Cấu trúc hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA và hướng nâng cấp lên 3,5g HSDPA

Thông tin di động thế hệthứ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xâydựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không đáp ứng được các dịch vụ mới này.Trong bố

CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3

WCDMA

VÀ HƯỚNG NÂNG CẤP LÊN 3,5G hsdpa

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

1

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TIN DI ĐỘNG 3G UMTS WCDM 1

1.1 Khái quát chung về thống thông tin di động thế hệ ba 1

1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba 3

1.3 Phân bố phổ tần cho ITM-2000 4

1.4 Lộ trình phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA 5

1.5 Quá trình phát triển của các mạng UMTS WCDMA 8

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 WCDMA 16

2.1 Cấu trúc tổng quát của hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA 16

2.2 Chức năng của các phần tử trong WCDMA 16

2.2.1 Mạng thâm nhập vô tuyến 18

2.2.2 Mạng lõi 19

2.2.3 Thiết bị người sử dụng 21

2.3 Giao diện giữa các phần tử trong hệ thống WCDMA 21

2.3.1.Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất UTRAN 21

2.3.2 Giao diện UTRAN-CN, Iu 24

2.3.3 Các giao diện trong UTRAN 27

2.4 Giao diện vô tuyến của WCDMA 29

2.5 Các kênh truyền tải 31

2.5.1 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý 31

2.5.2 Cấu trúc các kênh vô tuyến lớp vật lý 33

2.6 Chuyển giao 38

2.6.1 Mục đích của chuyển giao 38

2.6.2 Trình tự chuyển giao 39

2.6.3 Các loại chuyển giao 42

2.7 Điều khiển công suất 44

2.7.1 Điều khiển công suất vòng mở 45

2.7.2 Điều khiển công suất vòng kín 46

2.7.3 Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt 47

2.8 Hạn chế của hệ thống 3G và những yếu tố thúc đẩy 3,5G 49

CHƯƠNG 3:HỆ THỐNG TRUY CẬP VÔ TUYẾN 3,5G VỚI CÔNG NGHỆ HSDPA

50

3.1 Giới thiệu 50

3.2 Những cải tiến quan trọng của HSDPA so với WCDMA 52

3.3 Cấu trúc HSDPA 53

3.3.1 Giao diện vô tuyến của kênh truyền tải HS-DSCH 54

3.3.2 Cấu trúc kênh mới trong HSDPA 54

3.4 Điều chế và mã hóa thích ứng, kỹ thuật phát đa mã 57

3.5 Lịch biểu nhanh 60

3.6 HARQ nhanh 62

3.7 Dung lượng UE 64

3.8 Nhận xét 65

3.8.1 Cải thiện dung lượng hệ thống 65

3.8.2 Giảm thời gian truy nhập 65

3.8.3 Khả năng tích hợp với WCDMA 66

3.8.4 Xu hướng phát triển HSDPA 67

3.9 Nâng cấp thiết bị 67

3.9.1 Kiến trúc MAC phía UE 69

3.9.2 Kiên trúc MAC phía UTRAN 70

3.10 Kết luận 72

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện đại Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự, các hệ thống thông tin di động số thế hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hỗ trợ dịch vụ thoại và truyền

số liệu tốc độ thấp Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người về các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình,

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 3

hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)… WCDMA là nhánh côngnghệ 3G được phát triển dựa trên cơ sở hệ thống thông tin di động 2G GSM.

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA được đánh giá là sự lựa chọntối ưu cho hệ thống truy nhập vô tuyến ITM-2000 Giao diện vô tuyến trên cơ sởCDMA băng rộng tạo cơ hội thiết kế hệ thống có những đặc tính đáp ứng yêu cầucủa hệ thống thông tin di động thế hệ ba Tốc độ truyền số liệu của WCDMA là khálớn, có thể lên tới 2Mbps Tuy nhiên, khi nhu cầu về truyền số liệu ngày càng lớn,thì nó yêu cầu tốc độ truyền số liệu ngày càng cao, và tốc độ 2Mbps là chưa đápứng được yêu cầu Do đó, cần tìm ra một giải pháp để làm tăng tốc độ truyền sốliệu, mà trước hết là tăng tốc độ truyền số liệu đường xuống, dựa trên nềnWCDMA Truy cập gói đường xuống tốc độ cao (HSDPA) ra đời nhằm đáp ứngnhu cầu đó

Nội dung đồ án bao gồm:

Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G UMTS WCDMA Chương 2: Cấu trúc hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA Chương 3: Hệ thống truy nhập vô tuyến 3,5G với công nghệ HSDPA

Em xin chân thành cảm ơn KS Đặng Thái Sơn, và các thầy cô giáo trong khoa

đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này!

Vinh, ngày 16 tháng 05 năm 2010

Sinh Viên thực hiện

Trần Phi Hùng

Chương 1 Tổng quan hệ thống thông tin di động 3G

UMTS WCDMA

1.1 Khái quát chung về thông tin di động thế hệ thứ ba

Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trước mắt là IP đã đặt racác yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động Thông tin di động thế hệthứ hai mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và được xâydựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không đáp ứng được các dịch vụ mới này.Trong bối cảnh đó, ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động

thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cungcấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các phương tiện thông tin Mục đích củaITM-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự pháttriển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000 Thôngtin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở ITM-2000 đã được đưa vào phục

vụ từ năm 2001 ở một số nước Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễnthông bao gồm: tiếng, số liệu tốc độ thấp và cao, đa phương tiện, video của người

sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân

cư, các phương tiện vận tải…)

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:

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

- Đường lên : 1882-2025 MHz

- Đường xuống : 2110-2200 MHz

*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 cho mọi loại dịch vụ viễn thông

*Sử dụng các phương tiện khai thác khác nhau:

- Các phương tiện tại nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ

sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho tiếng, số liệu chuyểnmạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

* Môi trường hoạt động của IMT – 2000 được chia thành 4 vùng với các tốc

độ bit R phục vụ như sau:

Tổng kết các dịch vụ do ITM 2000 cung cấp ở bảng 1.1

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 gồm GSM, IS - 36, IS - 95,CDMA và PDC Trong quá trình thiết kế các hệ thống thông tin di động thế hệ 3,các hệ thống thế hệ 2 đã được các cơ quan tiêu chuẩn hoá của từng vùng xem xét

để đưa ra các đề xuất tương thích

Các công nghệ được nghiên cứu để đưa ra đề xuất cho hệ thống thông tin diđộng thế hệ 3 gồm:

- W-CDMA (Wideband CDMA: CDMA băng rộng)

- W-TDMA (Wideband TDMA: TDMA băng rộng)

- TDMA/CDMA băng rộng

- OFDMA (Orthogonal FDMA: FDMA trực giao)

- ODMA

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Dịch vụ di

động

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

dịch vụDịch vụ thông tin

- Dịch vụ âm thanh chất lượng 64Kbps)

cao(16 Dịch vụ truyền thanh AM (32cao(16 64Kbps)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 Kbps)Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-

144Kbps)

- Dịch vụ số liệu tương đối cao 2Mbps)

(144Kbps Dịch vụ số liệu tốc độ cao(>=2Mbps)Dịch vụ đa phương

tiện

- Dịch vụ video (384 Kbps)

- Dịch vụ hình chuyển động (384 2Mbps)

Kbps Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (>=2Mbps)

Dịch vụ Internet Dịch vụ truy cập Web (384 Kbps-2Mbps)

Dịch vụ

Internet

đơn giảnDịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384Kbps-2Mbps)

Dịch vụ Internet đa phương tiện

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

1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba

Sự phát triển của hệ thống thông tin di động thế hệ ba ngoài việc giải quyếtnhững vấn đề mà hệ thống thông tin di động thế hệ hai chưa thực hiện được cònphải có khả năng đáp ứng các yêu cầu ngày càng tăng của con người đối với khảnăng truyền số liệu Vì vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba phải thực hiệnđược những mục tiêu cơ bản sau:

+ Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu

+ Có khả năng truyền tải đa phương tiện:

Hệ thống thông tin di động trong tương lai có thể thực hiện truyền tải dịch vụhình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là 2Mbps

+ Tăng dịch vụ chuyển mạch gói:

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chỉ có phương thức chuyển mạchkênh truyền thống, hiệu suất kênh tương đối thấp Trong khi đó, hệ thống thông tin

di động thế hệ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

+ Tăng phương thức truyền tải không đối xứng:

Do dịch vụ số liệu mới như WWW có đặc tính không đối xứng: Truyền tảiđường lên thường chỉ cần vài nghìn bit/s, còn truyền tải đường xuống có thể cần vàitrăm nghìn bit/s Trong khi đó, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chỉ hỗ trợdịch vụ đối xứng

+ Khả năng tăng cường số liệu:

Hệ thống thông tin di động trong tương lai sẽ nâng cao hơn về phương diệnWWW và khả năng truyền số liệu so với hệ thống thông tin di động thế hệ hai

+ Chất lượng truyền và chất lượng dịch vụ không thua kém mạng cố định:

Hệ thống thông tin di động trong tương lai làm cho chất lượng truyền tải đạtđến hoặc gần đến chất lượng của hệ thống hữu tuyến, có thể cung cấp tốc độ truyền

là 144Kbps cho người đi xe, 384Kbps cho người đi bộ và 2Mbps cho người sử dụngtrong nhà

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 7

+ Nâng cao tuổi thọ của acquy:

Công nghệ tích hợp tiêu hao công suất thấp đang được nghiên cứu và hyvọng có thể được sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo Kỹthuật tích hợp silic xạ tần là hướng phát triển quan trọng khác có thể giảm thể tích,trọng lượng và sự tổn hao năng lượng của hệ thống

+ Hiệu suất phổ tần cao hơn:

Qua việc ứng dụng những kỹ thuật mới như: điều khiển công suất nhanh,chuyển giao mềm, hệ thống anten thông minh… đã nâng cao hiệu suất phổ của hệthống mới một cách hiệu quả

+ Hiệu suất kênh cao hơn

1.3 Phân bố phổ tần cho ITM-2000

Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là DCS 1800 ở băng tần 1755MHz cho đường lên và 1805-1850 cho đường xuống Ở châu Âu và hầu hếtcác nước châu Á băng tần ITM-2000 là 2x60Mhz (1920-1980 MHz và 2110-2170MHz) có thể sử dụng cho WCDMA FDD Băng tần sử dụng cho TDD ở châu

1710-Âu thay đổi, băng tần được cấp giấy phép có thể là 25MHz cho sử dụng TDD ở1900-1920MHz và 2020-2025MHz Băng tần cho các ứng dụng TDD không cầnxin phép có thể là 2010-2020MHz Các hệ thống FDD sử dụng băng tần khác nhaucho đường lên và đường xuống, còn hệ thống TDD sử dụng cùng tần số cho cảđường lên và đường xuống

Nhật sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC, còn Hàn Quốc sử dụng hệ thốngthế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PCS, ấn định phổ PCS của Hàn Quốckhác với ấn định phổ PCS của Mỹ nên Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tầnquy định của ITM-2000 Ở Nhật một phần phổ tần của ITM-2000 TDD đã được sửdụng cho PHS

Ở Mỹ không còn phổ tần mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba.Các dịch vụ của hệ thống thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tầncủa hệ thống thông tin thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại

Một số nước đã cung cấp giấy phép cho sử dụng phổ tần của ITM-2000.Giấy phép đầu tiên được Phần Lan cấp vào tháng 3/1999 và sau đó là Tây Ban Nha.Một số nước cũng có thể đi theo quan điểm cấp giấy phép giống như GSM đượccấp giấy phép ở châu Âu Tuy nhiên, một số nước bán đấu giá tần phổ cho ITM-

2000 giống như Mỹ bán đấu giá phổ tần cho PCS

1.4 Lộ trình phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh,đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống 2G sẽ được chuyển đổi từng bước sang thế

hệ 3G Có thể tổng quát các giai đoạn chuyển đổi này ở hình 1.1

Hình 1.1 Lộ trình phát triển từ GSM đến WCDMA

Trong đó:

- HSCSD: High Speed Circuit Switched Data: Số liệu chuyển mạch kênh tốc độcao

- GPRS: General Packet Radio Service: Dịch vụ vô tuyến gói chung

- EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution: Tốc độ số liệu gói tăngcường phát triển GSM

Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệutốt hơn Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu: chuyển mạch kênh (CS: CircuitSwitched) và chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) như sau:

*Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo:

- Dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Message Service)

- Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4Kbps

- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4Kbps

*Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo:

- Chứa cả chế độ dịch vụ kênh

- Dịch vụ Email, Internet,…

- Sử dụng các chức năng IWF/PDSN như:

- Cổng vào cho mạng số liệu gói

- IWF/PDSN có thể đặt tại MSC hay BSC độc lập

Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thứcứng dụng vô tuyến (WAP: Wireless Application Protocol)

Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệuchuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) vàEDGE Bước trung gian này được gọi là thế hệ 2,5G

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD)

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD) là một dịch vụ cho phép tăngtốc độ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6Kbps (hay cải tiến 14,4Kbps)

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 9

của GSM Để tăng tốc độ số liệu người sử dụng có thể được cấp phát nhiều khe thờigian hơn Có thể kết hợp động từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt tốc độ số liệu cực đại

là 64Kbps cho một người sử dụng Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗtrợ tốc độ lên đến 8x14,4 Kbps, như vậy có thể đạt đến tốc độ trên 100Kbps

Hầu hết các chức năng của dịch vụ số liệu hiện nay được đặt ở IWF(Internetworking Function: chức năng kết nối mạng) của tổng đài MSC và ở chứcnăng TAF (Terminal Adaption Function: Chức năng thích ứng đầu cuối) của MS.Dịch vụ HSCSD sử dụng tính năng này Kênh tốc độ cao chứa một số kênh con ởgiao diện vô tuyến Các kênh con này được kết hợp lại thành một luồng số ở IWF

và TAF (Hình 1.2)

Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống HSCSD

Trong đó:

- PTSN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

- ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

- MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

- IWF: Chức năng kết nối mạng

Một tính năng đặc biệt của HSCSD là hỗ trợ cả kết nối đối xứng (số khe phát

ở đường xuống bằng số khe phát ở đường lên đối với một người sử dụng) và khôngđối xứng (số khe phát ở đường xuống nhiều hơn số khe phát ở đường lên)

Việc sử dụng điều chế 8-PSK cho HSCSD cho phép đạt được tốc độ truyền

số liệu cao hơn Tuy nhiên, do sử dụng cơ chế chuyển mạch kênh nên hiệu suất sửdụng tài nguyên vô tuyến rất kém Bởi khi một người dùng yêu cầu các khe thời

W F

MSCBSC/TRAU

BTS

PSTNISDNPDN

gian, các khe này chỉ dành duy nhất cho người sử dụng đó, không được chia sẻ chongười dùng khác kể cả khi không có số liệu truyền trên đó Do vậy, khả năng triểnkhai HSCSD là hạn chế.

Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)

Ở đây:

- SMS: Short Message Service: Dịch vụ bản tin ngắn

- SGSN: Serving GPRS Support Node: Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ

- GGSN: Gateway GPRS Support Node: Điểm hỗ trợ GPRS cổng

- MT: Mobile Terminal: Đầu cuối di động

- TE: Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối

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

- PDN: Public Data Network: Mạng số liệu công cộng

Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao hơncho GSM GPRS khác với HSCSD ở chỗ nhiều người sử dụng có thể cùng sử dụngchung tài nguyên vô tuyến, vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến rất cao.Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành được tài nguyên vô tuyến khi nó có số liệu cầnphát Khi không có dữ liệu để phát, tài nguyên vô tuyến được dùng cho nhữngngười khác Nhờ vậy mà băng tần được sử dụng rất hiệu quả Cấu trúc mạng GPRSđược cho ở (hình 1.3)

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 11

TETE

Gn

GbUm

R

GcGr

DGs

PDN

SM-SC

SMS_GMSCSMS-IWMSC

Hình 1.3 Cấu trúc mạng GPRS

Một người sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt được tốc

độ đến hơn 100Kbps Tuy nhiên đây là tốc độ đỉnh, nếu nhiều người cùng sử dụngthì tốc độ sẽ thấp hơn Vì lúc đầu GSM được thiết kế cho lưu lượng chuyển mạchkênh, nên việc đưa dịch vụ chuyển mạch gói vào đòi hỏi phải bổ sung thêm thiết bịcho mạng (hình 1.3) Mạng GPRS kết nối với các mạng số liệu công cộng nhưmạng IP và mạng X.25 Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN) và nút hỗ trợ GPRScổng (GGSN) thực hiện thu và phát các gói số liệu giữa các MS và các thiết bị đầucuối số liệu cố định của mạng số liệu công cộng (PDN) Các nút GGSN còn chophép thu phát các gói số liệu đến các MS ở các mạng thông tin di động GSM khác

Giao diện vô tuyến của GPRS sử dụng các tính năng cơ bản của giao diện vôtuyến GSM Như vậy, cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đều có thể

sử dụng cùng sóng mang Tuy nhiên, mạng đường trục của GPRS được thiết kế saocho nó không phụ thuộc vào giao diện vô tuyến

Tốc độ số liệu tăng cường phát triển GSM (EDGE)

Nói chung cấu trúc EDGE giống như GPRS, tuy nhiên ở đây có sử dụngchức năng thay đổi cơ chế điều chế cho tốc độ bit mềm dẻo hơn so với GPRS

1.5 Quá trình phát triển của các mạng UMTS WCDMA

Hình 1.4 cho thấy cấu trúc mạng cơ sở WCDMA triển khai theo 3GPP R99.Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC: Mobile ServiceSwitching Centre) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN: ServingGeneral Packet Radio Service Surport Node) Các kênh thoại và truyền số liệuchuyển mạch gói được kết nối với các mạng ngoài qua các trung tâm chuyển mạchkênh và nút chuyển mạch gói cổng GMSC và GGSN Để kết nối trung tâm chuyểnmạch kênh MSC với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tương tácmạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói,mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho các mạng di động như: HLR,AUC, EIR

Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:

- RNC: Radio Network Controller: Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóngvai trò như BSC ở các mạng thông tin di động

- NB: Node B: nút B, đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin diđộng

- UE: User Equipment: Thiết bị người dùng

UE là thiết bị của người sử dụng, bao gồm thiết bị di động (ME) và modulenhận dạng thuê bao UMTS (USIM) USIM là một vi mạch chứa một số thông tinliên quan đến thuê bao cùng với khóa an toàn Giao diện giữa UE và mạng gọi làgiao diện Uu Ở quy định của 3GPP, trạm gốc được gọi là nút B Nút B được nốiđến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC (Radio Network Controller) RNC điềukhiển tài nguyên vô tuyến của các nút B được nối với nó được gọi là “Hệ thống conmạng vô tuyến” (RNS: Radio Network Subsystem) Giao diện giữa nút B và RNCđược gọi là giao diện Iub Khác với giao diện Abis tương đương ở GSM, giao diệnIub được tiêu chuẩn hóa hoàn toàn và để mở, vì thế nó có thể kết nối nút B của mộtnhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác.

Khác với ở GSM là các BSC không nối với nhau, ở mạng truy nhập vô tuyếncủa UMTS có cả các giao diện giữa các RNC Giao diện này được gọi là giao diệnIur Mục đích trước tiên của giao diện này là hỗ trợ tính di động giữa các RNC vàchuyển giao giữa các nút B nối đến các RNC khác nhau

UTRAN được nối đến mạng lõi CN qua giao diện Iu Giao diện Iu có haiphần tử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênhđược thực hiện qua giao diện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR.Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS,giao diện này nối RNC đến một SGSN

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 13

MSC/VLR

PTS N

Interne t

HLR

Gn (GTP/

IP)

Iu-PS (ATM)

PCM

Mạng lõi (Core Network)

RNC

RNC

Iur (ATM) Iub

Iu-CS (ATM)

Iu-CS (ATM)

Từ hình 1.4 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN theo phát hành 3GPPR99 đều được xây dựng trên cơ sở ATM ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợnhiều loại dịch vụ khác nhau (chẳng hạn tốc độ bit khả biến cho các dịch vụ trên cơ

sở gói và tốc độ bit không đổi cho các dịch vụ chuyển mạch kênh) Từ hình này tacũng thấy rằng mạng lõi CN sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở như kiến trúc GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi hiện tại có thể hỗ trợ công nghệ truy nhập vôtuyến mới Chẳng hạn cũng có thể nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN saocho một MSC có thể nối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC

Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từUMTS đến GSM và ngược lại Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì phải cần thờigian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ củaUMTS và vì thế thuê bao UMTS phải có khả năng nhận được dịch vụ ở vùng phủcủa GSM Nếu UTRAN và GSM BSS được nối đến các MSC khác nhau, thì chuyểngiao giữa các hệ thống đạt được bằng cách chuyển giao giữa các MSC Nếu giảthiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM thìMSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng thời cả hai kiểu dịch vụ Tương tự hoàn toànhợp lý khi giả thiết rằng SGSN phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đếnRNC và Gb đến một GPRS BSC

Trong thực tế sản xuất của các nhà cung cấp, nhiều phần tử mạng đang nângcấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS Các phần tử mạng này gồmMSC/VLR, HLR, SGSN và GGSN Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm BSC đượctriển khai cho GSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cho cảhai GSM BSC và UMTS RNC Tuy nhiên cấu hình này là rất hiếm Yêu cầu cácgiao diện và các chức năng khác nhau (như chuyển giao mềm) của UMTS RNCchứng tỏ rằng công nghệ của nó hoàn toàn khác với GSM BSC Vì thế thôngthường ta thấy các UMTS RNC và GSM BSC tách biệt

Hình 1.5 cho thấy kiến trúc cơ sở theo phát hành 3GPP R4 Sự khác nhau cơbản giữa R99 và R4 là ở chỗ mạng lõi của R4 là mạng phân bố Thay cho việc có

các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyểnmạch phân bố được đưa vào.

Về căn bản, MSC được chia thành MSC chủ (MSC Server) và cổng đa phương tiện(MGW: Media Gateway) MSC chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi,quản lý di động có ở một MSC tiêu chuẩn Tuy nhiên nó không chứa ma trậnchuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC chủ điều khiển và

có thể đặt xa MSC chủ

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữaRNC và MSC chủ Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thựchiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và địnhtuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong nhiều trườnghợp đường trục gói sử dụng “Giao thức truyền tải thời gian thực”(RTP: Real TimeTransport Protocol) trên “Giao thức Internet” (IP) Từ hình 1.5 ta thấy lưu lượng sốliệu gói từ RNC đi qua SGSN đến GGSN trên đường trục IP Nếu giả sử rằng cả sốliệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi, thì có thể cấu trúcmột đường trục để hỗ trợ cả hai dịch vụ này Tuy nhiên điều này đòi hỏi đầu tư vàchi phí cho khai thác rất lớn so với trường hợp sử dụng các mạng đường trục táchbiệt cho chuyển mạch kênh và gói

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 15

RNC

MSC Server

GMSC

Server

SS7

PTSN

Internet MGW

SS7 GW

MGW RNC

Iu-PS (ATM)

Iu-CS

IP

H.248/IP H.248/IP

Iur (ATM)

Node B

Mạng lõi (Core Network)

Mạng truy nhập

vô tuyến (UTRAN)

Hình 1.5 Kiến trúc mạng phân bố của 3GPP R4

Node B

Ở nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PTSN chẳng hạn, cómột cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC chủ cổng(GMSC Server) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại đóng gói thành PCM tiêu chuẩn

để đưa đến PTSN Như vậy chuyển đổi mã chỉ cần thực hiện tại điểm này Để thí

dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vô tuyến được truyền tại tốc độ 12,2Kbps,thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64Kbps ở MGW giao tiếp với PTSN Truyền tảikiểu đóng gói này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần, nhất là khi cácMGW cách xa nhau

Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW làgiao thức ITU H.248 Giao thức này được ITU và IETF cộng tác phát triển Nó cótên là điều khiển cổng đa phương tiện Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSCServer và GSMC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ 3GPP

đề nghị sử dụng giao thức “Điều khiển độc lập cuộc gọi kênh mang”(BICC: BearerIndependent Call Control) được xây dựng trên cơ sở khuyến nghị Q.1902 của ITU

Trong nhiều trường hợp, MSC Server hỗ trợ cả các chức năng của GSMCServer Ngoài ra, MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PTSN Khi đó cuộcgọi đến hoặc từ PTSN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng kể chiphí đầu tư

Để làm thí dụ ta xét trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A vàđược điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B Giả sử thuê bao thành phố Athực hiện cuộc gọi nội hạt Nếu không có cấu trúc phân bố, cuộc gọi sẽ định tuyến

từ thành phố A đến thành phố B (nơi có MSC) để đấu nối với thuê bao PSTN tạichính thành phố A Với cấu trúc phân bố, cuộc gọi có thể được điều khiển tại MSCServer tại thành phố B nhưng đường truyền thực tế vẫn ở trong thành phố A, nhờvậy giảm đáng kể yêu cầu truyền dẫn và giá thành khai thác mạng

Từ hình 1.5 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là “Máy chủ thuêbao tại nhà” (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tươngđương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳnghạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có cácgiao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN vớiHLR/HSS

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi CN là các giao thứctrên cơ sở gói sử dụng IP hoặc ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạngtruyền thống qua việc sử dụng các cổng đa phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 16

SS7

PTS N

Interne t

MG W

R-SGW

SGW HSS

T-/ HL R

Gi (IP)

Gn (GTP/

IP)

Iu-PS ( ATM )

PCM

Mg

Mc Mr

SS7

Gi (IP)

RN C

RN C

Cx

giao diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện này được thực hiện thông quacổng SS7 (SS7 GW) Đây là một cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tinSS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IPchẳng hạn) Thực tế, MSC chủ, GMSC chủ và HSS liên lạc với cổng SS7 bằng cách

sử dụng các giao thức truyền tải được thiết kế đặc biệt để mang các bản tin SS7 ởmạng IP Bộ giao thức này được gọi là SIGTRAN

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc toàn mạng đa phương tiện

IP (hình 1.6) Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi Ởđây, cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầucuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cùng Có thể coi kiến trúc này là sự hội

tụ toàn diện của tiếng và số liệu

Từ hình 1.6, ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt, chỉ cómột giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện (thoại, audio, video, dữ liệu).Trong mạng lõi, giao diện này kết cuối tại SGSN và không có cổng các môi trườngriêng biệt

Ta cũng thấy có một số phần tử mạng mới như:

- CSCF: Call State Control Function: Chức năng điều khiển trạng thái cuộcgọi

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 17

- MGCF: Media Gateway Control Function: Chức năng điều khiển cổng đaphương tiện

- MRF: Multimedia Resource Function: Chức năng tài nguyên đa phươngtiện

- T-SGW: Transport Signalling Gateway: Cổng báo hiệu truyền tải

- R-SGW: Roaming Signalling Gateway: Cổng báo hiệu chuyển mạng

Một nét quan trọng của kiến trúc toàn IP là thiết bị của người sử dụng đượctăng cường rất nhiều Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE Trong thực tế, UE hỗ trợ

“giao thức khởi tạo phiên” (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành một tácnhân của người sử dụng SIP Như vậy UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớnhơn trước rất nhiều

CSCF quản lý việc thiết lập, duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiệnđến/từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ởGPRS và UMTS phiên bản 1999 và phiên bản 4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗcác nút này không chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gói mà cả dịch vụ chuyển mạch kênh(tiếng chẳng hạn) Vì thế cần hỗ trợ các khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặcbên trong SGSN và GGSN hoặc ít nhất ở các router kết nối trực tiếp với chúng

Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghị,được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụhội nghị

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảotương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PTSN T-SGW hỗ trợ các giaothức SIGTRAN

Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là nút đảm bảo tương tác báo hiệu vớicác mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn

Cổng đa phương tiện (MGW) thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mứcđường truyền đa phương tiện MGW ở kiến trúc mạng phát hành 3GPP R5 có chứcnăng giống như ở phát hành 3GPP R4 MGW được điều khiển bởi MGCF Giaothức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248

MGCF cũng liên lạc với CSCF qua giao thức SIP

Phát hành cấu trúc toàn IP của R5 là một tăng cường của mạng ở các pháthành R99 và R4 Nó đưa thêm vào một vùng mới trong mạng đó là vùng “đaphương tiện toàn IP” (IM: IP Multimedia) Vùng mới này cho phép mang cả tiếng

và số liệu trên IP trên toàn tuyến nối đến máy cầm tay Vùng này sử dụng vùngchuyển mạch gói PS cho mục đích truyền tải, có sử dụng SGSN, GGSN, Gn, Gi…

là các nút và giao diện thuộc vùng chuyển mạch gói PS

Chương 2 Cấu trúc hệ thống thông tin di động thế

Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợchuyển mạch gói (SGSN) Các kênh thoại và kênh truyền số liệu được kết nối với

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 19

các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng(GMSC) và nút chuyển mạch gói cổng (GGSN) Để kết nối trung tâm chuyển mạchkênh với các mạng ngoài như ISDN, PSTN thì cần có thêm phần tử làm chức năngtương tác mạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các nút hỗ trợchuyển mạch gói, mạng lõi còn có các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng thông tin diđộng như HLR, AUC, EIR.

Mạng thâm nhập vô tuyến gồm có các phần tử sau:

 RNC: bộ điều khiển mạng vô tuyến – Đóng vai trò như BSC ở mạng GSM

 NB: nút B – Đóng vai trò như BTS ở mạng GSM

 MS: trạm di động

 TE: thiết bị đầu cuối

Giao diện giữa MSC và RNC là CS, giao diện giữa SGSN và RNC là

Iu-PS, giao diện giữa các RNC với nhau là Iur, giao diện giữa RNC và nút B là Iub

2.2 Chức năng của các phần tử trong hệ thống WCDMA

Cấu trúc hệ thống WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở của cấu trúc hệthống UMTS Hệ thống UMTS bao gồm các phần tử mạng logic và các giao diện.Mỗi phần tử mạng thực hiện một số chức năng nhất định

Mạng đường trục

NB NB

RNC

VLR

SGSN MSC

GGSN IWF GMSC

Iur

PLMN PSTN/ISDN

PDN

EIR HLR AuC

Mạng lõi Iu-CS

Iu-PS

NB NB

RNC

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống WCDMA

Về mặt chức năng, các phần tử mạng được nhóm thành mạng thâm nhập vôtuyến (RAN) và mạng lõi (CN) Trong đó, mạng thâm nhập vô tuyến thực hiện cácchức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi thực hiện các chức năng chuyểnmạch, định tuyến cuộc gọi và kết nối số liệu Ngoài hai mạng này thì để hoàn thiện

hệ thống phải có thiết bị người sử dụng (UE)

Ngoài ra, mạng UMTS còn có thể được chia thành các mạng con Ở khíacạnh này, hệ thống UMTS được thiết kế theo modul nên có thể có nhiều phần tửmạng cho cùng một kiểu Về nguyên tắc, yêu cầu tối thiểu cho một mạng hoạt động

và có đầy đủ các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho một kiểu Khảnăng có nhiều phần tử của cùng một kiểu cho phép chia hệ thống thành các mạngcon hoạt động hoặc độc lập hoặc cùng với các mạng con khác và các mạng con nàyđược phân biệt bởi các nhận dạng duy nhất

2.2.1 Mạng thâm nhập vô tuyến (UTRAN-Universal Terrestrial Radio Access Network)

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 21

Iu

Uu

Nút BNút B

Nút BNút B

RNC

RNC

IurIub

MSC/

VLR GMSC

HLR

GGSN SGSN

PLMN, ISDN, PTSN,…

Hình 2.2 Các phần tử của mạng UMTS

Nhiệm vụ chính của UTRAN là tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vôtuyến (RAB) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động (UE) với mạng lõi (CN).UTRAN nằm giữa hai giao diện mở Uu và Iu Nhiệm vụ của UTRAN là thực hiệncác dịch vụ mang qua các giao diện này Nhiệm vụ đó được thực hiện với sự phốihợp với mạng lõi Các kênh mang vô tuyến (RAB) thỏa mãn các yêu cầu QoS đượcthiết lập bởi mạng lõi (CN) Hình 2.2 mô tả cấu trúc UTRAN ở lớp phần tử mạng

Cấu trúc mạng thâm nhập vô tuyến UTRAN được cho trong hình 2.2.UTRAN được chia thành các hệ thống con RNS Một RNS bao gồm các phần tử vôtuyến và phần tử điều khiển tương ứng Phần tử vô tuyến là các BS (còn được gọi lànút B), và phần tử điều khiển là RNC Các hệ thống RNS giao tiếp với nhau sửdụng giao diện mạng Iur Các nút B được kết nối với RNC thông qua giao diện Iub

Chức năng của các phần tử trong bộ điều khiển mạng vô tuyến:

+ Nút B:

Chức năng chính của nút B là thực hiện xử lý L1 của giao diện vô tuyến (mãhóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ,…) Nó cũng thực hiện một phần khaithác quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiển công suất vòng trong Về phầnchức năng nó giống như trạm gốc ở GSM Lúc đầu nút B được sử dụng như là mộtthuật ngữ tạm thời trong quá trình chuẩn hóa nhưng sau đó nó không bị thay đổi

+ Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC):

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử chuyển mạch và điều khiểncủa UTRAN RNC nằm giữa hai giao diện Uu và Iu Chức năng RNC dùng để điềukhiển và quản lý tài nguyên vô tuyến của UTRAN

Chức năng RNC dùng để điều khiển ngữ cảnh thông tin của trạm gốc (nút B)gọi là CRNC (Controlling Radio Network Controller-Bộ điều khiển mạng truynhập vô tuyến) Khi tính đến các kênh mang, RNC là điểm chuyển mạch giữa cáckênh mang Iu và kênh mang vô tuyến (RB-Radio Bearer) RB liên quan đến ngữcảnh của UE Ngữ cảnh của UE là một bộ các tiêu chuẩn dùng trong giao diện Iub

để phân bổ các kết nối chung và các kết nối dành riêng giữa UE và RNC Khi mộtkết nối UE-UTRAN sử dụng nhiều tài nguyên từ nhiều RNC thì các RNC tham dựvào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt Đó là:

-RNC phục vụ (SRNC): đối với một UE thì SRNC thực hiện kết cuối cả đườngnối Iu để truyền số liệu người sử dụng và cả báo hiệu RANAP tương ứng từ/tớimạng lõi SRNC cũng kết cuối báo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, xử lý sốliệu lớp đoạn nối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến Các thao tác quản lý tài nguyên

vô tuyến như sắp xếp các thông số kênh mang thâm nhập vô tuyến với các thông sốkênh truyền tải giao diện vô tuyến SRNC cũng là CRNC của một nút B nào đóđược UE sử dụng để kết nối với UTRAN.

-RNC trôi (DRNC): là một RNC bất kỳ khác với SRNC để điều khiển các ôđược UE sử dụng Khi cần DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập

vĩ mô DRNC không thực hiện xử lý số liệu lớp đoạn nối số liệu tới/từ giao diện vô

tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE cóthể không có hoặc có một hay nhiều DRNC

Hai chức năng SRNC và DRNC có thể hoán đổi cho nhau Trong trường hợp

UE di chuyển trong mạng khi thực hiện chuyển giao mềm, UE được truy nhậphoàn toàn nhờ một RNC không phải là SRNC RNC này thực hiện việc thiết lậpkênh mang vô tuyến (RB) đầu tiên cho UE Trong trường hợp đó, chức năngSRNC được chuyển cho một RNC xác định (RNC thực tế xử lý kết nối vô tuyếncủa UE) Thủ tục này được gọi là định vị lại SRNC hoặc SRNS

Chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến (RRM): RRM là một tập hợp cácthuật toán được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đường truyền vô tuyến và QoScủa kết nối vô tuyến bằng cách chia sẻ và quản lý tài nguyên vô tuyến một cách cóhiệu quả

2.2.2 Mạng lõi

- Thanh ghi định vị thường trú (HLR): là một cơ sở dữ liệu được đặt tại hệthống chủ của người sử dụng để lưu bản sao chính về lý lịch dịch vụ của người sửdụng Lý lịch dịch vụ này bao gồm: thông tin về các dịch vụ được phép, các vùngkhông được phép chuyển mạng, và thông tin về các dịch vụ bổ sung như: trạng tháichuyển hướng cuộc gọi… Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụviễn thông được lưu trong HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao.HLR thường là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạng nhưng cókhả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động/bộ ghi định vị tạm trú(MSC/VLR): để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí hiện thờicủa nó Chức năng của MSC là sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh (CS) vàchức năng của VLR là lưu giữ bản sao về lý lịch của người sử dụng khách cũng như

vị trí của UE trong hệ thống đang phục vụ ở mức độ chính xác hơn HLR Phầnmạng được thâm nhập qua MSC/VLR thường được gọi là vùng CS

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 23

- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC): làm nhiệm vụgiao tiếp với mạng ngoài Do vậy GMSC được đặt tại điểm kết nối UMTS với mạngchuyển mạch kênh bên ngoài.

- IWF (chức năng tương tác): bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức vàtruyền dẫn IWF cho phép mạng WCDMA kết nối với các mạng khác như: mạng sốliệu công cộng chuyển mạch kênh (CSPND), mạng PSTN, mạng ISDN và các mạngPLMN khác

- EIR: thực hiện quản lý thiết bị người sử dụng UE EIR lưu tất cả các dữ liệuliên quan đến UE EIR được nối đến MSC và SGSN qua đường báo hiệu để kiểmtra sự được phép của thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

- Trung tâm nhận thực (AUC): quản lý các thông tin nhận thực và mật mã hóaliên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khóa bí mật Việc quản lý thuê baođược thực hiện thông qua khóa nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao Khóanày được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ của UE

- Nút hỗ trợ GPRS phục vụ (SGSN): cung cấp việc định tuyến gói tin từ/tớimột vùng dịch vụ của SGSN Nó phục vụ tất cả các thuê bao sử dụng dịch vụ gói cóthể được bất cứ SGSN nào trong mạng phục vụ tùy thuộc vào vị trí của thuê bao.Phần mạng được thâm nhập qua SGSN thường được gọi là vùng PS

- Nút hỗ trợ GPRS cổng (GGSN): GGSN được nối tới các mạng ngoài nhưmạng Internet, mạng X25 Nhìn từ mạng ngoài thì GGSN đóng vai trò như bộ địnhtuyến cho các mạng ngoài tới được mạng WCDMA GGSN tiếp nhận số liệu (có địachỉ của một người sử dụng nhất định) thì nó sẽ kiểm tra, nếu địa chỉ này là tích cựcthì GGSN gửi số liệu đó tới SGSN tương ứng để phục vụ UE Trong trường hợp địachỉ này là không tích cực thì số liệu thu được bị loại bỏ Các gói tin từ UE nguồnđược định tuyến đến đúng mạng đích thông qua GGSN

2.2.3 Thiết bị người sử dụng (UE: User equipment)

Thiết bị người sử dụng là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thườngxuyên nhìn thấy của hệ thống UE có thể là thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xáchtay hoặc thiết bị cầm tay Loại thiết bị nhỏ cầm tay là thiết bị phổ biến nhất Ngoàicác chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến, UE còn phải cungcấp các giao diện với người sử dụng như: micro, màn hiển thị, bàn phím,… Hiệnnay người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối vớithiết bị người sử dụng Việc lựa chọn thiết bị đầu cuối hiện đang để mở cho các nhàsản xuất Thiết bị người sử dụng gồm hai phần:

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

- Modul nhận dạng thiết bị UTMS (USIM): là một thẻ thông minh chứa nhậndạng thuê bao để thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực, vàmột số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

2.3 Giao diện giữa các phần tử trong hệ thống WCDMA

2.3.1 Mô hình giao thức tổng quát đối với các giao diện mặt đất UTRAN

Cấu trúc giao thức của các giao diện mặt đất của UTRAN được thiết kế theocùng mô hình giao thức tổng quát như được cho trong hình 2.3 Cấu trúc này đượcxây dựng trên nguyên tắc là các lớp cao và các phần cao độc lập logic với nhau vàkhi cần có thể thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyêncác phần khác

ALCAP: Access Link Control Application Protocol: Giao thức điều khiển kết nốitruy nhập

A, Các lớp ngang

Cấu trúc giao thức gồm hai lớp chính Đó là: lớp mạng vô tuyến và lớp mạngtruyền tải Mọi vấn đề liên quan đến UTRAN chỉ có thể thấy được ở lớp mạng vôtuyến, còn lớp mạng truyền tải thể hiện công nghệ truyền tải cơ bản được chọn sửdụng cho UTRAN nhưng không gây ra bất kỳ sự thay đổi đặc thù UTRAN nào

Lớp vật lý

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Mạng báo

Mạng số liệu

Phía điều khiển mạng truyền tảiALCAP

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Hình 2.3 Mô hình giao thức tổng quát cho giao diện mặt đất UTRAN

Phía điều khiển

Phía điều khiển được sử dụng cho mọi báo hiệu đặc thù UMTS Nó gồm giaodiện ứng dụng (Ví dụ: phần ứng dụng mạng thâm nhập RANAP ở giao diện Iu,phần ứng dụng hệ thống con vô tuyến RNSAP ở giao diện Iur, và phần ứng dụngnút B ở giao diện Iub) và vật mang báo hiệu để truyền tải các bản tin của các giaothức ứng dụng

Một trong các nhiệm vụ của giao thức báo hiệu là thiết lập vật mang cho UE(chẳng hạn các vật mang thâm nhập vô tuyến ở Iu và đoạn nối vô tuyến ở Iur vàIub) Trong cấu trúc ba mặt, các thông số của vật mang ở giao thức ứng dụng khônggắn kết trực tiếp đến công nghệ phía người sử dụng nhưng nó là các thông số mangchung Vật mang báo hiệu đối với giao thức ứng dụng có thể hoặc không thể cùngkiểu như vật mang báo hiệu cho giao thức điều khiển đoạn nối thâm nhập ALCAP

Nó luôn được thiết lập bởi các hoạt động khai thác và bảo dưỡng

Phía người sử dụng

Mọi thông tin được người sử dụng phát và thu như: tiếng được mã hóa ởcuộc gọi hay gói được kết nối Internet đều được truyền tải qua phía người sử dụng.Phía người sử dụng gồm các luồng số liệu và các vật mang số liệu cho các luồngnày Mỗi luồng số liệu được đặc trưng bởi một hay nhiều giao thức khung đượcđịnh nghĩa cho giao diện này

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía điều khiển mạng số liệu được sử dụng cho tất cả các báo hiệu trong lớptruyền tải Nó không chứa bất kỳ thông tin nào của lớp mạng vô tuyến Nó bao gồmgiao thức điều khiển đoạn nối thâm nhập ALCAP để thiết lập các vật mang truyềntải (vật mang số liệu) cho phía người sử dụng và vật mang báo hiệu cần choALCAP Phía điều khiển mạng truyền tải là một mặt hoạt động giữa phía điều khiển

và phía người sử dụng Việc đưa ra phía điều khiển mạng truyền tải làm cho giao

thức ứng dụng trong phía điều khiển mạng vô tuyến hoàn toàn độc lập với côngnghệ được lựa chọn cho vật mang số liệu ở phía người sử dụng.

Khi phía điều khiển mạng truyền tải được sử dụng thì các vật mang truyềntải để mang số liệu ở phía người sử dụng được thiết lập như nhau Trước hết là mộtgiao dịch của giao thức ứng dụng ở phía điều khiển, giao dịch này khởi động thiếtlập vật mang số liệu bởi giao thức ALCAP đặc thù cho công nghệ mặt phẳng người

sử dụng

Tính độc lập của phía điều khiển và phía người sử dụng dựa trên giả thiếtrằng xảy ra một giao dịch ALCAP Cần lưu ý rằng có thể không sử dụng ALCAPcho tất cả các kiểu vật mang số liệu và giao thức ALCAP ở phía điều khiển mạngtruyền tải không được sử dụng để thiết lập vật mang báo hiệu cho giao thức ứngdụng Nếu không có giao dịch ALCAP thì hoàn toàn không cần thiết phía điềukhiển mạng truyền tải Đây là trường hợp xảy ra khi thiết lập lại mạng số liệu Cácquy định UMTS cho rằng vật mang báo hiệu cho ALCAP luôn được thiết lập bởikhai thác, bảo dưỡng và không quy định chi tiết điều này

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Các vật mang số liệu ở phía người sử dụng và các vật mang báo hiệu chogiao thức ứng dụng đều thuộc phía người sử dụng mạng truyền tải Như đã nói ởtrên, các vật mang số liệu ở phía người sử dụng mạng truyền tải được điều khiểntrực tiếp bởi phía điều khiển mạng truyền tải khi khai thác thời gian thực Tuy nhiêncác hoạt động điều khiển để thiết lập các vật mang báo hiệu cho giao thức ứng dụngđược coi là các hành động khai thác và bảo dưỡng

2.3.2 Giao diện UTRAN-CN, Iu

Giao diện Iu kết nối UTRAN với CN, đây là một giao diện mở để chia hệthống thành UTRAN đặc thù và CN Giao diện Iu được chia thành hai trường hợp:Iu-CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu-PS để kết nối UTRANvới CN chuyển mạch gói Vì vậy, mặt điều khiển mạng truyền tải khác nhau nhưngmặt điều khiển phải giống nhau cho cả Iu-CS và Iu-PS

a, Cấu trúc giao thức cho Iu-CS

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 27

Cấu trúc tổng quát của giao thức cho Iu-CS được cho ở hình 2.4 Cả ba mặtcủa giao diện Iu sử dụng chung truyền tải ATM Lớp vật lý giao tiếp với môi trườngvật lý.

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía điều khiển mạng truyền tảiQ.2630.1

MTP3bSSCF-NNISSCOPAAL5AAL5

SSCOPSSCF-NNIMTP3b

AAL2

ATMLớp vật lý

Hình 2.4 Cấu trúc giao thức Iu-CS

SSCOP: Service Specific Connection Oriented Protocol: Giao thức địnhhướng theo nối thông đặc thù dịch vụ.

AAL: ATM Adaptation Layer: Lớp thích ứng ATM

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển gồm RANAP trên đỉnh của giao diệnSS7 băng rộng Các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu (SCCP), phầntruyền bản tin (MTP3b) và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng(SAAL-NNI) SAAL-NNI lại được chia thành chức năng điều phối đặc thù dịch vụ(SSCF), giao thức định hướng theo nối thông dịch vụ đặc thù (SSCOP), lớp thíchứng ATM 5 (AAL5) Các lớp SSCF và SSCOP được thiết kế riêng cho truyền tảibáo hiệu trong mạng ATM và chịu trách nhiệm về các chức năng như quản lý kếtnối báo hiệu AAL5 được sử dụng để phân đoạn số liệu thành các tế bào ATM

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải Iu-CS

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải Iu-CS gồm giao thứcbáo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) ở đỉnh của các giao thức SS7 băngrộng

Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng

Một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS Mục đích của giaothức phía người sử dụng là mang thông tin của người sử dụng liên quan đến cácRAB ở giao diện Iu Mỗi RAB có trường hợp giao thức riêng của mình Giao thứcnày hoặc thực hiện khai thác hoàn toàn trong suốt hoặc định khung cho các đoạn sốliệu của người sử dụng và một số báo hiệu cần được sử dụng cho khởi động và điềuhành trực tiếp

b, Cấu trúc giao thức cho giao diện Iu-PS

Cấu trúc giao thức cho giao diện Iu-PS được mô tả trong hình 2.5 Trong đó,phía điều khiển và phía người sử dụng áp dụng truyền tải ATM và lớp vật lý đượcđịnh nghĩa tương tự như Iu-CS

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 29

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

SCCPMTP3bM3UASS

NNISCTPSSCOPIPAA

CF-L5

AAL5

ATMLớp vật lý

RANAP

Giao thức người sử dụng Iu

ATMLớp vật lý

Hình 2.5 Cấu trúc giao thức Iu-PS

Ở đây:

M3UA: MTP3-User Adaptation Layer: Lớp thích ứng người sử dụng-MTP3SCTP: Simple Control Transmission Protocol: Giao thức truyền dẫn điềukhiển đơn giản

IP: Internet Protocol: Giao thức Internet

GTP-U: User Plane Part of the GPRS Tunelling Protocol: Phía người sửdụng của giao thức Tunel GPRS

UDP: User Datagram Protocol: Giao thức datagram người sử dụng

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển Iu-PS

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển gồm RANAP và vật mang báo hiệu SS7.Ngoài ra, vật mang báo hiệu trên cơ sở IP cũng được định nghĩa Lớp SCCP được

sử dụng chung cho cả hai tùy chọn Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP gồm: lớp thíchứng người sử dụng SS7 MPT3 (M3UA), giao thức truyền dẫn điều khiển đơn giản(SCTP), giao thức Internet (IP) và ALL5 chung cho cả hai tùy chọn

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải Iu-PS

Phía điều khiển mạng truyền tải không được áp dụng cho Iu-PS vì giao thứcnày được sử dụng trong phía người sử dụng

Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu-PS

Trong phía người sử dụng Iu-PS có nhiều luồng số liệu gói được ghép chunglên một hay nhiều AAL5 PVC Phần phía người sử dụng của giao thức tunel GPRS(GTPU) là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói.Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP.

2.3.3 Các giao diện trong UTRAN

a, Giao diện giữa RNC-RNC, Iur

Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur được cho trong hình 2.6 Giao diện Iur

có bốn chức năng sau:

- Hỗ trợ tính di động giữa các RNC

- Hỗ trợ lưu lượng kênh riêng

- Hỗ trợ lưu lượng kênh chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu

Vì vậy, giao thức cho giao diện Iur được chia thành bốn modul và giao thứcnày có thể chỉ thực hiện một trong bốn chức năng tùy theo yêu cầu của nhà khaithác

Trong giao diện này, giao thức ứng dụng điều khiển là RNSAP Báo hiệugiữa các RNC dựa trên SS7, trong đó RNSAP sử dụng các dịch vụ của SCCP.Tương tự như giao diện Iu-PS, báo hiệu có thể được truyền trong một truyền tảiSS7 ATM chuẩn hoặc có thể sử dụng truyền tải dựa trên IP qua ATM

Phía người sử dụng có hai giao thức khung: giao thức khung cho các kênhtruyền tải riêng (DCH FP) và giao thức khung cho các kênh truyền tải chung (CCHFP) Các giao thức này mang dữ liệu thực tế của người sử dụng và báo hiệu giữaSRNC và DRNC

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 31

Phía người sử dụng mạng truyền tải Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Q.2630.1

NNISCTPSSCOPIPAAL5

SCCPMTP3bM3UASSCF-AAL2

NNISCTPSSCOPIPAAL5

SCCPMTP3bM3UASSCF-ATMLớp vật lý

b, Giao diện giữa RNC và Nút B, Iub

Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iub giữa RNC và nút B được cho ở hình 2.7.Đây là giao diện giữa RNC và nút B mà nó điều khiển Trong cấu trúc giao thức, tathấy phía điều khiển mạng truyền tải tương tự như của giao diện Iu-CS Trong phíađiều khiển thì NBAP như là giao thức ứng dụng Trong phía người sử dụng thì một

số giao thức khung có liên quan đến các loại kênh truyền tải khác nhau Về cơ bảnthì giao thức khung đặc thù có thể ứng dụng cho mỗi kênh truyền tải Chú ý: kênhdùng chung đường lên chỉ được định nghĩa cho chế độ TDD

Phía người

sử dụng mạng truyền tải

Phía điều khiển mạng truyền tảiQ.2630.1

SSCF-NNISSCOPAAL5AAL5

SSCOPSSCF-NNI

Q.2150.1

AAL2

ATMLớp vật lý

Phía người

sử dụng mạng truyền tải

2.4 Giao diện vô tuyến của WCDMA

Cấu trúc logic giao diện vô tuyến của WCDMA được xây dựng trên cơ sởcác tiêu chuẩn của UMTS được cho trong hình 2.8 Tại mức thấp nhất là lớp vật lý,lớp này có các chức năng: xử lý vô tuyến, trải phổ, ngẫu nhiên hóa và điều chế, mãhóa/giải mã, điều khiển công suất, định thời, giám sát chuyển giao mềm Các kênhvật lý tồn tại ở lớp vật lý và chúng được truyền qua giao diện vô tuyến Một kênhvật lý được xác định bởi tần số, mã ngẫu nhiên hóa, mã định kênh Một số kênhvật lý chỉ tồn tại để thực hiện thao tác sửa lỗi cho lớp vật lý Các kênh vật lý khácđược sử dụng để mang thông tin từ/đến các lớp cao hơn

Các lớp cao hơn muốn truyền thông tin qua giao diện vô tuyến thì thông tinphải được truyền đến lớp vật lý thông qua lớp điều khiển thâm nhập môi trường(MAC) bằng việc sử dụng một số kênh logic MAC sắp xếp các kênh logic vào cáckênh truyền tải Sau đó, lớp vật lý sẽ sắp xếp các kênh truyền tải vào các kênh vật

lý Trên lớp MAC chúng ta thấy có lớp điều khiển đoạn nối vô tuyến (RLC) RLC

hỗ trợ cả các dịch vụ trong suốt và các dịch vụ được công nhận RLC cung cấp cácdịch vụ sau:

- Thiết lập và giải phóng kết nối RLC

- Phát hiện lỗi

- Đảm bảo thu không lỗi thông qua các xác nhận

- Thu đúng thứ tự

- Thu duy nhất

- Quản lý chất lượng dịch vụ (QoS)

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 33

Điều khiển tài nguyên

Lớp 2-Điều khiển thâm nhập môi trường (MAC)

Lớp 1-Lớp vật lý

Kênh logic

Kênh truyền tải

Báo hiệu phía điều

Vật mang vô tuyếnĐiều khiển

Điều khiểnĐiều khiển

Hình 2.8 Cấu trúc giao thức giao diện vô tuyến WCDMA

Ở phía trên lớp RLC là giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP) Mục đích chínhcủa PDCP là phải cho phép số liệu ở các lớp thấp hơn có cấu trúc chung Tronghình 2.8, ta thấy có chức năng điều khiển quảng bá/đa phương (BMC) Chức năngnày xử lý các bản tin quảng bá của người sử dụng qua ô Điều này cho phép người

sử dụng trong ô thu các bản tin quảng bá Một trong số các thành phần quan trọngnhất là lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) RRC quản lý toàn bộ giao diện

vô tuyến và có trách nhiệm quản lý các tài nguyên vô tuyến Chúng ta có thể thấy,mỗi báo hiệu điều khiển đi hoặc đến các người sử dụng đều truyền qua RRC Điềunày là cần thiết vì các yêu cầu từ người sử dụng hoặc từ mạng có thể được phântích và các tài nguyên vô tuyến có thể được ấn định Cũng tồn tại một giao diệnđiều khiển giữa RRC và các lớp khác

2.5 Các kênh truyền tải

Kênh truyền tải được sử dụng để truyền số liệu được tạo ra ở các lớp cao Cóhai kiểu kênh truyền tải: Kênh truyền tải chung và kênh truyền tải riêng Đối vớikênh truyền tải chung thì tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm người

sử dụng trong ô, còn tài nguyên của kênh riêng được ấn định bởi một mã và mộttần số nhất định để dành riêng cho một người sử dụng duy nhất

2.5.1 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

Mỗi kênh truyền tải đều đi kèm với một chỉ thị khuôn dạng truyền tải (TFI)tại mọi thời điểm mà các kênh truyền tải sẽ nhận được số liệu từ các mức cao hơn.Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau vào chỉ thị kếthợp khuôn dạng truyền tải (TFCI) TFCI được phát trên kênh điều khiển để thôngbáo cho máy thu biết kênh nào đang tích cực ở khung hiện thời Máy thu giải mãTFCI rồi chuyển nó lên cao hơn cho từng

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 35

Khối

truyền tải

Khối truyền tải

và chỉ thị lỗi Khối truyền tải và chỉ thị lỗi

Khối truyền tải

TFCI

Khối

truyền tải truyền tảiKhối Khối truyền tải và chỉ thị lỗi

Khối truyền tải

và chỉ thị lỗi

Giải mã và giải ghép kênh

Mã hóa và ghép kênh

Giải TFCI

Kênh điều

khiển vật lý

Kênh số liệu vật lý khiển vật lýKênh điều Kênh số liệu vật lý

Lớp cao

Lớp vật lý

Hình 2.9 Giao diện giữa các lớp cao và lớp vật lý

Kênh truyền tải

BCH(Kênh quảng bá)

FACH(Kênh truy nhập nhanh)

PCH(Kênh tìm gọi)

RACH(Kênh truy nhập ngẫu nhiên)

DCH(Kênh riêng)

DSCH(Kênh chia sẻ đường xuống)

CPCH(Kênh gói chung)

Kênh vật lý

P-CCPCH(Kênh điều khiển chung sơ cấp)

S-CCPCH(Kênh điều khiển chung thứ cấp)

PRACH(Kênh vật lý truy nhập ngẫu nhiên)

DPDCH(Kênh số liệu vật lý riêng)

DPCCH(Kênh điều khiển vật lý riêng)

PDSCH(Kênh vật lý chia sẻ đường xuống)

PCPCH(Kênh vật lý gói chung)

CPICH(Kênh hoa tiêu chung)

SCH(Kênh đồng bộ)AICH(Kênh chỉ thị bắt mã)

PICH(Kênh chỉ thị tìm gọi)

CSICH(Kênh chỉ thị trạng thái CPCH)

CD/CAICH(Kênh phát hiện va chạm/chỉ thị ấn

định kênh)

Hình 2.10 Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý

kênh trong tất cả các kênh truyền tải đang tích cực ở kết nối Hình 2.9 biểuthị sự sắp xếp hai kênh truyền tải lên một kênh vật lý và cung cấp chỉ thị lỗi chotừng khối truyền tải.

Một kênh vật lý điều khiển một hay nhiều kênh số liệu vật lý tạo nên mộtkênh truyền tải đa hợp được mã hóa (CCTrCh) Có thể có nhiều kênh CCTrCh trênmột kết nối cho trước nhưng trong trường hợp này chỉ có một kênh điều khiển vật

lý được phát Các kênh truyền tải được sắp xếp lên các kênh vật lý khác nhau, một

số kênh truyền tải được mang bởi kênh vật lý giống nhau hay thậm chí còn cùngmột kênh vật lý Hình 2.10 chỉ ra sự sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vậtlý

2.5.2 Cấu trúc các kênh vô tuyến lớp vật lý

2.5.2.1 Kênh truyền tải riêng

Kênh truyền tải riêng duy nhất là kênh riêng (DCH) Kênh truyền tải riêngmang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý riêng cho một người sử dụng, bao gồm sốliệu cho dịch vụ hiện thời cũng như thông tin điều khiển lớp cao Lớp vật lý khôngthể nhận biết được nội dung thông tin được mang ở kênh DCH nên thông tin điềukhiển lớp cao và số liệu người sử dụng được xử lý như nhau Các thông số của lớpvật lý do UTRAN thiết lập có thể được thay đổi giữa số liệu và điều khiển.

Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: điều khiển côngsuất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đếnmột phần ô hay đoạn ô bằng cách thay đổi hướng anten của hệ thống anten thíchứng Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm

Kênh DCH được sắp xếp lên các kênh DPDCH và DPCCH theo cấu trúckhung vô tuyến như cho ở hình 2.11

Thông tin điều khiển lớp vật lý được mang bởi kênh điều khiển vật lý riêng(DPCCH) có tốc độ số liệu cố định 15Kbps và hệ số trải phổ cố định bằng 256.Thông tin lớp cao hơn bao gồm số liệu của người sử dụng được mang ở kênh sốliệu vật lý riêng (DPDCH) với dải hệ số trải phổ từ 256 đến 4 Truyền dẫn đườnglên có thể gồm một hay nhiều kênh số liệu vật lý riêng (DPDCH) với hệ số trải phổthay đổi và một kênh điều khiển vật lý riêng (DPCCH) duy nhất với hệ số trải phổ

cố định

Tốc độ số liệu của DPDCH có thể thay đổi theo khung Thông thường đốivới dịch vụ số liệu thay đổi, tốc độ số liệu của kênh DPDCH được thông báo ởkênh DPCCH DPCCH được phát liên tục và thông tin về tốc độ số liệu ở khung

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 37

Số liệu Ndata bit

Khe #0Khe #1Khe #iKhe #14

Khe #0Khe #1Khe #iKhe #14

1 khung vô tuyến, Tf=10ms

Hình 2.11 Cấu trúc khung vô tuyến cho DPDCH/DPCCH

DPDCH

DPCCH

DPDCH hiện thời được phát nhờ TFCI Nếu giải mã TFCI không đúng thì toàn bộkhung số liệu bị mất Vì TFCI chỉ thị khuôn dạng số liệu của một khung nên việcmất TFCI không ảnh hưởng đến các khung khác Độ tin cậy của TFCI cao hơn độtin cậy của việc phát hiện số liệu người sử dụng ở kênh DPDCH Vì thế ít khi xảy

ra mất TFCI DPCCH sử dụng cấu trúc khe với 15 khe trên một khung vô tuyến10ms Điều này dẫn đến 2560 chip sẽ có độ rộng 667 Như vậy độ rộng khe rấtsgần với độ rộng khe bằng 577s ở GSM Mỗi khe có bốn trường dành cho: cácbit hoa tiêu, TFCI, các bit điều khiển công suất (TPC) và các bit thông tin phản hồi(FBI) Các bit FBI được sử dụng khi phân tập phát vòng kín ở đường xuống Cácbit này hướng dẫn BTS đồng chỉnh công suất và pha của các anten phân tập phát

Có tất cả 6 cấu trúc khe cho DPCCH đường lên Tồn tại các tùy chọn sau: 0,1,2 bitcho FBI, và có hoặc không có bit TFCI Các bit hoa tiêu và TPC luôn luôn có mặt

và số bit của chúng được thay đổi để luôn luôn sử dụng hết khe DPCCH

2.5.2.2 Kênh truyền tải chung

UTRAN định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung Các kênh truyền tải chungkhông có khả năng chuyển giao mềm nhưng một số kênh có điều khiển công suấtnhanh Sáu kiểu kênh truyền tải chung: kênh quảng bá (BCH), kênh thâm nhậpđường xuống (FACH), kênh tìm gọi (PCH), kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH),kênh gói chung đường lên (CPCH), và kênh đường xuống dùng chung (DSCH)

1 Kênh quảng bá (BCH)

Kênh quảng bá là một kênh truyền tải được sử dụng để phát các thông tin đặcthù UTRAN hoặc ô Thông thường, trong một mạng thì số liệu quan trọng nhất làcác mã thâm nhập ngẫu nhiên và các khe thời gian có thể cấp phát hay các kiểuphân tập phát được sử dụng bằng các kênh khác đối với một ô cho trước Do UEchỉ có thể đăng ký đến ô này nếu nó có thể giải mã được kênh quảng bá nên cầnphải phát kênh này ở công suất khá cao để có thể phục vụ mọi người sử dụng trongvùng phủ sóng yêu cầu Từ quan điểm thực tế cho thấy, tốc độ thông tin ở kênhquảng bá bị giới hạn bởi khả năng giải mã số liệu kênh quảng bá của các UE tốc

độ thấp Điều này làm cho kênh quảng bá phải có tốc độ số liệu thấp và cố định.Kênh quảng bá được phát trên kênh vật lý P-CCPCH với SF=256 Cấu trúckhung của P-CCPCH khác với DPCH đường xuống ở chỗ không có lệnh TPC,TFCI và các bit hoa tiêu P-CCPCH không được phát trong 256 chip đầu tiên củatừng khe Trong khoảng thời gian này, SCH sơ cấp và thứ cấp được phát

2 Kênh thâm nhập đường xuống (FACH)

Kênh thâm nhập đường xuống là một kênh truyền tải đường xuống Kênhnày mang thông tin điều khiển đến các UE nằm trong một ô cho trước (chẳng hạnsau khi RNC thu được một bản tin thâm nhập ngẫu nhiên) Các số liệu cũng có thểphát trên kênh FACH và trong mỗi ô có thể có nhiều kênh FACH Một kênhFACH phải có tốc độ bit đủ thấp để tất cả các UE đều thu được Trong trường hợp

có nhiều kênh FACH thì các kênh bổ sung có thể có tốc độ bit cao hơn KênhFACH không sử dụng điều khiển công suất nhanh và để thu đúng các bản tin đượcphát phải chứa thông tin nhận dạng trong băng

3 Kênh tìm gọi (PCH)

Kênh tìm gọi là một kênh truyền tải đường xuống mang số liệu liên quan đếnthủ tục tìm gọi, chẳng hạn khi mạng muốn khởi đầu thông tin với UE Việc thiết kếkênh tìm gọi ảnh hưởng đến mức tiêu thụ công suất của UE ở chế độ chờ UE càng

ít thường xuyên điều chỉnh máy thu của mình để thu đúng các bản tin tìm gọi thì

ắc quy của nó càng tồn tại lâu ở chế độ chờ

4 Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH: Random Access Channel) là kênhtruyền tải đường lên được sử dụng để mang thông tin điều khiển từ UE Kênh nàycũng có thể được sử dụng để phát đi các cụm nhỏ số liệu gói từ UE Để hoạt độngđúng, hệ thống phải thu được kênh RACH từ mọi vị trí trong vùng phủ của ô Điềunày cũng có nghĩa rằng, tốc độ số liệu thực tế của RACH phải đủ thấp, ít nhất làđối với thâm nhập hệ thống lần đầu và các thủ tục điều khiển khác

Sinh viên: Trần Phi Hùng Lớp 46K-ĐTVT 39

Số liệu Ndata bit

Hoa tiêu Npilot bit TFCI NTFCI bit

Khe #0Khe #1Khe #iKhe #14

Tkhe =2560 chip, 10*2k bit (k=0 3)

Khung vô tuyến phần bản tin: TRACH=10ms

Hình 2.12 Cấu trúc khung vô tuyến phần bản tin của RACH

Số liệu

Điều khiển

Hình 2.12 cho thấy cấu trúc khung vô tuyến của kênh PRACH để truyền dẫnphần bản tin của RACH Khung vô tuyến phần bản tin 10ms được chia thành 15khe thời gian, mỗi khe dài Tslot =2560 chip Mỗi khe gồm hai phần: Phần số liệumang thông tin lớp 2 và phần điều khiển mang thông tin lớp 1 Phần bản tin dài20ms gồm 2 khung vô tuyến liên tiếp của phần bản tin Phần số liệu gồm 10*2k bit(k=0,1,2,3 tương ứng với các hệ số trải phổ 256, 128, 64, 32) Phần điều khiểngồm 8 bit hoa tiêu biết trước để hỗ trợ tách sóng nhất quán và 2 bit TFCI, tươngứng với hệ số trải phổ 256 Tổng số bit TFCI trong bản tin truy nhập ngẫu nhiên là:15*2=30 Giá trị của TFCI tương ứng với một khuôn dạng truyền tải nhất định củabản tin truy nhập hiện thời.

Hoạt động của RACH không bao hàm điều khiển công suất, vì thế để đảmbảo mức công suất hợp lý, các tiền tố được phát với công suất tăng dần theo từngnấc Sau khi các tiền tố RACH được BTS phát hiện, nó được công nhận bằng kênhchỉ thị bắt (AICH: Acquistion Indicator Channel) được phát xuống từ BTS Sau đóphần bản tin của RACH (10 hay 20 ms) mới được phát

5 Kênh gói chung đường lên (CPCH)

Kênh gói chung đường lên là một sự mở rộng của kênh RACH để mang sốliệu của người sử dụng được phát theo gói ở đường lên FACH ở đường xuốngcùng với kênh này tạo thành một cặp kênh để truyền số liệu Ở lớp vật lý, các điểmkhác nhau chính giữa kênh CPCH và kênh RACH là việc sử dụng điều khiển côngsuất nhanh, cơ chế phát hiện va chạm trên cơ sở vật lý và thủ tục giám sát trạngthái CPCH So với một hoặc hai khung của bản tin RACH thì truyền dẫn CPCHđường lên có thể kéo dài nhiều khung

Kênh FACH thực hiện truyền báo hiệu đường xuống cho đầu cuối sử dụngCPCH Sở dĩ không sử dụng DPDCH mang DPCCH cho báo hiệu CPCH là vì đây

là kênh thiết lập và giải phóng nhanh Trong khi đó nội dung của DPDCH được xử

lý ở lớp cao đặt tại RNC Khi RNC muốn phát bản tin báo hiệu (ARQ chẳng hạn)đến đầu cuối để trả lời sự tích cực của CPCH, kết nối CPCH có thể đã được BTSkết thúc Kênh CPCH được truyền trên kênh vật lý PCPCH ở đường lên

Phát truy nhập ngẫu nhiên CPCH gồm một hay nhiều tiền tố truy nhập AP(Access Preamble) dài 4096 chip, một tiền tố phát hiện va chạm dài 4096 chip,