chuyển giao thành các kiểu sau:

- HO nội hệ thống: xảy ra bên trong một hệ thống WCDMA Có thể chia nhỏ HO

này thành:

√ HO nội hệ thống giữa các ô thuộc cùng một tần số sóng mang WCDMA

√ HO giữa các tần số (IF-HO) giữa các ô hoạt động trên các tần số WCDMA

khác nhau

- HO giữa các hệ thống (IS-HO): xảy ra giữa các ô thuộc hai công nghệ truy nhập

vô tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau Trường hợp thường xuyên xảy ra nhất đối với kiểu thứ nhất là HO giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE Tuy nhiên cũng có thể là IS-HO giữa WCDMA và

hệ thống các hệ thống CDMA khác (cdma2000 1x chẳng hạn ) Thí dụ về HO giữa

các RAM là HO giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD

Các thủ tục HO có thể được phân loại như sau:

- Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong đó tất cả các đường truyền

vô tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập các đường truyền vô tuyến mới

thủ tục trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô tuyến nối đến UTRAN Trong chuyển giao mềm, UE đồng thời được nối đến một hay nhiều ô thuộc các nút

B khác nhau của cùng một RNC (SHO nội RNC) hay thuộc các RNC khác nhau (SHO giữa các RNC) Trong chuyển giao mềm hơn, UE được nối đến ít nhất là hai đoạn ô của cùng một nút B SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang và trong cùng một hệ thống

Hình 1.12 Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b)

Phụ thuộc vào sự tham gia trong SHO, các ô trong một hệ thống WCDMA được chia thành các tập sau đây:

√ Tập tích cực bao gồm các ô (đoạn ô) hiện đang tham gia vào một kết nối SHO

của UE

√ Tập lân cận/ tập được giám sát (cả hai từ được sử dụng như nhau) Tập này bao

gồm tất cả các ô được giám sát/đo liên tục bởi UE và hiện thời không có trong tập tích cực

√ Tập được phát hiện Tập này bao gồm các ô được UE phát hiện nhưng không

thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận

SHO là một tính năng chung của hệ thống WCDMA trong đó các ô lân cận hoạt động trên cùng một tần số Trong chế độ kết nối, UE liên tục đo các ô phục vụ

và các ô lân cận (do RNC chỉ dẫn ) trên tần số sóng mang hiện thời UE so sánh các kết quả đo với các ngưỡng HO do RNC cung cấp và gửi báo cáo kết quả đo đến RNC khi thực hiện các tiêu chuẩn báo cáo Vì thế SHO là kiểu chuyển giao được đánh giá bởi đầu cuối di động (MEHO: Mobile Estimated HO) Tuy nhiên giải thuật quyết định SHO được đặt trong RNC Dựa trên các báo cáo kết quả đo nhận được từ

UE (hoặc định kỳ hoặc được khởi động bởi một số các sự kiện nhất định ), RNC lệnh cho UE bổ sung hay loại bỏ một số ô khỏi tập tích cực của mình (ASU: Active Set Apdate: cập nhật tập tích cực)

1.2.3.3 Điều Khiển Quản Trị:

Nếu tải giao diện không gian được cho phép tăng quá mức thì vùng phủ của ô

sẽ bị làm giảm dưới mức giá trị đã được lập kế hoạch và chất lượng dịch vụ của kết nối hiện tại không được theo yêu cầu Trước khi chấp nhận một UE mới, điều khiển quản trị cần kiểm tra xem sự chấp nhận đó có làm mất hoạch định vùng phủ hay chất lượng của kết nối hiện tại không Điều khiển quản trị chấp nhận hay từ chối một yêu cầu thiết lập một thông báo truy nhập vô tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến Chức năng điều khiển quản trị được đặt tại RNC - nơi mà thông tin về tải của vài ô có thể đang tồn tại

1.2.3.4 Điều Khiển Tải (Điều Khiển Tắc Nghẽn ):

Một nhiệm vụ quan trọng của chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM là đảm bảo hệ thống không quá tải Nếu hệ thống được lập kế hoạch đúng mức, điều khiển quản trị và lập lịch gói làm việc tốt thì tình trạng quá tải là ít xảy

ra Nếu hệ thống gặp quá tải thì chức năng điều khiển tải được thực hiện và nhanh chóng đưa hệ thống quay trở lại bình thường và quay trở lại kiểm soát tải, nó được chỉ rõ bởi lập kế hoạch mạng vô tuyến

Những hoạt động điều khiển tải được thực hiện nhằm giảm bớt tải:

√ Điều khiển tải nhanh đường xuống: từ chối quyền tăng công suất đường xuống nhận được từ UE

√ Điều khiển tải nhanh đường lên: giảm chỉ số Eb/N0 đường lên sử dụng bởi điều khiển công suất nhanh đường lên

√ Giảm lưu lượng của gói dữ liệu lưu thông

√ Chuyển giao tới một sóng mang W-CDMA khác

√ Chuyển giao tới GSM

√ Giảm bớt tốc độ bit của thời gian thực các UE ví dụ như mã hóa tiếng nói AMR

√ Tách những cuộc gọi ưu tiên thấp trong một kiểu điều khiển

Hai hoạt động nhanh đầu tiên được thực hiện trong một Node-B Tất cả các hoạt động này có thể được đặt vào một khe thời gian, ví dụ với tần số 1,5KHz