Nghiên cứu thuật toán chuyển giao trong mạng truy cập w CDMA trên nền thiết bị của ericsson

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 thôn

Lê Sỹ Mạnh

Nghiên cứu thuật toán chuyển giao trong mạng truy nhập W-CDMA trên nền thiết bị của Ericsson

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2010

1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10

LỜI NÓI ĐẦU 12

Chương 1 - TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 14

1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động 14

1.2 Kiến trúc chung của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (3G - WCDMA). 15

1.2.1 Thiết bị người sử dụng (UE) 16

1.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến WCDMA 16

1.2.2.1 RNC 16

1.2.2.2 Nút B 17

1.2.3 Mạng lõi 18

1.2.3.1 SGSN 18

1.2.3.2 GGSN 18

1.2.3.3 BG 19

1.2.3.4 VLR 19

1.2.3.5 MSC 19

1.2.3.6 GMSC 20

1.7.3.7 Môi trường nhà 20

1.2.5 Các giao diện 21

1.3 Công nghệ đa truy nhập WCDMA 23

1.3.1 Các hệ thống thông tin trải phổ 23

1.4 Giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin WCDMA 26

1.4.1 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA 27

1.4.2 Các kênh của mạng WCDMA 28

1.4.2.1 Các kênh logic, LoCH 29

1.4.2.2 Các kênh truyền tải, TrCH 30

1.4.2.2 Các kênh vật lý 32

2

1.4.2.3 Thí dụ về báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và

truyền tải 36

Chương 2 - TỔNG QUAN VỀ CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA VÀ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHUYỂN GIAO 38

2.1 Các kiểu chuyển giao trong mạng thông tin di động – WCDMA 38

2.1.1 Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn 38

2.1.2 Chuyển giao liên tần số (IF HO) 39

2.1.3 Chuyển giao từ mạng WCDMA sang mạng GSM 40

2.2 Các khái niệm cơ bản trong chuyển giao 40

2.2.1 Phương thức ước lượng và báo cáo: 40

2.2.2 Sự điều khiển đo 41

2.2.3 Phân loại các cell cùng loại cho phép đo theo chuẩn 3GPP 41

2.2.4 Trễ và thời gian kích hoạt sự kiện 42

2.2.5 Bộ lọc và trọng số trong bộ lọc trước khi báo cáo 42

2.2.6 Chế độ nén 44

2.2.7 Khả năng xử lý của UE 44

2.2.8 Cấu hình cell lân cận 45

2.2.9 Khái niệm HSDPA và EUL 46

Chương 3 - CHUYỂN GIAO MỀM VÀ CHUYỂN GIAO MỀM HƠN 47

3.1 Thuật toán xác định các tập cell và danh sách các cell trong các tập cell 47

3.1.1 Tập cell, các tập con của tập cell và danh sách các cell trong các tập 47

3.1.2 Tạo tập giám sát 48

3.2 Phần Ước lượng chuyển giao mềm/mềm hơn 53

3.2.1 Cấu hình UE cho chuyển giao mềm/mềm hơn: 54

3.2.2 Định dạng bản tin báo cáo đo cho sự kiện 1a, 1b, 1c và 1d. 55

3.2.3 Sự kiện 1a: 55

3.2.4 Sự kiện 1b: 58

3.2.5 Sự kiện 1c 59

3.2.6 Sự kiện 1d: 61

3.2.7 Bộ đệm và hàng đợi 63

3.3 Phần Thực hiện chuyển giao mềm/mềm hơn 63

3

3.3.1 Thêm liên kết vô tuyến 65

3.3.2 Loại bỏ liên kết vô tuyến 66

3.3.3 Thay thế liên kết vô tuyến 66

3.3.5 Các trường hợp khác 66

Chương 4 - GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KẾT NỐI CHO CHUYỂN GIAO LIÊN TÀN SỐ VÀ CHUYỂN GIAO SANG MẠNG GSM 68

4.1 Quyết định kiểu chuyển giao 69

4.2 Sự kiện 2d/2f 70

4.3 Sự kiện 6d/6b (Giám sát công suất phát của UE) 71

Chương 5 - CHUYỂN GIAO SANG MẠNG GSM 72

5.1 Cấu hình UE để ước lượng chuyển giao sang mạng GSM (sự kiện 3a) 72

5.2 Phần Ước lượng chuyển giao sang mạng GSM 73

5.2.1 Sự kiện 3a 73

5.2.2 Ứng xử với sự kiện 3a của RNC 74

5.3 Phần Thực hiện chuyển giao sang mạng GSM 75

Chương 6 - CHUYỂN GIAO LIÊN TẦN SỐ 77

6.1 Cấu hình UE để ước lượng chuyển giao liên tần số (Sự kiện 2b) 77

6.2 Phần ước lượng chuyển giao liên tần số 78

6.3 Phần Thực hiện chuyển giao liên tần số 79

Chương 7 - CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO 81

7.1 Miêu tả tham số 81

7.1.1 Tham số chuyển giao mềm/mềm hơn 81

7.1.2 Tham số cho chuyển giao liên tần số và chuyển giao sang mạng GSM 82

7.2 Khoảng giá trị của các tham số: 83

Chương 8 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM THU ĐƯỢC KHI ĐIỀU CHỈNH CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO MỀM/MỀM HƠN 89

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

4

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

1G First Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 2

3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 3

3GPP Third Generation Partnership Project Dự án liên kết phát triển mạng

di động thứ 3

AC Admission Control Điều khiển nhập

ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết

AI Acquisition Indicator Chỉ thị bắt

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động

tiên tiến

BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển

BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá

BER Bit Error Ratio Tỷ số bit lỗi

BLER BLock Error Rate Tỉ lệ lỗi khối

BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến thu phát gốc

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã

C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung

CCPCH Common Control Physical Chanel Kênh vật lý điều khiển chung

CPCC Common Power Control Chanel Kênh điều khiển công suất chung

CPCH Common Packet Chanel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Chanel Kênh hoa tiêu chung

CN Core Network Mạng lõi

CR Chip Rate Tốc độ chip

5

CS Circuit Switch Chuyển mạch kênh

DCA Dynamic Chanel Allocation Phân bổ kênh động

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DPCCH Dedicated Physical Control Chanel Kênh điều khiển vật lý riêng

DPCH Dedicated Physical Chanel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Chanel Kênh số liệu vật lý riêng

DTCH Dedicated Traffic Chanel Kênh lưu lượng riêng

DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu

DSCH Downlink Shared Chanel Kênh dùng chung đường xuống

Ecno Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution Giải pháp cải thiện tăng tốc

độ truyền dẫn

EIR Equipment identity register Nhận dạng thiết bị

FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh

FACH Forward Access Chanel Kênh truy nhập đường xuống

FCCCH Forward Common Control Chanel Kênh điều khiển chung đường

xuống

FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân

chia theo tần số

FDMA Frequence Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số

FDCCH Forward Dedicated Control Chanel Kênh điều khiển riêng đường

xuống

FSK Frequency Shift Keying Khoá điều chế dịch tần

G GAIN Khuếch đại

GGSN Gateway GPRS Support Node Cổng hỗ trợ truy nhập dịch vụ

GPRS

GOS Grade Of Service Cấp độ phục vụ

GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu

GMSC Gateway MSC Cồng truy nhập vào trung tâm

chuyển mạch

6

GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung

HLR Home location register Bộ đăng kí thường trú

HH Hard Handover Chuyển giao cứng

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-95A Interim Standard 95A Tiêu chuẩn thông tin di động

TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)

ISDN Integrated Servive Digital Network Mạng số đa dịch vụ

ITU-R International Mobile Liên minh viễn thông quốc tế

Telecommunication Union Radio Sector - bộ phận vô tuyến

KPI Key Performance Indicator Chỉ số hoạt động

LAI Location Area Indentify Nhận dạng vùng vị trí

LC Load Control Điều khiển tải

LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic

VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng điện áp

LR Location Registration Đăng ký vị trí

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập mức

trung

ME Mobile Equipment Thiết bị di động

MS Mobile Station Thuê bao di động

MTP Message Transfer Part Phần truyền bản tin

MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động

NSS Network and Switching Subsystem Hệ thống chuyển mạch

OM Operation and Management Khai thác và bảo dưỡng

7

ORI Orientation Loss Suy hao định hướng

PAGCH Paging and Access Kênh chấp nhận truy cập và

nhắn tin

PCCH Paging Contrlo Chanel Kênh điều khiển tìm gọi

PCH Paging Channel Kênh nhắn tin

PCPCH Physical Common Packet Chanel Kênh gói chung vật lý

PCS Personal Communication Services Dịch vụ thông tin cá nhân

PDP Packet Data Protocol Giao thức đóng gói

PDCP Packet Data Convergence Tập trung dữ liệu gói

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

PS Packet Switched Chuyển mạch gói

PSC Primary Synchronisation Code Từ mã đồng bộ chính

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công

cộng

RAC Routing Area Code Mã định tuyến vùng

RACH Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập sóng vô tuyến

RLC Radio Link Control Điều khiển sóng vô tuyến

RRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô tuyến

RSCP Received Signal Code Power Cường độ tín hiệu thu được

SC Serving Cell Cell phục vụ chính

SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

SDMA Space Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

không gian

SGSN Serving GPRS Support Node Điểm hỗ trợ dịch vụ GPRS

SIR Signal Interference Ration Cường độ tín hiệu trên nhiễu

SRNC Serving RNC Phục vụ RNC

8

TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo

thời gian

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia

thời gian

UE User Equiment Thuê bao di động

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến mặt

9

Bảng 1.2 Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một 25

Bảng 1.3 Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8

mã 25

Bảng 1.4 Danh sách các kênh logic 30

Bảng 1.6 Danh sách các kênh vật lý 34

10

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động 14

Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP 15

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP 15

Hình 1.4 Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA 16

Hình 1.5 Vai trò logic của SRNC và DRNC 17

Hình 1.6: Các giao diện trong mạng WCDMA và mạng GSM 22

Hình 1.7 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 24

Hình 1.8 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu.26 Hình 1.9 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD. 27

Hình 1.10 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống 31

Hình 1.11 Tổng kết các kiểu kênh vật lý 32

Hình 1.12 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý 35

Hình 1.13 Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý 35

Hình 1.14 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi. 36

Hình 2.1 Kết nối giữa UE và mạng truy nhập qua 2 liên kết vô tuyến 39

Hình 3.1 Các loại tập hợp các cell 48

Hình 3.2 Các cell hàng xóm của các cell A, B, C trong ví dụ 1 52

Hình 3.3 Tập giám sát trong ví dụ 1 khi các cell trong tập Hoạt động là cell A, cell B và cell C. 53

Hình 3.4 Sự kiện 1a và 1b 56

Hình 3.5 Sự kiện 1c 59

Hình 3.6 Sự kiện 1d 61

Hình 3.7 Thủ tục thêm liên kết vô tuyến 65

Hình 4.1: Khái niệm sự kiện 2d và 2f. 71

Hình 5.1: Nội dung sự kiện 3a. 74

Hình 5.2 Quá trình chuyển giao sang mạng GSM. 76

Hình 6.1: Quá trình chuyển giao liên tần số. 80

Hình 8.1: Miêu tả đoạn đường di chuyển của thuê bao từ cell 3HN3783 sang cell 3HN6482 90

12

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã có những bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng và chất lượng dịch vụ Với sự hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh để thu hút thị phần thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá và đã thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng đột biến trong các năm gần đây và nhu cầu về các dịch vụ cao cấp hơn trên điện thoại như lướt web tốc độ cao, truyền data dung lượng lớn, video call cũng bắt đầu xuất hiện Đứng trước thách thức mà các công nghệ cũ chưa thể đáp ứng được, một công nghệ mới đòi hỏi phải được đưa vào ứng dụng

Ngày 2/4/2009 đánh dấu một bước ngoặt trong lĩnh vực thông tin di động của nước ta,bốn nhà khai thác dịch vụ di động: Viettel, MobiFone, VinaPhone và liên doanh Vietnamobile – EVN Telecom trúng tuyển giấy phép hoạt động mạng di động thế hệ thứ ba, gọi tắt là 3G, mạng 3G chính thức được triển khai tại Việt Nam Đến thời điểm hiện tại, các nhà mạng đã đưa mạng 3G vào khai thác phục vụ nhu cầu người tiêu dùng

Cũng như với mạng GSM, để có thể phục vụ tốt và thu hút được lượng khách hàng lớn, mạng 3G cũng cần phải có chất lượng tốt và ổn định Chính vì vậy việc tối ưu hóa mạng 3G có ý nghĩa rất quan trọng trong chiến lược kinh doanh của các nhà mạng Trong việc tối ưu mạng thông tin di động nói chung và mạng thông tin di động 3G nói riêng, vấn đề đảm bảo duy trì kết nối khi thuê bao di chuyển là đặc biệt quan trọng Để làm được việc này đòi hỏi phải có những hiểu biết sâu về các thuật toán điều khiển chuyển giao trong mạng di động 3G

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong thời gian học tập tại Khoa Điện từ - Viễn thông, trường ĐH BKHN; trong thời gian làm việc tại Phòng Vô tuyến của Công ty Mạng lưới Viettel và cùng với sự hướng dẫn của Tiến sĩ Hoàng Mạnh

Thắng, tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu thuật toán chuyển giao trong mạng truy nhập W-CDMA trên nền thiết bị của Ericsson”

13

Luận văn gồm các 8 chương:

Chương 1 - Tổng quan mạng WCDMA

Chương 2 - Tổng quan về các kiểu chuyển giao trong mạng WCDMA và các

khái niệm cơ bản về chuyển giao

Chương 3 - Chuyển giao mềm và mềm hơn

Chương 4 - Giám sát chất lượng kết nối cho chuyển giao liên tần số và chuyển

giao sang mạng GSM

Chương 5 - Chuyển giao sang mạng GSM

Chương 6 - Chuyển giao liên tần số

Chương 7 - Các tham số trong thuật toán chuyển giao

Chương 8 - Kết quả thực nghiệm thu được khi điều chỉnh tham số chuyển giao

mềm và mềm hơnTôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Tiến sĩ Hoàng Mạnh Thắng, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này Cảm ơn các đồng nghiệp tại Phòng Vô tuyến – Công ty Mạng lưới Viettel, những người đã chia

sẻ rất nhiều kinh nghiệm quý báu trong quá trình tìm hiểu, phát triển và hoàn thiện luận văn

14

Chương 1 - TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ

THỨ 3

1.1 Lộ trình phát triển thông tin di động

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động được cho trên hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển theo 3GPP được cho trên hình 1.2

AMPS: Advanced Mobile Phone System TACS: Total Access Communication System GSM: Global System for Mobile Telecommucations WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access EVDO: Evolution Data Only

IMT: International Mobile Telecommnications IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers WiFi: Wireless Fidelitity

WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access LTE: Long Term Evolution

UMB: Untra Mobile Broadband

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động

15

Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP

Hình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

1.2 Kiến trúc chung của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (3G - WCDMA)

Hệ thống thông tin di động 3G bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến, mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.4) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các Node B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

16

Hình 1.4 Kiến trúc hệ thống 3G WCDMA

1.2.1 Thiết bị người sử dụng (UE)

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card thông minh

1.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến WCDMA

Mạng truy nhập vô tuyến WCDMA là liên kết giữa người sử dụng và mạng lõi Mạng truy nhập vô tuyến WCDMA được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện

Iu giữa mạng truy nhập WCDMA và mạng lõi, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa mạng truy nhập WCDMA và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút mạng, RNC và node B (nút B)

1.2.2.1 RNC

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động cho một hay nút B Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà mạng truy nhập cung cấp cho mạng lõi Nó được nối đến mạng lõi bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến SGSN) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC)

17

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) qua một nút B Khi người sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ, một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.5 Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub

và Iur

Chức năng cuối cùng của RNC là điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B

có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến của nó

Hình 1.5 Vai trò logic của SRNC và DRNC

1.2.2.2 Nút B

Nhiệm vụ của nút B là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó

Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu

từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

18

1.2.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE Miền PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet và các mạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ thoại bằng các kết nối TDM Các nút trong mạng lõi được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

1.2.3.1 SGSN

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ) là nút chính của miền chuyển mạch gói Nó nối đến mạng truy nhập thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

• IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế)

• Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)

• Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

• Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:

• IMSI

19

• Các địa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN:

• Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến

GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến BG thông qua Gp

1.2.3.3 BG

BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMN với các mạng khác Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet: để đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài

1.2.3.4 VLR

VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

Số liệu sau đây được lưu trong VLR:

• IMSI

• MSISDN

• TMSI (nếu có)

• LA hiện thời của thuê bao

• MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp

Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

1.2.3.5 MSC

MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chức năng của MSC trong mạng WCDMA giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó

có nhiều khả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện CS giữa UTRAN và MSC Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC

20

1.2.3.6 GMSC

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS

a Bộ ghi định vị thường trú (HLR)

HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động Một mạng

di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế), sô thuê bao MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy nhập đến các thông tin được lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch

vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng

HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùng một nút vật lý HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch vụ nào bị từ chối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng

b Trung tâm nhận thực (AuC)

21

AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật

mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR

AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ

c Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết

bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành ba danh mục: danh mục trắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

1.2.5 Các giao diện

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ

√ Giao diện Cu: là giao diện chuẩn cho các card thông minh Trong UE đây là

nơi kết nối giữa USIM và UE

√ Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến của mạng WCDMA Đây là giao diện

mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa nút B và thiết bị người dùng

√ Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối giữa RNC và mạng lõi Nó gồm hai phần,

IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh Mạng

22

lõi có thể kết nối đến nhiều RNC cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một

RNC chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

Hình 1.6: Các giao diện trong mạng WCDMA và mạng GSM

√ Giao diện Iur Đây là giao diện RNC-RNC Ban đầu được thiết kế để đảm

bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật

sau:

1 Di động giữa các RNC

2 Lưu thông kênh riêng

3 Lưu thông kênh chung

4 Quản lý tài nguyên toàn cục

23

√ Giao diện Iub Giao diện Iub nối nút B và RNC Khác với GSM đây là giao diện mở

1.3 Công nghệ đa truy nhập WCDMA

1.3.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

9 Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

9 Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum)

và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên WCDMA sử dụng trải phổ trực tiếp (DSSS) DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của tín hiệu cần phát Hình 1.7 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb Hình 1.7a cho thấy sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ

Rb của luồng vào Các hình 1.7b biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số

24

x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; T b là thời gian một bit của luồng số cần phát, R b =1/T b là tốc độ bit của luồng số cần truyền; T c là thời gian một chip của mã trải phổ, R c =1/T c là tốc độ chip của mã trải phổ R c =15R b và T b =15T c

Hình 1.7 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c

Bảng 1.1 cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7 Bảng 1.2 và 1.3 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 1.1 ta được một mã mới

Bảng 1.3 Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8 mã

Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau:

Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k Nhiệm vụ của máy thu này

là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk) Nhân (1.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:

Thành phần thứ nhất trong (1.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai

là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng) Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trong miền thời gian kết hợp với

bộ lọc tần số trong miền tần số Hình 1.8 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k Hình 1.8a cho thấy

sơ đồ giải trải phổ DSSS Hình 1.8b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ

K máy phát sau trải phổ, hình 1.8c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại

Rc/Rb vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain)

Hình 1.8 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu

1.4 Giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin WCDMA

Giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD được xây dựng trên ba kiểu kênh: kênh logic, kênh truyền tải và kênh vật lý Kênh logic được hình thành trên cơ sở đóng gói các thông tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kênh truyền tải Nhiều kênh truyền tải được ghép chúng vào kênh vật lý Kênh vật lý được xây dựng trên công nghệ đa truy nhập CDMA kết hợp với FDMA/FDD Mỗi kênh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và một mã trải phổ Ngoài ra kênh vật lý đường lên còn được đặc trưng bởi góc pha Trong phần dưới đây ta trước hết ta xét kiến trúc giao

27

thức của giao diện vô tuyến sau đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD, sau đó sẽ xét các kênh này

1.4.1 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA

Kiến trúc giao diện vô tuyến của WCDMA được cho trên hình 1.9

Ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến bao gồm 3 lớp giao thức:

9 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

9 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

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

UP: Mặt phẳng người sử dụng CP: Mặt phẳng điều khiển

Hình 1.9 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRA FDD

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), PDCP

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

1.4.2 Các kênh của mạng WCDMA

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

9 Kênh vật lý (PhCH) Kênh mang số liệu trên giao diện vô tuyến Mỗi

PhCH có một trải phổ mã định kênh duy nhất để phân biệt với kênh khác Một người sử dụng tích cực có thể sử dụng các PhCH riêng, chung hoặc cả hai Kênh riêng là kênh PhCH dành riêng cho một UE còn kênh chung được chia sẻ giữa các UE

9 Kênh truyền tải (TrCH) Kênh do lớp vật lý cung cấp cho lớp 2 để

truyền số liệu Các kênh TrCH được sắp xếp lên các PhCH

9 Kênh Logic (LoCH) Kênh được lớp MAC con của lớp 2 cung cấp cho

lớp cao hơn Kênh LoCH được xác định bởi kiểu thông tin mà nó truyền

29

1.4.2.1 Các kênh logic, LoCH

Nói chung các kênh logic (LoCH: Logical Channel) được chia thành hai nhóm: các kênh điều khiển (CCH: Control Channel) để truyền thông tin điều khiển và các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) để truyền thông tin của người sử dụng Các kênh logic và ứng dụng của chúng được tổng kết trong bảng 1.4

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

Kênh đường xuống để phát quảng

bá thông tin hệ thống

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

Kênh đường xuống để phát quảng

bá thông tin tìm gọi

CCCH (Common Control Channel: Kênh điều khiển chung)

Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiển giữa mạng và các UE Được sử dụng khi không có kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ô mới

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

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

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

30

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

Bảng 1.4 Danh sách các kênh logic

1.4.2.2 Các kênh truyền tải, TrCH

Các kênh lôgic được lớp MAC chuyển đổi thành các kênh truyền tải Tồn tại hai kiểu kênh truyền tải: các kênh riêng và các kênh chung Điểm khác nhau giữa chúng là: kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm các người sử dụng trong ô, còn kênh kênh riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất Các kênh truyền tải chung bao gồm: BCH (Broadcast channel: Kênh quảng bá), FACH (Fast Access Channel: Kênh truy nhập nhanh), PCH (Paging Channel: Kênh tìm gọi), DSCH (Down Link Shared Channel: Kênh chia sẻ đường xuống), CPCH (Common Packet Channel: Kênh gói chung) Kênh riêng chỉ có một kênh duy nhất là DCH (Dedicated Channel: Kênh riêng) Kênh truyền tải chung có thể được áp dụng cho tất cả các người sử dụng trong ô hoặc cho một người hoặc nhiều người đặc thù Khi kênh truyền tải chung được sử dụng để phát thông tin cho tất cả các ngừơi sử dụng thì kênh này không cần có địa chỉ Chẳng hạn kênh BCH để phát thông tin quảng bá cho tất cả các người sử dụng trong ô Khi kênh truyền tải chung

áp dụng cho một người sử dụng đặc thù, thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (trong bản tin sẽ được phát) Kênh PCH là kênh truyền tải chung được

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

31

Hình 1.10 Chuyển đổi giữa các LoCH và TrCH trên đường lên và đường xuống

Danh sách các kênh truyền tải và ứng dụng của chúng dược cho ở bảng 1.5

Kênh truyền tải ứng dụng

DCH (Dedicated

Channel: Kênh riêng)

Kênh hai chiều được sử dụng để phát số liệu của người sử dụng Được ấn định riêng cho người sử dụng Có khả năng thay đổi tốc độ và điều khiển công suất nhanh

Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển và

số liệu của người sử dụng Kênh chia sẻ chung cho nhiều

UE Được sử dụng để truyền số liệu tốc độ thấp cho lớp cao hơn

Shared Channel: Kênh

chia sẻ đường xuống)

Kênh chung đường xuống để phát số liệu gói Chia sẻ cho nhiều UE Sử dụng trước hết cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao

Bảng 1.5 Danh sách các kênh truyền tải

Các kênh logic được chuyển thành các kênh truyền tải như cho trên hình 1.10

1.4.2.2 Các kênh vật lý

Một kênh vật lý được coi là tổ hợp của tần số, mã ngẫu nhiên, mã định kênh và

cả pha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý (Physical Channel) bao gồm các kênh vật lý riêng (DPCH: Dedicated Physical channel) và kênh vật lý chung (CPCH: Common Physical Channel) Các kênh vật lý được tổng kết ở hình 1.6 và

và DPCCH được ghép theo thời gian với ngẫu nhiên hóa phức còn trên đường lên được ghép mã I/Q với ngẫu nhiên hóa phức

33

DPDCH (Dedicated

Physical Data Channel:

Kênh vật lý số liệu riêng

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE được ấn định ít nhất một DPDCH Kênh được sử dụng để phát số liệu người sử dụng từ lớp cao hơn

DPCCH (Dedicated

Physical Control Channel:

Kênh vật lý điều khiển

riêng)

Khi sử dụng DPCH, mỗi UE chỉ được ấn định một DPCCH Kênh được sử dụng để điều khiển lớp vật lý của DPCH DPCCH là kênh đi kèm với DPDCH chứa: các ký hiệu hoa tiêu, các ký hiệu điều khiển công suất (TPC: Transmission Power Control), chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải Các ký hiệu hoa tiêu cho phép máy thu đánh giá hưởng ứng xung kim của kênh vô tuyến và thực hiện tách sóng nhất quán Các ký hiệu này cũng cần cho hoạt động của anten thích ứng (hay anten thông minh) có búp sóng hẹp TPC để điều khiển công suất vòng kín nhanh cho cả đường lên và đường xuống TFCI thông tin cho máy thu về các thông số tức thời của các kênh truyền tải: các tốc độ số liệu hiện thời trên các kênh số liệu khi nhiều dịch vụ được sử dụng đồng thời Ngoài ra TFCI có thể bị bỏ qua nếu tốc độ số liệu cố định Kênh cũng chứa thông tin hồi tiếp hồi tiếp (FBI: Feeback Information) ở đường lên để đảm bảo vòng hồi tiếp cho phân tập phát và phân tập chọn lựa

PRACH (Physical Random

Access Channel: Kênh vật

lý truy nhập ngẫu nhiên)

Kênh chung đường lên Được sử dụng để mang kênh truyền tải RACH

CPICH (Common Pilot

Channel: Kênh hoa tiêu

chung)

Kênh chung đường xuống Có hai kiểu kênh CPICH: P-CPICH (Primary CPICH: CPICH sơ cấp) và S-CPICH (Secondary CPICH: CPICH thứ cấp) P-CPICH đảm bảo tham chuẩn nhất quán cho toàn bộ ô

để UE thu được SCH, P-CCPCH, AICH và PICH vì các kênh nay không có hoa tiêu riêng như ở các trường hợp kênh DPCH Kênh S-CPICH đảm bảo tham khảo nhất quán chung trong một phần ô hoặc đoạn ô cho trường hợp sử dụng anten thông minh có búp sóng hẹp Chẳng hạn có thể sử dụng S-CPICH làm tham chuẩn cho S-CCPCH (kênh mang các bản tin tìm gọi) và các kênh DPCH đường xuống

34

P-CCPCH (Primary

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung sơ cấp)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có một kênh để truyền BCH

S-CCPCH (Secondary

Common Control Physical

Channel: Kênh vật lý điều

khiển chung thứ cấp)

Kênh chung đường xuống Một ô có thể có một hay nhiều S-CCPCH Được sử dụng để truyền PCH và FACH

Downlink Shared Channel:

Kênh vật lý chia sẻ đường

xuống)

Kênh chung đường xuống Mỗi ô có nhiều PDSCH (hoặc không có) Được sử dụng để mang kênh truyền tải DSCH

AICH (Acquisition

Indication Channel: Kênh

chỉ thị bắt)

Kênh chung đường xuống đi cặp với PRACH Được

sử dụng để điều khiển truy nhập ngẫu nhiên của PRACH

PICH (Page Indication

Channel: Kênh chỉ thị tìm

gọi)

Kênh chung đường xuống đi cặp với S-CCPCH (khi kênh này mang PCH) để phát thông tin kết cuối cuộc gọi cho từng nhóm cuộc gọi kết cuối Khi nhận được thông báo này, UE thuộc nhóm kết cuối cuộc gọi thứ

n sẽ thu khung vô tuyến trên S-CCPCH AP-AICH (Access

35

Hình 1.12 Chuyển đổi giữa các kênh truyền tải và các kênh vật lý

Hình 1.13 cho thấy việc ghép hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi cho từng khối truyền tải tại phía thu

TFI= Transport Format Indicator: Chỉ thị khuôn dạng truyền tải

TFCI= Transport Format Combination Indicator: Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

Hình 1.13 Ghép các kênh truyền tải lên kênh vật lý

36

1.4.2.3 Thí dụ về báo hiệu thiết lập cuộc gọi sử dụng các kênh logic và truyền tải

Hình 1.14 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi

Hình 1.14 cho thấy báo hiệu thiết lập lập cuộc gọi sử dụng kênh logic và kênh truyền tải Đầu tiên UE sử dụng kênh logic CCCH truyền trên kênh truyền tải RACH để yêu cầu đường truyền báo hiệu (RRC) RNC trả lời bằng kênh logic CCCH trên kênh truyền tải FACH Sau khi có kết nối RRC, UE sẽ trao đổi báo hiệu với RNC qua kênh logic DCCH trên kênh truyền tải DCH Sau khi nhận được lệnh

37

"truyền trực tiếp" từ UE, RNC phát lệnh yêu cầu dịch vụ CM (Connection

Management: quản lý kết nối) trên giao thức RANAP (Radio Access Application Part: phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến) để khởi đầu báo hiệu thiết lập kênh mang lưu lượng Tùy thuộc vào yêu cầu của UE lệnh báo hiệu này có thể được chuyển đến MSC hoặc SGSN (trong trường hợp xét là MSC) Sau khi thực hiện các thủ tục an ninh, các thủ tục thiết lập kênh mang được thực hiện

38

Chương 2 - TỔNG QUAN VỀ CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA VÀ CÁC KHÁI NIỆM CƠ

BẢN VỀ CHUYỂN GIAO 2.1 Các kiểu chuyển giao trong mạng thông tin di động – WCDMA

2.1.1 Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn

Trong chuyển giao mềm, UE có ít nhất 2 liên kết vô tuyến với các cell thuộc các RBS khác nhau Trong chuyển giao mềm hơn, UE có ít nhất 2 liên kết vô tuyến nhưng với các cell thuộc cùng RBS Và có thể cả chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn xảy ra cùng lúc, khi đó UE có thể gồm cả các liên kết với các cell thuộc các RBS khác nhau và các liên kết với các cell thuộc cùng RBS Luôn luôn phải có tối thiểu một liên kết vô tuyến giữa UE và mạng được duy trì có điều khiển công suất nhanh Luồng dữ liệu không bị ngắt trong quá trình thêm hoặc loại bỏ các liên kết vô tuyến Các tín hiệu đường xuống, được nhận bởi UE được kết họp tại bộ thu RAKE (bộ thu này cho phép nhận tín hiệu đa đường) và bởi vậy giúp chống lại hiện tượng fading

Chuyển giao mềm và mềm hơn được sử dụng kết hợp với điều khiển công suất nhanh Chuyển giao mềm và mềm hơn cho phép cell điều khiển mức công suất đường lên và đường xuống mà không sử dụng báo hiệu RRC lớp 3, vì nếu như vậy thì quá chậm, không kịp điều khiển công suất trong trường hợp thay đổi cell phục

vụ chính do hiện tượng fading (thay đổi rất nhanh) Mục đích để ngăn chặn ảnh hưởng giữa các cell trong quá trình chuyển giao khi các cell sử dụng cùng tần số (HO do hiện tượng fading tại biên các các cell)

Chú ý: Fading nhanh trên đường lên và đường xuống là độc lập nhau, do vậy phải

có ít nhất một liên kết vô tuyến đường lên và đường xuống để tạo vòng đóng cho thuật toán điều khiển công suất nhanh

UE và mạng truy nhập WCDMA phải có một kết nối có đủ tiêu chuẩn về tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SIR), ngay cả khi UE tại biên cell UE đưa ra yêu cầu công suất phát đủ để đạt được tiêu chuẩn SIR đường xuống Điểm mạnh của chuyển giao mềm và mềm hơn là UE có thể có một số liên kết vô tuyến và công suất phát đường xuống của RBS có thể nhỏ, giúp giảm nhiễu và tăng dung lượng hệ thống, như ở

39

Hình 1

Hình 2.1 Kết nối giữa UE và mạng truy nhập qua 2 liên kết vô tuyến

Trên đường xuống, UE nhận tín hiệu từ các RBS và các tín hiệu được kết hợp tại

bộ thu RAKE Điều ngày giúp bảo vệ lại hiện tượng fading và macro-diversity và

độ lợi phân tập đa đường có thể đạt được phụ thuộc vào điều kiện vô tuyến và do đó công suất phát của RBS có thể ở mức thấp nhất trong khi vẫn duy trì được chất lượng kết nối

Trong chuyển giao mềm và mềm hơn, giữa UE kết nối với mạng qua một số liên kết vô tuyến, trong chuyển giao mềm là kết hợp tín hiệu dựa trên lựa chọn, trong chuyển giao mềm hơn các tín hiệu trên các liên kết được kết hợp với tỷ lệ tối đa tại

bộ thu RAKE của các RBS Vì vậy công suất phát đường lên được phát bởi UE có thể giảm, vì vậy sẽ giảm nhiễu và tăng dung lượng của hệ thống

Tuy nhiên, vấn đề là cần cân bằng giữa chuyển giao mềm/mềm hơn và dung lượng hệ thống UE trong chuyển giao mềm/mềm hơn sử dụng một hoặc một số liên kết vô tuyến, như vậy sử dụng nhiều mã kênh đường xuống và nhiều công suất phát đường xuống hơn một kết nối liên kết đơn Do đó, nếu tất cả các kết nối giữa UE tới RNC đều có nhiều liên kết vô tuyến tới các RBS, như vậy sẽ tốn nhiều tài nguyên trên giao diện Iub và Iur, và sẽ cần nhiều tài nguyên trên RNC Vì nguyên nhân này, cần phải giới hạn số liên kết vô tuyến trong chuyển giao mềm và mềm hơn

2.1.2 Chuyển giao liên tần số (IF HO)

Chuyển giao liên tần số ngăn chặn rớt cuộc gọi và vì vậy cho phép dịch vụ tiếp tục trên kênh dành riêng khi UE di chuyển từ vùng phủ mạng truy nhập vô tuyến tần