CÔNG NGHỆ WCDMA VÀ ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM LUẬN VĂN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Không giống như FDMA và TDMA tách biệt thông tin người sử dụng trong miềnthời gian và tần số, CDMA có thể truyền tải các thông tin của nhiều người dùng trênmột kênh tại cùng thời điểm, c

MỤC LỤC   

M

MỤỤC LC LỤỤC C

DANH M DANH MỤỤC TC TỪ Ừ  VI VIẾẾT TT TẮẮT T ii  

DANH M DANH MỤỤC BC BẢẢNG BING BIỂỂU U iviv   DANH M DANH MỤỤC HÌNH VC HÌNH VẼẼ  VÀ ĐỒVÀ ĐỒ TH THỊỊ vv  

L LỜ Ờ I MI MỞ Ở   ĐẦĐẦU U 11  

T TỔỔNG QUAN VNG QUAN VỀỀ H HỆỆ TH THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG NG 33  

Chương 1 1.1   LLịịch sch sử ử  phát tri phát triểển cn củủa ha hệệ th thống thông tin di độống thông tin di động ng 3 3  

1.1.1   Hệệ thống thông tin di động thếế hệệ thứứ nhấất t 3 3  

1.1.2   Hệệ thống thông tin di động thếế hệệ thứứ  hai hai 33  

1.1.3   Hệệ thống thông tin di động thếế hệệ thứứ  ba ba 44  

1.1.4   Hệệ thống thông tin di động thếế hệệ thứứ  tư 5 5  

1.2   TruyTruyền sóng trong thông tin di độền sóng trong thông tin di động ng 6 6  

1.2.1   Đặc tính truyền sóng trong thông tin di động ng 6 6  

1.2.2   Tổn hao đườ ng truyềền n 66  

1.2.3   Ảnh hưở ng củủa hiệệuu ứứng ng Dopler Dopler 77  

1.2.4   Hiện tượ ng ng fading fading 7 7   1.2.5   Hiện tượ ng tr ảải tr ễễ 99  

1.3   KKỹỹ thu thuật đa truy nhập trong thông tin di độật đa truy nhập trong thông tin di động ng 9 9  

1.3.1   Đa truy cậ p phân chia theo tầần sốố  (FDMA) (FDMA) 10 10   1.3.2   Đa truy cậ p phân chia theo thờ i i gian gian (TDMA) (TDMA) 1010   1.3.3   Đa truy cậ p phân chia theo mã (CDMA)  p phân chia theo mã (CDMA) 1111  

   TTỔỔNG QUAN VNG QUAN VỀỀ H HỆỆ TH THỐỐNG MNG MẠẠNG NG WCDMA WCDMA 1313  Chương 2

2.1   CCấấu trúc hu trúc hệệ th thốống cng củủa a WCDMA WCDMA 13 13  2.2   Các kiCác kiểểu kênh cu kênh củủa ma mạạng ng WCDMA WCDMA 16 16  2.2.1   Các kiểểu kênh vậật lýt lý 1616  2.2.2   Các kiểểu kênh truyềền tảải i 1818  2.2.3   Các kiểểu u kênh kênh logic logic 2121  2.3   MMạạng truy nhng truy nhậập vô tuyp vô tuyếến mn mặt đấặt đất UMTS-t UMTS-UTRAN UTRAN 2323  2.3.1   Cấấu u trúc trúc UTRAN UTRAN 2323  2.3.2   Mô hình giao thứức tổng quát đối vớ i các giao diệện mặt đất củủa UTRAN

   26  

2.4   Các giao diCác giao diệện n trong trong UTRAN UTRAN 2929  2.4.1   Giao diệện RNC-RNC và báo hiệệu u RNSNAP RNSNAP 29 29  2.4.2   Giao diệện RNC-nút B và báo hiệệu u NBAP NBAP 3131  2.4.3   Giao diệện vô tuyếến n (Uu) (Uu) 33 33  2.5   Giao diGiao diệện n UTRAN-CNUTRAN-CN, , Iu Iu 3636  2.5.1   Cấấu trúc cho giao thứức c Iu Iu CS CS 3636  2.5.2   Cấấu trúc giao thứức c cho cho Iu Iu PS PS 3838  

2.5.3   Giao thứức c RANAP RANAP 3939  2.5.4   Giao thứức mặt ngườ i sửử dụụng ng Iu Iu 4141  2.5.5   Thiếết lậậ p mộột cuộộc gọọi i WCDMA/UMTS WCDMA/UMTS 4242  2.5.6   Các phiên sốố liệệu gói ở   WCDMA WCDMA 46 46  

QUY HOQUY HOẠẠCH MCH MẠẠNG VÔ TUYNG VÔ TUYẾẾN N TRONG TRONG WCDMA WCDMA 4949  Chương 3

3.1   Tính toán vùng phTính toán vùng phủủ WCDMA WCDMA 4949  3.1.1   Tính toán quỹỹ  đườ ng truyềền vô tuyếến n 5050  

3.2   Tính toán dung lượ Tính toán dung lượ ng ng trong trong WCDMA WCDMA 6262  3.2.1   Tính toán dung lượng hướ ng ng lên lên 6262  3.2.2   Tính toán dung lượng hướ ng xuốống ng 64 64  

3.3   Tính toán quy hoTính toán quy hoạạch mch mạng đốạng đối vi với trườ ới trườ ng hng hợ ợ p cp cụụ th thếế   6767  

Kếết lut luậận n 8080  Danh m

Danh mụục tài lic tài liệệu tham khu tham khảảo o 8181  

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT  

Từ viết tắt

Từ viết tắt   Tiếng AnhTiếng Anh   Tiếng ViệtTiếng Việt  

2G 2nd 2nd GenerationGeneration Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

hai3G 3rd 3rd GenerationGeneration Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

 ba3GPP 3rd 3rd Generation Generation PartnershipPartnership

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến  

BCCH Broadcast Broadcast Control Control ChannelChannel Kênh quảng bá điều khiển  BCH Broadcast Broadcast ChannelChannel Kênh quảng bá  

BER Bit Bit Error Error RatioRatio Tỷ số bit lỗi  BPSK Binary Binary Phase Phase Shift Shift KeyingKeying Khóa dịch pha nhị phân  BSC Base Base Station Station ControlerControler Bộ điều khiển trạm gốc  BSS Base Base Station Station SubsystemSubsystem Phân hệ trạm gốc  

BTS Base Base Tranceiver Tranceiver StationStation Trạm vô Trạm vô tuyến thu tuyến thu phát phát gốcgốc  C/I Carrier Carrier to to Interference Interference ratioratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu  

CCCH Common Common Control Control ChannelChannel Kênh điều khiển chung  CCPCH Common Common Control Control PhysicalPhysical

Chanel

Kênh vật lý điều khiển chung  

CDMA Code Code Division Division MultipleMultiple

Access

Đa truy cập chia theo mã  

CPCC Common Common Power Power ControlControl

CPCH Common Common Packet Packet Chanel Chanel Kênh Kênh gói gói chungchungCPICH Common Common Pilot Pilot Chanel Chanel Kênh Kênh hoa hoa tiêu tiêu chungchung

CS Circuit Circuit SwitchSwitch Chuyển mạch kênh  DCCH Dedicated Dedicated Control Control ChannelChannel Kênh điều khiển dành riêng  DPCCH Dedicated Dedicated Physical Physical ControlControl

Chanel

Kênh điều Kênh điều khiển vật khiển vật lý lý riêngriêng  DPCH Dedicated Dedicated Physical Physical ChanelChanel Kênh vật lý riêng  

ii

DPDCH Dedicated Dedicated Physical Physical DataData

Chanel

Kênh số liệu vật lý riêng  

DSCH Downlink Downlink Shared Shared ChanelChanel Kênh dùng chung đường xuống  DTCH Dedicated Dedicated Traffic Traffic ChanelChanel Kênh lưu lượng riêng  

FACCH Fast Fast Associated Associated ControlControl

Channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh  

FACH Forward Forward Access Access ChanelChanel Kênh truy nhập đường xuống  FAUSCH Fast Fast Uplink Uplink SignallingSignalling

Chanel

Kênh báo hiệu đường lên nhanh  

FCCCH Forward Forward Common Common ControlControl

Chanel

Kênh điều khiển chung đường xuống  

FCCH Frequency Frequency CorrectionCorrection

Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số  

FDCCH Forward Forward Dedicated Dedicated ControlControl

Chanel

Kênh điều khiển riêng đường xuống  

FDD Frequency Frequency Division Division Duplex Duplex Ghép Ghép kênh kênh song song công công phân phân chia chia theotheo

tần số  FDMA Frequence Frequence Division Division MultipleMultiple

Access

Đa truy cập phân chia theo tần số  

GPRS General General Packet Packet RadioRadio

Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung  

GSM Global Global System System for for MobileMobile

Communication

Thông tin di động toàn cầu  

IMSI International International MobileMobile

Subscriber Identity

Số nhận dạng thuê bao di động quốc

tế  IMT-2000 International International MobileMobile

Liên minh viễn thông quốc tế

LLC Logical Logical Link Link ControlControl Điều khiển liên kết logic  

ME Mobile Mobile EquipmentEquipment Thiết bị di động  

MS Mobile Mobile StationStation Trạm di động  MSC Mobile Mobile Service Service SwitchingSwitching Tổng đài di động  

Center Node B WCDMA BS Là nút logic kết cuối giao diện IuB

với RNC   NSS Network and Switching

Kênh gói chung vật lý  

PCS Personal Personal CommunicationCommunication

Services

Dịch vụ thông tin cá nhân  

PLMN Public Public Land Land Mobile Mobile NetworkNetwork Mạng di động mặt đất công cộng  PSTN Public Public Switched Switched TelephoneTelephone

 Network

Mạng chuyển mạch thoại công cộng  

RACH Random Random Access Access ChannelChannel Kênh truy cập ngẫu nhiên  RRC Radio Radio Resource Resource ControlControl Điều khiển tài nguyên vô tuyến  SCH Synchronization Synchronization ChannelChannel Kênh đồng bộ  

SDCCH Stand Stand alone alone DedicatedDedicated

Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng  

TCH Traffic Traffic ChannelChannel Kênh lưu lượng  TDD Time Time Division Division DuplexDuplex Ghép song công phân chia thời gian  TDMA Time Time Division Division MultipleMultiple

Access

Đa truy cập phân chia theo thời gian  

UTRAN Universal Universal Terrestrial Terrestrial RadioRadio

iv

DANH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỤC BẢNG BIỂU  

Bảảng 2-1 Sắắ p xếế p các kênh truyềền tảải lên các kênh vậật t lý lý 2121  

Bảảng 3-1 Các lớ  p công suấất củủa a UE UE 5151  

Bảảng 3-2 Giá tr ịị Eb/No yêu cầu trong môi trường đườ ng truyền tĩnh   5353  

Bảảng 3-3 Giá tr ịị Eb/No yêu cầu trong điều kiệện truyềền dẫn đa đườ ng ng 5353  

Bảảng 3-4 Các tham sốố tính toán quỹỹ  đườ ng truyềền n 5757  

Bảảng 3-5 Các hằằng sốố A  A và B và B trong mô trong mô hình Okumura hình Okumura – Hata – Hata 5959  

Bảảng 3-6 Các giảả thiết hướ ng ng lên lên 6868  

Bảảng 3-7 Các giảả thiết hướ ng xuốống ng 6868  

Bảảng 3-8 Các tham sốố tính toán quỹỹ  đườ ng truyền hướ ng ng lên lên 6868  

Bảảng 3-9 Bán kính phủủ  sóng tương ứng vớ i từừng dịịch vụụ 6969  

Bảảng 3-10 Mật độ dịịch vụụ  tương đương 7070  

Bảảng 3-11 Lưu lượ ng trung bình củủa dịịch vụụ 7171  

Bảảng 3-12 So sánh sốố  lượ ng kênh yêu cầầu tùy theo sốố  lượ ng ng BS BS 7272  

Bảảng 4-1 Mộột sốố  độ phân giảải bản đồ  thườ ng ng dùng dùng 7676  

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ  

Hình 1-1 Lộộ trình phát triểển củủa các hệệ thống thông tin di động ng lên lên 3G 3G 55  Hình 1-2 Mô hình truyền sóng trong thông tin di động ng 66  Hình 1-3 Fading nhanh và Fading chậậm m 88  Hình 1-4 Đa truy nhậ p phân chia theo tầần sốố 1010  Hình 1-5 Đa truy nhậ p phân chia theo thờ i i gian gian 1111  Hình 1-6 Đa truy nhậ p phân chia theo mã  p phân chia theo mã 1212  Hình 2-1 Các phầần tửử củủa mạạng ng UMTS UMTS 1414  Hình 2-2 Các kênh củủa lớ  p vậật t lý lý 1717  Hình 2-3 Cách sắắ p xếế p hai kênh truyềền tảải trên mộột kênh vậật t lý lý 1919  Hình 2-4 Sắắ p xếế p giữữa các kênh logic và các kênh truyềền tảải i 2323  Hình 2-5 Cấấu u trúc trúc UTRAN UTRAN 2424  Hình 2-6 Chức năng logic của RNC đối vớ i mộột k ếết nốối UTRAN củủa a UE UE 2626  Hình 2-7 Mô hình giao thứức tổổng quát cho các giao diệện mặt đất t UTRAN UTRAN 2727  Hình 2-8 Ngăn xế p giao thứức cho giao diệện n Iur Iur 3030  Hình 2-9 Ngăn xế p giao thứức củủa giao diệện n Iub Iub 3131  Hình 2-10 Kênh logic củủa a nút nút B B cho cho FDD FDD 3232  Hình 2-11 Cấấu trúc phân lớ  p củủa giao diệện vô tuyếến n 3333  Hình 2-12 Cấấu trúc giao thứức c Iu Iu CS CS 3737  Hình 2-13 Cấấu trúc giao thứức c Iu Iu PS PS 3838  Hình 2-14 Thủủ t tụục thiếết lậậ p cuộộc gọọii ở   WCDMA WCDMA 4343  Hình 2-15 Các ngăn xế p giao thứức mặt điều khiểển n WCDMA WCDMA GPRS GPRS 4646  Hình 2-16 Ngăn xế p giao thứức mặặt phẳng ngườ i sửử dụụng ng WCDMA GPRS WCDMA GPRS 4747  Hình 3-1 Quỹỹ  đườ ng truyềền vô tuyếến n trong trong WCDMA WCDMA 5050  

vi

Hình 3-2 Tăng ích xử  lý đối vớ i cách dịịch vụụ  khác khác nhau nhau 5252  Hình 3-3 Sựự phụụ thuộộc củủa dựự tr ữữ nhiễễu vớ i tảải củủa a ô ô 5454  Hình

Hình 3-4 3-4 Mô Mô hình hình Walfisch/Ikegami Walfisch/Ikegami 6161  Hình 3-5 Mốối quan hệệ giữữa sốố  lượ ng thuê bao và sựự  tăng tạ p âm  p âm 6464  Hình 3-6 Mốối quan hệệ giữữa công suấất phát và sốố  lượng ngườ i dùng i dùng cho phép cho phép 6767  Hình 4-1 Các bướ c thựực hiệện mô phỏỏng quy hoạạch mạạng ng 7575  

 Luận văn thạc s ỹ   

LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU  

Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải qua nhiều  giai đoạn pháttriển quan trọng Từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất đến hệthống thông tin di động thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng rộng thế

hệ thứ ba,, và hệ thống thông tin di động đa phương tiện thế hệ thứ tư đã  được

ttriển khai tại một số quốc gia Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ nhất và thứ hai là thoại còn dịch vụ thế hệ ba và thứ tư phát triển dữ liệu,video và đa phương tiện.  

Hiện tại, ở Việt Nam đang có tất cả 66 nhà khai thác mạng thông tin di độngmặt đất bao gồm cả công nghệ GSM và CDMA Vào tháng 4/2009 bộ TT&TT đãcấp phép triển khai mạng 3G UMTS theo công nghệ WCDMA cho 4 nhà khaithác Thị trường mạng viễn thông tại Việt Nam đang phát triển rất nhanh, từng bước tiến

 bước tiến tới khả năntới khả năng cung cấp g cung cấp các dịch vcác dịch vụ giá trị gụ giá trị gia tăng tốc ia tăng tốc độ cao.độ cao

Trên cơ sở thực tiễn đó và sau thời gian học tập và nghiên cứu trong khuônkhổ chương trình đào tạo thạc sỹ Điện tử Viễn thông tại trường đại học BáchKhoa Hà Nội, được sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của các thầy, cô trong khoa

Điện tử Viễn thông, Viện đào tạo sau đại học, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn  làlà

“Công nghệ WCDMA và ứng dụng tại Việt Nam”

Kết cấu của luận văn bao gồm 44 chương:  

Chương 1:   GGiới thiệu chung về quá trình phát triển của các thế hệ mạng di

động mặt đất và các đặc tính cơ bản của các công nghệ hiện đang được sử dụngrộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam

Chương 2: Trình bày về các đặc tính cơ bản trong mạng di động sử dụng côngnghệ WCDMA

Chương 3: Tập  trung nghiên cứu về phương pháp tính toán dung lượng cũngnhư vùng phủ của hệ thống mạng sử dụng công nghệ WCDMA, lựa chọn cácthông số tính toàn phù hợp với điều kiện triển khai thực tế từng khu vực.  

 Luận văn thạc s ỹ   

Chương 4:   TTrình bày một số kết quả mô phỏng thực tế dựa trên cơ sở lýthuyết đã được trình bày trong các chương trước, qua đó đánh giá tính đúng đắncủa phương pháp nghiên cứu và mô phỏng quy hoạch mạng.  

 Luận văn thạc s ỹ   

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG   Chương 1

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động

Kể từ khi được triển khai vào những năm đầu của thập niên 1980, thông tin di

động đã và đang phát triển với tốc độ hết sức nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu

Điều này đã khiến các nhà khai thác cũng như các tổ chức viễn thông không ngừngnghiên cứu và đưa ra các giải pháp kỹ thuật để cải tiến và nâng cấp các hệ thống

thông tin, cho đến nay hệ thống thông tinn di động đã trải qua 4 thế hệ.  

1.1.1   Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất  

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) được phát triển vào những nămcuối thập niên 70 Hệ thống này sử dụng kỹ thuật tương tự và   phương pháp đa truynhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất  chỉ được sử dụng cho dịch vụ thoạivới chất lượng  thấp  do phân bố tần số  hạn chế, dung lượng thấp dẫn tới tình trạngnghẽn mạng và nhiễu xẩy ra thường xuyên

Các hệ thống thông tindi động thế hệ thứ nhất  tiêu biểu là hệ thống di động tiêntiến (AMPS),, hệ thống di động tiên tiến băng hẹp (NAMPS),, hệ thống thông tintruy nhập toàn diện (TACS) và hệ thống NTT

1.1.2   Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ haiHệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai  Giải pháp để loại bỏ các hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

là chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số sử dụng các dịch vụ đa truy nhập mới,dẫn tới sự ra đời  của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G).  

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là hệ thống  thông tin di động số bănghẹp,  sử dụng phương pháp chuyển mạch số và  pphương pháp đa truy nhập TDMA

(Time Division Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access)

Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ nă

 phát triển từ năm 1982, CEPT qum 1982, CEPT quy định việc ấn địy định việc ấn định tần số dịch vnh tần số dịch vụ viễn thông ụ viễn thông ChâuChâu

Âu ở băng tần 900MHz Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di

 Luận văn thạc s ỹ   

động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sửdụng máy cầm tay không dây số PCS (Personal Communication System) cũng đượcnghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT

(Digital Enhanced Cordless Telecoms) của châu Âu và PHS của Nhật cũng đã đượcđưa vào khai thác Ngoài kỹ thuật TDMA, đến năm 1995, CDMA được đưa vào sửdụng ở một số nước (CDMA-IS95)

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai có  nhiều điểm nổi bật như chấtlượng thông tin được cải tiến nhờ các công nghệ xử lý tíín hiệu số kháác nhau, nhiềudịch vụ mới (ví dụ: : cácác dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã ã hóhóa được cải tiến, tương

thích tốt hơn với cáác mạng số và phát huy hiệu quả dải phổ vô  tuyến

1.1.3   Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ baHệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba  

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, hệ thống thông tin di độngthế hệ thứ   ba (3G) đã  được nghiên cứu sử dụng.  Khác với các hệ thống thông tin diđộng thế  hệ thứ nhất (tương tự) và thứ hai  (số), hệ thống thông tin di động thế hệthứ ba có xu thế chuẩn hoá toàn cầu và khả năng cung cấp các dịch vụ yêu cầu tốc

độ bit cao tới 2Mbit/s, hỗ trợ   sử dụng truy cập Internet, truyền hình  và thêm nhiềudịch vụ mới khác Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay,

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba  còn được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng

 băng rộng   

 Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thố Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di độnng thông tin di động thế hệ 3 IMTg thế hệ 3 IMT 2000 đã được đềxuất, trong đó 2 hệ thống W CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận vàđưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000

Trên thế giới hiện có hai xu hướng phát triển lên 3G chính là  hướng phát triển

đi từ CDMA IS-95 lên CDMA 2000 3G-1x rồi đến CDMA 2000 1xEV-DO, 1x

EV-DV, hướng phát triển còn lại xuất phát từ mạng GSM, có thể đi qua giai đoạn

EDGE, sau đó phát triển lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA.  

W-CDMA (UMTS)

9.6 Kbps

14.4 Kbps / 64 Kbps

 Hình 1-1 Lộộ trình phát triể n củủa các hệệ thống thông tin di động lên 3G

1.1.4   Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư   

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G)  cho phép truyền tải dữ liệu vớitốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây Công nghệ 4Gđược biết  như  là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây Các nghiên cứu đầutiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100

Mb/giây khi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng cóthể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao Chuẩn 4G cho phép truyền cácứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứngdụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác.  

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư  dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phânchia theo tần số trực giao OFDM, là  kỹ thuật nhiều tín hiệu được gửii đi cùng mộtlúc nhưng trên những tần số khác nhau Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bịtruyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số) Thiết

 Luận văn thạc s ỹ   

Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồngthời Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễthời gian truyền và nhận dữ liệu.  

1.2 Truyền sóng trong thông tin di động

1.2.1   Đặc tính truyền sóng trong thông tin di Đặc tính truyền sóng trong thông tin di độngđộng  Đặc tính truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu được ởmáy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã phát ở máy phát về tần số, biên độ, pha vàthời gian giữ chậm Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp và sự tác động củachúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền dữ liệu, nó phụ thuộc vào hàngloạt các yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê

 bao

Ta có thể cơ bản chia ảnh hưởng của chúng thành: Ảnh hưởng của hiệu ứngDopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha đinh và hiện tượng trải trễ.  

1.2.2   Tổn hao đường truyềnTổn hao đường truyền  

Là lượng suy giảm của cường độ tín hiệu thu so với cường độ tín hiệu phát.Cường độ  trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, do công suất củatín hiệu trên một diện tích của mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng cách giữa

Time

Strength of the received signal

Transmitted signal

 Hình 1-2  Hình 1-2 Mô hình t Mô hình truy ruyền sóng trong thông tin di động

tỷ lệ với lũy thừa của khoảng cách, tuân theo luật mũ 4.  

Tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự ly thông tin, do đó ta

có thể lợi dụng nó để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số mộtcách hiện hữu, làm tăng hiệu quả sử dụng tần số.  

1.2.3   Ảnh hưởng của hiệu ứng DoplerẢnh hưởng của hiệu ứng Dopler  

Là sự thay đổi của tần số tín hiệu thu so với tần số tín hiệu phát gây bởi chuyểnđộng tương đối giữa máy thu và phát trong quá trình truyền sóng Giả sử  tần số thuđược tại máy thu là:  

   αi: góc của tia sóng tới thứ i so với hướng chuyển động của máy thu    c: là vận tốc ánh sáng mà fm= v*fc/c

Khi máy thu đứng yên so với máy phát (v = 0°°) hoặc máy thu chuyển độngvuông góc với góc tới của tín hiệu phát (αi = 90°°) thì tần số của tín hiệu thu mớikhông bị thay đổi Ngược lại thì bị thay đổi và hiệu ứng xảy  ra mạnh nhất khi máythu chuyển động theo phương của tia sóng tới (αi = 0°; 180°)

1.2.4   Hiện tượngHiện tượng fadingfading

Ở một khoảng cách ngắn nào đó thì mức tín hiệu thu trung bình không đổi, khimức biên độ  tức thời của tín hiệu thu tại anten có thể thay đổi nhanh hoặc  chậm,

1.2.4.1   Fading chậmFading chậm  Fading chậm  đề cập đến hiệu ứng che tối  gây ra bởi  bởi chướng chướng ngại ngại vậtvật Trong

fading chậm, cường độ  tín hiệu thu bị  suy yếu nhưng giá trị trung bình của cường

độ trường  thay đổi từ từ  theo sự thay đổi của vị trí địa lý Tốc độ giảm phụ thuộcvào tốc độ chuyển động của các trạm di động (MS).  

1.2.4.2   Fading nhanh

Fading nhanh có nghĩa là biên độ và pha của tín hiệu  thay đổi  rất lớn  theo sựchuyển động của MS Các điểm fading sâu phân phối ở khoảng gần một nửa   bướcsóng Fading nhanh cũng được gọi là fading Raileigh bởi vì cường độ trường tuân

ttheo phân bố Raileigh Biên độ và pha của fading là ngẫu nhiên.  

Fading nhanhđược chia thành ba loại sau đây:  

   Fading lựa chọn thời gian (Time-selective fading): người sử dụng  di chuyển

nhanh tạo ra  hiệu ứng Doppler trong miền  tần số và do đó gây ra sự khuếchtán tần số, kết quả là f ading lựa chọn thời gian xảy ra

 Luận văn thạc s ỹ   

   Fading lựa chọn không gian (Space-selective fading): fading có các tính chất  

khác nhau ở những nơi khác nhau và trên những  đường truyền dẫn khác

nhau

   Fading lựa chọn tần số (Frequency-selective fading): fading có các tính chất  khác nhau đối với  các tần số khác nhau, do đó gây ra sự khuếch tán trễ vàfading chọn lọc tần số sâu hơn

Các phương pháp phổ biến để giảm tác động của fading nhanh trong truyềnthông di động bao gồm phân tập không gian, phân tập tần số và phân tập thời gian.  

1.2.5   Hiện tượng trải trễHiện tượng trải trễ  Đối với thông tin di động số thì việc truyền dẫn tín hiệu theo nhiều tia sóngtrong môi trường di động dẫn đến sự trải trễ và độ trải trễ có thể xem như độ dài của

xung khi xung cực hẹp được phát đi.  

Hiện tượng trải trễ làm hạn chế tốc độ truyền tin và khi lưu lượng trải trễ cànglớn thì tốc độ truyền tin càng nhỏ Đối với hệ thống thông tin di động trong nhà thìtốc độ tối đa có thể đạt được khoảng 2 Mb/s mà không cần bộ cân bằng kênh, còn

đối với thông tin di động tế bào lớn muốn truyền tin với tốc độ cao thì nhất thiết phải có bộ cân bằng kênh hoặc là chia nhỏ kích thước của tế bào (thực chất của bộ

cân bằng kênh là mạch lọc) Do đó kích thước của tế bào có ảnh hưởng rất lớn đếnđặc điểm truyền sóng trong thông tin di động.  

1.3 Kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động Kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động  

Trong hệ thống thông tin vô tuyến di động, các kỹ thuật đa truy nhập được sửdụng để điều khiển việc cấp phát tài nguyên mạng

Mục đích của các kỹ thuật đa Mục đích của các kỹ thuật đa truy nhập làtruy nhập là::

   Cung cấp cho người dùng phương cách truy nhập xác định tới nguồn tàinguyên cần chia sẻ

   Giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu tới các thuê bao      Sử dụng hiệu quả băng tần có sẵn  

 Luận văn thạc s ỹ   

   Hỗ trợ việc cấp phát tài nguyên linh hoạt  

1.3.1   Đa truy cập phân chia theo tần sốĐa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) (FDMA)Công nghệ FDMA được sử dụng lần đầu tiên trong các hệ thống thông tin

tương tự.  Trong kỹ thuật này,   băng  băng tần tần tổng được tổng được phân chia phân chia thành nhiều thành nhiều băng băng tầntầnnhỏ.  Mỗi thuê bao MS được phép truyền liên tục theo thời gian trên một băng tầnnhỏ đã được cấp phát cho MS đó,  do đó sẽ không bị trùng.  Mỗi băng tần bao gồm băng

 băng tần tần tối tối thiểu thiểu cho cho việc việc truyền truyền dữ dữ liệu liệu và và hai hai dải dải tần tần bảobảo  vệ hai bên để chống  

nhiễu xuyên kênh.  

Đặc điểm của FDMA là thuê bao MS sẽ được cấp phát một kênh đôi liên lạcsuốt thời gian thông tuyến.   Nhiễu giao tho Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đánga do tần số các kênh lân cận nhau là đáng

kể, trạm gốc BS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi thuê bao MS trong hệthống di động.  

1.3.2   Đa truy cập phân chia theo Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)thời gian (TDMA)  Trong kỹ thuật TDMA  sóng mang vô tuyến của một băng thông đượ c chiathành các kênh phân chia theo thời gian (được gọi là khe thời gian - timeslot) Mỗingười sử dụng chiếm một khe thời gian và truyền  nhận tín hiệu trong khe thời gianquy định này Vì vậy, nó được gọi là đa truy nhập phân chia theo thời gian

Power

FDMA

 Hình 1-4 Đa truy n Đa truy nhậhậ p phân chi  p phân chia theo t  a theo t ầần số   

TDMA có đặc điểm là tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số, liên lạc songcông mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, giảm nhiễu giao thoa, giảm sốmáy thu phát ở BTS.  

1.3.3   Đa truy cập phân chia theo Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)mã (CDMA)  

CDMA là phương  phương thức thức đa đa truy truy nhập nhập được được thực thực hiện hiện bởi bởi kỹ kỹ thuật thuật trải trải phổphổ

Không giống như FDMA và TDMA tách biệt thông tin người sử dụng trong miềnthời gian và tần số, CDMA có thể truyền tải các thông tin của nhiều người dùng trênmột kênh tại cùng thời điểm, cho phép giao thoa giữa người sử dụng Điều quantrọng là tất cả các thông tin trước khi truyền nên được điều chế thành các mã trải phổ khác

 phổ khác nhnhau thành tín hiệu băng thông rộng,  sau đó tất cả các tín hiệu được trộnlẫn và gửi  đi Tín hiệu hỗn hợp sẽ được giải điều chế bởi các mã trải phổ tại các

máy thu khác nhau Do các mã trải phổ là trực giao, nên chỉ các thông tin đã được

Power 

TDMA

 Hình 1-5 Đa truy n Đa truy nhậhậ p phân chi  p phân chia theo th a theo thờ i gian   

 Luận văn thạc s ỹ   

Trong hệ thống CDMA, người sử dụng khác nhau chia sẻ tổng công suất của hệthống Điều đó có nghĩa, năng lực của hệ thống CDMA bị hạn chế bởi công suất Vì

vậy, việc sử dụng năng lượng  cần phải được kiểm soát chặt chẽ

Đặc điểm của tín hiệu CDMA là sử dụng tín hiệu cao tần,   ddải tần rộng hàngMHz, sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.  Kỹ thuật trãi phổ cho phép tín hiệu vôtuyến sử dụng có cường độ rất nhỏ và chống f ading hiệu quả hơn FDMA và

 Luận văn thạc s ỹ   

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG WCDMA  WCDMA Chương 2

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) là 1 trong các công nghệ di động3G UMTS dựa trên nền tảng CDMA băng rộng

3G UMTS dựa trên nền tảng CDMA băng rộng ((WCDMA)), được chuẩn hóa bởi, được chuẩn hóa bởi

2.1 Cấu trúc hệ thống của WCDMA Cấu trúc hệ thống của WCDMA  

Hệ thống UMTS gồm một số các phần tử mạng logic, mỗi phần tử có một chứcnăng xác định Mặc dù mạng được định nghĩa ở mức logic, nhưng  cũng thườngđược 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 sảnxuất khác nhau ở các điểm cuối Có thể nhóm các phần tử mạng này theo các chứcnăng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc.  

Về mặt chức năng các phần tử của mạng được nhóm thành mạng truy nhập vôtuyến (RAN: Radio Access Network hay UTRAN: UMTS Terrestrial RAN) để thựchiện chức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi CN (Core Network) để thựchiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Ngoài ra, hệthống còn có thiết bị của người sử dụng UE (User Equitment) giao tiếp với hệ thốngthông qua giao diện vô

thông qua giao diện vô tuyến Cấu trúc hệ thống mức cao được cho tuyến Cấu trúc hệ thống mức cao được cho ở hình ở hình 22-1

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

   USIM (UMTS User Indentity Module): Thẻ  SimCard UMTS của người sửdụng

   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  Node): Nút hỗ trợ GPRS hỗ trợ GPRS phục vụphục vụ      GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng  

   GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ 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,,

vviệc thiết  kế các giao thức này dựa trên các nhu cầu của công nghệ vô tuyến

WCDMA, trong khi việc định nghĩa mạng lõi  vẫn  dựa trên GSM Điều này cho phép hệ

 phép hệ thống với công nghệ thống với công nghệ vô tuyến mới vô tuyến mới mang tính toàn mang tính toàn cầu dựa cầu dựa trên công nghệtrên công nghệmạng lõi CN đã phát triển.  

 Luận văn thạc s ỹ   

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 dụngcho 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 lưugiữ 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:       Nút  Nút BB 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 vôô

tuyến ở trong vùng của mình (các nút B kết nối trong vùng kết nới tới RNC

tương ứng), RNC là điểm truy nhập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấpcho mạng lõi CN, chẳng hạn quản lý tất cả các kết nối đến UE.  

Các phần tử chính Các phần tử chính của mạng lõi của mạng lõi tương tự như tương tự như các phần tử tương các phần tử tương ứng có trongứng có trong

hệ thống mạng GPRS đó là: HLR, MSC/VLR (phần mạng được truy nhập quaMSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS), GMSC (là chuyểnmạch tại điểm kết

mạch tại điểm kết nối UMTS PLMN với nối UMTS PLMN với mạng CS mạng CS bên ngoài), SGSN (phần bên ngoài), SGSN (phần mạngmạngđược truy nhập qua SGSN được gọi là vùng chuyển mạch gói PS), GGSN (giốngnhư GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS).  

 Như vậy, h Như vậy, hệ thống mạnệ thống mạng cũng có g cũng có thể được chthể được chia thành hia thành hai nhóm:ai nhóm:  

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

   Các mạng PS, các mạng này đảm bảo các kết nối cho các dịch vụ chuyểnmạch gói (ví dụ: 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 diệnnày tuân theo một khuôn dạng tiêu chuẩn cho các thẻ thông minh

 Luận văn thạc s ỹ   

   Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện màqua 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 chocác nhà khai thác khả 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 từcác nhà sản xuất khác nhau

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

2.2 Các kiểu kênh của Các kiểu kênh của mạng WCDMA mạng WCDMA  

Các kênh của WCDMA đượ c chia thành các loạạii sau đây:  

   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 Mộtngười 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

cả pha tương đối (đối với đường lên) Kênh vật lý bao gồm hai loại kênh: kênh vật

lý riêng và kênh vật lý chung Các kênh vật lý được tổng kết trong hình dưới đây:  

 Luận văn thạc s ỹ   

PHYSICAL CHANNEL

2.2.1.1   KênhKênh vật lý riêng DPCH (Dedicated Physical Channel)vật lý riêng DPCH (Dedicated Physical Channel)  

Kênh hai chiều đườ ng xuống đường lên đượ cc ấn định cho UE Nó bao gồồm haikênh: Kênh vậật lý sốố   liliệệu riêng DPDCH (Dedicated Physiccal Data Channel) vàkênh vật lý điều khiểển riêng DPCCH (Dedicated Physical Control Channel)

2.2.1.2   Kênh vật lý chung CPCH (Common Physical Channel)Kênh vật lý chung CPCH (Common Physical Channel)  

   Kênh vậật lý truy nhậậ p  p ngngẫẫu nhiên PRACH (Physical Random Access

Channel): kênh chung đườ ng lên

   Kênh vậật lý gói chung PCPCH (Physical Common Packet Channel): kênh

chung đườ ng lên, đượ c sửử dụng để mang kênh truyềền tảải CPCH

   Kênh hoa tiêu chung CPICH (Common Pilot Channel): kênh chung đườ ng

xuốống

 Luận văn thạc s ỹ   

   Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấ p  p P-CCPCH P-CCPCH (Primary (Primary Common Common ControlControl

Physical Channel): kênh chung đườ ng xuốống, mỗỗi kênh có một kênh để  truyềền BCH

   Kênh vật lý điều khiểển chung thứứ   ccấấ p  p S-CCPCH S-CCPCH (Secondary (Secondary CommonCommon

Control Physical Channel): kênh chung đườ ng xuống Đượ c c ssửử   ddụng để  truyềền PCH và BCH

   Kênh đồng ng bbộộ  SCH (Synchrronization Channel): Kênh chung đườ ng xuốống

Có kênh đồng ng bbộộ  sơ cấp và kênh đồng ng bbộộ  ththứứ  ccấấ p  p MMỗỗi ô chỉỉ  đượ c c ssửử  ddụụng

mộột SCH sở  cấấ p và thứứ cấp Đượ c sửử dụng để tìm ô

   Kênh chỉỉ thịị bắt AICH (Acquisition Indication Channel): Kênh chung đườ ng

xuống Đượ c sửử dụng để  điều khiểển truy nhậậ p ngẫẫu nhiên củủa PRACH

   Kênh vậật lý chia sẻẻ   đườ ng xuốống PDSCH (Physical Downlink Shared

Channel): Kênh chung đườ ng xuống, đượ c sửử dụng để mang kênh truyềền tảải.i.    Kênh chỉỉ   ththịị  tìm gọi PICH (Page Indication Channel): kênh chung đườ ng

xuốống

   Kênh chỉỉ  ththịị  bbắắt t titiềền n ttốố truy nhậậ p  p AP-AICH AP-AICH (Access (Access Preamble Preamble AcquisitionAcquisitionIndicator Channel): kênh chung đườ ng xuống đi cặ p  p vvới PCPCH để  điềuukhiểển truy nhậậ p ngẫẫu nhiên cho PCPCH

   Kênh chỉỉ   ththịị  phát hiệện va chạạm CPCH/ấn định kênh CD/CA-ICH: Kênh

chung đườ ng xuống đi cặ p  p vvới PCPCH Đượ c c ssửử   ddụng để  điều khiểển va

chạạm cho PCPCH

   Kênh chỉỉ   ththịị   tr tr ạng thái CPCH: kênh cung đườ ng xuốống liên k ếết t vvớ i

AP-AICH để phát thông tin vềề tr ạạng thái k ếết nốối củủa PCPCH

2.2.2   Các kiểu kênh truyền tảiCác kiểu kênh truyền tải  

Trên giao diện vô tuyến,, để truyền tải số liệu được tạo ra ở các lớp cao, trướchết các số liệu được đặt lên các kênh truyền tải, sau đó các kênh truyền tải này lạiđược sắp xếp lên các kênh vật lý khác nhau Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ cáckênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần t

 băng tần theo yêu cầu heo yêu cầu và để ghép và để ghép nhiều dịch nhiều dịch vụ trên cùnvụ trên cùng một kết g một kết nối.nối.  

 Luận văn thạc s ỹ   

Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFI(Transport Format Indicator

(Transport Format Indicator) tại mọi ) tại mọi thời điểm mà các thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận kênh truyền tải sẽ nhận đượcđược

số liệu từ các mức cao hơn Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tảikhác nhau vào chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải TCFI (Transport FormatCombination 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 đểnhận được các TFI Sau đó các TFI này được chuyển đến các lớp cao hơn cho cáckênh truyền tải tích cực ở kết nối.  

Kh h ii truy ềề n TF

K

Kh h ii truy ềề n

Kh ốố ii truy ềề n TF1

Kênh đi u khi ểể n v ậậ tt lý

Các kênh

ss ốố  li ệệ u v ậậ tt lý

Kênh đi u khi ểể n v ậậ tt lý

Các kênh

ss ốố  li ệệ u v ậậ tt lý

Gi ảả i mã hóa và ghép kênh

Mã hóa và ghép kênh

Có hai kiểu kênh truyền tải đó là kênh truyền tải chung và kênh truyền tải riêng:  

•     Kênh truyền  Kênh truyền tải chuntải chung:g:

Đối với kênh truyền tải chung tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc mộtnhóm người sử dụng trong ô Khi kênh truyền tải chung được sử dụng để phát thôngtin cho tất cả các người sử dụng, thì thông tin này không cần có địa chỉ (ví dụ: kênh

quảng bá BCH phát thông tin hệ thống cho tất cả các người sử dụng trong một ô nên

 Luận văn thạc s ỹ   

dụng đặc thù, thì cần phát nhận dạng người sử dụng trong băng (ví dụ: kênh tìm gọiPCH được sử dụng để tìm gọi một UE đặc thù sẽ chứa thông tin nhận dạng người sửdụng bên trong bản tin phát).  

Mạng WCDMA định nghĩa một số kiểu kênh truyền tải chung cần thiết choviệc hoạt động cơ bản của mạng sau::

   Kênh quảng bá BCH: được sử dụng để phát ở đường xuống các thông tin đặcthù của mạng truy nhập UTRAN hoặc của ô

   Kênh truy nhập đường xuống FACH: được sử dụng để mang thông tin điềukhiển đến các UE nằm trong một ô

khiển đến các UE nằm trong một ô cho trướccho trước

   Kênh tìm gọi PCH: được sử dụng để mang số liệu liên quan đến thủ tục tìmgọi

Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH: được sử dụng để mang thông tin điềukhiển từ UE như yêu cầu  thiết lập một kết nối

   Kênh gói chung đường lên CPCH: là một mở rộng của kênh RACH để mang

số liệu của người sử dụng  được phát theo gói ở đường lên

   Kênh chia sẻ đường xuống DSCH: sử dụng để mang thông tin của người sửdụng và thông tin điều khiển, nhiều người sử dụng có thể dùng chung kênh

này

•     Kênh truyền  Kênh truyền tải riêngtải riêng::

Kênh truyền tải riêng DCH mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý và dànhriêng cho mặt người sử dụng, bao gồm số  liệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thôngtin điều khiển lớp cao Lớp  vật lý không thể nhận biết nội dung thông tin đượcmang ở kênh DCH, vì thế thông tin điều khiển lớp cao và số liệu của người sử dụngđược xử lý như nhau Các thông số lớp vật lý do UTRAN thiết lập có thể thay đổi giữa

số liệu và điều khiển.  

Kênh truyền tải riêng mang cả số liệu dịch vụ (ví dụ: các k hung tiếng) và thông

tin điều khiển lớp cao hơn như  các lệnh chuyển giao và các báo cáo đo đạc từ UE

 Luận văn thạc s ỹ   

 Nhờ việc  Nhờ việc hỗ trợ hỗ trợ tốc độ tốc độ bit thay bit thay đổi và đổi và ghép kênh ghép kênh nên ở nên ở WCDMA không cần WCDMA không cần kênhkênhtruyền tải tách riêng cho các loại kênh này.  

Các kiểu kênh truyền tải và sắp xếp chúng lên các kênh vật lý được thể hiện

RACH

Physical random access channel PRACH

(UL) Common packet channelCPCH

Physical common packet channel PCPCH

(DL) Broadcast channel BCH Primary common controll physical channel  P-

P-CCPCH(DL) Forward access channel

FACH(DL) Paging channel PCH

Secondary common control  physical channel CCPCH

S-(DL) Downlink shared channelDSCH

Physical downlink shared channel PDSCH

Signaling physical channels

Synchronisation channel SCHCommon pilot channel CPICHAcquisition indication channel AICHPaging indication channel PICH

CPCH Status indication channel CSICH

Collision detection/Channel assignment ind iicator   

channel  

2.2.3   Các kiểu kênh logicCác kiểu kênh logic  

Các kênh logic được chia thành hai nhóm là  các kênh điều khiển để truyềnthông tin của mặt điều khiển và các kênh lưu lượng để truyền thông tin của người

sử dụng

 Luận văn thạc s ỹ   

Các kênh điều khiển bao gồm:  

   Kênh quảng bá điều khiển BCCH: Kênh đường xuống để phát quảng báthông tin hệ thống

   Kênh điều khiển tìm gọi PCCH: Kênh đường xuống để phát thông tin tìmgọi

   Kênh điều khiển riêng DCCH: Kênh hai chiều điểm đến điểm để phát thôngtin điều khiển riêng giữa UE và mạng

   Kênh điều khiển chung CCCH: Kênh hai chiều để phát thông tin điều khiểngiữa mạng và các UE Kênh logic này luôn luôn được sắp xếp lên các kênh

truyền tải RACH/FACH.  

Các kênh lưu lượng bao gồm::

   Kênh lưu lượng riêng DTCH: Kênh điểm đến điểm riêng cho một UE đểtruyền thông tin của người sử dụng DTCH có thể tồn tại  ở cả đường lên lẫnđường xuống

   Kênh lưu lượng chung CTCH: Kênh một chiều điểm đa điểm để truyềnthông tin của một người sử dụng cho tất cả hay một nhóm người sử dụng quyđịnh hoặc chỉ cho một người sử dụng Kênh này chỉ có ở đường xuống.  

Các kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải Sự sắp xếp kênh logic lênkênh truyền tải được thể hiện như trên hình 2-4

 Luận văn thạc s ỹ   

 Hình 2-4  Hình 2-4 S  S ắ  p xế  p giữ a các kênh logic và các kênh a các kênh logic và các kênh truy truyề n t ảảii

Giữa các kênh logic và các kênh truyền tải ttồn tại các kết nối sau đây:

   PCCH kết nối đến PCH      BCCH được kết nối đến BCH và cũng BCCH được kết nối đến BCH và cũng có thể được kết nối đến FACHcó thể được kết nối đến FACH      DCCH và DTCH có thể được kết nối đến hoặc RACH và FACH, CPCH vàFACCH, RACH và DSCH, DCH và DSCH hoặc DCH và DCH

   CCCH được kết nối đến RACH và FACH      CTCH được kết nối đến FACH  

2.3 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN -UTRAN

2.3.1   Cấu trúc UTRANCấu trúc UTRAN  Cấu trúc UTRAN được trình bày như trên hình 2-5

SCH CPICH  AICH PICH CSICH CD/CA-ICH

CCCH

DCCH DTCH    PPCCCCH H BBCCCCHH     CCCH CCCH    CTCHCTCH

DCCH DTCH

RACH RACH    C CP PC CH H D DC CH H    P PC CH H B BC CH H    FFAACCH H DDSSCCH H DDCCHH

Logical Channels

Mapped Physical Channels

Dedicated Physical Channels

DPDCH DPCCH

 Hình 2-5  Hình 2-5 C  C ấ u trúc UTRAN

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS (Radio NetworkSubsystem) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và gồm một bộ điều khiểnmạng vô tuyến RNC và một hay nhiều nút B Các RNC có thể được kết nối vớinhau bằng giao diện Iur Đây là một điểm khác biệt so với mạng GSM khi mà các

 bộ điều

 bộ điều khiển trạm gốc khiển trạm gốc BSC tương ứng BSC tương ứng của GSM của GSM không được kết nối không được kết nối trực tiếp vớitrực tiếp với

nhau Các RNC và các nút B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub.  

Khi thiết kế cấu trúc UTRAN, các chức năng và các giao thức của nó phải đảm bảo các đặc t

 bảo các đặc tính chính ính chính của nó, đó của nó, đó làlà::

   Hỗ trợ truy nhập mạng vô tuyến và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệtcác ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm và

các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

   Đảm bảo tính chung nhất cho việc  xử lý số liệu chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói bằng một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và bằngcách sử dụng cùng một giao diện để kết nối từ  UTRAN đến cả hai vùng PS

và CS của mạng lõi

   Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết      Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

 Luận văn thạc s ỹ   

2.3.1.1   Bộ điều khiển mạng vô Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNCtuyến RNC  RNC là phần tử chịu trách nhiệm điều khiển các tài nguyên vô tuyến của

UTRAN Nó giao tiếp  với mạng lõi CN và kết cuối giao thức điều  khiển tài nguyên

vô tuyến (RRC: Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản tin vàcác thủ tục giữa MS và UTRAN RNC điều khiển nút B (kết cuối giao diện Iub về phía nút B) được biểu thị như là RN

 phía nút B) được biểu thị như là RNC điều khiển (C điều khiển (CRNC: Controling RNC) của nút

B RNC điều khiển chịu trách nhiệm điều khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của

mình

K hi một kết nối MS UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC (hình

2-66) Các RNC tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt::

•     RNC phục vụ  RNC phục vụ (Serving R(Serving RNC):NC):

RNC đối với  một MS là RNC kết cuối cả đường nối Iu để truyền số liệu củangười sử dụng và cả báo hiệu RA NAP  NAP (Radio (Radio Access Access Network Network ApplicationApplicationPart: phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến) tương ứng từ tới mạng lõi(kết cuối này được gọi là kết nối RANAP)

   SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến: Giao thức báohiệu giữa UE  với UTRAN xử lý số liệu L2 tới từ giao diện vô tuyến Cácthao tác quản lý tài nguyên vô tuyến như sắp xếp các thông số vật mang truynhập vô tuyến vào các thông số kênh truyền tải giao diện vô tuyến SRNCcũng là CRNC của một nút B nào đó được MS sử dụng để kết nối với

UTRAN

•     RNC trôi (D  RNC trôi (DRNC: Drif R RNC: Drif RNC): NC):

   DRNC là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ô được MS sửdụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩ mô(chuyển giao)

   DRNC không thực hiện xử lý L2 đối với số liệu tới/từ giao diện vô  tuyến màchỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE cóthể không có hoặc có một hay nhiều DRNC.  

Chú ý rằng một RNC vật lý chứa tất cả các chức năng của CRNC, SRNC vàDRNC Trên hình vẽ cho thấy một UE đang ở chuyển giao mềm giữa các RNC và

một UE chỉ sử dụng tài nguyên vô tuyến từ một nút B được điều khiển bởi DRNCnay đã trở thành SRNC.  

2.3.1.2   Node B (trạm gốc UMTS)  Các chức năng chính của nút B là thực hiện xử lý L1 của giao diện vô tuyến

(mã hoá kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải , đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổphổ)

 Nút B cũng thực hiện một việc phần khai thác quản lý tài nguyên vô tuyến nhưđiều khiển công suất vòng trong Về phần chức năng nó cũng giống như trạm gốc ởGSM Lúc đầu,, nút B được sử dụng như là một thuật ngữ tạm thời trong quá trìnhchuẩn hóa nhưng sau đó nó  không bị thay đổi

2.3.2   Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRANMô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất của UTRAN  Cấu trúc giao thức của các giao diện mặt đất của UTRAN được thiết kế theocùng mô hình giao thức tổng quát Cấu trúc này được xây dựng trên nguyên tắc làcác lớp và các mặt cao độc lập logic với nhau và khi cần có thể thay đổi một phầncấu trúc của giao thức trong k hi vẫn giữ nguyên các phần khác

 Luận văn thạc s ỹ   

 Hình 2-7

 Hình 2-7 Mô hình g Mô hình giao th iao thứ c t ổ ng quát cho các giao diệện mặt đấ t UTRAN

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

2.3.2.1   Các lớp ngangCấu trúc giao thức gồm hai lớp chính: lớp mạng vô tuyến và lớp truyền tải Mọivấn 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 dụngcác giao diện Ở  đây,, lớp mạng truyền tải được thực hiện trên  cơ sở công nghệtruyền tải ATM Trong trường hợp lớp mạng truyền tải khác được sử dụng, lớpmạng truyền tải phải khác, tuy nhiên lớp mạng vô tuyến không thay đổi

2.3.2.2   Các mặt đứng

•     M ặt điề u khiể n

Mặt điều khiển được sử dụng cho mọi báo hiệu đặc thù UMTS Nó bao gồmgiao thức ứng dụng (Application Protocol), chẳng hạn RANAP (Radio AccessApplication Part: phần ứng dụng mạng truy nhập) ở Iu, RNSAP (Radio Network

 Applicati  Application on Protocol

Data Stream(s)

 ALCAP(s)

Transport Network Layer 

Physical Layer 

Signalling Bearer(s)

Transport User 

Network Plane

C

Co on nttrro ol l P Plla an ne e U Us se er r P Plla an ne e

Transport User 

Network Plane

Transport Network Control Plane

Radio Network Layer 

Signalling Bearer(s)

Data Bearer(s)

 Luận văn thạc s ỹ   

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

Mặt báo hiệu chịu trách nhiệm thiết lập các vật mang để truyền tải số liệu củangười sử dụng, nhưng bản thân số liệu của người sử dụng không được mang ở mặtđiều 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

•     M ặt ngườ i sử  d ụụng

Mặt người sử dụng là mặt truyền mọi thông tin được người sử dụng phát và thunhư: tiếng được mã hoá ở cuộc gọi hay gói ở các kết nối Internet Mặt người sửdụng gồm các luồng số liệu và các vật mang số liệu cho các luồng này Mỗi luồng

số liệu được đặc trưng bởi một hay nhiều giao thức khung được định nghĩa cho giaodiện này

•     M ặt điề u khiể n mạạng truyề n t ảảii

Mặt điều khiển truyền tải chứa chức năng mặt đặc thù cho công nghệ truyền tảiđang được sử dụng và lớp mạng vô tuyến không thể nhìn thấy nó Nếu người sửdụng sử dụng các vật mang được lập cấu hình trước theo tiêu chuẩn, thì không cầnthiết có mặt điều khiển mạng truyền tải Mặt điều khiển mạng truyền tải được sửdụng cho tất cả các báo hiệu trong lớp truyền tải Nó không chứa bất kì thông tinnào của lớp mạng vô tuyến Nó gồm giao thức ALCAP để thiết lập các vật mangtruyền tải cho mặt người sử dụng Nó cũng chứa vật mang báo hiệu cần choALCAP Việc sử dụng ALCAP phụ thuộc vào công nghệ truyền tải mặt người sửdụng

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

Vật mang báo hiệu cho ALCAP có thể cùng kiểu hoặc không cùng kiểu như vậtmang báo hiệu cho giao thức ứng dụng Các quy định UMTS cho rằng vật mang báo hiệu cho ALCAP luôn được thiết lập bởi khai thác và

 báo hiệu cho ALCAP luôn được thiết lập bởi khai thác và bảo dưỡng và không quybảo dưỡng và không quyđịnh chi tiết điều này.  

•

    M ặt ngườ i sử  d ụụng mạạng truyề n t ảảii

Các vật mang số liệu ở mặt người sử dụng và các vật mang báo hiệu cho giaothức ứng dụng đều thuộc mặt người sử dụng truyền tải Như đã nói ở trên các vậtmang số liệu ở mặt người sử dụng được điều khiển trực tiếp bởi mặt điều khiểnmạng truyền tải khi khai thác thời gian thực, tuy nhiên các hành động điều khiển đểthiết lập các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụng được coi là các hành độngkhai thác và bảo dưỡng.  

2.4 Các giao diện trong UTRAN

2.4.1   Giao diện RNCGiao diện RNC RNC và báo hiệu RNSNAPRNC và báo hiệu RNSNAP   Ngăn xếp g

 Ngăn xếp giao thức RNiao thức RNC với RNC (C với RNC (Iur) được thể hiện như trên hình 2-8

 Luận văn thạc s ỹ   

FP

Transport  Network  Layer 

Physical Layer 

Transport User   Network Plane

C

Co on nttrro ol l P Plla ane U Usse er r P Plla ane

Transport User   Network Plane Transport Network 

Control Plane

Radio  Network  Layer 

ATM AAL5

MTP3b SCCP

AAL2

M3UA S

SS SCF N NN NII S ST TC CP P S

SS SC CO OP P IIP P

AAL5

MTP3b

SCCP M3UA S

SS SCF N NN NII S ST TC CP P S

SS SC CO OP P IIP P

Q.2630.1

CCH FP

Cũng như đối với giao diện Iu, hai lựa chọn có thể có đối với truyền tải báohiệu RSNAP đó là: ngăn xếp SS7 (SCCP và MTP3b) và truyền tải mới dựa trênSCTP/IP Hai giao thức mặt người sử dụng được định nghĩa DCH và CCH.  

Mặc dù lúc đầu giao thức này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữacác RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng được bổ xung và đếnnay giao diện Iur đảm bảo bốn chức năng sau:  

   Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC      Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng  

   Hỗ trợ kênh lưu lượng chung  

 Luận văn thạc s ỹ   

   Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu  

Chính vì lý do này mà các giao thức báo hiệu Iur (RNSAP= Radio Network

Subsystem Application Part: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến) được chia thành bốn mo

 bốn modul (ndul (như là các nhhư là các nhóm thủ tụóm thủ tục) Nóc) Nói chuni chungg,, có thể  thực hiện chỉ một phần  hoặctất cả   bốn chứ bốn chức năng Iur giữa hai bộ điều khiểc năng Iur giữa hai bộ điều khiển mạng vô tuyến tuỳ then mạng vô tuyến tuỳ theo yêu cầu củao yêu cầu của

Physical Layer 

Transport User 

 Network  Plane

C

Co on nttrro ol l P Plla ane U Usse er r P Plla ane

Transport User 

 Network  Plane

Transport Network  Control Plane

Radio  Network  Layer 

ATM

SSCF-NNI SSCOP

AAL5

Q2250.2 SSCF-NNI SSCOP

Q.2630.1

RA FP

FACHFP

PCH FP DSCHFP

USCHFP

 Hình 2-9 Ngăn xế  p giao t  p giao th hứ c củủa giao diệện Iub

Giao thức này giống như Iur, điểm khác nhau cơ bản là ở các mặt mạng vôtuyến và mặt điều khiển mạng truyền tải ngăn xếp SS7 được thay bằng SAAL-UNI(Signalling ATM Adaptation Layer – UNI: Lớp thích ứng ATM báo hiệu – giao diện