Chuyển từ GSM lên WCDMA và vấn đề chuyển giao giữa hai hệ thống

Trong giai đoạn đầu triển khai mạng UMTS thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người sử dụng là hết sức quan trọng đi đôi với việc nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên của nhà cung cấp

Trang 1

-

NGUYỄN CÔNG HOÀNG

CHUYỂN TỪ GSM LÊN WCDMA VÀ

VẤN ĐỀ CHUYỂN GIAO GIỮA HAI HỆ THỐNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

Tiến sĩ ĐẶNG QUANG HIẾU

Hà Nội 10 – Năm 2010

Trang 2

WCDMA và vấn đề chuyển giao giữa hai hệ thống” được viết dựa trên kết quả nghiên

cứu đề cương của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Đặng Quang Hiếu, các số liệu trung thực chính xác

Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn đầy đủ nguồn và sử dụng đúng luật bản quyền quy định

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình

Học Viên

Nguyễn Công Hoàng

Trang 3

Nguyễn Công Hoàng 1 CHDT1 2008-2010

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 12

1.1 Giới thiệu về mạng 3G (W-CDMA) 12

1.1.1 Các ưu điểm mà công nghệ W- CDMA mang lại 12

1.1.2 Triển khai hệ thống 3G – WCDMA 14

1.2 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động 21

1.2.1 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA 22

1.2.2 Hoạt động song song hai hệ thống: 2G và 3G 25

CHƯƠNG II: HOẠT ĐỘNG SONG SONG HAI HỆ THỐNG 27

2.1 Ưu tiên cho người sử dụng 3G: 27

2.1.1 Lựa chọn cell 28

2.1.2 Lựa chọn lại cell (cell-reslection) 30

Trang 4

2.1.3 Lựa chọn cell từ 3G sang 2G: Inter-RAT Cell Reselection ( 3G -> 2G ) 35

2.1.4 Lựa chọn lại cell giữa từ 2G sang 3G: Inter-Rat Cell Selection ( 2G -> 3G) 36

2.1.5 Các trường hợp Reselection thường gặp 38

2.2 Tối thiểu hóa tác động đến hệ thống hiện tại: 41

2.3 Không ảnh hưởng đến người sử dụng: 42

2.3.1 Chuyển giao cùng tần số: Intra-Frequency Handover 43

2.3.2 Chuyển giao khác tần số: Inter-Frequency Handover 49

2.3.3 Chuyển giao giữa hai phương thức truy nhập vô tuyến: Inter-RAT Handover 57

2.3.4 Một số trường hợp thường gặp 62

2.3.5 Các thông số chuyển giao và kết quả 64

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động ở Việt Nam đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ Số lượng thuê bao tăng nhanh Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng,

ở Việt Nam đã triển khai mạng di động UMTS Mạng UMTS hỗ trợ truyền gói tốc độ cao cho phép triển khai nhiều dịch vụ tiện ích, đáp ứng được nhu cầu người sử dụng Trong giai đoạn đầu triển khai mạng UMTS thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người sử dụng là hết sức quan trọng đi đôi với việc nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên của nhà cung cấp

Luận văn này sẽ đề cập và giải quyết vấn đề về tăng tài nguyên mạng bằng các lựa chọn cell, ưu tiên cho người sử dụng 3G Bên cạnh đó còn có các thông số, sự kiện liên quan đến chuyển giao, đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người sử dụng

Thông tin di động tuy không phải là một lĩnh vực mới mẻ, song để có thể hiểu thật

kỹ, thật sâu về nó cần phải có một quá trình nghiên cứu lâu dài và chi tiết Do vậy, mặc dù

đã rất cố gắng nhưng những nội dung em trình bày trong luận văn này chắc hẳn vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong sự quan tâm chỉ bảo của thầy cô giáo và sự góp

ý của các bạn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Đặng Quang Hiếu đã hướng dẫn, chỉ bảo và tận tình giúp đỡ cho em hoàn thành luận văn này

Trang 6

AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ

ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi

BLER Block Error Rate Tỷ lệ lỗi khối

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

C

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập chia theo mã C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

Trang 7

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

Phương pháp trải phổ nhảy tần

FM Frequency Modulation Điều chế tần số

FDMA Frequence Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FSK Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần

G

GGSN

GPRS

Gateway GPRS Support Node

General packet radio service

Node hỗ trợ GPRS cổng Dịch vụ chuyển mạch gói

Trang 8

GSM Global System For Mobile

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

HS-DSCH High Speed Downlink Channel Kênh đường xuống tốc độ cao HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

Trang 9

NAS Non-Access Stratum Tầng không truy nhập

NLOS Non Line Of Sight Không trong tầm nhìn thẳng

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PM Phase Modulation Điều chế pha

PN Pseudo Noise Mã giả ngẫu nhiên

PSC Primary Screambling Code Mã nhận dạng chính

PSK Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha

PSTN Public Switched Telephone

Trang 10

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

SDCCH Stand alone Dedicated Control

Channel Kênh điều khiển dành riêng SGSN Serving GPRS Support Node

T

TCP Transmitted Carrier Power Công suất sóng mang

Trang 11

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia thời

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network Mạng truy nhập mặt đất của UMTS

Trang 12

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Các thông số Intra-Frequency Handover……….52

Bảng 2: Các thông số Inter-Frequency Handover……….53

Bảng 3: Các thông số Inter-RAT Handover……… 54

Bảng 4: Một số kết quả đạt được……… 55

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Phương án chung mạng lõi 15

Hình 2 Phương án thêm mạng lõi 15

Hình 3 Phương án tích hợp chung 16

Hình 4.Sự phát triển liền mạch .17

Hình 5 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G 22

Hình 6 Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn 24

Hình 7 Các loại chuyển giao khác nhau trong mạng WCDMA 1

Hình 8 Các bản tin lựa chọn lại cell từ WCDMA sang GSM ở chế độ rỗi 32

Hình 9 Thủ tục lựa chọn lại cell từ 3G sang 2G 35

Hình 10 Thủ tục lựa chọn lại cell từ 2G sang 3G 37

Trang 13

Hình 11 Quá trình chuyển giao của thiết bị đầu cuối 43

Hình 12 Thực hiện đo các sự kiện 47

Hình 13 Cấu hình ưu tiên dựa trên vị trí của các cell lân cận 48

Hình 14 Cách cấu hình độ ưu tiên của cell 49

Hình 15 Sự kiện 2A 53

Hình 16 Sự kiện 2B 54

Hình 17 Sự kiện 2C 55

Hình 18 Ví dụ về chuyển giao theo sự kiện 2A, 2D 56

Hình 19 Ví dụ về chuyển giao theo các sự kiện 2A,2D,2F 57

Hình 20 Nguyên lý của Compression Mode 59

Hình 21 Chuyển giao giữa 2 phương thức truy nhập vô tuyến 62

Trang 14

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

Với thị trường Việt Nam, công nghệ di động đầu tiên GSM, thế hệ 2G đơn giản, chỉ cho phép thoại là chính Việc nâng cấp lên công nghệ GPRS vào cuối năm 2003

đã giúp người dùng bắt đầu làm quen với những ứng dụng dữ liệu Cuối năm 2007 vừa qua, sau khi ứng dụng EGDE, tốc độ đã được nâng cao hơn với đỉnh tốc độ đạt khoảng 384 kb/s Nhưng tốc độ thực tế vẫn còn thấp khiến các dịch vụ dựa trên nền

dữ liệu không thể phát triển và bùng nổ mạnh như dịch vụ thoại hiện nay

Trên thế giới bây giờ còn 2 thế hệ cao cấp của họ GSM hiện đã và đang được

ứng dụng tại thị trường Việt Nam, đó là WCDMA - thế hệ 3G với tốc độ 2Mbps và HSPA (HSDPA & HSUPA) – thế hệ 3,5G với khả năng truyền lên đến 14,4 Mbps

Đây là những công nghệ tiên tiến đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới với hơn

200 triệu thuê bao, trên 220 mạng thuộc 94 quốc gia, chiếm 2/3 thuê bao 3G trên toàn cầu (GSA, 6/2008)

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu chung về mạng 3G- WCDMA và việc hoạt động song song giữa hệ thống GSM hiện tại với hệ thống WCDMA được triển khai mới

1.1 Giới thiệu về mạng 3G (W-CDMA)

1.1.1 Các ưu điểm mà công nghệ W- CDMA mang lại

* Dịch vụ linh hoạt : W- CDMA cho phép mỗi một sóng mang 5 Mhz xử lý các dịch

vụ hỗn hợp trong dải từ 8 Kb/s lên đến 2Mb/s Các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói với các độ rộng băng thay đổi được có thể trộn tự do và đồng thời truyền đến cùng người sử dụng có số mức yêu cầu Mỗi máy đầu cuối W- CDMA có thể là dịch vụ âm thoại hoặc là tổ hợp các dịch vụ khác nhau Các dịch vụ này có thể là

Trang 15

dịch vụ âm thoại hoặc là tổ hợp các dịch vụ như Internet, thư điện tử, multimedia và video

* Hiệu quả phổ : W- CDMA tạo nên việc sử dụng phổ tần vô tuyến hiện có rất hiệu

quả Không đòi hỏi có quy hoạch tần số vì việc sử dụng lại một cell được áp dụng Khi

sử dụng kỹ thuật như các cấu trúc ô phân cấp, dãy anten tương hợp và dải điều chế Coherent hai hướng đã làm tăng dung lượng mạng

Mạng phân lớp có thể được triển khai trong phạm vi băng tần 2x15Mhz Hầu hết sự phân phối cho nhà khai thác trong băng tần 2Mhz vì mỗi lớp của ô yêu cầu tất cả là 2x5Mhz Sự phân phối này cho phép áp dụng với các cấu trúc ô phân cấp của W- CDMA Như vậy phân phối của 2x5Mhz đủ cho nhà khai thác triển khai truy nhập W- CDMA sóng mang đơn

* Dung lượng và vùng bao phủ : Mỗi sóng mang tần số vô tuyến W- CDMA có thể sử

lý đồng thời 100 cuộc gọi âm tần khi sử dụng mã hoá tiếng nói 13Kb/s hoặc 50 người

sử dụng (NSD) cùng với dữ liệu Internet cho mỗi sóng mang tấn số vô tuyến Độ rộng băng tần rộng hơn và việc sử dụng giải điều chế coherent và điều khiển nhanh công suất ở tuyến lên và tuyến xuống cho phép có một ngưỡng thu thấp hơn, cho dung lượng đạt gấp 2 lần so với các công nghệ CDMA băng hẹp

* Tính kinh tế đối với mạng : qua việc truy nhập vô tuyến W- CDMA được bổ xung

vào mạng tế bào số hiện có như GSM và việc kết nối đến hai hệ thống, cùng các mạng lõi cũng được sử dụng lại và cũng các trạm gốc ấy được sử dụng các tuyến từ mạng truy nhập W- CDMA và mạng lõi GSM sử dụng giao thức truyền dẫn mini-cell của ATM Biện pháp xử lý cuộc gọi số liệu có hiệu quả cao này làm tăng dung lượng của các tuyến tiêu chuẩn E1/T1 lên xấp xỉ 300 cuộc gọi âm thoại so với 30 của mạng hiện nay, tích kiệm chi phí truyền dẫn đến 50%

Trang 16

* Dung lượng âm thoại cao hơn : mặc dù mục đích đầu tiên của truy nhập di động thế

hệ 3G là truyền dẫn lưu lượng multimedia với tốc độ cao điều này cũng chính là cơ chế hiệu quả của phổ đối với lưu lượng thoại Nhà khai thác với sự phân phối phổ 2x15Mhz sẽ có khả năng sử lý ít nhất là 192 cuộc gọi âm thoại cho mỗi vùng của cell, kết quả này có thể so với 100 cuộc gọi âm thoại cho mỗi vùng của cell trong mạng GSM

* Truy nhập dịch vụ nhanh : để trợ giúp cho việc truy nhập đến mạng Internet và các

dịch vụ multimedia, một thủ tục truy nhập trực tiếp mới đã được nghiên cứu phát triển khi sử dụng đồng bộ nhanh để xử lý các dịch vụ số liệu gói 384 Kb/s, chỉ cần vài choc giây để thiết lập cuộc nối giữa người sử dụng (NSD) di động và trạm gốc

* Thiết bị đầu cuối đơn giản, kinh tế : việc sử lý số liệu yêu cầu ở máy đầu cuối

W-CDMA thấp so với công nghệ cũ Do ít phức tạp nên các thiết bị đầu cuối yêu cầu chi phí thấp sẽ được sản xuất rễ dàng với số lượng lớn, nên có tính kinh tế cao, cạnh tranh mạnh mẽ và tạo nên nhiều khả năng lựa chọn cho nhà khai thác và người sử dụng (NSD)

1.1.2 Triển khai hệ thống 3G – WCDMA

Khi nâng cấp lên 3G, công nghệ WCDMA hoạt động trên một kỹ thuật truy cập khác hoàn toàn, đó là CDMA, do đó băng tần hoạt động sẽ phải tách biệt với GSM (WCDMA mỗi kênh băng tần số là 5MHz) Sẽ cần một dải tần 3G mới khác với tần số

đang hoạt động hiện nay (thực chất của cuộc thi 3G là để giành được sự cấp phép tần

số này) Sự đổi mới như vậy sẽ cần một thiết bị thu phát sóng BTS hoàn toàn mới,

được đặt tên là Node B, cùng với nó là một thiết bị quản lý trạm gốc (BSC) mới, tên là

điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller)

Trang 17

Do tính kế thừa khi nâng cấp, hệ thống mạng lõi (tổng đài chuyển mạch) hiện

hữu vẫn có thể được sử dụng để kết nối với mạng vô tuyến (Node B và RNC) của công nghệ WCDMA mới (Hình 1.1)

Hình 2 Phương án thêm mạng lõi

Trang 18

Theo thời gian, tất cả các thiết bị mạng lõi và vô tuyến sẽ tích hợp chung như Hình 1.3 Các thiết bị BTS, BSC cũ sẽ hết khấu hao hoặc di chuyển ra các vùng sâu, vùng xa khác để hỗ trợ sóng GSM/EDGE

Hình 3 Phương án tích hợp chung

1.1.2.1 Sự phát triển liền mạch

Nếu chỉ nhìn vào Hình 1.2, có không ít người nhận xét sự nâng cấp lên 3G chỉ là

sự ghép thêm 1 hệ thống mới với công nghệ mới vào hệ thống có sẵn Để hiểu rõ hơn tính kế thừa, liền mạch khi phát triển lên 3G của GSM, xin tham khảo Hình 4

Trang 19

gì mạng ADSL hữu tuyến hiện nay

Trang 20

- Tuy nằm trên 2 thiết bị khác nhau, sự vận hành của 2 hệ thống vô tuyến bao gồm GSM và WCDMA cũng sẽ được quản lý thống nhất, đảm bảo chuyển giao liền mạch giữa 2 hệ thống Cuộc gọi sẽ vẫn đảm bảo duy trì khi chuyển băng tần và chuyển công nghệ, điều này sẽ xảy ra khi người dùng di chuyển ngoài vùng phủ sóng của một công nghệ hoặc bị quá tải

Nhờ tính liền mạch này, việc sử dụng băng thông sẽ rất hiệu quả (có sự điều tiết, phân bố qua lại giữa các cuộc gọi trên các băng tần), tức sẽ giảm nghẽn mạng; các thiết bị sẽ được tận dụng tối đa (dùng chung tài nguyên cho cả hai hệ thống); và việc

đầu tư WCDMA không cần phải đồng loạt toàn mạng

1.1.2.2 Hình dung sự vận hành của một mạng 3G

Tùy vào mức độ phát triển của từng thị trường và từng mạng, mô hình triển khai 3G của mỗi nhà khai thác sẽ khác nhau Hoặc phủ sóng đồng loạt 3G trên toàn thị trường, hoặc phủ sóng dần dần từ khu vực đô thị rồi mở rộng dần Khi đó tại vùng 3G,

sẽ tồn tại một loạt các công nghệ GSM, GPRS, EDGE, WCDMA (và cả HSPA nếu đã nâng cấp), tùy thuộc vào công nghệ của chiếc điện thoại mà bạn đang sử dụng, bạn có thể tận hưởng tốc độ tương ứng

Lấy ví dụ điện thoại của bạn là chiếc GSM (hoặc GPRS, EDGE), cuộc gọi của bạn sẽ vẫn chạy trên băng tần cũ, đến trạm thu phát sóng GSM và theo hệ thống tổng đài chuyển mạch cũ Tương ứng với công nghệ của chiếc điện thoại (GSM/GPRS/EDGE) mà bạn có thể thưởng thức tốc độ truy cập khác nhau

Trang 21

phủ sóng 2G và 3G không đồng nhất, nếu ra ngoài vùng phủ 3G, bạn sẽ vẫn liên lạc được nhờ vào sóng 2G có sẵn

Với một mạng đa chế độ như vậy, các tổng đài sẽ có 3 cơ chế điều khiển, cung cấp loại công nghệ thích hợp cho các cuộc gọi:

- Nhà cung cấp quy định về chính sách dịch vụ: mỗi loại cuộc gọi sẽ được gán 1

loại công nghệ, ví dụ các cuộc gọi thoại sẽ đi theo mạng GSM, cuộc gọi dữ liệu sẽ theo mạng 3G

- Điều khiển cân bằng tải giữa các chế độ: ví dụ khi cuộc gọi trên băng tần GSM

quá tải, một số thuê bao sẽ được chuyển qua WCDMA để tiếp tục cuộc gọi, hoặc ngược lại

- Gói cước, loại hình thuê bao của người dùng: mỗi thuê bao sẽ thuộc một nhóm

khách hàng với độ ưu tiên khác nhau Thuê bao vàng sẽ được ưu tiên gán vào chế

độ có tải thấp nhất hoặc tốc độ cao nhất Trong khi thuê bao thường chỉ được sử dụng dịch vụ tốc độ thấp, hoặc vẫn sử dụng GSM ngay cả trong vùng phủ WCDMA

Để hiểu hơn sự vận hành này, chúng ta hãy cùng xem một minh họa sau Một người dùng với điện thoại đa chế độ GSM/WCDMA đáp chuyến tàu hỏa từ trung tâm thành phố đi ra vùng quê Mạng mà anh này thuê bao là GSM với vùng phủ sóng EDGE toàn quốc, tại một số thành phố đã có sóng WCDMA

Khi tàu bắt đầu chạy, anh gọi cho người thân, sau đó anh gửi một đoạn phim video

trong khi vẫn tiếp tục cuộc nói chuyện (WCDMA cho phép thực hiện 2 cuộc gọi dữ liệu

và thoại cùng lúc như thế này) Khi tàu chạy ra khỏi thành phố, hết sóng WCDMA,

tổng đài sẽ chuyển cuộc gọi thoại sang mạng GSM và chuyển cuộc gọi video sang

Trang 22

mạng EDGE Anh này sẽ thấy chất lượng cuộc gọi video giảm đi trong khi chất lượng cuộc gọi sẽ không đổi

`1.1.2.3 Mô hình triển khai 3G

Nói về việc nâng cấp 3G không thể không bàn đến mô hình, hay chiến lược để triển khai 3G Có 3 chiến lược chính là: Triển khai nhanh chóng WCDMA toàn mạng, Triển khai WCDMA dần dần và Triển khai 3G sau

- Triển khai nhanh chóng WCDMA trên toàn mạng: Có nhiều nguyên nhân để các

nhà cung cấp chọn phương án này: mức độ cạnh tranh thị trường cao; theo yêu cầu của nhà nước; thị trường có nhu cầu dịch vụ dữ liệu cao; tình hình tài chính mạnh; dung lượng mạng GSM hiện tại đang bị hạn chế; tỉ lệ rời mạng cao; tham vọng chiếm thêm thị phần và nâng cao chỉ số doanh thu trên một thuê bao (ARPU)

Nếu vùng phủ sóng 3G thì rộng khắp mà khách hàng lại không có thiết bị để sử dụng thì cũng vô nghĩa Vì vậy, muốn chiến lược này thành công, các nhà khai thác phải

có một chính sách phát triển thuê bao tương ứng: khuyến khích khách hàng thay máy mới, tiếp thị các thiết bị mới gắn với dịch vụ dữ liệu v.v…

- Triển khai WCDMA dần dần: phủ sóng WCDMA bắt đầu từ vùng đô thị rồi lan tỏa

dần ra, trong khi đó vẫn tiếp tục đầu tư GSM để nâng cao dung lượng dịch vụ thoại

và dịch vụ dữ liệu tốc độ thấp GPRS Các lý do để chọn chiến lược này: khả năng phát triển của GSM và GPRS vẫn còn cao; chất lượng và dung lượng của GSM và

GPRS có vấn đề (cần phải đầu tư để cải thiện phục vụ khách hàng 2G); mạng GSM

và số thuê bao quá lớn; điện thoại 2G vẫn còn nhiều; thị trường dữ liệu di động chỉ mới phát triển; tình hình tài chính ổn định

Các thiết bị đầu cuối đa chế độ GSM/GPRS/WCDMA vì vậy cũng sẽ được giới thiệu, tiếp thị dần dần, phụ thuộc vào nhu cầu và khả năng của khách hàng

Trang 23

- Triển khai 3G sau: khi nhu cầu thị trường về dịch vụ dữ liệu cao còn thấp, nhu cầu

về thoại vẫn là chủ yếu và tiếp tục phát triển, hoặc chính phủ chưa cấp phép băng tần 3G, thì nhà cung cấp tại thị trường này chỉ cần phát triển lên EDGE là vừa đủ Việc nâng cấp lên WCDMA sẽ được cân nhắc trong tương lai Tuy nhiên khi đầu tư

hạ tầng mạng GSM hoặc GPRS, nhà khai thác này phải chú ý chọn hệ thống hỗ trợ tốt việc nâng cấp WCDMA trong tương lai

Ở Việt Nam các nhà mạng lựa chọn phương án hai phát triển 3G từ các thành phố rồi mở rộng dần ra vùng sâu vùng xa Tốc độ nhanh hay chậm là tùy thuộc vào tham vọng cũng như năng lực của từng nhà cung cấp

1.2 Tổng quan về chuyển giao trong mạng di động

Chuyển giao là một khái niệm cơ bản của sự di chuyển trong cấu trúc cell Trong hệ thống UMTS có nhiều loại chuyển giao khác nhau để phù hợp với các yêu cầu khác như: điều khiển tải, cung cấp vùng phủ sóng và thoả mãn chất lượng dịch vụ

Mục tiêu của chuyển giao là cung cấp sự liên tục của dịch vụ di động khi người

sử dụng di chuyển qua vùng biên của các cell trong kiến trúc cell Để người sử dụng có thể tiếp tục thông tin và băng qua biên của cell thì cần cung cấp tài nguyên vô tuyến mới cho người sử dụng ở cell mới, hay còn gọi là cell đích Bởi vì cường độ tín hiệu thu được xấu hơn cell đích mà người sử dụng chuyển qua Quá trình xử lý đường xuống còn tồn tại kết nối trong cell hiện tại và thiết lập kết nối mới trong cell lân cận gọi là chuyển giao Tính năng của mạng tế bào thể hiện qua chuyển giao là chủ yếu nhằm cung cấp dịch vụ hấp dẫn như các ứng dụng thời gian thực hay luồng đa phương tiện như các dự án trong mạng di động thế hệ 3 ba đưa ra Số lượng chuyển giao không thành công thể hiện thủ tục chuyển giao không hoàn thành

Trang 24

1.2.1 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G WCDMA

Chuyển giao trong mạng WCDMA có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau Có thể phân thành:

- Chuyển giao cùng tần số

- Chuyển giao khác tần số

- Chuyển giao giữa các mạng khác nhau WCDMA với GSM

Bên cạnh đó ta lại có thể chia chuyển giao trong WCDMA thành bốn loại:

- Chuyển giao trong cùng hệ thống

- Chuyển giao ngoài hệ thống

- Chuyển giao cứng

- Chuyển giao mềm và mềm hơn

Hình 5 Các loại chuyển giao trong hệ thống 3G

Trang 25

• Chuyển giao trong cùng hệ thống

Chuyển giao trong cùng hệ thống có thể được chia thành chuyển giao cùng tần số và chuyển giao khác tần số Chuyển giao cùng tần số xuất hiện giữa các cell cùng sóng mang WCDMA Chuyển giao khác tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các tần số sóng mang khác nhau

• Chuyển giao ngoài hệ thống

Chuyển giao ngoài hệ thống xuất hiện giữa các cell thuộc hai kỹ thuật truy

nhập vô tuyến khác nhau RAT (RAT: Radio Access Technology) hoặc giữa hai node UTRAN FDD và UTRAN TDD

• Chuyển giao cứng là loại chuyển giao mà kết nối cũ bị phá vỡ trước khi có kết nối vô tuyến mới được thiết lập giữa thiết bị người sử dụng và mạng truy nhập vô tuyến Loại chuyển giao này sử dụng trong mạng GSM để gán các kênh tần số khác nhau cho các cell Người sử dụng đi vào cell mới sẽ huỷ bỏ kết nối cũ và thiết lập kết nối mới với tần số mới

Chuyển giao cứng trong mạng UMTS sử dụng để thay đổi kênh tần số của Thiết

bị đầu cuối và UTRAN Trong suốt quá trình bố trí tần số của UTRAN, nó sẽ xác định rằng mỗi hoạt động UTRAN là dễ dàng để yêu cầu thêm vào phổ tần để đạt được dung lượng khi các cấp độ sử dụng hiện tại đã hết Trong trường hợp này vài băng tần xấp xỉ 5 MHz được sử dụng bởi một người và cần chuyển giao giữa chúng

Chuyển giao cứng còn áp dụng để thay đổi cell trên cùng tần số khi mạng không

hỗ trợ tính đa dạng lớn Trong trường hợp khác là khi kênh truyền đã được xác định trong khi người sử dụng đi vào cell mới thì chuyển giao cứng sẽ thực hiện nếu chuyển giao mềm và mềm hơn không thực hiện được

Thông thường chuyển giao cứng chỉ dùng cho vùng phủ và tải, còn chuyển giao mềm và mềm hơn là yếu tố chính hỗ trợ di động Chuyển giao giữa hai mode UTRAN FDD và UTRAN TDD cũng thuộc loại chuyển giao cứng

• Chuyển giao mềm và mềm hơn

Trang 26

Hình 6 Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

Chuyển giao mềm là chuyển giao giữa hai BS khác nhau, còn chuyển giao mềm hơn là chuyển giao giữa ít nhất 2 sector của cùng một BS Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, MS giao tiếp một cách tức thì với hai (chuyển giao hai đường) hoặc nhiều cell của các BS khác nhau thuộc cùng RNC (Intra-RNC) hoặc các RNC khác nhau (Inter-RNC) Trên đường xuống máy di động nhận hai tín hiệu với tỉ số kết hợp lớn nhất; ở đường xuống, máy di động mã hoá kênh được tách bởi cùng hai BS (chuyển giao hai đường), và được gởi đến RNC cho việc lựa chọn kết hợp Hai hoạt động điều khiển công suất vòng đặc biệt trong chuyển giao mềm cho một BS Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, MS được điều khiển ít nhất bởi hai sector của cùng BS, do đó chỉ có một hoạt động điều khiển công suất vòng Chuyển giao mềm và mềm hơn chỉ sử dụng một sóng mang, đây là chuyển giao trong cùng hệ thống Hình (1.5) thể hiện các loại chuyển giao khác nhau

Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm hơn

Trang 27

• chuyển giao hai đường là chuyển giao mà ở đó MS thông tin với hai đoạn của hai ô khác nhau

• chuyển giao ba đường là chuyển giao mà ở đó MS thông tin với ba đoạn của hai ô khác nhau

BS điều khiển trực tiếp quá trình xử lý cuộc gọi trong quá trình chuyển giao mềm được gọi là BS sơ cấp.BS sơ cấp có thể khởi đầu bản tin điều khiển đường xuống, các

BS khác không xử lý cuộc gọi gọi là BS thứ cấp.Chuyển giao mềm kết thúc khi hoặc

BS sơ cấp hoặc BS thứ cấp bị loại bỏ

1.2.2 Hoạt động song song hai hệ thống: 2G và 3G

Dù công nghệ WCDMA sẽ được phủ sóng các vùng đô thị nhưng nhiều nhà cũng cấp vẫn thấy cần phải phủ sóng toàn bộ ngay khi mới bắt đầu Mạng GSM hiện đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu với các dịch vụ về thoại, dữ liệu, tin nhắn… Các

Hình 7 Các loại chuyển giao khác nhau trong mạng WCDMA

Chuyển giao hai đường

Trang 28

nhà cung cấp muốn tối đa lợi nhuận của họ khi nâng cấp lên WCDMA Một thiết bị đầu cuối 3G hỗ trợ cả công nghệ WCDMA và GSM sẽ giúp người sử dụng luôn có được dịch vụ di động một cách liền mạch trên khắp thế giới Một thiết bị đầu cuối hỗ trợ 2 chế độ song song WCDMA-GSM đòi hỏi phải có một cơ chế liên kết giữa WCDMA và GSM Ví dụ khi một người dùng khởi tạo cuộc gọi thoại sử dụng công nghệ WCDMA và sau đó di chuyển ra khỏi vùng phủ sóng của WCDMA cuộc gọi cần phải được chuyển sang GSM mà không có bất kì sự ngắt quãng nào

Trong việc triển khai hoạt động song song 2 hệ thống WCDMA và GSM sẽ gặp phải một số vấn đề:

- Ưu tiên cho người sử dụng 3G: đối với các thiết bị người dùng có hỗ trợ chế

độ hoạt động song song hai hệ thống thì cần ưu tiên sử dụng 3g để nâng cao dung lượng của hệ thống

- Tối thiếu hóa tác động đến mạng hiện tại: để tối đa lợi nhuận, nhà cung cấp

luôn muốn hệ thống cũ tương thích tốt với hệ thống mới mà không cần phải nâng cấp, thay đổi nhiều Bên cạnh đó, số lượng người dùng GSM vẫn chiếm đa

số, tổi thiểu các tác động đến hệ thống cũng đồng nghĩa với giảm thiểu rủi ro và ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ

- Không ảnh hưởng đến người sử dụng: vấn đề quan trọng trong việc triển khai

hệ thống 3g là không ảnh hưởng đến liên lạc của người dùng Khi một người dùng sử dụng 1 dịch vụ (thoại hay data) thì dịch vụ đó phải luôn được liền mạch, không được ngắt quãng, chất lượng dịch vụ phải được bảo đảm

Đây là những vấn đề mà bất kì một nhà cung cấp nào cũng cần phải quan tâm và giải quyết trong quá trình triển khai mạng WCDMA

Trang 29

CHƯƠNG II: HOẠT ĐỘNG SONG SONG HAI HỆ THỐNG

Chương I đã trình bày sơ lược về hệ thống UMTS và hoạt động song song hai

hệ thống, đồng thời cũng đưa ra ba vấn đề cần giải quyết: ưu tiên cho người sử dụng 3G, tối thiểu hóa ảnh hưởng đến hệ thống hiện tại và không ảnh hưởng đến người sử dụng Trong chương II này sẽ trình bày rõ hơn về ba vấn đề đó, đặc biệt là vấn đề ưu tiên cho người sử dụng 3G và không ảnh hưởng đến người sử dụng

2.1 Ưu tiên cho người sử dụng 3G:

Một trong những ưu điểm của việc triển khai mạng 3G đối với các nhà cung cấp

đó là dung lượng mạng được nâng cao đáng kể Một vùng phủ sóng UMTS sẽ bao phủ lên vùng phủ sóng GSM, đồng nghĩa với việc cùng 1 lúc mạng vô tuyến sẽ có nhiều tài nguyên cho người sử dụng hơn.Những thuê bao sử dụng thiết bị đầu cuối hỗ trợ cả 2 chế độ (GSM và UMTS) sẽ có thể lựa chọn sử dụng một trong hai chế độ đó Với mục đích nâng cao dung lượng của mạng vô tuyến, các nhà cung cấp sẽ thiết lập ưu tiên cho các thuê bao sử dụng thiết bị đầu cuối dual-mode sẽ ưu tiên chọn mạng 3G Đây cũng

là một phương án chống nghẽn khá hiệu quả

Ở chế độ rỗi, thời gian chờ thiết bị đầu cuối chủ yếu ảnh hưởng bởi tần suất đo kênh vô tuyến và thực hiện đo đạc lựa chọn lại cell (cell-reselection) Do đó một thiết

bị đầu cuối dual-mode phải đo cả WCDMA và GSM, việc này ảnh hưởng tiêu cực đến thời gian chờ của thiết bị đầu cuối so với chỉ hoạt động ở GSM Để cải thiện thời gian chờ, thiết bị đầu cuối được cho phép khởi tạo đo trên kỹ thuật truy nhập (ví dụ WCDMA khi trong GSM) khi chất lượng của kỹ thuật truy nhập không được như thiết lập của mạng Hơn thế nữa, só sánh với lựa chọn lại cell giữa những cell GSM, việc đo đạc đòi hỏi không khắt khe như giữa WCDMA và GSM

Thủ tục di động trong hoạt động song song giữa 2 hệ thống:

Có 2 chế độ cơ bản của hoạt động quản lý di động:

Trang 30

- Điều khiển theo thiết bị đầu cuối

- Điều khiển theo mạng

Trong chế độ điều khiển theo thiết bị đầu cuối, thiết bị đầu cuối sẽ lựa chọn cell mà

nó sẽ kết nối Tuy nhiên, mạng có thể phát đi các thông số khác nhau ảnh hưởng đến quá trình này

Trong chế độ điều khiển theo mạng thì mạng sẽ đưa ra quyết định cho thiết bị đầu cuối phải kết nối đến cell được định sẵn Thông thường, chế độ này đưa ra quyết định dựa trên các thông tin mà thiết bị đầu cuối đo đạc được

Đối với sự hoạt động của cả 2 chế độ thì mạng phải xem xét các cell sử dụng các phương thức truy nhập khác Bên cạnh chất lượng của đường vô tuyến, mạng cũng thể còn tính đến các mặt khác khi lực chọn cell, ví dụ như tải hiện thời của dịch vụ được thiết lập Hai thủ tục được xác định bởi mạng có thể ra lệnh cho thiết bị đầu cuối kết nối đền cell sử dụng phương thức truy nhập khác được gọi là chuyển giao (handover) và chuyển thứ tự cell (cell change order) Các thủ tục này diễn ra khi thiêt

bị đầu cuối sử dụng kênh dành riêng Thủ tục chuyển giao cung cấp mức dịch vụ cao hơn do nó liên quan đến pha chuẩn bị mà tại đó các cell đich được chuẩn bị cho quá trình chuyển giao Theo đó, thủ tục chuyển giao sẽ được thực hiện khi thiết bị đầu cuối đang cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh, ví dụ thoại Thủ tục chuyển thứ tự cell sẽ được thực hiện khi thiết bị đầu cuối đang được cung cấp dịch vụ chuyển mạch gói, ví

dụ như duyệt web

2.1.1 Lựa chọn cell

- Thiết bị đầu cuối sẽ cố gắng tìm được cell thích hợp để vào NAS điều khiển lựa cell bằng cách

Trang 31

+ Cung cấp các thông tin về phương thức truy nhập vô tuyến liên quan đến PLMN được lựa chọn

+ Duy trì danh sách các vùng bị cấm

+ Cung cấp danh sách các PLMN khác

- Khi một cell thích hợp được tìm thấy thiết bị đầu cuối sẽ chọn cell này để vào và báo cáo sự kiện đó đến NAS bằng thủ tục đăng kí NAS Khi đăng kí thành công Thiết bị đầu cuối có thể sử dụng các dịch vụ đó bình thường

- Nếu Thiết bị đầu cuối không thể tìm thấy cell thích hợp của mạng, Thiết bị đầu cuối

sẽ cố gắng vào các cell có trạng thái còn lại

- Thiết bị đầu cuối sẽ sử dụng một trong hai thủ tục sau để cell selection

+ Tìm cell ban đầu: Thiết bị đầu cuối sẽ dò tìm tất cả các tần số của band UTRAN để tìm cell thích hợp Trên một sóng mang Thiết bị đầu cuối sẽ tìm cell mạnh nhất

+ Tìm cell dựa trên thông tin lưu trữ Thiết bị đầu cuối phải có 1 bản lưu trữ các thông tin về tần số của cell trước khi turn off như scrambling code Nếu có cell thích hợp Thiết bị đầu cuối sẽ vào Nếu không thiết bị đầu cuối sẽ sử dụng thủ tục thứ nhất

- Quy tắc S – Dành cho Cell Selection

Srxlev > 0 và Squal > 0

Trong đó

Squal = Qqualmeas - Qqualmin

Srxlev = Qrxlevmeas – Qrxlevmin – Pcompensation

Pcompensation = max(UE_TXPWR_MAX_RACH – P_MAX, 0)

- Qqualmin: Mức chất lượng tín hiệu yêu cầu nhỏ nhất của cell để thỏa mãn điều kiện chọn và chọn lại của UE Khi phần tử đo là CPICH Ec/Io chỉ những cell nào

Trang 32

lớn hơn Qqualmin mới được chọn Nếu giá trị đó tăng thì cell đó càng khó được chọn và ngược lại (-18 dB)

- Qrxlevmin: Công suất tín hiệu thu yêu cầu nhỏ nhất của cell để thoả mãn điều kiện chọn và chọn lại của UE Khi phần tử đo là CPICH RSCP chỉ những mức công suất thu của cell lớn hơn Qrxlevmin thì cell đó mới được chon (-115 dBm)

- Qqualmeas: Giá trị đánh giá chất lượng cell đo được Đơn vị tính là CPICH Ec/Io

- Qrxlevmeas: Giá trị mức thu RX của cell đo được Đơn vị tính là CPICH RSCP đối với WCDMA và là RXLEV đối với GSM

- UE_TXPWR_MAX_RACH: Mức công suất phát lớn nhất trên kênh RACH Được kí hiệu trên hệ thống là MaxRACHTxPwr (24 dBm)

- P_MAX: Công suất đầu ra lớn nhất của thiết bị đầu cuối (dBm)

2.1.2 Lựa chọn lại cell (cell-reslection)

Trong WCDMA thiết bị đầu cuối sẽ thực hiện lựa chọn lại cell ở chế độ rỗi và chế độ kết nối khi kênh dùng chung được suer dụng cho dịch vụ chuyển mạch gói Thiết bị dual mode lựa chọn lại cell GSMM khi cell có thứ hạng cao hơn cell WCDMA hiện tại hoặc bất kì cell WCDMA nào khác.Cũng giống như trong GSM, WCDMA cell và GSM cell được xếp hạng dựa trên mức tín hiệu KHi thực hiện lựa chọn lại cell trong WCDMA, thiết bị đầu cuối cũng thực hiện đo các cell GSM liên tục và khi chất lượng của cell WCDMA hiện tai xuống dưới ngưỡi cho phép thiết bị đầu cuối chỉ được cho phép lựa chọn cell WCDMA hoặc GSM khi mức chất lượng trung bình và mức tín hiệu trung bình đạt đền ngưỡng nhỏ nhất Mức ngưỡng chất lượng hỏ nhất (S/N) đảm bảo rằng thiết bị đầu cuối có thể nhậ được thông tin phát đi từ cell đích tiềm năng Mức ngưỡng nhỏ nhất của tín hiệu thu đảm bảo rằng mạng có thể nhận được

Trang 33

thông tin về việc lựa chọn lại cell phát đi từ thiết bị đầu cuối ở trong cell mục tiêu Điều này cũng tính đến: mức công suất phát tối đa của thiết bị đầu cuối được cho phép khi truy cập cell và mức công suất phát tần số vô tuyến tối đa mà thiết bị đầu cuối có thể phát

Việc lựa chọn cell liên tục có thể tránh được với cơ chế sử dụng penalty time và temporary offset Cơ chế này giúp cho thiết bị đầu cuối khi di chuyển nhanh tránh được việc lựa chọn lại cell có kích thước nhỏ với 1cell có vùng phủ lớn được thiết lập Mạng

có thiết thiết lập tùy chọn này bằng cách phả đi tham số ở WCDMA cell Khi thiết bị đàu cuối đang được cung cấp dịch vụ chuyển mạch gói ở WCDMA cell và lựa chọn lại cell GSM, nó sẽ thiết lập kết nối vô tuyến đến phân hệ trạm gốc GSM và khởi tạo thủ tục cập nhật vùng Trong thủ tục này mạng lõi có thể nhân thoogn tin từ UTRAN UMTS về bối cảnh của thiết bị đầu cuối, bào gồm bất kỳ dữ liệu gói nào đang chờ được tỉa về Khi hoàn thành, kết nối đến UTRAN sẽ được giải phóng Cuối cùng, mạng lõi sẽ xác nhận thủ tục cập nhật vùng Hình dưới đây là các bản tin được gửi sau khi lựa chọn lại cell từ WCDMA sang GSM trong chế độ rỗi

Trang 34

Hình 8 Các bản tin lựa chọn lại cell từ WCDMA sang GSM ở chế độ rỗi

- Các loại cell reselection:

+ Intrafrequency: trong cùng tần số (f1-f1)

+ Inter-frequency: giữa các tần số khác nhau

+ Inter-Rat: giữa các phương thức truy nhập khác nhau, ở đây cụ thể là giữa 2 phương thức truy nhập vô tuyến của GSM và UMTS

- Quy tắc tính toán dưới đây được áp dụng cho chế độ IDLE Ở trạng thái Cell_FACH Thiết bị đầu cuối sẽ đo ở tất cả các tần số Intra-frequency, inter-frequency, inter-RAT

có trong thông tin hệ thống

Trang 35

- Thiết bị đầu cuối sử dụng Squal để so sánh

+ Nếu Squal > Sintrasearch thiết bị đầu cuối không thực hiện phép đo intra-frequency + Nếu Squal <= Sintrasearch thiết bị đầu cuối thực hiện phép đo intra-frequency + Nếu Squal <= Sintersearch thiết bị đầu cuối thực hiện phép đo inter-frequency

+ Nếu Squal > SsearchRAT thiết bị đầu cuối không cần phải đo chất lượng của cell neighbor inter-RAT

+ Nếu Squal <= SsearchRAT thiết bị đầu cuối sẽ thực hiện đo chất lượng của cell neighbor inter-RAT

- Việc Cell Reselection tuân theo quy tắc R như trên

- Theo mong muốn của nhà khai thác các giá trị trên được đặt phải thoả mãn điều kiện Sintrasearch > Sintersearch > Ssearch-RAT

- Quy tắc R – Dành cho Cell Reselection

Rs = Qmeas,s + Qhysts

Rn = Qmeas,n – Qoffsets,n - TOn* (1 – Ln)

Ton = TEMP_OFFSETn*W(PENALTY_TIMEn - Tn)

Ln = 0 nếu HCS_PRIOn = HCS_PRIOs

Ln = 1 nếu HCS_PRIOn <> HCS_PRIOs

Trang 36

W(x) = 0 khi x < 0

W(x) = 1 khi x >= 0

- Qhyst1s: Độ trễ của Serving cell trong trường hợp giá trị tính toán là RSCP (2

dB) Có ý nghĩa: Không muốn cho thiết bị đầu cuối ra khỏi cell đó

- Qhyst2s: Độ trễ của Serving cell trong trường hợp giá trị tính toán chất lượng cell

cho Selection và Reselection là Ec/Io (2 dB)

- Qoffset1s,n: Giá trị bù giữa Serving cell và Neighbor cell ( 0 dB) Có ý nghĩa

không muốn thiết bị đầu cuối reselection vào cell đó (Stop Cell Reselection)

- Qoffset2s,n

- Temporary_offset1: Độ lệch tạm thời của neighbor cell (3dB)

- Temporary_offset2 :

- Penalty Time : Chỉ ra thời gian ảnh hưởng của giá trị temporary_offset

- Cell_FACH state : là kênh vận chuyển theo hướng xuống được sử dụng để mang

thông tin điều khiển đến 1 thiết bị đầu cuối khi hệ thống biết vị trí cell của thiết bị

đầu cuối đó Nó có thể truyền xuống toàn bộ cell hoặc 1 hướng của cell NAS – Non Access Stratum: lớp không truy cập

SIB – System Information Broadcasting : Cung cấp đến tất cả thiết bị đầu cuối

trong cùng một cell một số thông tin điều khiển của lớp truy nhập và lớp không truy

nhập như : LA (Location Area), thông tin về cell, thông tin về kênh, thông tin về

cell selection/ resection Các thông tin này chứa trên thông tin báo hiệu là System

Trang 37

Information Blocks Thông tin này truyền trên kênh logic BCCH Ở chế độ IDLE là BCH, ở chế độ connected là Cell_FACH, Cell_PCH, URA_PCH

2.1.3 Lựa chọn cell từ 3G sang 2G: Inter-RAT Cell Reselection ( 3G -> 2G )

Hình 9 Thủ tục lựa chọn lại cell từ 3G sang 2G

Treselection : Giá trị định thời lựa chọn lại cell của thiết bị đầu cuối (Cell được lựa chọn lại phải duy trì các điều kiện thoả mãn trong một giá trị định thời gọi là Treselection)

- Bước 1

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	1,26 MB