Nghiên cứu về quản lý di động và chuyển giao trong mạng di động 3g

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

Trang 1

-

DƯ THỊ THU HUYỀN

NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG VÀ CHUYỂN GIAO

Trang 2

Dư Thị Thu Huyền – CH2009 1

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH SÁCH HÌNH VẼ 5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 7

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 8

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G UMTS/WCDMA.14 1.1 Giới thiệu chương 14

1.2 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động 14

1.3 Hệ thống thông tin di động 3G UMTS/WCDMA 16

1.3.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA 16

1.3.2 Dịch vụ của hệ thống WCDMA 19

1.3.3 Cấu trúc của hệ thống UMTS/WCDMA 21

1.3.4 Cấu trúc của mạng lõi (Core Network) 22

1.3.4.1 Phần chuyển mạch kênh 23

1.3.4.2 Phần chuyển mạch gói .23

1.3.4.3 Phần dùng chung 24

1.3.5 Cấu trúc địa lý của mạng 3G UMTS/WCDMA 24

1.3.6 Các loại mã hóa được sử dụng trong hệ thống 3G WCDMA 27

1.3.6.1 Mã Spreading (mã trải phổ) 28

1.3.6.2 Mã Scrambling (mã xáo trộn) 29

1.4 Giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS/ WCDMA 30

1.4.1 Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến 30

1.4.2 Các kênh logic 32

1.4.3 Các kênh truyền tải 33

1.4.4 Các kênh vật lý 34

1.4.5 Chuyển đổi các kênh truyền 36

Trang 3

1.5 Kết luận chương 38

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 39

2.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến 39

2.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM 39

2.2.1 Điều khiển công suất 40

2.2.2 Điều khiển chuyển giao 40

2.2.3 Điều khiển thu nạp 41

2.2.4 Điều khiển tải (điểu khiển nghẽn) 42

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 44

3.1 Giới thiệu chung 44

3.1.1 Điều khiển công suất vòng mở (Open-loop power control) 45

3.1.2 Điều khiển công suất vòng kín 46

3.1.3 Điều khiển công suất vòng bên ngoài 46

3.2 Điều khiển công suất nhanh 46

3.2.1 Độ lợi của điều khiển công suất nhanh 46

3.2.2 Phân tập và điều khiển công suất 48

3.2.3 Điều khiển công suất trong chuyển giao mềm 51

3.2.3.1 Sự trôi công suất đường xuống 52

3.2.3.2 Độ tin cậy của các lệnh điều khiển công suất đường lên 55

3.2.3.3 Cải thiện chất lượng báo hiệu điều khiển công suất 55

3.3 Điều khiển công suất vòng ngoài 55

3.3.1 Độ lợi của điều khiển công suất vòng ngoài 56

3.3.2 Tính toán chất lượng thu 57

3.3.3 Thuật toán điều khiển công suất vòng ngoài 58

3.3.4 Các dịch vụ chất lượng cao 60

3.3.5 Giới hạn biến động điều khiển công suất 60

3.3.6 Đa dịch vụ 61

Trang 4

3.3.7 Điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống 61

CHƯƠNG 4 QUẢN LÝ DI ĐỘNG VÀ CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG UMTS 63

4.1 Quản lý di động trong UMTS 63

4.1.1 Quá trình cập nhật vị trí 63

4.1.2 TMSI 64

4.1.3 Roaming 64

4.1.4 Location Area (LA) 65

4.2 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động 65

4.2.1 Các kiểu chuyển giao trong các hệ thống WCDMA 3G 66

4.2.2 Các mục đích của chuyển giao 67

4.2.3 Các thủ tục và phép đo đạc chuyển giao 69

4.3 Chuyển giao trong cùng tần số 69

4.3.1 Chuyển giao mềm 70

4.3.1.1 Nguyên lý chuyển giao mềm 70

4.3.1.2 Các thuật toán của chuyển giao mềm 72

4.3.1.3 Các đặc điểm của chuyển giao mềm 75

4.3.2 Lợi ích liên kết chuyển giao mềm 76

4.3.3 Tổng phí của chuyển giao mềm 79

4.3.4 Độ lợi dung lượng mạng của chuyển giao mềm 81

4.4 Chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM 82

4.5 Chuyển giao giữa các tần số trong WCDMA 85

4.6 Tổng kết chuyển giao 85

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Dư Thị Thu Huyền, tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ đề tài “Nghiên cứu

về quản lý di động và chuyển giao trong mạng di động 3G” do chính tôi nghiên cứu

và thực hiện Các thông tin, số liệu được sử dụng trong luận văn là trung thực và chính xác

Hà Nội, ngày 21 tháng 9 năm 2011

Học viên

Dư Thị Thu Huyền

Trang 6

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế bào 15

Hình 1.2 Dải tần của WCDMA 16

Hình 1.3 Các công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã 17

Hình 1.4 Các dịch vụ cơ bản của hệ thống 2G và 3G 19

Hình 1.5 Kiến trúc mạng 2G GSM &3G WCDMA 21

Hình 1.6 Cấu trúc của mạng lõi 23

Hình 1.7 Cấu trúc địa lý của mạng 25

Hình 1.8 Số cell do một Node B phụ trách 26

Hình 1.9 Kiểu lắp đồng hướng 26

Hình 1.10 Kiểu lắp xen kẽ (nhìn từ trên xuống) 27

Hình 1.11 Sơ đồ quá trình trải phổ và giải trải phổ trong mạng 3G WCDMA 28

Hình 1.12 Phân khung của mã sambling code cơ bản 30

Hình 1.13 Cấu trúc giao thức vô tuyến của hệ thống WCDMA 31

Hình 1.14 Cấu trúc đóng gói khung trong hệ thống UMTS 32

Hình 1.15 Cấu trúc khung tổng quát của kênh vật lý 35

Hình 1.16 Tổng kết các loại kênh vật lý 36

Hình 1.17 Kênh logic, kênh truyền tải và sự chuyển đổi giữa chúng 37

Hình 1.18 Sự chuyển đổi của kênh truyền tải với kênh vật lý đường xuống 37

Hình 1.19 Sự chuyển đổi của kênh truyền tải với kênh vật lý đường xuống 38

Hình 2.1 Các vị trí điển hình của các chức năng RRM trong mạng WCDMA 40

Hình 2.2 Đường cong tải 42

Hình 3.1 Hiệu ứng gần-xa (điều khiển công suất trên đường lên) 44

Hình 3.2 Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ở đường xuống) 45

Hình 3.3 Công suất phát và thu trong 2 nhánh (công suất khoảng hở trung bình 0dB,- 10dB) Kênh phadinh Rayleigh tại 3km/h 49

Hình 3.4 Công suất phát và thu trên 3 nhánh (công suất khoảng hở như nhau) 50

Kênh phadinh Rayleigh tại tốc độ 3km 50

Hình 3.5 Công suất tăng trong kênh phadinh với điều khiển công suất nhanh 50

Hình 3.6 Trôi công suất đường xuống trong chuyển giao mềm 53

Hình 3.7 Kiểm tra độ tin cậy của điều khiển công suất đường lên tại UE trong chuyển giao mềm 54

Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng dịch vụ AMR , BLER= 1%, sử dụng điều khiển công suất vòng ngoài 56

Trang 7

Hình 3.8 Tính toán chất lượng trong vòng ngoài tại RNC 58

Hình 3.9 Eb/N0 mục tiêu trong kênh ITU Pedestrian A, bộ mã hoá/giải mã thoại AMR, BLER mục tiêu 1%, bậc 0,5dB, tốc độ 3km/h 60

Hình 4.1 Các kiểu chuyển giao khác nhau 67

Hình 4.2 Sự so sánh giữa chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 71

Hình 4.3 Nguyên lý của chuyển giao mềm 72

Hình 4.4 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95A 73

Hình 4.5 Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA 74

Hình 4.6 Sự suy giảm nhiễu do có chuyển giao mềm trong UL 76

Hình 4.7 Độ lợi chuyển giao mềm của công suất phát đường lên(giá trị dương = độ lợi, giá trị âm = suy hao) 78

Hình 4.8 Độ lợi chuyển giao mềm trong công suất phát đường xuống (Giá trị dương =độ lợi, âm =suy hao) 79

Hình 4.9 Tổng phí chuyển giao mềm 81

Hình 4.10 Chuyển giao giữa các hệ thống GSM và WCDMA 83

Hình 4.11 Thủ tục chuyển giao giữa các hệ thống 84

Trang 8

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ của hệ thống thông tin di động 3G WDCMA UMTS 20 Bảng 1.2 Các loại mã trong WCDMA 27 Bảng 3.1 Giá trị Eb/N0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh 47 Bảng 3.2 Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh 48Bảng 3.3 Các mức tăng công suất được minh hoạ của kênh ITU Pedestrian A đa

đường với phân tập anten 51 Bảng 4.1 Các giá trị của cửa sổ 79 Bảng 4.2.Tổng kết chuyển giao 85

Trang 9

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

ACCH Associated Control Channels Kênh điều khiển liên kết

AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã

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

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

Trang 10

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

FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel Kênh báo hiệu đường lên nhanh

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

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

GSM Global System for Mobile

chuyển mạch

GPRS General Packet Radio Services Dịch vụ vô tuyến gói chung

HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ

Trang 11

tế

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

Telecommunication Union Radio Sector

Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến

MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động

RNC

NSS Network and Switching Subsystem Hệ thống chuyển mạch

tin

PCPCH Physical Common Packet Chanel Kênh gói chung vật lý

PDCP Packet Data Convergence Tập trung dữ liệu gói

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

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng

Trang 12

RSCP Received Signal Code Power Cường độ tín hiệu thu được

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

TACH Traffic and Associated Channel Kênh lưu lượng và liên kết

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia thời gian.

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

Trang 13

MỞ 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 lẫn chất lượng phục 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 đành dấu một bước ngoặt trong lĩnh vực thông tin di động của nước ta, bốn nhà khai thác dịch vụ di động: MobiFone, VinaPhone, Viettel 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 bắt đầu triển khai tại Việt Nam Đến thời điểm hiện tại,việc lắp đặt các thiết bị 3G gần như đã hoàn tất và đã được đưa vào sử dụng phục vụ người tiêu dùng

Cũng như với mạng 2G, để có thể phục vụ tốt và thu hút được lượng khách hàng

lớn, mạng 3G cũng cần phải có chất lượng tốt, ổn định Luận văn “Nghiên cứu về quản lý di động và chuyển giao trong mạng di động 3G” trình bày về quản lý tài lý

nguyên vô tuyến trong mạng di động 3G để cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến, điểu khiển công suất nguồn để tối ưu dung lượng của hệ thống nghiên cứu về quản lý di động và chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người

sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới các ô tế bào

Luận văn được chia làm 4 chương:

Trang 14

• Chương 1: Tổng quan mạng thông tin di động 3G UMTS/WCDMA

• Chương 2: Giới thiệu chung quản lý tài nguyên vô tuyến trong hệ thống

WCDMA

• Chương 3: Điều khiển công suất

• Chương 4: Quản lý di động và chuyển giao trong mạng UMTS

Do thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp quí báu từ các thầy, các cô và các bạn để luận văn hoàn thiện hơn Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Hải Đăng đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG 3G UMTS/WCDMA 1.1 Giới thiệu chương

Cùng với sự phát triển của các dịch vụ số liệu, ưu điểm vượt trội của dịch vụ số liệu chuyển mạch gói dựa trên nền tảng IP đặt ra các yêu cầu mới đối với hệ thống thông tin di động Trước hoàn cảnh đó từ những thập niên 1990 hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đã nghiên cứu và đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba với với tên gọi là IMT- 2000 Đồng thời các cơ quan về tiêu chuẩn hoá xúc tiến việc xây dựng một tiêu chuẩn hoá áp dụng cho IMT- 2000 thông

qua dự án 3GPP Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được ra đời từ dự án 3GPP được

gọi là hệ thống thông tin di động UMTS/WCDMA

Chương này sẽ tập trung trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba và một bộ phận quan trọng của nó là hệ thống UMTS mà cụ thể là công nghệ truy cập vô tuyến WCDMA (chế độ FDD) trong hệ thống UMTS thông qua tìm hiểu sơ

bộ về cấu trúc mạng và các kênh vô tuyến trong hệ thống

1.2 Lịch sử và xu thế phát triển của thông tin di động

Trong hơn hai thập kỷ qua, sự phát triển của mạng thông tin di động và Internet

đã làm thay đổi lối sống của con người từ cách họ liên lạc với nhau đến cách họ làm việc, vui chơi và giải trí Mạng thông tin di động thế hệ đầu tiên 1G ra đời vào thập niên 80 Đây là thế hệ mạng thông tin di động dùng tín hiệu tương tự (analog) Tuy thế

hệ 1G chứa đựng nhiều khuyết điểm kỹ thuật, nhưng nó đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử truyền thông

Để chứng kiến sự bùng nổ của mạng thông tin di động rộng khắp thế giới thì người ta phải đợi đến thế hệ thứ hai 2G, ra đời từ đầu những năm 90 Mạng 2G có thể phân ra hai loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA và mạng 2G dựa trên nền CDMA

Trang 16

Đánh dấu điểm mốc bắt đầu của mạng 2G là sự ra đời của mạng D-AMPS (hay IS-136) dùng TDMA phổ biến ở Mỹ Tiếp theo là mạng CdmaOne (hay IS-95) dùng CDMA phổ biến ở châu Mỹ và một phần của châu Á, rồi mạng GSM dùng TDMA, ra đời đầu tiên ở Châu Âu và hiện được triển khai rộng khắp thế giới Sự thành công của mạng 2G

là do các dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động

Hình 1.1 Sơ đồ tóm lược quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động tế

Trang 17

Ở Việt Nam, do hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 2G đã trở nên rất phổ biến, vì vậy việc phát triển lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G cần dựa trên các hệ thống đã tồn tại nhằm giảm chi phí và giá thành triển khai Theo khuyến cáo của ITU-2000, các hệ thống thông tin di động GSM 900 của chúng ta khi triển khai lên các

hệ thống thông tin di động thế hệ ba nên đi theo con đường phát triển lên hệ thống UMTS/WCDMA gọi tắt là hệ thống WCDMA

Trong tương lai, với sự ra đời và hoạt động của mạng di động thế hệ thứ tư (4G) hứa hẹn còn cung cấp nhiều dịch vụ và tốc độ cao hơn nữa

1.3 Hệ thống thông tin di động 3G UMTS/WCDMA

1.3.1 Giới thiệu công nghệ WCDMA

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là hệ thống đa truy cập theo mã sử dụng băng thông rộng Công nghệ này hoạt động dựa trên CDMA và có khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao như video, truy cập Internet, hội thảo hình WCDMA nằm trong dải tần 1920 MHz -1980 MHz, 2110 MHz - 2170 MHz

Hình 1.2 Dải tần của WCDMA

• Độ rộng kênh

Trang 18

Thông thường là 5MHz nhưng có thể điều chỉnh để đạt hiệu năng tối ưu trong tùy trường hợp cụ thể

Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA nhận được sự ủng

hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình

Hệ thống sử dụng chung một tần số cho các kênh đường xuống và đường lên, người sử dụng được cấp một mã và hệ thống sẽ mã hóa dữ liệu tới người sử dụng đó theo mã đó và truyền trên toàn kênh truyền, toàn băng thông, tuy nhiên chỉ có người sử dụng đó mới có thể giải mã được dữ liệu truyền đi này

Hình 1.3 Các công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã

¾ WCDMA có các đặc điểm cơ bản sau :

Trang 19

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

• Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập

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

• Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD Trong mô hình FDD sóng mang 5 MHz sử dụng cho đường lên và đường xuống

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

• WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh hoa tiêu (CPICH), nâng cao dung lượng và vùng phủ

• WCDMA được thiết kế dễ dàng nâng cấp hơn các hệ thống CDMA có thể sử dụng anten thông minh để nâng cao dung lượng và vùng phủ

• WCDMA được thiết kế tương thích với GSM để mở rộng vùng phủ sóng và dung lượng của mạng

• Lớp vật lý mềm dẻo thích hợp tất cả thông tin trên một sóng mang

• Hệ số tái sử dụng tần số bằng một

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

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

Trang 20

Do hoạt động ở dải tần có băng thông lớn làm cho hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao thích hợp cho các dịch vụ như video 64Kbps, đường truyền tốc độ cao với băng thông 7,2Mbps

1.3.2 Dịch vụ của hệ thống WCDMA

¾ Hệ thống WCDMA bao gồm hai dịch vụ:

• Dịch vụ chuyển mạch kênh: dựa vào nền tảng của hệ thống GSM nó gồm dịch

vụ thoại, tin nhắn, tin nhắn đa phương tiện, fax…

• Dịch vụ chuyển mạch gói: có tốc độ truyền tải dữ liệu cao hơn, cơ chế xử lý khác so với hệ thống cũ, dữ liệu được đóng gói và truyền đi như trong hệ thống mạng máy tính Các dịch vụ nó cung cấp bao gồm truy cập internet, xem video trực tuyến, xem truyền hình, tải dữ liệu tốc độ cao…

Trang 21

Có thể tổng kết các dịch vụ do 3G WCDMA UMTS cung cấp như sau:

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ của hệ thống thông tin di động 3G WDCMA

UMTS Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di động Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch

vụ Dịch vụ di

Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps) Dịch vụ

Internet

Dịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps)

Trang 22

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ internet

đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps)

1.3.3 Cấu trúc của hệ thống UMTS/WCDMA

Hình 1.5 Kiến trúc mạng 2G GSM &3G WCDMA

Ta có thể thấy cấu trúc của một hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện

¾ Về mặt chức năng các phần tử logic được chia làm 2 nhóm phần tử mạng :

• Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất (RAN hay UTRAN) bao gồm khối điều khiển truy nhập vô tuyến RNC và NodeB thực hiện chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN được nối với mạng lõi qua giao diện Iu Trong đó:

Trang 23

- RNC: có chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến và điều khiển NodeB qua giao diện Iub như điều khiển chuyển giao Các RNC giao tiếp với nhau thông qua giao diện Iur

- NodeB: Chức năng chính của node B là thực hiện xử lý trên lớp vật lý của giao diện vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ…Nó cũng thực hiện phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó giống như trạm gốc của GSM

• Mạng lõi CN (Core Network) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu

¾ Các giao diện trong hệ thống UMTS cung cấp chức năng kết nối, giao tiếp giữa các phần tử logic trong hệ thống:

• Giao diện Uu: là giao diện vô tuyến giữa UE và Node B Đây là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống nên nó là giao diện mở quan trọng nhất trong UMTS

• Giao diện Iu: kết nối UTRAN với CN Nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

- Iu-CS dành cho dữ liệu chuyển mạch kênh

- Iu-PS dành cho dữ liệu chuyển mạch gói

• Giao diện Iur: là giao diện giữa các RNC Là giao diện mở, cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

• Giao diện Iub: kết nối một nút B với một RNC Iub được tiêu chuẩn hoá như một giao diện mở hoàn toàn

1.3.4 Cấu trúc của mạng lõi (Core Network)

Trang 24

Hình 1.6 Cấu trúc của mạng lõi

Hệ thống mạng lõi trong hệ thống WCDMA gồm 3 phần:

• Trung tâm chuyển mạch (MSC): quản lý các cuộc gọi đang được tiến hành

• Cổng của trung tâm chuyển mạch (GMSC): dùng để kết nối, mở rộng hệ thống với các hệ thống khác

1.3.4.2 Phần chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói là thành phần được xây dựng mới khi triển khai hệ thống WCDMA trên nền tảng hệ thống GSM Nó gồm các thành phần:

• Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN): là nút thực hiện hỗ trợ các dịch vụ GPRS đã tồn tại trước nó, nó mang thông tin của dịch vụ GPRS trên cấu trúc mạng UMTS Bao gồm các chức năng:

Trang 25

• Trung tâm nhận thực (AuC): xác thực các thông tin dựa trên khóa

1.3.5 Cấu trúc địa lý của mạng 3G UMTS/WCDMA

Mạng 3G WCDMA UMTS vẫn sử dụng công nghệ tế bào như các mạng đi trước,

tức là chia mặt đất thành các ô (cell) để phủ sóng Với mạng 2G GSM, mỗi cell được phân biệt dựa vào BSIC (Base Station Identity Code- Mã nhận dạng trạm gốc), còn trong mạng 3G mới thì dựa vào PSC (Primary Scrambling Code - Mã xáo trộn sơ cấp)

Trong miền chuyển mạch kênh, một nhóm cell được điều khiển bởi một node B thì được gọi là vùng định vị LA Hoạt động quản lý di động trên miền chuyển mạch kênh dựa trên LA(Location Areas) Trong miền chuyển mạch gói, quản lý di động lại dựa trên vùng định tuyến RA(Routing Areas)

Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại được chia tiếp thành các vùng đăng ký UTRAN (URA: UTRAN Registration Area) Tìm gọi khởi xướng UTRAN sử dụng

Trang 26

URA khi kênh báo hiệu đầu cuối đã được thiết lập URA không thể nhìn thấy được ở bên ngoài UTRAN

LA thuộc mạng 3G MSC và RA thuộc mạng 3G SGSN URA thuộc RNC Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN được thực hiện khi có kết nối RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu đầu cuối Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi và cập nhật thông tin vị trí được thực hiện theo RA

Hình 1.7 Cấu trúc địa lý của mạng

Mỗi Node B sẽ phụ trách 1 vùng gọi là 1 site, trên 1 site thông thường có 3 sector phụ trách phát về 3 hướng Mỗi một sector thông thường sẽ phát sóng 1 cell(đối với trạm phủ ngoài trời,với trạm trong nhà (inbulding) thì 1 sector sẽ phát nhiều cell)

Có thể ít hơn phụ thuộc vào điều kiện địa lý và nhu cầu sử dụng thực tế

Trang 27

Hình 1.8 Số cell do một Node B phụ trách

Thông thường, trên một cột anten sẽ lắp 3 anten, mỗi một anten sẽ phát sóng cho một cell Tại Việt Nam, mạng 3G WCDMA được triển khai trên nền của mạng 2G GSM, do vậy anten 3G thông thường được đặt trên cùng cột với anten 2G có sẵn Có 2 kiểu lắp như sau:

¾ Lắp đồng hướng

Hình 1.9 Kiểu lắp đồng hướng

Với kiểu lắp này thì các cell của anten 2G và 3G sẽ chồng lấn lên nhau Nhưng

do anten 2G hoạt động ở các dải tần khác nên cũng không ảnh hưởng nhiều đến anten 3G Giải pháp này không được sử dụng khi trên cột có anten 2G 1800 (anten hoạt động

ở dải tần 1800Mhz, dễ gây nhiễu đến anten 3G hoạt động ở dải tần lân cận 2100Mhz)

Trang 28

¾ Lắp xen kẽ

Hình 1.10 Kiểu lắp xen kẽ (nhìn từ trên xuống)

Với kiểu lắp này cell của 2G và 3G sẽ nằm sole nhau Kiểu lắp này giảm được

sự chồng lấn giữa 2 loại cell, do vậy giảm được nhiễu giữa chúng

1.3.6 Các loại mã hóa được sử dụng trong hệ thống 3G WCDMA

WCDMA sử dụng 2 loại mã là mã trải phổ (Spreading code ) hay còn được gọi

là mã kênh, loại mã thứ 2 là mã xáo trộn (Scrambling code) Hai loại mã này được sử dụng để phân biệt kênh, thuê bao và cell

Chức năng của từng loại mã phụ thuộc vào đường lên và đường xuống

Bảng 1.2 Các loại mã trong WCDMA Loại mã Đường lên ( Uplink ) Đường xuống ( Downlink )

Mã Trải phổ Phân biệt các loại kênh

dữ liệu và kênh điều khiển từ cùng một UE

Phân biệt các thuê bao trong cùng một cell

Mã xáo trộn • Phân biệt thuê bao • Phân biệt cell

Trang 29

• Sử dụng khoảng 17 triệu mã

• Sử dụng 512 mã sơ cấp (PSC)

• Sử dụng 7680 mã thứ cấp (SSC)

1.3.6.1 Mã Spreading (mã trải phổ)

Hình 1.11 Sơ đồ quá trình trải phổ và giải trải phổ trong mạng 3G WCDMA

Khái niệm trải phổ được áp dụng cho các kênh vật lý, khái niệm này bao gồm hai thao tác Đầu tiên là thao tác định kênh, trong đó mỗi ký hiệu số liệu được chuyển thành một số chip nhờ vậy tăng độ rộng phổ tín hiệu Số chip trên một ký hiệu (hay tỷ

số giữa tốc độ chip và tốc độ ký hiệu) được gọi là hệ số trải phổ (SF: Spectrum Factor), hay nói một cách khác SF=Rs/Rc trong đó Rs là tốc độ ký hiệu còn Rc là tốc độ chip Hệ

số trải phổ là một giá trị khả biến, ngoại trừ đối với kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao (HS-PDSCH ) trong HSDPA có SF=16

Trang 30

Thao tác thứ hai là thao tác ngẫu nhiên hóa để tăng tính trực giao trong đó một

mã ngẫu nhiên hóa được ‘trộn’ với tín hiệu trải phổ Mã ngẫu nhiên hoá được xây dựng trên cơ sở mã Gold

1.3.6.2 Mã Scrambling (mã xáo trộn)

WCDMA sử dụng công nghệ đa truy cập theo mã, theo đó mỗi cell được cấp phát một mã sambling riêng Mã sambling trên đường xuống là các mã giả ngẫu nhiên

PN được tạo bởi 18 thanh ghi dịch nên có tất cả 218 – 1= 262,1423 mã tuy nhiên trong

hệ thống WCDMA chỉ sử dụng từ 0 tới 24,575 từ mã Tổng số 24,576 mã này lại được chia làm 3 phần:

• Mã scambling cơ bản: từ những mã từ mã từ 0, 1….8191 tương ứng với 8,192

mã được sử dụng trong chế độ cơ bản, và được chia làm 512 nhóm trong mỗi nhóm có

16 từ mã với 1 mã chính và 15 mã phụ, mã chính được xác định theo công thức:

Primary Scambling Code Sequency No = 16.n với n=0, 1, 2 ….511 [1.1]

Các từ mã còn lại là các từ mã phụ Trong 512 từ mã chính lại chia làm 64 phần mỗi phần 8 từ

mã chính

Trang 31

Hình 1.12 Phân khung của mã sambling code cơ bản

• Mã phụ trái: bao gồm các mã từ 8192 tới 16,383 tương ứng với 8,192 mã được

sử dụng trong chế độ nén trong trường hợp số mã kênh < SF/2

• Mã phụ phải: bao gồm các từ mã từ 16,384 tới 24,575 tương ứng với 8,192 mã được sử dụng trong chế độ nén khi số mã kênh > SF/2

1.4 Giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS/ 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 thức của giao diện vô tuyến sau

đó ta sẽ xét giao diện vô tuyến của WCDMA/FDD

1.4.1 Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến

Trang 32

UP: Mặt phẳng người sử dụng

CP: Mặt phẳng điều khiển

Hình 1.13 Cấu trúc giao thức vô tuyến của hệ thống WCDMA

Kiến trúc giao thức của giao diện vô tuyến cho các hệ thống WCDMA bao gồm 3 lớp:

• Lớp vật lý: L1 là lớp trực tiếp giao tiếp với UE

• Lớp liên kết dữ liệu: L2 bao gồm 2 lớp nhỏ:

- Lớp điều khiển truy nhập phương tiện (MAC)

- Lớp điều khiển liên kết vô tuyến (RLC) có tác dụng điều khiển phát lại và một

• Mặt phẳng điều khiển CP: có chức năng truyền các tín hiệu điều khiển về RNC

• Mặt phẳng người sử dụng UP: có chức năng truyền các tín hiệu thuê bao

Trang 33

a Sử dụng trong giao diện UP

b Sử dụng trong giao diện CP

Hình 1.14 Cấu trúc đóng gói khung trong hệ thống UMTS

Giao diện vô tuyến được cấu trúc dựa trên ba lớp kênh cơ bản:

- Kênh logic: là các kênh giao tiếp giữa lớp L2/MAC và L2/RLC

- Kênh vật lý: là các kênh để giao tiếp giữa UE và lớp vật lý L1

- Kênh truyền tải: là các kênh giao tiếp giữa L2/MAC và L1

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 logic

Các kênh logic (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

Trang 34

• Các kênh điều khiển để truyền thông tin của mặt phẳng điều khiển bao gồm:

- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): BCCH là kênh đường xuống dùng để phát quảng bá thông tin hệ thống

- Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH): PCCH là kênh đường xuống để phát quảng

bá thông tin tìm gọi

- Kênh điều khiển riêng (DCCH): DCCH là kênh hai chiều, điểm đến điểm, dùng để phát thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng Được thiết lập bởi thiết lập kết nối của RRC

- Kênh điều khiển chung (CCCH): CCCH là 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

• Các kênh lưu lượng để truyền thông tin của người sử dụng bao gồm:

- Kênh lưu lượng riêng (DTCH): DTCH là 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

- Kênh lưu lượng chung (CTCH): CTCH là kênh một chiều, điểm đến đa điểm,

để truyền thông tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhóm người sử dụng quy định hoặc chỉ cho một người sử dụng Kênh này chỉ có ở đường xuống

1.4.3 Các kênh truyền tải

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 riêng được ấn định riêng cho một người sử dụng duy nhất

Vì vậy có thể phân chia các kênh truyền tải thành hai loại như sau:

• Kênh truyền tải chung:

Trang 35

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH): RACH là kênh chung đường lên để phát thông tin điều khiển và số liệu người sử dụng Áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng để truyền số liệu thấp của người sử dụng

- Kênh gói chung (CPCH): CPCH là kênh chung đường lên để phát số liệu người sử dụng Áp dụng trong truy nhập ngẫu nhiên và được sử dụng trước hết

- Kênh tìm gọi (PCH): PCH là kênh chung đường xuống để phát các tín hiệu tìm gọi

- Kênh chia sẻ đường xuống (PCH): DSCH là 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

• Kênh truyền tải riêng:

- Kênh dành riêng (DCH): DCH là 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

1.4.4 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)

Kênh vật lý là nhóm kênh rất quan trọng trong quá trình tối ưu Nó là cách thức

giao tiếp của NodeB với các UE

Trang 36

Hình 1.15 Cấu trúc khung tổng quát của kênh vật lý

Các kênh vật lý được chia ra làm 2 nhóm:

¾ Nhóm kênh vật lý đường xuống, trong nhóm này bao gồm:

• Nhóm kênh dùng chung:

- Kênh điều khiển vật lý dùng chung (PCCPCH) mang các thông tin quảng bá của hệ thống

- Kênh đồng bộ (SCH) mang thông tin về mã đồng bộ chính SCH và mã đồng

bộ phụ PCH dùng để đồng bộ khe thời gian, khung và tìm kiếm mã Scambling

- Kênh điều khiển vật lý dùng chung phụ (SCCPCH) mang thông tin của kênh tìm gọi và kênh truy nhập cho phép

- Kênh hoa tiêu (PICH) mang thông tin của mã Scambling

• Nhóm kênh dành riêng:

- Kênh dữ liệu vật lý dành riêng (DPDCH) mang dữ liệu từ NodeB tới UE

- Kênh điều khiển dành riêng (DPCCH) mang thông tin điều khiển

- Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSPDSCH)

- Kênh điều khiển chia sẻ đường xuống tốc độ cao (HSPCSCH)

• Nhóm kênh chỉ số:

Trang 37

- Kênh chỉ số truy nhập (AICH) cung cấp chỉ số để UE truy nhập vào kênh ngẫu nhiên

- Kênh tìm gọi (PICH): mang thông tin để tìm kiếm một UE

¾ Nhóm kênh vật lý đường lên, bao gồm 2 loại:

• Kênh vật lý đường lên dành rêng:

- Kênh số liệu dành riêng (DPDCH): mang dữ liệu từ UE tới NodeB

- Kênh điều khiển dành riêng (DPCCH): mang thông tin điều khiển từ UE tới NodeB

• Kênh vật lý đường lên dùng chung:

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

- Kênh gói chung (PCPCH)

Hình 1.16 Tổng kết các loại kênh vật lý

1.4.5 Chuyển đổi các kênh truyền

¾ Sự chuyển đổi giữa kênh logic và kênh truyền tải :

Trang 38

Hình 1.17 Kênh logic, kênh truyền tải và sự chuyển đổi giữa chúng

¾ Sự chuyển đổi kênh truyền tải với kênh vật lý :

• Với kênh vật lý đường xuống:

Hình 1.18 Sự chuyển đổi của kênh truyền tải với kênh vật lý đường xuống

• Với kênh vật lý đường lên

Trang 39

vô tuyến của hệ thống UTMS/WCDMA

Trang 40

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG WCDMA 2.1 Mục đích chung của quản lý tài nguyên vô tuyến

Việc quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) trong mạng di động 3G có nhiệm vụ cải thiện việc sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến Các mục đích của công việc quản lý tài nguyên vô tuyến RRM có thể tóm tắt như sau :

• Đảm bảo QoS cho các dịch vụ khác nhau

• Duy trì vùng phủ sóng đã được hoạch định

• Tối ưu dung lượng hệ thống

Trong các mạng 3G, việc phân bố tài nguyên và định cỡ quá tải của mạng không còn khả thi nữa do các nhu cầu không dự đoán trước và các yêu cầu khác nhau của các dịch vụ khác nhau Vì thế, quản lý tài nguyên bao gồm 2 phần : Đặt cấu hình và đặt lại cấu hình tài nguyên vô tuyến

• Việc đặt cấu hình tài nguyên vô tuyến có nhiệm vụ phân phát nguồn tài nguyên một cách hợp lý cho các yêu cầu mới đang đưa đến hệ thống để cho mạng không bị quá tải và duy trì tính ổn định Tuy nhiên, nghẽn có thể xuất hiện trong mạng 3G vì sự

di chuyển của người sử dụng

• Việc đặt lại cấu hình có nhiệm vụ cấp phát lại nguồn tài nguyên trong phạm vi của mạng khi hiện tượng nghẽn bắt đầu xuất hiện Chức năng này có nhiệm vụ đưa hệ thống bị quá tải trở về lưu lượng tải mục tiêu một cách nhanh chóng và có thể điều khiển được

2.2 Các chức năng của quản lý tài nguyên vô tuyến RRM

Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng : Điều khiển công suất, chuyển giao, điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	1,77 MB