Những thách thức và tối ưu quá trình chuyển giao trong mạng UMTS

Danh mục ký hiệu thuật ngữ viết tắt DANH MỤC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2 2G Thế hệ thứ 2 3 3GPP Dự án đối tác thế hệ thứ 3 tạo ra chuẩn WCDMA 3GPP2 Dự án 2 đối tác thế hệ thứ 3 tạo

Trang 1

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

Trần Đình Tài

Những thách thức và tối ưu quá trình chuyển giao

trong mạng UMTS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS – TS Phạm Minh Việt

HÀ NỘI – 2010

Trang 2

Mục lục

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN iv

DANH MỤC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH VẼ x

LỜI MỞ ĐẦU xii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 13

1.1 Tổng quan mạng tế bào 13

1.1.1 Mạng di động thế hệ 1 13

1.2 Các công nghệ mới 17

1.2.1 WLAN 17

1.2.2 WIMAX 18

1.2.3 WIBRO 18

1.2.4 HSPA 18

1.3 So sánh công nghệ 18

1.3.1 WLAN, WiMAX và WiBro 18

1.3.2 3G UMTS, EV-DO và HSDPA 19

1 4 Tổng quan về công nghệ CDMA 20

1.4.1 Nguyên lý trải phổ 20

1.4.2 Trải phổ và giải trải phổ 21

1.4.3 Đa truy xuất 21

1.4.4 Các đặc điểm chính của công nghệ WCDMA 23

1 5 Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM) 24

1.5.1 RRM trong mạng di động 24

1.5.2 Chức năng của RRM 25

1.6 Phương pháp quản lý vị trí 33

1.6.1 Tổng quan 33

1.6.2 Kỹ thuật ICM trong thủ tục quản lý vị trí 35

Trang 3

Mục lục

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG UMTS 38

2.1 Tổng quan mạng UMTS 38

2.1.1 Vai trò của UMTS trong công nghệ 3G 38

2.1.2 UMTS trên quan điểm của khách hàng 39

2.1.3 UMTS trên quan điểm của nhà mạng 39

2.2 Các dịch vụ mạng UMTS 39

2.2.1 Các dịch vụ cơ bản 39

2.2.2 Chất lượng dịch vụ 40

2.2.3 Tổng quan dịch vụ trong mạng UMTS 40

2.3 Kiến trúc mạng UMTS 41

2.3.1 Thiết bị người dùng 41

2.3.2 UTRAN 42

2.3.3 Mạng lõi 43

2.3.4 Các giao diện UMTS 44

2.4 Lớp vật lý WCDMA 48

2.4.1 Các hệ thống trải phổ 48

2.4.2 Phương pháp song công 49

2.4.3 Điều khiển công suất 49

2.4.4 Kênh UMTS 50

2.4.5 Các trạng thái tế bào 51

2.4.6 Cấu trúc tế bào 51

2.5 Tính khả thi của UMTS 51

2.6 Tương lai của UMTS 52

2.6.1 HSDPA 53

2.6.3 LTE 53

CHƯƠNG 3 CHUYỂN GIAO TRONG UMTS 55

3.1 Tổng quan 55

3.2 Khởi tạo chuyển giao 56

3.3 Các yêu cầu chuyển giao 57

3.4 Các loại chuyển giao 57

3.4.1 Chuyển giao ngang 57

3.4.2 Chuyển giao dọc 57

3.4.3 Chuyển giao trong tế bào 58

3.4.4 Chuyển giao giữa các hệ thống 58

3.4.5 Chuyển giao cứng 59

3.4.6 Chuyển giao mềm 61

3.4.7 Chuyển giao mềm linh hoạt .62

3.5 Nguyên nhân gây ra chuyển giao UMTS: 62

Trang 4

Mục lục

3.6 Mục đích của chuyển giao: 63

3.7 Thủ tục chuyển giao 63

3.7.1 Thực hiện đo các thông số: 64

3.7.2 Thuật toán quyết định 64

3.7.3 Thuật toán thực hiện 64

3.8 Mô hình chuyển giao 64

3.8.1 Mô hình không ưu tiên 65

3.8.2 Mô hình chiếm giữ kênh 66

3.9.1 Thuật tóan chuyển giao mềm 70

3.9.2 Đặc điểm SHO 77

3.9.3 Xác suất và SHO 79

3.9.4 Phương pháp SHO ngưỡng tối ưu 79

3.9.5 Tối ưu SHO 81

CHƯƠNG 4 TỐI ƯU CHUYỂN GIAO MỀM TRONG 83

HỆ THỐNG UMTS 83

4.1 Lý do tối ưu chuyển giao mềm trong hệ thống UMTS 83

4.2 Phương pháp điều khiển công suất tối ưu trong chuyển giao mềm 83

4.3 Thực nghiệm tối ưu chuyển giao Inter-RAT ở Viettel 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Trang 5

Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong đề tài “Những thử thách và tối ưu quá trình chuyển

giao trong mạng UMTS” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

PGS.TS Phạm Minh Việt, Viện Đại học Mở Hà Nội

Mọi tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian và địa điểm công bố

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường

Sinh viên thực hiện

Trần Đình Tài

Trang 6

Danh mục ký hiệu thuật ngữ viết tắt

DANH MỤC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

2

2G Thế hệ thứ 2

3

3GPP Dự án đối tác thế hệ thứ 3 ( tạo ra chuẩn WCDMA)

3GPP2 Dự án 2 đối tác thế hệ thứ 3( tạo ra chuẩn CDMA200)

3G Thế hệ thứ 3

A

AAL2 Lớp tương thích loại 2

AMPS Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ATM Chế độ truyền không đỗi xứng

B

BSC Hệ thống điều khiển trạm gốc

BTS Hệ thống thu phát vô tuyến

C

CEPT Tổ chức các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Châu Âu

CAMEL Những lập luận để nâng cao tính di động ứng dụng cho khách hàng

Trang 7

EPC Phần lõi xử lý gói mở rộng

ETSI Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu

E-UTRAN Lớp truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS mở rộng

GPRS Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

H

HCM Bản tin hoàn thành chuyển giao

HDM Bản tin điều khiển chuyển giao

I

IEEE Viện các kỹ sư điện và điện tử

IMS Hệ thống con đa phương tiện IP

IMTS Hệ thống điện thoại di động cải tiến

Trang 8

OVSF Hệ số trải phổ biến thiên trực giao

RNC Bộ điều khiển lớp vô tuyến

S

SHO Chuyển giao mềm

SIM Phần tử nhận dạng thuê bao

T

Trang 9

TRHO Phương pháp chuyển giao điều khiển lưu lượng

U

UE Thiết bị phía người dùng

USIM Phần tử nhận dạng thiết bị người dùng

UTRAN Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS

UWC Truyền thông di động toàn cầu

V

VAS Dịch vụ giá trị gia tăng

W

WLAN Mạng truy nhập cục bộ không dây

WARC Hội nghị cơ quan quản trị vô tuyến thế giới

WAG Cổng truy nhập không dây

WIMAX Mạng có khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập viba WIBRO Mạng băng rộng không dây

Trang 10

Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh công nghệ WLAN, WiMAX và WiBro [7] 19Bảng 1.2 So sánh các công nghệ 3G [7] 19Bảng 1.3 Giá trị Eb/N0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh 26Bảng 1.4 Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công suất nhanh 26Bảng 3.1 Tổng kết chuyển giao 82Bảng 4.1 Các tham số cấu hình tối ưu chuyển giao trong mạng Viettel 92

Trang 11

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng di động [9] 14

Hình 1.2 Lộ trình phát triển lên mạng 3G 16

Hình 1.3 Trải phổ và giải trải phổ CDMA 21

Hình 1.4 Các công nghệ đa truy nhập 22

Hình 1.5 Nguyên lý đa truy xuất trải phổ 23

Hình 1.6 Các vị trí điển hình của RRM trong mạng WCDMA 25

Hình 1.7 Hiệu ứng gần xa (điều khiển công suất hướng lên) 27

Hình 1.8 Bù nhiễu giữa các tế bào (điều khiển công suất hướng xuống) 28

Hình 1.9 Thuật toán chung của điều khiển công suất vòng ngoài 29

Hình 1.10 Đường cong tải 31

Hình 2.2 Giao diện Cu 42

Hình 2.3 Cấu trúc mạng UTRAN [18] 43

Hình 2.5 Mô hình giao thức của giao diện UTRAN [17] 45

Hình 2.6 Giao diện Iu-CS 46

Hình 2.7 Giao diện Iu-PS 46

Hình 2.8 Các giao diện Iur, Iub và Uu [18] 47

Hình 2.9 Kỹ thuật trộn và trải phổ trong WCDMA 49

Hình 2.10 Mô hình ánh xạ các kênh UTRA 51

Hình 3.1 Quá trình chuyển giao từ 2G sang 3G 59

Hình 3.2 Chế độ nén [14] 59

Hình 3.3 Các kiểu chuyển giao khác nhau 60

Hình 3.4 Chuyển giao mềm 62

Hình 3.5 Chuyển giao mềm linh hoạt 63

Hình 3.6 Nguyên lý của chuyển giao mềm 71

Hình 3.7 Thủ tục chuyển giao cứng và chuyển giao mềm 72

Trang 12

Danh mục hình vẽ

Hình 3.8 Thuật toán chuyển giao mềm IS-95 74

Hình 3.9 Thuật toán chuyển giao mềm trong WCDMA 75

Hình 3.10 Sự suy giảm nhiễu do thực hiện chuyển giao mềm trong đường lên 77

Hình 3.11 Độ lợi chuyển giao mềm của công suất phát đường lên(giá trị dương = độ lợi, giá trị âm = suy hao) 78

Hình 3.12 Độ lợi chuyển giao mềm trong công suất phát đường xuống (Giá trị dương =độ lợi, âm =suy hao) 79

Hình 4.1 Điều khiển công suất hướng xuống trong Chuyển giao mềm 84

Hình 4.2 Call flow chuyển giao giữa SGSN 2G và SGSN 3G Viettel 89

Hình 4.3 Call flow chuyển giao trong mạng 3G ở Viettel 91

Trang 13

Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) là công nghệ di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS cung cấp các dịch vụ viễn thông ( như thoại và tin nhắn) và các dịch vụ dữ liệu, với khả năng truyền thông tin giữa các node truy nhập Công nghệ này có khả năng điều chỉnh và điểu chỉnh lại các thuộc tính của một dịch vụ tại thời điểm thiết lập phiên (hay kết nối) hoặc trong quá trình phiên ( kết nối) diễn ra Truyền thông điểm – điểm và điểm – đa điểm bao gồm cả dịch vụ hướng kết nối và phi kết nối UTRAN ( mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) là giao diện vô tuyến của hệ thống UMTS, sử dụng công nghệ WCDMA

Nhiều quốc gia cũng đang phát triển công nghệ 4G nhằm hội tụ các mạng khác nhau, chẳng hạn như công nghệ Wimax Ngày nay, mạng không dây di động

là một trong những mạng tiên tiến và phổ biến nhất được sử dụng trong truyền thông Công nghệ GSM trở thành động lực tiên phong trong sự phát triển lên mạng 3G và 4G Đồng thời, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng không dây và đẩu cuối ngưởi dùng, mạng Internet cũng đang và sẽ trải qua quá trình phát triển tương tự

Chuyển giao là việc thay đổi hay chuyển truyền dẫn di động từ một kênh này sang một kênh khác Mục đích chính là duy trì kết nối liền mạch ngay cả khi thay đổi kênh vô tuyến, cùng tế bào hay khác tế bào Khi thực hiện chuyển giao, luôn tồn tại một khoảng thời gian trễ chuyển giao Trễ này có thể gây gián đoạn dịch vụ, mặc

dù thời gian chuyển giao rất nhỏ, cớ ms Tuy nhiên nếu trễ chuyển giao lớn, dẫn đến

tỷ lệ suy hao gói cao và suy giảm chất lượng mạng Các ứng dụng thời gian thực yêu cầu chất lượng dịch vụ có trễ thấp và không suy hao gói trong quá trình chuyển giao

trong quá trình chuyển giao và ảnh hưởng của chúng lên chất lượng dịch vụ (QoS)

Trang 14

Công nghệ truyền thông di động không dây là một trong các công nghệ truyền dẫn tiên tiến nhất mà con người sử dụng hiện nay Công nghệ tế bào đã phát triển qua 3 thế hệ kể từ năm 1979, khi mạng tế bào quốc gia đầu tiên ra đời vào tháng 1 Quá trình phát triển của hệ thống di động bắt đầu từ thế hệ thứ 1G, 2G, GSM và cuối cùng là hệ thống truyền thông di động toàn cầu UMTS [2,3]

Quá trình phát triển tiên quyết cho việc cung cấp nhiều dịch vụ mới với chi phí hợp lý cũng như cung cấp các dịch vụ đang tồn tại tốt hơn và hiệu quả hơn Hệ thống tế bào tương tự hỗ trợ các dịch vụ điện thoại cơ bản gồm thoại và một vài dịch vụ kèm theo Đây là công nghệ đầu tiên trong quá trình phát triển của các mạng tế bào, hay 1G

1.1.1 Mạng di động thế hệ 1

Hệ thống mạng di động thế hệ thứ 1 xuất hiện vào đầu những nămg 1980 Công nghệ này dựa trên kỹ thuật tương tự Mỗi quốc gia đã phát triển riêng một hệ thống 1G, không tương thích với các mạng của quốc gia khác Mỗi nước có cấu trúc

hạ tầng khác nhau Tất cả các nước Châu Âu sử dụng cùng đầu cuối di dộng Các

Trang 15

Hình 1.1 Sự phát triển của mạng di động [9]

1.1.3 Mạng di động thế hệ 3

Công nghệ di động thế hệ thứ 3 dựa trên chuẩn ITU, mạng không dây hội tụ

cả về dịch vụ lẫn công nghệ UMTS sử dụng các chuẩn 3GPP, hỗ trợ web, email, đa phương tiện và các dịch vụ dữ liệu trong một mạng không dây băng rộng và cung cấp tốc độ truyền cao hơn UMTS hỗ trợ thuộc tính di động trên nền tảng các công nghệ khác nhau, như UMTS và GSM [2]

Trong hơn một thập kỷ trước, các hệ thống Internet và không dây 2G như GSM đã phát triển như vũ bão ở các nước có thị trường tự do Tuy nhiên do tốc độ

dữ liệu thấp, các mạng cần cung cấp tốc độ dữ liệu cao hơn tới các thuê bao sử dụng

Trang 16

Chương 1 Tổng quan mạng di động thế hệ thứ 3

các dịch vụ truyền thông đa phương tiện, video và internet tốc độ cao trên đầu cuối

di động Mạng di động thế hệ thứ 3 ra đời xuất phát từ nhu cầu đó, nhằm thay thế các hệ thống cũ Do đó, trong luận văn này, em tập trung tìm hiểu hệ thống di động thế hệ thứ 3 UMTS và các giao diện, như WCDMA, để đạt được chất lượng dịch vụ cao với truyền thông tin cậy trong mạng, mạng sử dụng chuyển giao mềm Chuyển giao là quá trình khi một đầu cuối chuyển tới một kênh khác mà không bị gián đoạn dịch và khi chúng ta nói về mạng 3G, chúng ta thường nói về chuyển giao mềm vì trong chuyển giao mềm, thuê bao di động kết nối tới kênh khác trước khi giải phóng kênh trước đó và đó cũng là lý do tại sao chuyển giao mềm còn được gọi là kết nối-trước khi-giải phóng Chúng ta sẽ trình bày chi tiết chuyển giao mềm trong mạng UMTS và nghiên cứu ảnh hưởng của các loại chuyển giao này đến hiệu năng của hệ thống [3,4]

Một mạng tế bào thế hệ thứ 3 cho phép tốc độ dữ liệu cao và thoại Mạng 1G không loại bỏ hoàn toàn các mạng trước đó Một trạm 2G hoạt động gần một trạm 1G hoạt động tại một băng tần khác Các mạng cần cài đặt thêm phần cứng mới Các thiết bị tế bào đã giải quyết được vấn đề tương thích ngược với các mạng phát triển trước

Các thuộc tính dịch vụ trong hầu hết các mạng gồm các chuẩn giao diện không khí và cấp phát phổ Tuy nhiên, các thuộc tính mạng 3G gồm dữ liệu chuyển mạch gói, các dịch vụ chuyển vùng và quảng bá video và âm thanh chất lượng cao [7]

Trang 17

ETSI đã chọn công nghệ đa truy cập phân chia theo mã băng rộng WCDMA

là công nghệ của UMTS FDD và TDD WCDMA đã phát triển cho đến khi các tổ chức phát triển chuẩn trên thế giới thành lập tổ chức 3GPP Các thành viên của 3GPP hiện nay gồm ARIB ( Nhật), CCSA (Trung Quốc), ETSI (Châu Âu), ATIS (Mỹ) và TTA (Hàn Quốc)

Hình 1.2 Lộ trình phát triển lên mạng 3G

năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2

• Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau [1]:

- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

- 144 kbps trong khi đi bộ và 64 kbps khi di chuyển trên xe

Trang 18

• Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

• Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

• Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

• Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường trên xe, vệ tinh

• Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường ngôi nhà số ảo (VHE: Virtual

Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển

vùng toàn cầu

• Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

• Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, dữ liệu chuyển mạch kênh và dữ liệu chuyển mạch gói

• Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Người ta chia các mạng di động tế bào thành 2 nhóm chính:

+ Công nghệ cung cấp tốc độ dữ liệu thấp và tính di động

+ Công nghệ cung cấp tốc độ dữ liệu cao và băng tần lớn với vùng phủ sóng nhỏ

UMTS, WIMAX, WLAN, HSDPA WIBRO là các công nghệ cung cấp tốc

độ cao, đa truy cập, tính di động và vùng phủ lớn Việc chuyển các mạng chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói tạo ra khả năng đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn

và tạo động lực cho các công nghệ mới hơn phát triển Cơ hội này giúp các mạng 2.5G và 3G có thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao và tính di động lớn tới người dùng dịch vụ gói

1.2.1 WLAN

Trang 19

Công nghệ không dây băng rộng hứa hẹn cung cấp tất cả các dịch vụ giá cước rẻ tới nhiều người dùng Theo IEEE, chuẩn 802 11 là chuẩn mạng cục bộ không dây vào năm 1997 Nó cung cấp toàn bộ các thuộc tính của mạng LAN truyền thồng mà không bị giới hạn của việc nối cáp

Chuẩn 802.11 có thể áp dụng cho các mạng ngang hàng trong nhà cũng như các mạng điểm- đỉểm và đỉểm-đa điểm ngoài trời WLAN sử dụng băng tần miễn phí 2.4 GHz – 5.0 GHz với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 54 Mbps trong bán kính 30m theo lý thuyết

Chuẩn 802.11a hoạt động trong băng tần miễn phí 5 GHz sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao, gồm 52 sóng mang, trong đó sử dụng 48 sóng mang cho lưu lượng Chuẩn 802.11b hoạt động tại tần số 2.4GHz với tốc độ dữ liệu đạt 11 Mbps trong bán kính 100m [7]

1.2.2 WIMAX

dải tần số 10-66 GHz với tốc độ 77 Mbps trong dải 50km Wimax có khả năng đạt tốc độ dữ liệu lên tới 134.4 Mbps trong một kênh 28MHz với bán kính lớn hơn 50km và không yêu cầu tuyến có tầm nhìn thẳng, do đó, Wimax thích hợp cho các mạng đòi hỏi tính di động cao [14]

1.2.3 WIBRO

Các công ty Hàn Quốc đã giới thiệu công nghệ băng rộng không dây tương

tự Wimax, hoạt động tại tần số 2.3 GHz và đạt tốc độ 512-1024 Kbps với tốc độ di chuyển 60 km/h [14]

1.2.4 HSPA

theo chuẩn 3GPP với tốc độ tối đa lên tới 14.4 Mbps, với tên gọi khác là Truy cập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA [7]

1.3 So sánh công nghệ

1.3.1 WLAN, WiMAX và WiBro

Trang 20

Bảng sau so sánh các công nghệ WLAN, WiMAX và WiBro về tốc độ dữ liệum khả năng truy cập, tính di động và băng tần hệ thống [15]

Bảng 1.1 So sánh công nghệ WLAN, WiMAX và WiBro [7]

1.3.2 3G UMTS, EV-DO và HSDPA

Bảng 1.2 So sánh các công nghệ 3G [7]

Trang 21

) 1 ( log2

N

S B

Trong đó B là băng thông (Hz), C là dung lượng kênh (bit/s), S là công suất tín hiệu và N là công suất nhiễu Do đó, đối với một tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N cụ thể, dung lượng sẽ được tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền thông tin được tăng lên CDMA là một công nghệ trải phổ của tín hiệu băng hẹp thành tín hiệu băng rộng trước khi truyền

Tỷ số của băng thông truyền và băng thông dữ liệu được gọi là độ lợi xử lý

Gp (cũng được gọi là hệ số trải phổ):

b

b b

G

x N

E xB N

xR E N

0 0

=

Do vậy, đối với yêu cầu Eb/No cố định, độ lợi xử lý cao thì tỷ số S/N phải nhỏ Trong hệ thống CDMA đầu tiên IS-95, băng thông truyền là 1,25 MHz Trong

hệ thống WCDMA, băng thông truyền là 5 MHz [1]

Trong CDMA, mỗi người dùng được gán một chuỗi mã duy nhất (mã trải phổ) được sử dụng để trải tín hiệu băng hẹp thành tín hiệu băng rộng trước khi được truyền đi Đối với máy thu, do biết đựơc chuỗi mã đối với mỗi người dùng nên nó

có thể giải mã phục hồi lại dữ liệu ban đầu

Trang 22

1.4.2 Trải phổ và giải trải phổ

Trải phổ và giải trải phổ là những hoạt động cơ bản nhất của hệ thống CDMA, được đưa ra ở hình 1.3 Dữ liệu ngừơi dùng giả sử là điều chế BPSK với tốc độ chuỗi bit là R Nguyên lý trải phổ là nhân mỗi bit dữ liệu người dùng với một chuỗi mã chu kỳ n bit, được gọi là chips Ở đây, n=8, do đó hệ số trải phổ là 8 Dữ liệu sau khi trải phổ có tốc độ là 8 × R và nó có cùng dạng ngẫu nhiên giống như là

DS-mã trải phổ Sự gia tăng tốc độ dữ liệu bằng hệ số 8 tương ứng với sự mở rộng phổ đang sử dụng của tín hiệu dữ liệu người dùng Tín hiệu băng rộng sau đó sẽ truyền qua một kênh vô tuyến đến đầu cuối nhận

Hình 1.3 Trải phổ và giải trải phổ CDMA Trong giải trải phổ, tín hiệu cao tần nhận được từ máy thu sẽ được nhân trở lại với một chuỗi mã giống hệt như trong quá trình trải phổ Như được hiển thị trên hình, dữ liệu người dùng ban đầu đã được phục hồi hoàn toàn

1.4.3 Đa truy xuất

Một mạng truyền thông di động là một hệ thống đa người dùng, trong đó một

số lượng lớn người sử dụng cùng chia sẻ chung một tài nguyên vật lý để truyền và nhận thông tin Khả năng đa truy xuất là một trong những thành phần cơ bản Việc trải phổ tín hiệu được truyền tạo ra tính khả thi về đa truy xuất của hệ thống CDMA

Trang 23

Hình 1.4 Các công nghệ đa truy nhập Trong FDMA, các tín hiệu của các User khác nhau được truyền trong mỗi kênh khác nhau với một tần số điều chế khác nhau Trong TDMA, tín hiệu của các người dùng khác nhau được truyền trong các khe thời gian khác nhau Với hai công nghệ trên, số người dùng tối đa có thể chia sẻ các kênh vật lý đồng thời là cố định Tuy nhiên, trong CDMA, tín hiệu của các người dùng khác nhau truyền trên cùng một băng tần tại cùng một thời gian Mỗi tín hiệu của người dùng này như là nhiễu đối với tín hiệu của người dùng khác và do đó dung lượng của hệ thống CDMA có mối liên quan chặt chẽ đến cấp độ nhiễu: không có số lượng tối đa cố định, do đó,

sử dụng dung lượng giới hạn mềm Hình 1.5 đưa ra một ví dụ về cách 3 User có thể truy xuất đồng thời trong một hệ thống CDMA

Tại đầu thu, người dùng 2 thực hiện giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại dạng tín hiệu băng hẹp, nhưng các người dùng khác không làm được Điều này

là bởi mối tương quan chéo giữa mã của người dùng chủ định và mã của các người dùng khác là rất nhỏ: mạch dò chỉ đặt công suất của tín hiệu chủ định và một phần nhỏ tín hiệu từ các thuê bao khác vào trong băng thông thông tin

Độ lợi xử lý, cùng với bản chất băng rộng của quá trình xử lý đã đưa ra những lợi ích của hệ thống CDMA, như là dung lượng mềm và hiệu suất phổ cao

Tuy nhiên, tất cả những lợi ích này đòi hỏi việc sử dụng chuyển giao mềm và điều khiển công suất chặt chẽ để tránh tín hiệu của một người dùng che khuất tín hiệu của người dùng khác

Trang 24

Hình 1.5 Nguyên lý đa truy xuất trải phổ

1.4.4 Các đặc điểm chính của công nghệ WCDMA

WCDMA là công nghệ thông tin di động thế hệ ba giúp tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu cho hệ thống GSM bằng cách dùng kỹ thuật CDMA hoạt động ở băng tần rộng thay thế cho TDMA Trong các công nghệ thông tin di động thế hệ ba thì WCDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất nhờ vào tính linh hoạt của lớp vật lý trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau đặc biệt là dịch vụ tốc độ bit thấp và trung bình WCDMA có các đặc điểm cơ bản sau [3, 4] :

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

- Tốc độ chip 3,84 Mcps với độ rộng sóng mang 5 MHz, do đó hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao đem lại nhiều lợi ích như độ lợi đa phân tập Hỗ trợ tốc độ người sử dụng thay đổi liên tục Mỗi người sử dụng cung cấp một khung, trong khung đó tốc độ dữ liệu giữ cố định nhưng tốc độ có thể thay đổi từ khung này đến khung khác

- Hỗ trợ hai mô hình vô tuyến FDD và TDD Trong mô hình FDD sóng mang 5 MHz sử dụng cho đường lên và đường xuống, còn trong mô hình TDD sóng mang 5 MHz chia sẻ theo thời gian giữa đường lên và đường xuống

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

Trang 25

- WCDMA sử dụng tách sóng có tham chiếu đến sóng mang dựa trên kênh dẫn đường, do đó có thể nâng cao dung lượng và vùng phủ

- WCDMA được thiết kế dễ dàng nâng cấp hơn các hệ thống CDMA như tách sóng

đa người sử dụng, sử dụng anten thông minh để nâng cao dung lượng và vùng phủ

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

- Lớp vật lý mềm dẻo dễ thích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

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

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

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2 Mbps Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dễ dàng các dịch

vụ mới như: điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

1 5 Quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM)

1.5.1 RRM trong mạng di động

Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng 3G sẽ cải thiện việc sử dụng các nguồn tài nguyên vô tuyến Các mục tiêu của RRM:

• Đảm bảo QoS đối với các ứng dụng khác nhau

• Duy trì vùng phủ sóng theo kế hoạch

• Tối ưu hoá dung lượng hệ thống

Trong mạng 3G, tiền cấp phát tài nguyên và kích thước mạng quá lớn là không khả thi bởi vì không dự đoán trước được sự cần thiết và các yêu cầu khác nhau của các dịch vụ khác nhau Vì vậy, quản lý tài nguyên vô tuyến bao gồm 2 phần: cấu hình tài nguyên vô tuyến và tái cấu hình Cấu hình tài nguyên vô tuyến có

Trang 26

trách nhiệm phân bố tài nguyên một cách hợp lý khi có các yêu cầu mới vào hệ thống để mạng ổn định và không rơi vào tình trạng quá tải Nhưng, sự tắc nghẽn có thể xảy ra trong mạng 3G bởi vì tính di động của người dùng, tái cấu hình tài nguyên vô tuyến chịu trách nhiệm phân bố lại tài nguyên trong mạng khi tải tăng lên hoặc tắt nghẽn bắt đầu xuất hiện Nó có trách nhiệm điều chỉnh lại hệ thống quá tải một cách nhanh chóng và điều khiển trở lại tải mục tiêu

1.5.2 Chức năng của RRM

Quản lý tài nguyên vô tuyến có thể chia thành các chức năng đó là điều khiển công suất, chuyển giao, điều khiển truy nhập và điều khiển tải Hình 1.6 thể hiện các vị trí điển hình của RRM trong mạng WCDMA

Hình 1.6 Các vị trí điển hình của RRM trong mạng WCDMA

Điều khiển công suất là một yếu tố cần thiết trong tất cả các hệ thống di động bởi các vấn đề về pin và các lý do an toàn, nhưng trong hệ thống CDMA, điều khiển công suất là điều cần thiết bởi bản chất nhiễu được giới hạn trong hệ thống CDMA [2]

Trong GSM, ta sử dụng điều khiển công suất chậm (tần số xấp xỉ 2 Hz) Trong IS-95 điều khiển công suất nhanh với tần số 800 Hz hỗ trợ ở đường lên, nhưng ở đường xuống, một vòng điều khiển công suất tương đối chậm (xấp xỉ 50 Hz) điều khiển công suất truyền đi Trong WCDMA, điều khiển công suất nhanh

Trang 27

với tần số 1,5 kHz hỗ trợ trong cả 2 đường lên và đường xuống Điều khiển công suất nhanh và chặt chẽ là một trong những khía cạnh quan trọng của hệ thống WCDMA

Bảng 1.3 Giá trị Eb/N0 yêu cầu trong trường hợp có và không có điều khiển công

suất nhanh

Điều khiển công suất chậm

Điều khiển công suất nhanh tần số 1.5KHz

Độ lợi của điều khiển công suất nhanh ITU PedestrianA 3km/h 11.3dB 5.5Db 5.8dB

ITU Vehicular A 3km/h 8.5dB 6.7dB 1.8dB

ITU VehicularA 50km/h 7.3dB 6.8dB 0.5dB

Bảng 1.4 Công suất phát tương đối yêu cầu trong trường hợp có và không có điều

khiển công suất nhanh

Điều khiển công suất chậm

Điều khiển công suất nhanh tần số 1.5KHz

Độ lợi của điều khiển công suất nhanh ITU PedestrianA 3km/h 11.3dB 7.7dB 3.6dB

ITU Vehicular A 3km/h 8.5dB 7.5dB 1.0dB

ITU VehicularA 50km/h 7.6dB 6.8dB 0.8dB

lại như sau:

• Độ lợi của các UE tốc độ thấp lớn hơn các UE tốc độ cao

• Độ lợi theo tỷ số Eb/N0 yêu cầu lớn hơn độ lợi công suất truyền dẫn

Các lý do để sử dụng điều khiển công suất là khác nhau đối với đường lên và đường xuống Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể được tóm tắt như sau:

• Khắc phục hiệu ứng gần xa ở đường lên

• Tối ưu hoá dung lượng hệ thống bằng cách điều khiển nhiễu

• Tối đa hoá tuổi thọ pin của đầu cuối di động

Hình 1.7 cho thấy vấn đề gần xa ở hướng lên Các tín hiệu từ các trạm di động khác nhau truyền đi đồng thời trên cùng một băng tần trong hệ thống

Trang 28

Hình 1.7 Hiệu ứng gần xa (điều khiển công suất hướng lên)

Ở hướng xuống, không có vấn đề gần xa liên quan đến một MS ảnh hưởng đến nhiều MS khác Điều khiển công suất có trách nhiệm bù nhiễu giữa các tế bào

mà các trạm di động phải chịu, đặc biệt là ranh giới giữa các tế bào gần nhau như trong hình 1.8 Hơn nữa, điều khiển công suất ở hướng xuống có nhiệm vụ giảm

thiểu nhiễu tổng để giữ giá trị QoS cho phép

Trang 29

2 1

Hình 1.8 Bù nhiễu giữa các tế bào (điều khiển công suất hướng xuống) Trong hình 1.8, thuê bao 2 chịu nhiễu giữa các tế bào nhiều hơn thuê bao 1

Do đó, để đáp ứng cùng một mục tiêu chất lượng, phần công suất thêm vào cần thiết phải phân bổ cho các kênh hướng xuống giữa trạm gốc và thuê bao 2 Có 3 kiểu điều khiển công suất trong hệ thống WCDMA đó là: điều khiển công suất vòng hở, điều khiển công suất vòng đóng và điều khiển công suất vòng ngoài

Điều khiển công suất vòng hở: Điều khiển công suất vòng hở sử dụng ở chế

độ FDD UMTS dành cho thiết lập công suất ban đầu cho di động Trạm di động ước tính suy hao đường truyền giữa trạm gốc và trạm di động bằng cách sử dụng một mạch điều khiển độ lợi tự động (AGC) để đo cường độ tín hiệu nhận được Theo ước tính suy hao đường truyền đó, trạm di động có thể quyết định công suất truyền hướng lên Điều khiển công suất vòng hở có hiệu quả trong hệ thống TDD bởi vì hướng lên và hướng xuống là đối ứng, nhưng nó không hiệu quả cho hệ thống FDD bởi các kênh hướng lên và hướng xuống hoạt động ở các dải tần khác nhau và fading Rayleigh ở đường lên và đường xuống là độc lập nhau Vì vậy, điều khiển công suất vòng hở có

độ chính xác không cao Và đó là lý do tại sao nó chỉ sử dụng để thiết lập công suất ban đầu trong hệ thống FDD

Điều khiển công suất vòng kín: Điều khiển công suất vòng kín, còn được gọi

là điều khiển công suất nhanh trong hệ thống WCDMA, có nhiệm vụ điều

Trang 30

khiển công suất truyền của MS (hướng lên) hoặc của trạm gốc (hướng xuống) để chống lại fading của kênh vô tuyến và đáp ứng SIR mục tiêu thiết lập bởi vòng ngoài Lấy ví dụ, ở hướng lên, trạm gốc so sánh SIR nhận được

từ MS với SIR mục tiêu Nếu SIR nhận được lớn hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC ‘0’ đến MS thông qua kênh điều khiển được chỉ định hướng xuống Còn nếu SIR nhận được nhỏ hơn mục tiêu, BS sẽ truyền một lệnh TPC ‘1’ đến MS Bởi vì tần số của điều khiển công suất vòng kín là rất lớn nên nó có thể bù fading nhanh cũng như fading chậm Một ví dụ khác ở hướng xuống, MS sẽ căn cứ vào SIR nhận được từ BS và sự điều khiển công suất từ trạm gốc, nó sẽ điều khiển công suất phát của nó một cách thích hợp

Điều khiển công suất vòng ngoài: Điều khiển công suất vòng ngoài là cần thiết để duy trì chất lượng của truyền thông tại mức độ yêu cầu bằng cách thiết lập giá trị mục tiêu cho điều khiển công suất vòng kín Nó nhằm mục đích cung cấp chất lượng yêu cầu đó là không xấu và không tốt Tần số của điều khiển công suất vòng ngoài điển hình là từ 10-100 kHz Hình 1.9 thể hiện các thuật toán chung của điều khiển công suất vòng ngoài

Hình 1.9 Thuật toán chung của điều khiển công suất vòng ngoài Điều khiển công suất vòng ngoài so sánh chất lượng tín hiệu thu với chất lượng yêu cầu Thông thường chất lượng được định nghĩa là tỷ lệ lỗi bít BER hoặc

tỷ lệ lỗi khung FER mục tiêu nhất định Mối quan hệ giữa SIR mục tiêu và chất

Trang 31

lượng mục tiêu phụ thuộc vào tốc độ di động và cấu hình đa đường Nếu chất lượng nhận được là tốt, điều đó có nghĩa là SIR mục tiêu hiện tại đủ cao để đảm bảo QoS yêu cầu Để giảm thiểu khoảng thừa, SIR mục tiêu sẽ được giảm Tuy nhiên, nếu chất lượng thu được xấu hơn chất lượng yêu cầu, SIR mục tiêu cần phải được tăng lên để đảm bảo yêu cầu về QoS

Chuyển giao là một phần cần thiết của các hệ thống truyền thông di động tế bào Tính di động là nguyên nhân dẫn đến những biến động về chất lượng đường dẫn và mức độ nhiễu trong hệ thống di động tế bào, đôi khi đòi hỏi một người dùng

cụ thể phải thay đổi trạm gốc dịch vụ của nó Và sự thay đổi này được gọi là chuyển giao

Nếu tải giao tiếp vô tuyến được phép tăng quá mức thì vùng phủ sóng của tế bào sẽ giảm xuống dưới giá trị mong muốn ( còn được gọi là “tế bào thở”) và QoS của các kết nối đang tồn tại sẽ không thể đảm bảo Lý do của hiện tượng “tế bào thở” là vì đặc tính giới hạn nhiễu của hệ thống CDMA Do đó, trước khi nhận một kết nối mới, điều khiển thâm nhập cần phải kiểm tra rằng việc nhận kết nối mới đó

sẽ không hi sinh đi vùng phủ sóng mục tiêu hoặc QoS của các kết nối đã tồn tại Điều khiển thâm nhập sẽ chấp nhận hoặc từ chối một yêu cầu để thiết lập một đường bao truy nhập vô tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến Chức năng của điều khiển thâm nhập đặt ở RNC, nơi mà có thể thu được thông tin tải của nhiều tế bào

Giải thuật điều khiển thâm nhập ước tính sự tăng lên của tải để thiết lặp đường bao trong mạng truy nhập vô tuyến Ước tính tải được đưa vào trong cả 2 hướng lên và hướng xuống Đường bao yêu cầu chỉ có thể chấp nhận nếu điều khiển thâm nhập trong cả 2 hướng chấp nhận nó, ngược lại nó sẽ bị từ chối bởi nhiễu thêm vào mạng là quá mức

Nói chung, các chiến lược điều khiển thâm nhập có thể được chia thành 2 loại đó là: chiến lược điều khiển thâm nhập dựa trên công suất băng rộng và chiến

Trang 32

theshold old

total

theshold old

total

L I

admit

I I

>

∆ +

Trong chiến lược điều khiển thâm nhập dựa trên số lượng đưa vào, một người dùng yêu cầu mới sẽ không được chấp nhận vào mạng truy nhập vô tuyến nếu kết quả mới của tải tổng cao hơn giá trị ngưỡng

Cần lưu ý rằng chiến lược điều khiển thâm nhập được áp dụng riêng rẽ cho hướng lên và hướng xuống, các chiến lược điều khiển thâm nhập khác nhau có thể được sử dụng trong mỗi hướng

Một nhiệm vụ quan trọng của chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến đó là chắc chắn rằng hệ thống không bị quá tải và vẫn ổn định Nếu hệ thống đúng mục

Trang 33

tiêu, và điều khiển thâm nhập làm việc tốt thì tình trạng quá tải sẽ hiếm khi xảy ra Tuy nhiên, trong mạng di động, tình trạng quá tải ở một vài nơi là không thể tránh khỏi bởi tài nguyên vô tuyến không thể được phân bổ trước trong mạng Khi gặp phải tình trạng quá tải thì điều khiển tải (cũng được gọi là điều khiển tắc nghẽn) sẽ trả lại hệ thống một cách nhanh chóng và điều khiển trở lại tình trạng tải mục tiêu, được định nghĩa bởi sự quy hoạch mạng vô tuyến Các công việc điều khiển tải để giảm bớt hoặc cân bằng tải được liệt kê bên dưới:

• Từ chối các lệnh cấp nguồn hướng xuống nhận được từ MS

công suất nhanh hướng lên

• Thay đổi kích cỡ vùng chuyển giao mềm để chứa nhiều người dùng hơn

• Chuyển giao đến một sóng mang WCDMA khác (inter-frequency handover)

• Chuyển giao đến mạng chồng lấp khác(mạng UMTS hoặc mạng GSM khác)

• Giảm tốc độ bit của người sử dụng thời gian thực, ví dụ mã hoá thoại AMR

• Giảm lưu lượng dữ liệu gói vào (không phải thời gian thực)

• Rớt cuộc gọi trong cách điều khiển

Hai công việc đầu tiên trong danh sách là 2 thao tác nhanh được thực hiện trong BS 2 thao tác có thể đặt trong 1 khe thời gian, với tần số 1,5 kHz và cung cấp

độ ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau Giải pháp thứ 3, thay đổi kích cỡ vùng chuyển giao mềm đặc biệt hữu dụng trong mạng giới hạn hướng xuống

Các thao tác điều khiển tải khác đặc trưng chậm hơn Chuyển giao liên tần và

chuyển giao giữa các hệ thống có thể khắc phục tình trạng quá tải bằng cách cân

bằng tải Thao tác cuối cùng là rớt cuộc gọi thời gian thực (thoại hoặc dữ liệu chuyển mạch kênh) để giảm tải Công việc này chỉ được đưa vào nếu tải của toàn bộ mạng vẫn rất cao ngay cả khi đã đưa vào các thao tác điều khiển tải khác để giảm

Trang 34

quá tải Giao tiếp vô tuyến WCDMA và sự gia tăng dự kiến của lưu lượng không phải thời gian thực trong mạng thế hệ thứ 3 đưa ra một sự lựa chọn lớn về các thao tác có thể để xử lý tình trạng quá tải, và vì vậy việc giảm tải bằng cách thực hiện rớt cuộc gọi thời gian thực là rất hiếm

1.6 Phương pháp quản lý vị trí

1.6.1 Tổng quan

Quản lý vị trí là phần cần thiết trong truyền thông di động để đảm bảo dịch

vụ mạng liên tục trong khi di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu phương pháp quản lý vị trí trong các mạng tế bào 3G

Có hai kỹ thuật quản lý vị trí, một là tĩnh và hai là phương pháp động thông minh [15]

Trong các mạng 3GPP thế hệ thứ 3, thủ tục quản lý vị trí cần nhiều cải tiến hơn để khắc phục sự tăng lưu lượng IP của các dịch vụ chuyển mạch gói 3GPP đã

đề xuất giải pháp quản lý vị trí cho các dịch vụ chuyển mạch gói trong mạng UMTS như kỹ thuật kiểm tra trạng thái active nhằm giảm chi phí của các thuê bao không active Theo 3GPP, trong các mạng UMTS, giảm chi phí bởi kỹ thuật đề xuất được phân tích với phương pháp xác định vị trí ban đầu trong các dịch vụ chuyển mạch gói Theo hướng này, ảnh hưởng của tham số hệ thống và tính di động trong trường hợp quản lý vị trí sẽ được trình bày

Trong mạng UMTS quản lý vị trí gồm 2 phần chính:

- Cập nhật vị trí

- Tìm gọi (chuyển cuộc gọi)

Thủ tục cập nhật vị trí duy trì cơ sở dữ liệu vị trí, ví dụ thanh ghi thường trú (HLR) và SGSN trong khi thủ tục tìm gọi tìm ra thiết bị người dùng theo thông tin cung cấp bởi HLR và SGSN trong quá trình khởi tạo cuộc gọi [2, 3]

Trong mang UMTS, các phương pháp cập nhật vị trí và tìm gọi khác nhau được phát triển để tối ưu chi phí trong mạng tế bào nhưng vần còn nhiều thử thách đối với các mạng UMTS trong tương lai Để kích hoạt các dịch vụ mạng trong vùng

Trang 35

Mạng UMTS có 3 phương pháp quản lý vị trí:

- Quản lý vị trí tại mức tế bào

- Quản lý vị trí tại mức UTRAN

- Quản lý vị trí tại mức định tuyến

a Quản lý vị trí tại mức tế bào

Trong vùng chuyển mạch gói, để giảm chi phí mạng của thủ tục quản lý vị trí trong quá trình truyền thông gói, hệ thống tìm trạm di động tại mức tế bào Ở đây,

UE kết nối với mạng lõi cho các dịch vụ chuyển mạch gói UE bắt đầu thủ tục cập nhập vùng định tuyến với định danh RA (RAI) khi thông tin quản lý di động thay đổi Sau đó, SGSN tìm thấy thông tin vị trí UE thông qua RNC [2,3]

b Quản lý vị trí tại mức UTRAN

Ở đây, quản lý di động gói (PMM) tại trạng thái rỗi và UE bắt đầu thay đổi

RA Trong suốt chu kỳ rỗi của một phiên đang truyền thông, hệ thống bám theo trạm di động dựa trên mức vùng đăng ký UTRAN (URA), vì các tế bào được cập nhật thường xuyên trong kết nối vô tuyến Mục đích của UTRAN là đưa ra một tập duy nhất các kênh vô tuyến đối với lưu lượng thoại thông thường và lưu lượng gói nhóm Phần điều khiển tài nguyên vô tuyến định nghĩa vị trí của UE trong UTRAN, RCC có 2 phần:

- RRC kết nối

- RRC rỗi

UE vào chế độ RRC kết nối khi thiết lập kết nối RRC Các chế độ RRC trong UTRA phản ánh mức UE và kênh truyền như chỉ ra trong hình 1 UE trả lại mức kênh tìm gọi (PCH) đối với dữ liệu tĩnh tích cực tại mức URA UTRAM kiểm tra

Trang 36

trạng thái kết nối của UE và quyết định bản tin tìm gọi được gửi tới URA hay tới một tế bào nào đó UE chuyển kênh truy cập hướng trước (Tế BÀO_FACH) và bắt đầu thủ tuc cập nhật tế bào sau khi chọn một tế bào UTRAN mới Sau đó, UE trả về

Tế BÀO_PCH khi không có dữ liệu nào được truyền

Với các UE không active, UTRAN giảm cập nhập tế bào bằng cách chuyển chúng tới trạng thái URA_PCH UTRAN thực hiện cập nhật tế bào khi chúng lớn hơn một giới hạn cụ thể, Trong URA_PCH, UE nằm tại mức URA và tính di động phụ thuộc vào thủ tục chọn lại URA Khi UE đi vào Tế BÀO_FACH mới và bắt đầu cập nhật URA Sau khi cập nhật URA, nó trả về trạng thái URA_PCH khi không có thêm dữ liệu nào của UE và mạng được truyền [7]

c Quản lý vị trí tại mức định tuyến

Khi trạm di động không kết nối tới bất kỳ phiên truyền nào, hệ thống sẽ bám theo MS tại mức vùng định tuyến RA Tại mức này, dịch vụ quản lý di động gói PMM liên quan tới mạng lõi Ở đầy PMM là detach và UE không thể đạt tới đối với các dịch vụ chuyển mạch gói do vị trí không hợp lệ của SGSN Vì thế UE không bắt đâu thủ tục thay đổi RA [2,3]

1.6.2 Kỹ thuật ICM trong thủ tục quản lý vị trí

3GPP đề xuất giải pháp nhằm giảm nhỏ chi phí thực hiện thủ tục quản lý vị trí của các UE có trạng thái kết nối PMM, gọi là kỹ thuật giám sát trạng thái không active Giảp pháp này cũng có thể giảm nhỏ chi phí quản lý vị trí của các thiết bị có trạng thái PMM rỗi Kỹ thuật này hoạt động tại 2 mức: mạng lõi và UTRAN

UE chuyển tới trạng thái PMM rỗi sai khi kết thúc kết nối khi không có phiên chuyển mạch gói đang diễn ra UE sử dụng SGSN để cập nhật RA Kỹ thuật mức CN cho phép chi phí quản lý vị trí cao đối với các thuê bao không active Để

sau mỗi lần RA vượt ngưỡng k2 Sau kth cập nhật trong URA, UE chỉ cập nhật trong

LA Đây là mối quan hệ khả thi giữa RA và LA Với thủ tục tìm gọi, nếu UE ở tại

RA bình thường, khi đó RA sẽ tìm gọi UE Ngược lại, các tế bào LA sẽ tìm gọi UE

Trang 37

Thuộc tính quan trọng của phiên dịch vụ gói chứa một chuỗi các cuộc gọi như hình bên dưới Một cuội gọi gói gồm một vài gói nhóm

Để giảm việc sử dụng tài nguyên, kỹ thuật giám sát trạng thái không active được áp dụng trong UTRAN, trong đó dịch UE từ trạng thái RRC kết nối tới trạng thái Tế BÀO_PCH trong một cuộc gọi gói Ngược lạim nó trả về URA_PCH giữa 2 cuộc gọi gói trong phiên gói Quyết định thay đổi UE từ Tế BÀO_PCH và URA_PCH dựa trên ICM

Chúng ta xem xét ví dụ Phiên gói kết thúc tại thời điểm t0 và phiên mới bắt đàu tài t1 Khỏang thời gian giữa các phiên là tp=t1-t0 và tm, tế bào kà thời gian trú tại tế bào λp là tỷ lệ phân bố và 1/λm, cell là… khi đó, ta xác định chi phí cập nhập vị trí trên dơn vị thời gian tại mức UTRAN như sau:

Tương tự, chi phí tìm gọi trên chuyển tiếp tại mức UTRAN:

Cp, UTRAN=λm, tế bàoC’p, UTRAN (1.5)

Từ (4.1) và (4.2),Tổng chi phí trên đơn vị thời gian tại mức UTRAN:

CT, UTRAN= Cu, UTRAN + Cp, UTRAN (1.6)

Xét ví dụ, phiên gói kết thúc tại t0 và phiên mới bắt đầu tại t1, khoản thời gian giữa các phiên là ts=t1-t0 và tm RA là thời gian trú tại RA λslà tỷ lệ phân bố và 1/λm,RA là …khi đó chi phí cập nhật vị trí khi chuyển tiếp trạng thái tại mức CN:

Cu, PS=λm,RA C’u, PS (1.7) Tương tự, chi phí tìm gọi trên chuyển tiếp tại mức CN:

Từ (4.4) và (4.5), Tổng chi phí trên đơn vị thời gian tại mức UTRAN:

Trang 38

Giả sử Du, PS, Dp PS và DT, PS là chi phí cập nhật, chi phí tìm gọi và tổng chi phí trên đơn vị thời gian tại mức CN tương ứng mà không có ICM Khi đó chi phí tổng DT, PS :

Trang 39

Chương 2 Hệ thống UMTS

2.1 Tổng quan mạng UMTS

cứu và phát triển hệ thống di động mặt đất công cộng Châu Âu (2G) Đến năm

1989, nhiệm vụ của nhóm GSM chuyển từ CEPT sang ETSI Ban đầu, các nước thành viên của ETSI thực hiện công việc của GSM Sau đó, GSM được thực hiện ở Đông Âu, Đông Á, Châu Phi và Bắc Mỹ và trở thành hệ thống truyền thông di động toàn cầu GSM phù hợp cho truyền thông thoại và SMS để truyền tải thông tin [7, 8]

2.1.1 Vai trò của UMTS trong công nghệ 3G

2G là công nghệ trộn lẫn của nhiều công nghệ khác nhau Với mỗi công nghệ

có một tổ chức chuẩn hóa để tránh trùng lặp Vì vậy cần thiết định nghĩa 3G rõ ràng như một công nghệ độc lập Tổ chức quốc tế duy nhất thực hiện công việc này là Tổ chức viễn thông quốc tế ITU ITU đã định nghĩa khái niệm IMT-2000 nhắm các mục đích sau:

+ Các thuộc tính chuyển vùng tốt hơn, vùng phủ dịch vụ xác định lớn hơn

IMT-2000 để đạt được mục đích trên Phần lớn các đề xuất CDMA bao gồm TDD

và FDD Tại điểm cuối của giai đoạn này, 2 công nghệ xuất phát từ các đề xuất này liên quan đến các mạng mặt đất với các thuộc tính sau:

+ 3GPP là tổ chức khởi xướng UMTS, hầu hết các đặc điểm của công nghệ UMTS kế thừa từ GSM

Trang 40

Chương 2 Hệ thống UMTS

UMTS cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu theo một phương thức mới, chẳng hạn như các dịch vụ đa phương tiện và dịch vụ băng rộng đầu cuối-đầu cuối

2.1.2 UMTS trên quan điểm của khách hàng

+ Truy cập không dây sử dụng một đầu cuối duy nhất, đơn giản và nhỏ gọn

thông qua truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao và truyền thông đa phương tiện

+ UMTS biến ý tưởng truyền thông mọi lúc mọi nơi thành hiện thực

2.1.3 UMTS trên quan điểm của nhà mạng

tuyến linh hoạt

+ Quá trình phát triển từ các hệ thống sẵn có ban đầu, đảm bảo khả năng quản lý và kiểm soát toàn diện về quy mô và khả năng cung cấp trong khi cho phép

đa dạng về sản phẩm và loại hình dịch vụ Việc chọn các phương pháp truy nhập vô tuyến và mạng lõi nhằm thực hiện và phát triển linh hoạt hệ thống dựa trên quy định, thị trường và các yêu cầu kinh doanh đối với mỗi vùng hay mỗi đất nước

EDGE cũng yêu cầu một khỏan đầu tư lớn như một mạng truy nhập vô tuyến mới

Quá trình phát triển mạng UMTS nhằm hỗ trợ ngày càng nhiều dịch vụ hơn Mạng di động UMTS có thể cung cấp các dịch vụ như Internet, chẳng hạn như Video Streaming, thoại trên nền IP (VoIP), hội nghị truyền hình và các dịch vụ tương tác hình Phần chuyển mạch kênh của mạng sẽ hoạt động trên nền công nghệ gói nhằm hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao hơn trong khi phần gói sẽ không thay đổi và một vùng gói mới IMS sẽ hoạt động song song với mạng gói đang tồn tại

2.2.1 Các dịch vụ cơ bản

UMTS cung cấp hầu hết các dịch vụ cơ bản như GSM và ISDN Theo

ITU-T, các dịch vụ này gồm 3 loại: các dịch vụ truyền, dịch vụ viễn thông và dịch vụ giá trị gia tăng Dịch vụ cơ bản gồm thoại và SMS Các dịch cụ giá trị gia tăng hoạt

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	3,12 MB