Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3g sử dụng công nghệ WCDMA

- Đảm bảo đồng bộ trong việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối

Trang 1

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

PGS.TS: NGUYỄN VĂN KHANG

HÀ NỘI - 2010

Trang 2

Luận văn Thạc sỹ Nguyễn Thị Như Anh

ĐTVT 2008-2010

1

Mục lục

Lời mở đầu 4

Danh mục các từ viết tắt 5

Danh mục các bảng 9

Danh mục hình vẽ 10

Chương 1 Cơ sở lý thuyết WCDMA 12

1.1.Tổng quan về mạng UMTS 12

1.1.1.Cấu trúc mạng UMTS 13

1.1.2.Đăc điểm hệ thống UMTS 16

1.2.Khái niệm về mạng WCDMA 17

1.2.1.Điều khiển công suất 17

1.2.2.Chuyển giao mềm (Soft Handover) 19

1.2.3.Trải phổ, trộn tần và phân tách kênh .20

1.2.4.Mã hóa kênh 22

1.3 Cấu trúc hệ thống mạng 22

Chương 2 Mạng vô tuyến WCDMA 26

2.1.Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 26

2.1.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC 28

2.1.2 Node B (trạm gốc ) 29

2.2.Cấu trúc và chức năng kênh vật lý 30

2.2.1.Kênh logic .30

2.2.2.Kênh truyền tải 32

2.2.3.Kênh vật lý 33

2.3.Tổng quát giao thức của giao diện mặt đất mạng truy nhập vô tuyến 34

2.3.1 Các lớp ngang (Horizontal Layers) 35

2.3.2 Các mặt đứng (V ertical Planes) 36

2.4.Giao diện giữa mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và mạng lõi CN. 38

2.4.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS 39

2.4.2 Cấu trúc giao thức cho Iu PS 40

Trang 3

ĐTVT 2008-2010

2

2.4.4 Giao thức mặt phẳng người sử dụng Iu 41

2.5 Các giao diện trong UTRAN 41

2.5.1 Giao diện giữa RNC và RNC (Iur) và báo hiệu RNSAP 41

2.5.2 Giao diện RNC- Node B và báo hi ệu NBAP 46

2.5.3 Giao diện vô tuyến (Uu) 49

Chương 3 Quy hoạch mạng vô tuyến 52

3.1.Giới thiệu 52

3.2.Tổng quan về quá trình triển khai mạng 52

3.2.1 Quy hoạch mạng 52

3.2.2 Tối ưu bước đầu 54

3.2.3 Tối ưu liên tục 56

3.3 Tổng quan về quá trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA 57

3.3.1.Tính toán m ạng vô tuyến (radio network dimensioning) 59

3.3.2.Tiền quy hoạch mạng vô tuyến - Bước đầu lựa chọn site 59

3.3.3.Quy hoạch cell của mạng vô tuyến 60

3.4.Tính toán quy hoạch vùng phủ (theo Release 99_WCDMA) 61

3.4.1 Tính toán qu ỹ đường truyền vô tuyến 63

3.4.2 Tính toán vùng ph ủ của cell 74

3.5.Tính toán quy hoạch dung lượng mạng WCDMA 79

3.5.1.Các kiểu dung lượng 79

3.5.2 Tính toán dung l ượng hướng lên 86

3.5.4 Tính toán CE (Channel Element) 90

Chương 4 Tính toán quy hoạch và tối ưu mạng 3G EVNTelecom 94

4.1 Quy hoạch mạng vô tuyến 3G của EVNTelecom 94

4.1.1 Yêu cầu thiết kế .94

4.1.2.Phân vùng RNC và tiêu chí l ựa chọn đặt Node B 100

4.1.3 Thiết kế mạng truy nhập vô tuyến 3G (UTRAN), tính toán vùng ph ủ sóng 102

4.2 Tối ưu mạng WCDMA EVNTelecom 107

Trang 4

ĐTVT 2008-2010

3

4.2.1 Quy hoạch và tối ưu mạng WCDMA sử dụng phần mềm mô phỏng 107

4.2.2 Kết quả mô phỏng tối ưu mạng 3G của EVNTelecom 110

Chương 5 Kết luận 114

Danh mục tài liệu tham khảo 115

Trang 5

ĐTVT 2008-2010

4

Lời mở đầu

Hiện nay Việt Nam các nhà khai thác m ạng thông tin di động mặt đất được

Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy phép triển khai mạng 3G UMTS sử dụng công nghệ WCDMA đã triển khai và bước đầu khai thác các d ịch vụ 3G mới Thị trường mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển rất nhanh, từng bước tiến tới khả năng cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng tốc độ cao Điều này đòi hỏi việc quy hoạch và triển khai các hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA cần phải được quan tâm nghiên c ứu Đặc biệt việc quy hoạch và tối ưu mạng luôn được các nhà khai thác mạng quan tầm bởi làm tốt việc này sẽ giúp các nhà khai thác m ạng tiết kiệm chi phí và đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng như các yêu cầu kỹ thuật

Sau khi kết thúc các học phần trong khuôn khổ chương trình đào tạo Thạc sỹ ngành Kỹ thuật Điện tử của Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của các thày, cô trong khoa Điện tử Viễn thông, Viện đào tạo sau đại học, đặc biệt là TS Nguyễn Văn Khang, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn là “Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA”

Luận văn trình bày lý thuyết về tổng quan mạng thông tin di động 3G sử dụng công nghệ, lý thuyết mạng truy nhập vô tuyến WCDMA, tính toán quy hoạch mạng vô tuyến về mặt vùng phủ và dung lượng Cuối cùng, luận văn đưa ra các kết quả quy hoạch mạng cụ thể của mạng EVNTelecom cùng một số kết quả mô phỏng dựa trên cơ sở lý thuyết đã được trình bày trong các chương trước, so sánh với kết quả đo đạc thực tế, qua đó đánh giá và hiệu chỉnh tối ưu phương án quy hoạch mạng Luận văn được chia làm năm chương lớn theo các ý chính trên

Trang 6

Trang 7

ĐTVT 2008-2010

6

Trang 8

Trang 9

ĐTVT 2008-2010

8

Trang 10

ĐTVT 2008-2010

9

Danh mục các bảng

Bảng 1.1.3GPP Releases 15

Bảng 3.1 Các lớp công suất của UE 64

Bảng 3.2 Hệ số tăng ích Anten Node B 64

Bảng 3.3 Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh 67

Bảng 3.4 Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường 67

Bảng 3.5 Độ lệch chuẩn 71

Bảng 3.6 Tăng ích SHO qua fading chậm 71

Bảng 3.7 Các hằng số A và B trong mô hình Okumura – Hata 76

Bảng 3.8.So sánh tính toán dung l ượng ở GSM và WCDMA 79

Bảng 3.9.Phân loại các kiểu dung lượng theo QoS 80

Bảng 3.10 CE theo R99 92

Bảng 3.11 CE theo HSPDA 93

Bảng 4.1.Yêu cầu đối với dịch vụ dữ liệu liệu gói tốc độ cao HSDP A 95

Bảng 4.2.Các yêu cầu và giả thiết 96

Bảng 4.3.Độ lệch chuẩn fading chậm 97

Bảng 4.4 Lượng thuê bao dự kiến trong thiết kế mạng của EVNTelecom

Bảng 4.5.CE với mỗi dịch vụ 103

Trang 11

ĐTVT 2008-2010 10

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1.Cấu trúc mạng UMTS 14

Hình 1.2 FDD (a) và TDD (b) của UMTS 16

Hình 1.3 Giao diện vô tuyến cảu WCDMA 17

Hình 1.4 PSC(a) và OVSF(b) 21

Hình 1.5 Các ph ần tử của mạng UMTS 23

Hình 2.1: Cấu trúc UTRAN 26

Hình 2.2: Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE 29

Hình 2.3 Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truyền tải 32

Hình 2.4: Mô hình giao th ức tổng quát cho các giao di ện mặt đất UTRAN 35

Hình 2.5 Giao diện của UTRAN 38

Hình 2.6 Cấu trúc giao thức Iu CS 39

Hình 2.7 Cấu trúc giao thức Iu PS 40

Hình 2.8 Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur 42

Hình 2.9 Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub 46

Hình 2.10 Kênh logic c ủa Node B cho FDD 47

Hình 2.11 Cấu trúc phân lớp của giao diện vô tuyến 49

Hình 3.1.Tổng quan quá trình quy ho ạch mạng 53

Hình 3.2 Tổng quan quá trình t ối ưu 55

Hình 3.3 Vùng phủ, dung lượng và chất lượng mạng 57

Hình 3.4.Các bước quy hoạch mạng 58

Hình 3.5 Quá trình tính toán vùng ph ủ 62

Hình 3.6 Qu ỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA 63

Hình 3.7 Tăng ích xử lý đối với cách dịch vụ khác nhau 66

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của dự trữ nhiễu với tải của cell 68

Hình 3.9 Minh họa cách tính dự trữ fading chậm (SFM) 69

Trang 12

ĐTVT 2008-2010 11

Hình 3.10 Mô hình Walfisch/Ikegami 77

Hình 3.11 Traffic model 81

Hình 3.12.PS Traffic Model 83

Hình 3.13 Các thông s ố traffic model 84

Hình 3.14 Các tham s ố theo người dùng 84

Hình 3.15.Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự tăng tạp âm 87

Hình 3.16 Mô hình chuyển giao mềm với hai ô 89

Hình 3.17 Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép 90

Hình 3.18 Lưu đồ tính toán CE 91

Hình 4.1 Sơ đồ phân bố RNC mạng EVNTelecom 101

Hình 4.2.Bản đồ phân bố Node B của EVNTelecom 102

Hình 4.3 Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng bằng phần mềm mô phỏng 109

Hình 4.4 Bản đồ vùng phủ khu vực thành phố Vinh 111

Hình 4.5 Kết quả mô phỏng tỷ số Ec/Io khu vực thành phố Vinh- Nghệ An 111

Hình 4.6 Kết quả kiểm tra thực tế thành phố Vinh 112

Hình 4.7 Bản đồ thực tế khu vực Quỳ Hợp 113

Hình 4.8 Kết quả kiểm tra thực tế Quỳ Hợp 113

Trang 13

ĐTVT 2008-2010 12

Chương 1 Cơ sở lý thuyết WCDMA

Mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) đã được triển khai ở nhiều nước trên thế giới Tại Việt Nam, Bộ Thông tin và Truyền thông đã tổ chức thi tuyển để cấp phép triển khai mạng 3G trong băng tần 1900-2200 MHz K ết quả có 4 doanh nghiệp trúng tuyển gồm: Viettel, Vinaphone, VMS và liên danh EVNT -HTC Các mạng 3G đi vào hoạt động sẽ là một động lực to lớn cho sự phát triển công nghệ thông tin và truyền thông ở nước ta, đồng thời thúc đẩy hơn nữa tốc độ tăng trưởng chung của nền kinh tế

Hệ thống thông tin di động thứ 3 (3G) phát triển các dịch vụ mới như: truy cập Internet, e-mail, truyền dữ liệu tốc độ cao, điện thoại video, đa phương tiện, video và audio Các d ịch vụ dữ liệu này có các tiêu chuẩn chất lượng (QoS: Quality

of Service), đặc điểm dung lượng và nhu cầu băng thông khác nhau Quan tr ọng hơn nữa là dung lượng cho các dịch vụ dữ liệu kiểu này vượt xa dung lượng cho thoại, đánh dấu việc chuyển từ kiểu thoại sang dữ liệu Các kỹ thuật cellular hiện tại cần thiết kế lại để tăng phổ cho dung lượng cả thoại và dữ liệu Một thách thức khác

là kết nối và roaming các hệ thống di động khác nhau trong môi tr ường di động đa dạng hiện nay

Dựa trên băng tần 2GHz, hệ thống thông tin di động cellular 3G mới cần có

sự tương thích với hệ thống 2G trong khi vẫn phát triển dung lượng hệ thống và hỗ trợ cả dịch vụ thoại và dữ liệu Hệ thống này cũng hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu chuyển

Trang 14

ĐTVT 2008-2010 13

mạch kênh CS (circuit switch) và chuyển mạch gói PS (packet switch) Với phần

PS, tốc độ dữ liệu với các môi trường khác nhau:

• Trong nhà: 2Mbps

• Ngoài đường 384 kbps

• Đang di chuyển trên xe 144 kbps

Do các điều kiện ban đầu khác nhau, có hai k ỹ thuật quan trọng sử dụng đa truy nhập code CDMA (Code Division Multiple Access): CDMA 2000 1X và Universal Mobile Telecommunication (UMTS)

• CDMA 2000 1X được xây dựng như là phần mở rộng của cdmaOne (IS-95), với sự nâng cấp để đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn và hỗ trợ các dịch vụ 3G khác nhau CDMA 2000 1X phát triển hơn nữa để hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn với phiên bản: CDMA 2000 1xEV -DO

• UMTS dựa vào mạng lõi GSM đang tồn tại nhưng chọn một kỹ thuật truy nhập mạng vô tuyến hoàn toàn m ới ở dạng băng rộng của CDMA (WCDMA: Wideband CDMA) Kỹ thuật đa truy nhập theo mã b ăng rộng WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) xuất hiện hai kiểu hoạt động: ghép kênh theo tần số FDD (Frequency Division Duplex), khi kênh lên UL (Uplink) và kênh xuống Downlink (DL) được mang bởi các kênh vô tuyến khác nhau; và ghép kênh theo th ời gian TDD (Time Division Duplex) khi cùng một kênh vô tuyến dùng cho cả UL và DL nhưng khác thời gian Để hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn, một kỹ thuật được giời thiệu là truy nhập gói kênh xuống tốc độc cao HSPDA (High Speed Downlink Packet Access)

1.1.1.Cấu trúc mạng UMTS

UMTS dựa trên mạng GSM và do đó dùng chung hầu hết các node của phân

hệ NSS, GPRS-CN Phân hệ BSS hay là GERAN vận hành ở mạng UMTS là một thành phần được gọi tên là mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN (Universal

Trang 15

ĐTVT 2008-2010 14

Terrestrial Radio Access Network), gồm các phân h ệ vô tuyến RNS (Radio

Network System) như minh họa ở Hình 2-2

Hình 1.1.Cấu trúc mạng UMTS

So sánh với mạng GSM, điểm khác duy nhất là việc đưa ra khái niệm RNS (Radio Network Controller) và Node Bs trong RNS Có th ể hiểu là có hai node tương đương với BSC và BTS ở kiến trúc mạng GSM Điểm khác nhau chính là giao diện Iu-BS đến PS-CN bây giờ được hoàn toàn tích h ợp trong RNC

Cùng với việc thêm các node m ới, một số giao diện mới được định nghĩa: Iub tương đương với Abis, Iu-CS tương đương với A, và Iu-PS tương đương với

Gb Thêm vào nữa, giao diện Iur (không có trên hình minh h ọa) được tạo ra để hỗ trợ soft handover (HO) giữa các RNCs với nhau trong cùng một UTRAN

Thực tế, các node chung giữa GSM và UMTS thực sự rất giống nhau, với những node hỗ trợ 2G và các node thêm vào để hỗ trợ 3G

Trang 16

ĐTVT 2008-2010 15

Sự phát triển đầu tiên của mạng WCDMA tuân theo tiêu chuẩn Release 99 Tiêu chuẩn này bắt đầu phát triển trước khi được hoàn thiện đầy đủ Ở mức độ cao hơn, từ Release 99 đến Release 4, 5 và sau đó 6 không thay đổi cấu trúc của mạng Tuy nhiên chi tiết có khác vài chỗ Ví dụ, giao diện của lớp truyền dẫn từ A TM ở Release 99 thành IP (Internet Protocol) ở Release 5, để hỗ trợ HSDP A và Node B Các chuẩn của 3GPP được cấu trúc thành các release Các th ảo luận của 3GPP vì vậy thường liên quan đến chức năng trong một release này hoặc kia

Bảng 1.1.3GPP Releases

Trang 17

ĐTVT 2008-2010 16

1.1.2.Đăc điểm hệ thống UMTS

UMTS vận hành dựa trên hai dạng: FDD và TDD (Time Division Duplex)

Ở hai kiểu này, thông tin được truyền thường là trong khung 10 ms Ở FDD, hai băng tần cùng tồn tại, phân tác bởi băng bảo vệ, được dùng một cho đường uplink

và một cho đường downlink Ở TDD, ngược lại, một băng tần dùng cho cả hai hướng Chi tiết hơn, ở kiểu này, mỗi khung bao gồm một số khe thời gian đồng bộ, một vài được dùng làm uplink và ph ần còn lại dùng làm downlink Sự khác nhau

giữa hai dạng này được minh họa ở Hình 2-3

Hình 1.2 FDD (a) và TDD (b) c ủa UMTS

UMTS được cung cấp dải tần rộng 120 MHz ở chế độ FDD và 35 MHz ở

chế độ TDD trên dải phổ 2000 MHz Khi vận hành như là cặp băng tần ở Hình 2-3,

tần số truyền và nhận ở tất cả các thiết bị người dùng (UE) ở khoảng 190 MHz CDMA sử dụng phổ phân tách lần lượt trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Một trong các mục đích ử hệ thống 3G là cung cấp đa phương tiện và dịch vụ dữ liệu tốc độ cao ở mức 2 Mb/s, độ rộng băng tần của kênh thường là 5 MHz Tuy nhiên nhà cung cấp dịch vụ thường điều chỉnh độ rộng kênh phù hợp với việc tối ưu phổ Tần số trung tâm thuờng khoảng 200 kHz Tốc độ chip cho trải phổ

là 3.84 Mc/s

Trang 18

ĐTVT 2008-2010 17

1.2.Khái niệm về mạng WCDMA

Hình 1.4 đã khái quát về mặt vật lý giao diện vô tuyến của WCDMA, khi lượng thông tin ở 3,84 Mega chips mỗi giây (Mcps) có thể chia thành khung vô tuyến 10ms, mỗi khung lại được chia thành 15 khe của 2560 chips Ở đây khái niệm

về chip được giới thiệu thay thế cho khái niệm bit đặc trưng Chip là đơn vị thông tin cơ bản ở WCDMA Bit từ những kênh khác nhau sẽ được mã hóa bằng những bit đại diện bằng một số lượng các chip Các chip đại diện phụ thuộc vào kênh Các khái niệm cơ bản được sử dụng trong WCDMA là: phân kênh (channelization)

và trộn tần (scrambling), mã hóa kênh, điều khiển công suất và chuyển giao (handover); các kênh: lớp và báo hiệu; các lớp: logical, vận chuyển (transport) và vật lý (physical)

Hình 1.3 Giao diện vô tuyến cảu WCDMA

1.2.1.Điều khiển công suất

Ở kỹ thuật CDMA, điều khiển công suất là tối quan trọng Nó đảm bảo đủ công suất dùng để đưa các link, DL, từ trạm gốc tới thiết bị di động, hay UL, từ thiết bị di động lên trạm gốc Trong hai link này, UL có phần quan trọng hơn UL đảm bảo từ tất cả khoảng cách của thiết bị người dùng (UE: User equipment) đều nhận được cùng một công suất từ cell; do mỗi UE gây ra lượng nhiễu bằng nhau và không UE nào có thể vượt quá công suất do đó sẽ làm giảm độ nhạy bộ nhận Nếu không điều khiển công suất, một UE gần trạm gốc sẽ nhận toàn bộ công suất Tất cả

Trang 19

ĐTVT 2008-2010 18

các UE còn lại sẽ bị ngập trong tín hiệu mạnh của người dùng gần nhất nhưng tạo ra lượng nhiễu tỉ lệ ngược lại

Ở DL, điều khiển công suất phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bởi vì công suất của Node B bị chia sẻ giữa nhiều kênh chung và các kênh riêng bi ệt này cho tất

cả người dùng đang sử dụng Ở DL, tất cả các kênh là trực giao với nhau (trừ kênh đồng bộ); do đó tín hiệu, hay công suất, từ bất kỳ kênh nào không được xem là nhiễu Một cách lý tưởng, các kênh khác không làm ảnh hưởng đến độ nhạy Tuy nhiên điều khiển công suất vẫn rất cần thiết để đảm bảo các kênh này chỉ dùng đủ công suất cần thiết Việc tăng công suất có thể cho người dùng, sẽ làm tăng dung lựong của hệ thống

Như vậy có hai bước cần thiết để điều khiển công suất:

1 Thiết lập chất lượng tối thiếu chấp nhận được

2 Đảm bảo rằng công suất tối thiểu có thể để đảm bảo chất lượng

Điều khiển công suất vòng ngoài vận dụng bước thứ nhất; vòng trong vận dụng bước thứ hai Một cách lý tưởng, vòng ngoài điều khiển tỉ lệ lỗi khối BLER (Block Error Rate) của kênh thiết lập và so sánh với mục tiêu được lựa chọn Nếu chúng khác nhau, m ục tiêu chất lượng, thiết lập khái niệm tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SIR (Signal to Interference Ratio), được điều chỉnh Điều khiển công suất vòng gần nhất được so sánh, về cơ bản là khe đến khe, với mục tiêu SIR, và gửi lệnh tăng hay giảm công suất Quá trình điều khiển công suất chạy độc lập với UL và DL, được điều chỉnh bằng đại lượng bit điều khiển công suất đường truyền TPC (Transmit Power Control); DL mang bit TPC đáp ứng chất lượng UL, trong khi UL mang bit TPC đáp ứng chất lượng DL

Về cơ bản cấu trúc khung và khe ( m ỗi khung vô tuyến 10ms bao gồm 15 khe), có thể suy ra rằng bit TPC được gửi ở tần số 1500Hz, là tỉ lệ của vòng trong Mặt khác, vòng ngoài, về cơ bản rất khó điều khiển và do đó vận hành độc lập Hơn nữa, mặc dù mục đích của vòng gần nhất là để đảm bảo mục đích BLER, việc vận

Trang 20

ĐTVT 2008-2010 19

hành dựa trên các thông số khác như SIR, hoặc vượt qua hoặc không vòng tuần hoàn giảm CRC (Cyclic Redundancy Check)

1.2.2.Chuyển giao mềm (Soft Handover)

Chuyển giao mềm dựa vào quá trình cho phép k ết nối được phục vụ đồng thời bằng một vài cell, thêm và bỏ chúng khi cần Đặc điểm này được dùng ở WCDMA bởi vì tất cả các cell dùng cùng một tần số và phân tách ch ỉ bằng mã; bộ nhận độc lập có thể nhận các cell khác nhau duy nh ất bằng một quá trình, với một dải tần số vô tuyến RF (Radio Frequency) Việc cần thiết của chuyển giao mềm ở WCDMA liên quan đến điều khiển công suất Hỗ trợ chuyển giao mềm đảm bảo rằng UE ở vùng giáp ranh các cell dùng công su ất truyền nhỏ nhất cho các link Ở

UL, là cần thiết để tránh quá lớn công suất của các UE khác kết nối vào cell Ở DL,

nó không tối quan trọng, nhưng trong thực tế rất tôt bởi vì nó làm tối đa dung lượng

và tăng các link đáng tin cậy Mỗi khi chuyển giao mềm trên hệ thống, có nghĩa là

UE phải điều khiển vào dùng hiệu quả các link, các lợi ích có thể chắc chắn là:

Ở DL, UE có thể bao gồm những tín hiệu nhận được khác nhau để tăng sự tin cậy của quá trình giải điều chế Bằng cách kết hợp các tín hiệu từ các link khác nhau, SIR hiệu quả tăng lên, giảm công suất truyền ngay cả khi so sánh với công suất cần thiết cho link làm việc tốt nhất Đó là thuật ngữ tăng ich bao gồm mềm (soft combining gain) Thêm nữa, thực tế là UE có thể kết nối với nhiều server mỗi khi tăng số link hiệu quả và do đó cung cấp hệ số tăng ích mật độ (diversity gain), thuờng gọi là macro-diversity gain

Ở UL, nếu macro-diversity gain được tôn trọng, thì cũng giồng như không làm đúng cho soft combining gain Nếu cell ở chuyển giao mềm không cùng một Node B, thì không thể chưa tín hiệu trước khi chúng được điều chế Thay vào đó, tất

cả các khung được điều chế được gửi tới RNC, RNC sẽ quyết dịnh dùng cái nào Quá trình này vẫn mang lại hiệu quả nếu so sánh với một link đơn lẻ, bởi vì nó tăng khả năng chưa ít nhất một link không có lỗi Đó là sự lựa chọn gain, cũng giống như macro-diversity gain

Trang 21

ĐTVT 2008-2010 20

Như chúng ta thấy, chuyển giao mềm có các ưu điểm: tăng độ đáng tin cậy của đường truyền và giảm công suất cần thiết cho mỗi link sử dụng Đáng tiếc, chuyển giao mềm cũng có nhược điểm Bởi vì thông tin được gửi qua nhiều link, làm giảm hiệu quả của nguồn sử dụng Sự cần bằng tốt nhất chỉ đạt được khi các link đóng góp đáng kể cho đường truyền được chứa trong Active Set

1.2.3.Trải phổ, trộn tần và phân tách kênh

Chuyển giao được dùng ở hệ thống WCDMA bởi vì tất cả cell của Node B truyền tải dùng cùng một tần số Việc tái sử dụng tần số - hoặc tái sử dụng tần số 1 đến 1 ở kỹ thuật đa truy nhập theo thời gian TDMA/ đa truy nhập theo tần số FDMA – đòi hỏi một số code để phân biệt giữa cell và người dùng Những code này được dùng ở cả DL và UL, bởi vì việc nén ở mỗi link là khác nhau

Ở DL, yêu cầu đầu tiên là phân biệt được giữa các cell Ở kỹ thuật TDMA/FDMA, điều này đạt được bằng cách dùng các tần số khác nhau cho mỗi cell Ở kỹ thuật WCDMA, cell được phân biệt bằng cách sử dụng mã trộn tần gốc PSCs (Primary Scrambling Codes) Để hiểu rõ cách hoạt động, hãy tưởng tượng bản tin mã hóa Bản tin mã hóa được nhìn nhận như ký tự ngẫu nhiên – hay là nhiễu (noise) trong thuật ngữ vô tuyến Chỉ những người đọc sử dụng những mã có giá trị

- hoặc là PSC ở thuật ngữ WCDMA – có thể tạo ra những từ ngoài những ký tự ngẫn nhiên Những từ này tập hợp lại thành câu, có m ột chủ ngữ hoặc về nhiều chủ

đề Các chủ đề có thể hiểu là các kênh khác nhau theo m ột số quy tắc, những quy tắc này tương ứng với các mã phân tách kênh khác nhau cho phép gi ải mã những từ tập hợp thành câu Với một số quy tắc nhất định trong ngôn ngữ để đảm bảo rằng tất

cả mọi người đều hiểu, chỉ có một số lượng nhất định mã phân tách kênh được dùng

để làm đơn giản hóa

Mở rộng ra, các từ trong câu diễn tả một ý nào đó; cũng như là trải phổ, một vài chip đại diện cho một bit Nếu ở ngôn ngữ là mất một từ không ngăn được việc hiểu ý nghĩa, thì mất một số các chip không làm hỏng việc giải mã bit Ở WCDMA, trải phổ, hay là truyền một bit qua nhiều chip, được thực hiện ở một số kênh, trước

Trang 22

ĐTVT 2008-2010 21

khi PSC mã hóa toàn b ộ bản tin Tăng một tín hiệu với mã PSC không đạt được trải phổ, nó chỉ ngẫu nhiên hóa tín hi ệu, hinh họa ở Hình 2-5(a)

Hình 1.4 PSC(a) và OVSF(b)

Trong một cell, các kênh khác nhau thì được phân tách bằng các một quy tắc

là yếu tố trải phổ biến trực giao OVSF (Orthogonal V ariable Spreading Factor)

OVSF thực hiện trải phổ, minh họa ở Hình 2-5(b) OVFS có hai đặc điểm chính:

đặc tính trực giao, và thực tế là sự trực giao duy trì giữa các chiều dài thay đổi của OVFS

Đặc tính trực giao của OVFS đảm bảo rằng những người dùng của cùng một cell không gây nhiễu cho nhau Nếu tín hiệu mã hóa với OVSF cho trước dược giải

mã với OVSF khác, tín hiệu kết quả sẽ cho một dãy bằng nhau của 1s (-1) và 0s (+1) Kết quả là tín hiệu trung bình là không (null)

Giá trị OVSF biến đổi hỗ trợ tốc độ dữ liệu khác nhau từ cùng một cây mã hóa: tốc độ dữ liệu thâp có thể mã hóa với OVSF dài, trong khi tốc độ cao được mã hóa với OVSF ngắn Chiều dài của OVSF suy ra từ số lượng các chip của bit đầu vào: một bit mã hóa với OVSF dài 256 có thể đại diện cho 256 chip, trong khi bit

mã hóa với OVSF dài 4 có thể đại diện bằng 4 chip Sử dụng OVSF có ưu điểm là thêm thông tin thừa cần truyền Tác động của việc thừa này được xem như là trải phổ một lần nữa, đó là, tỉ lệ của bit người dung để truyền chip

Tóm lại, với chỉ một số lượng nhất định mã, PSC và OVSF phân biệt được cell và người dùng Nếu không có PSC, người nhận không thể tái tạo lại các từ được

Trang 23

ĐTVT 2008-2010 22

gửi bởi nhiều cell khác nhau Mỗi khi một từ được tái tạo, một OVSF tương ứng cũng được tái tạo (giải mã) để hiểu bản tin

1.2.4.Mã hóa kênh

Thủ tục lớp vật lý là cần thiết để tăng hiệu quả mạng WCDMA Mã hóa kênh làm giãm lỗi đường truyền bằng cách lặp lại các thông tin nhiều lần và trải phổ việc truyền lại thông tin nhiều lần

Để mã hóa kênh, mã kết hợp hoặc mã nhanh được sử dụng Mã kết hợp chủ yếu được dùng cho thông tin tr ễ, bởi vì kết quả trễ tương đối ngắn và ảnh hưởng bởi tốc độ mã và chiều dài nén Mã nhanh (turbo coders), m ặt khác, được coi là khối các dữ liệu trước khi cho ra đầu ra Để mã nhanh hiệu quả, khối bao gồm lượng dữ liệu lớn, thường là hơn 320 ký hiệu (symbol), do đó gây ra độ trễ đáng chú ý ở quá trình mã hóa và giải mã

1.3 Cấu trúc hệ thống mạng

Hệ thống UMTS gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chức năng xác định Mặc dù mạng được định nghĩa ở mức logic, nhưng cũng thường được thực hiện ở dạng vật lý Trong đó có một số giao diện để mở là các giao diện được định nghĩa sao cho ở mức chi tiết có thể sử dụng được thiết bị của hai nhà sản xuất khác nhau ở các điểm cuối Có thể nhóm các ph ần tử mạng này theo các chức năng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc

Về mặt chức năng các phần tử của mạng được nhóm thành m ạng truy nhập

vô tuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN: UMTS Terrestrial RAN) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi CN (Core Network) để thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Ngoài ra,

hệ thống còn có thiết bị của người sử dụng UE (User Equitment) giao tiếp với hệ thống thông qua giao diện vô tuyến Cấu trúc hệ thống mức cao được cho ở hình 2.1

Trang 24

ĐTVT 2008-2010 23

Hình 1.5 Các ph ần tử của mạng UMTS

Trong đó, các phần tử của hệ thống cụ thể như sau

USIM= UMTS User Indentity Module: Thẻ SimCard UMTS của người sử dụng MS=Mobile Station : trạm di động

RNC=Radio Network Control: Bộ điều khiển mạng vô tuyến

MSC= Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ đi động

VLR=Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú

SGSN=Service GPRS Support Node: Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

GMSC= Gateway MSC:Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng

GGSN= Gateway GPRS Support Node: Nút h ỗ trợ GPRS cổng

HLR= Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú

UTRAN= UMTS Terrestrial RAN: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

CN=Core Network: Mạng lõi

Từ quan điển chuẩn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới, việc thiết kế các giao thức này dựa trên các nhu c ầu của công nghệ vô tuyến WCDMA Trái lại việc định nghĩa mạng lõi dựa trên GSM Điều này cho phép hệ

Trang 25

ĐTVT 2008-2010 24

thống với công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ mạng lõi

CN đã biết và đã phát triển

Một phương pháp chia nhóm khác cho m ạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Khi đó, hệ thống UMTS được thiết kế theo module, vì thế có thể có nhiều phần tử mạng cho cùng một kiểu Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu Khả năng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép chia h ệ thống UMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng các mạng con khác

và các mạng con này được phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất Một mạng con như vậy được gọi là mạng di động mặt đất công cộng UMTS Thông thường mỗi mạng di động mặt đất công cộng được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất và

nó được nối đến các mạng di động mặt đất công cộng khác cũng như các dạng mạng khác như ISDN, PSTN, Internet

Trong cấu trúc mạng UMTS, thiết bị người sử dụng UE bao gồm hai phần:

- Thiết bị di động (ME: Mobile Equitment) là đầu cuối vô tuyến được sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

- Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Indentity Module) chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện các thuật toán nhận thực và lưu giữ các khoá nhận thực và một số thông tin cần thiết cho đầu cuối

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN chứa hai phần tử khác nhau, đó là:

- Node B để chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IuB và Uu Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng của mình (các node B k ết nối trong vùng kết nới tới RNC tương ứng), RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE

Các phần tử chính của mạng lõi tương tự như các phần tử tương ứng có trong hệ thống mạng GPRS đó là: HLR, MSC/VLR (phần mạng được truy nhập qua

Trang 26

ĐTVT 2008-2010 25

MSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS), GMSC (là chuyển mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với mạng CS bên ngoài), SGSN (phần mạng được truy nhập qua SGSN được gọi là vùng chuyển mạch gói PS), GGSN (giống như GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS)

Như vậy, hệ thống mạng cũng có thể được chia thành hai nhóm :

- Các mạng CS, các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch theo kênh giống như các dịch vụ thoại (ví dụ như ISDN và PSTN)

- Các mạng PS, các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói (ví dụ như truy cập Internet)

Các giao diện mở chính trong UMTS bao gồm:

- Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện mà qua đó UE truy nhập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế nó là giao diện mở quan trọng nhất ở UMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN Giao diện Iu cung cấp cho các nhà khai thác kh ả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau trên một hệ thống mạng duy nhất

- Giao diện Iur : Giao diện mở Iur cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC

từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub : Giao diện này kết nối một nút B với một RNC UMTS là hệ thống điện thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ điều khiển và trạm gốc được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn Giống như các giao diện mở khác, Iub mở cho phép sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất trong lĩnh vực này

Trang 27

ĐTVT 2008-2010 26

Chương 2 Mạng vô tuyến WCDMA

2.1.Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Cấu trúc UTRAN được mô tả bằng hình 3.1 sau đây:

Hình 2.1 Cấu trúc UTRAN

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đấu UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access network) bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiển mạng

vô tuyến RNC (Radio Network Controller) và một hay nhiều Node B Các RNC kết nối với nhau thông qua giao di ện Iur Đây là một điểm khác biệt so với mạng GSM khi mà các bộ điều khiển trạm gốc BSC tương ứng của GSM không được kết nối trực tiếp với nhau Các RNC và các Node B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

Cấu trúc UTRAN được thiết kế đảm bảo các chức năng và các giao thức chính là : (đây cũng là những đặc điểm chính của UTRAN)

Trang 28

ĐTVT 2008-2010 27

- Hỗ trợ truy nhập mạng vô tuyến và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối với mạng qua hai hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

- Đảm bảo đồng bộ trong việc xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằng cách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ UTRAN đến cả hai vùng PS

và CS của mạng lõi

- Đảm bảo đồng bộ với GSM khi cần thiết

- Sử dụng truyền tải A TM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

- Sử dụng cơ chế truyền tải IP như là cơ cấu truyền tải luân phiên ở UTRAN

từ Release 5 trở đi

Các giao diện của UTRAN gồm có:

• Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN với mạng lõi CN và được chia thành hai ph ần Iu-CS là giao diện giữa RNC và phần chuyển mạch kênh cảu CN Giao diện Iu-PS là giao diện giữa RNC và phần chuyển mạch kênh của CN

• Giao diện Uu Giao diện Uu là giao diện vô tuyến WCDMA với UMTS

Đó là giao diện mà thông qua đó, UE truy nhập vào phần cố định của mạng

• Giao diện Iub Giao diện Iub kết nối Node B và RNC Ngược lại với GSM, giao diện này hoàn toàn mở với UMTS và do đó phức tạp hơn là tên gọi của nó

• Giao diện Iur Giao diện RNC-RNC được thiết kế đầu tiên để cung cấp chuyển giao mềm RNC, và các đặc tính của nó được thêm vào dẫn trong quá trình phát triển

Trang 29

ĐTVT 2008-2010 28

2.1.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) là ph ần tử mạng chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao tiếp với mạng lõi CN (thông thường với một MSC và một SGSN) và cũng kết thúc với giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC : Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa mobile và UTRAN Về mặt logic, nó tương ứng với BSC ở mạng GSM

RNC điều khiển Node B (ví dụ: kết cuối giao diện Iub về phía Node B) được hiểu như là RNC điều khiển (CRNC: Controling RNC) của Node B RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của mình; đồng thời cũng thực hiện việc điều khiển và mã hóa cho link vô tuyến mới được thiết lập trên các cell đó

Khi một kết nối mobile - UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNS (hình 3.2) Các RNC tham d ự vào kết nối này sẽ có hai vai trò riêng biệt (về mặt logic và chỉ với khía cạnh là kết nối mobile – UTRAN) :

- RNC phục vụ (Serving RNC): SRNC đối với một mobile là RNC kết cuối đường nối Iu để truyền số liệu của người sử dụng và báo hiệu RANAP (Radio Access Network Application Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ/ tới mạng lõi (kết nối này được gọi là kết nối RANAP) SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Control Signalling), đó là giao thức báo hiệu giữa UE với UTRAN

Nó xử lý số liệu L2 tới/từ giao diện vô tuyến Các thao tác qu ản lý tài nguyên

vô tuyến cơ bản như sắp xếp các thông số vật mang truy nhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến, chuyển giao, điều khiển công suất vòng ngoài đều thực hiện trên SRNC SRNC cũng (nhưng không luôn luôn) là CRNC của một Node B nào đó được mobile sử dụng để kết nối với UTRAN Mỗi UE kết nối tới UTRAN có một và chỉ một SRNC

Trang 30

ĐTVT 2008-2010 29

- RNC trôi (DRNC: Drif RNC): DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các cell được mobile sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vi mô (chuyển giao) DRNC không thực hiện xử

lý L2 đối với số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur, trừ khi UE sử dụng kênh truyền chung Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

Hình 2.2 Chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN của UE

Chú ý rằng một RNC vật lý chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNC và DRNC Trên hình vẽ cho thấy một UE đang ở chuyển giao mềm giữa các RNC (việc kết hợp được thực hiện ở SRNC) và một UE chỉ sử dụng tài nguyên vô tuyến

từ một nút B được điều khiển bởi DRNC nay đã trở thành SRNC

Trang 31

ĐTVT 2008-2010 30

2.2.Cấu trúc và chức năng kênh vật lý

Theo thuật ngữ về lớp giao thức, giao diện vô tuyến mạng WCDMA có thể chia làm

ba kênh: kênh vật lý (Physical channel), kênh truyền tải (Transport channel) và kênh logic (Logical channel)

2.2.1.Kênh logic

Giống như mạng GSM, UMTS sử dụng khái niệm kênh logic

Kênh logic có thể hiểu là vật mang thông tin Kênh logic được đặc trưng bởi dạng thông tin mà nó mang theo Tùy theo d ịch vụ mà kênh mang, có th ể chia kênh logic thành hai loại: kênh điều khiển cho khối điều khiển (control plane) và kênh lưu lượng cho khối người dùng (user plane)

Dedicated traffic channel (DTCH) Kênh lưư lượng

Broadcast control channel (BCCH) Paging control channel (PCCH) Dedicate control channel (DCCH)

Kênh điều khiển

Trang 32

ĐTVT 2008-2010 31

- Kênh dung lượng chung CTCH: kênh xuống điểm đến đa điểm để truyền thông tin của người dung đến tất cả hoặc một nhóm UE xác định Kênh này dùng bản tin BMC quảng bá Những bản tin này có thể là dữ liệu cell từ lớp cao hơn hoặc là những bản tin dùng riêng để hỗ trợ bộ nhận không liên tục Discontinous Reception (DRX) c ủa dữ liệu quảng bá ở UE Bản tin quảng bá

là dịch vụ được các nhà mạng cung cấp như: dự báo thời tiết, giao thông, thông tin định vị

Kênh điều khiển bao gồm:

- Kênh quảng bá điều khiển BCCH: Kênh đường xuống quảng bá tất cả dạng thông tin trong hệ thống ( trừ kiểu 14 chỉ dùng ở TDD) Ví dụ, thông tin hệ thống kiểu 3 dùng cho xác định cell UE giải mã thông tin hệ thông ở BCH trừ khi ở chế độ Cell_DCH Trong trường hợp đó, hệ thống sẽ giải mã thông tin ở kiểu 10 ở FACH và các báo hiệu quan trọng khác sẽ được gửi ở DCCH

- Kênh điều khiển tìm gọi PCCH: Kênh đường xuống gửi thông tin tìm gọi Nó được dùng để tiếp cận UE (hoặc một vài UE) ở chế độ chờ (idle) hoặc ở chế

độ kết nối (Cell_PCH hoặc trạng thái URA_PCH) Bản tin kiểu tìm gọi 1 được gửi ở PCCH Khi UE nhận được lệnh tìm gọi từ PCCH ở chế độ kết nối, nó sẽ vào trạng thái Cell_F ACH và tạo ra cell cập nhật thủ tục

- Kênh điều khiển riêng DCCH: Kênh điểm đến điểm hai chiều, truyền thông tin điều khiển riêng giữa UE và mạng Kênh này được dùng để báo hiệu riêng sau khi kết nối RRC được thiết lập Ví dụ, nó được dùng để thực hiện thủ tục chuyển giao tần số ngoài (inter-frequency), cho tìm gọi riêng, cho thủ tục cập nhật hoạt động và cho thông số điều khiển vào báo cáo

- Kênh điều khiển chung CCCH: Kênh hai chi ều để truyền thông tin điều khiển giữa mạng và UE Nó dùng để gửi bản tin liên quan tới kết nối RRC, cập nhật cell và URA Kênh này hơi giống DCCH, nhưng sẽ dùng khi mạng chưa kịp xác nhận UE (hoặc là cell mới) Ví dụ, khi kết nối RRC yêu cầu bản tin, bản tin đầu tiên gửi bởi UE để vào chế độ kết nối Mạng sẽ trả lời trên

Trang 33

ĐTVT 2008-2010 32

cùng kênh đó, và sẽ gửi xác nhận tạm thời (xác nhận cell và UTRAN) Sau những bản tin khởi tạo, kênh DCCH sẽ được thiết lập

2.2.2.Kênh truyền tải

Để mang các kênh logic, các kênh truyền tải được định nghĩa Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch vụ trên cùng một kết nối

Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator) tại mọi thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận được

số liệu từ các mức cao hơn Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau vào ch ỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TCFI (Transport Format Combination Indicator) TCFI được phát trên kênh điều khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào đang tích cực ở khung hiện thời Máy thu giải mã TFCI để nhận được các TFI Sau đó các TFI này được chuyển đến các lớp cao hơn cho các kênh truyền tải tích cực ở kết nối

Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải Sự sắp xếp kênh logic lên kênh truyền tải được thể hiện như trên hình 3.3

Hình 2.3 Sắp xếp giữa các kênh logic và các kênh truy ền tải

Các kênh truyền tải gồm có:

Trang 34

ĐTVT 2008-2010 33

Kênh truyền tải riêng

(Dedicated transport channel )

Dedicated traffic channel (DCH) DCH là kênh đường lên hoặc đường xuồng Broadcast channel (BCH)

Forward access channel (FACH) Paging channel (PCH)

Random access channel (RACH)

Kênh truyền tài chung

(Common transport channel)

High-speed downlink shared channel (HS-DSCH) Tương ứng với các kênh logic, các kênh truyền tải được định nghĩa như sau:

- Kênh quảng bá BCH: Kênh đường xuống dùng để quảng bá thông tin với tất

- Kênh truy nhập forward FACH Kênh đuờng xuống chung dùng để báo hiệu riêng (tương ứng với RACH) hoặc để truyền dẫn những dữ liệu nhỏ liên quan

- Kênh riêng DCH Kênh riêng dùng cho m ột UE làm đường lên hoặc đường xuống

Trang 35

ĐTVT 2008-2010 34

Có hai kiểu kênh vật lý và: đường lên UL và đường xuống DL

Downlink Dedicated Physical Channel (Downlink DPCH) Downlink Physical Channel

Downlink Common Physical Channel

- Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH)

- Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)

- Synchronization Channel (SCH)

- Paging Indicator Channel (PICH)

- Acquisition Indicator Channel (AICH)

- Common Pilot Channel (CPICH)

- High-Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH)

- High-Speed Physical Shared Control Channel (HS-SCCH) Uplink Dedicated Physical Channel

- Uplink Dedicated Physical Data Channel (Uplink DPDCH)

- Uplink Dedicated Physical Control Channel (Uplink DPCCH)

- High-Speed Dedicated Physical Channel (HS-DPCCH) Uplink Physical Channel

Uplink Common Physical Channel

- Physical Random Access Channel (PRACH)

2.3.Tổng quát giao thức của giao diện mặt đất mạng truy nhập vô tuyến

Cấu trúc giao thức của các giao diện mặt đất UTRAN được thiết kế theo một

mô hình giao thức tổng quát Cấu trúc này được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp

và các mặt (plane) độc lập về mặt logic với nhau và khi cần có thể thay đổi một phần cấu trúc của giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần khác

Trang 36

ĐTVT 2008-2010 35

Hình 2.4: Mô hình giao th ức tổng quát cho các giao di ện mặt đất UTRAN

Trong đó, ALCAP (Access Link Control Protocol) là giao thức điều khiển kết nối truy nhập

Theo hình minh h ọa 3.4 trên ta phân tích theo các l ớp ngang và dọc của mô hình UTRAN

2.3.1 Các lớp ngang (Horizontal Layers)

Cấu trúc giao thức gồm hai lớp chính: lớp mạng vô tuyến và lớp truyền tải Mọi vấn đề liên quan đến UTRAN chỉ có thể nhìn thấy ở lớp mạng vô tuyến Lớp mạng vô tuyến trình bày thông tin ứng dụng cần truyền, số liệu của người sử dụng hoặc thông tin điều khiển Lớp mạng truyền tải trình bày công nghệ truyền tải sử dụng các giao diện Có thể lựa chọn kỹ thuật khác nhau cho lớp mạng truyền tải nhưng cầu hình hợp mạng vô tuyến UTRAN thì không thay đổi

Trang 37

ĐTVT 2008-2010 36

2.3.2 Các mặt đứng (V ertical Planes)

2.3.2.1 Mặt điều khiển (Control Plane)

Mặt điều khiển được sử dụng cho mọi báo hiệu đặc thù UMTS Nó bao gồm giao thức ứng dụng (Application Protocol), ch ẳng hạn RANAP (Radio Access Application Part: Phần ứng dụng mạng truy nhập) ở Iu, RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến) ở Iur và NBAP (Node B Appilcation Part: Phần ứng dụng nút B) ở Iub và vật mang báo hiệu

để truyền tải các bản tin của giao thức ứng dụng

Giao thức ứng dụng (Application Protocol) ch ịu trách nhiệm thiết lập các vật mang để truyền tải số liệu của người sử dụng, nhưng bản thân số liệu của người sử dụng không được mang ở mặt điều khiển Các vật mang số liệu của người sử dụng

do giao thức ứng dụng thiết lập là các vật mang chung và độc lập với công nghệ truyền tải đang được sử dụng Nếu lớp ứng dụng sử dụng các vật mang của một công nghệ truyền tải đặc thù, thì ta không thể tách riêng lớp mạng vô tuyến ra khỏi lớp truyền tải

Các vật mang báo hiệu (Signalling Bearer) để mang các ứng dụng báo hiệu

do các thao tác v ận hành và qu ản lý (O&M) thiết lập Vật mang báo hiệu đối với giao thức ứng dụng có thể hoặc không cùng kiểu như vật mang báo hiệu cho ALCAP

2.3.2.2 Mặt người sử dụng (User Plane)

Mặt người sử dụng là mặt truyền mọi thông tin được người sử dụng phát và thu như: thoại được mã hoá ở cuộc gọi hay gói ở các kết nối Internet Mặt người sử dụng gồm các luồng dữ liệu (Data Stream) và các vật mang dữ liệu (Data Bearer) cho các luồng này Mỗi luồng số liệu được đặc trưng bởi một hay nhiều giao thức khung đặc trưng cho giao diện này

Trang 38

ĐTVT 2008-2010 37

2.3.2.3 Mặt điều khiển mạng truyền tải (Transport Network Control Plane)

Mặt điều khiển truyền tải sử dụng cho tất cả các báo hiệu điều khiển trong lớp truyền tải Nó không mang bất kỳ thông tin gì của lớp mạng vô tuyến Nếu người sử dụng sử dụng các vật mang được lập cấu hình trước theo tiêu chuẩn, thì không cần thiết có mặt điều khiển mạng truyền tải Nó gồm giao thức ALCAP để thiết lập các vật mang truyền tải (các vật mang số liệu – Data Bearer) cho m ặt người

sử dụng Nó cũng chứa vật mang báo hiệu cần cho ALCAP Việc sử dụng ALCAP phụ thuộc vào công nghệ truyền tải mặt người sử dụng

Mặt điều khiển mạng truyền tải là một mặt hoạt động giữa mặt điều khiển và mặt người sử dụng Việc đưa ra mặt điều khiển mạng truyền tải làm cho giao thức ứng dụng trong mặt điều khiển mạng vô tuyến hoàn toàn độc lập với công nghệ được chọn lựa cho vật mang số liệu ở mặt người sử dụng

Tính độc lập của mặt điều khiển và mặt người sử dụng dựa trên giả thiết rằng xảy ra một giao dịch ALCAP Cần lưu ý rằng có thể không sử dụng ALCAP cho tất

cả các kiểu vật mang số liệu Nếu không có giao dịch ALCAP thì hoàn toàn không cần thiết mặt điều khiển mạng truyền tải Đây là trường hợp xảy ra khi các vật mang

số liệu được lập lại cấu hình Cũng cần lưu ý rằng giao thức ALCAP ở mặt điều khiển mạng truyền tải không được sử dụng để thiết lập vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng hay ALCAP khi đang khai thác thời gian thực

Vật mang báo hiệu cho ALCAP có thể cùng kiểu hoặc không cùng kiểu như vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng Các quy định UMTS cho rằng vật mang báo hiệu cho ALCAP luôn được thiết lập bởi vân hành và quản lý (O&M) và không quy định chi tiết điều này

2.3.2.4 Mặt người sử dụng mạng truyền tải

Các vật mang số liệu (Data Bearer) ở mặt người sử dụng và các vật mang báo hiệu (Signalling Bearer) cho giao thức ứng dụng đều thuộc mặt người sử dụng truyền tải Như đã nói ở trên các vật mang số liệu ở mặt người sử dụng được điều

Trang 39

ĐTVT 2008-2010 38

khiển trực tiếp bởi mặt điều khiển mạng truyền tải khi khai thác thời gian thực, tuy nhiên các hành động điều khiển để thiết lập các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng được coi là các hành động khai thác và vận hành

2.4.Giao diện giữa mạng truy nhập vô tuyến UTRAN và mạng lõi CN

Hình 2.5 Giao di ện của UTRAN

Giao diện kết nối UTRAN với CN, Iu là một giao diện mở để chia hệ thống thành UTRAN đặc thù vô tuyến và CN, CN xử lý chuyển mạch, định tuyến và điều khiển dịch vụ Có hai loại Iu đó là: Iu CS (Iu Circuit Switch: Iu chuyển mạch kênh)

để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS (Iu Packet Switch: Iu chuyển mạch gói) để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch gói Thiết kế ban đầu về

cơ bản chỉ để phát triển một giao diện Iu, nhưng sau đó người ta nhận ra rằng mặt người dùng User Plane truyền tải cho dịch vụ CS và PS chỉ đạt được nếu cho phép

có hai kỹ thuật truyền tải Vì thế mặt điều khiển mạng truyền tải khác nhau Mặt điều khiển phải giống nhau cho cả Iu CS và Iu PS với vài điểm khác nhau không đáng kể

I u

UTRAN

UE

Uu

CN

Trang 40

ĐTVT 2008-2010 39

2.4.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS

Cả ba mặt giao diện của Iu sử dụng chung truyền tải A TM (Asynchronous Transport Mode: chế độ truyền tải cận đồng bộ) Lớp vật lý là giao diện với môi trường vật lý: sợi quang, link vô tuyến hay cáp đồng Có thể lựa chọn các kỹ thuật truyền dẫn khác nhau nh ư : SONET, STM-1, hay E1 để thực hiện lớp vật lý

Hình 2.6 Cấu trúc giao thức Iu CS Các kí hiệu :

RANAP (Radio Acess Network Application Part): Phần ứng dụng mạng truy nhập

vô tuyến

SCCP (Signalling Connection Control Part): Ph ần điều khiển nối thông báo hiệu MTP3-b (Message Tranfer Part Level 3): Mức 3 của phần chuyển giao tin báo SSCF-NNI (Service Specific Co-ordination Function Network Node Interface): Chức năng điều phối đặc thù dịch vụ – giao diện nút mạng

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	1,84 MB