Công nghệ HSDPA trong 3g luận văn tốt nghiệp đại học

Cùng với quá trình phát triển của công nghệ, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản phẩm, hệ thống thông tin di động ngày càng hoàn thiện mang lại nhiều dịch vụ nâng cao, phục vụ nhu cầu gia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

CÔNG NGHỆ HSDPA TRONG 3G

Sinh viên thực hiện : NGÔ VĂN THANH

Giảng viên hướng dẫn :KS HỒ SỸ PHƯƠNG

NGHỆ AN, 01-2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ……….………….…… Số hiệu sinh viên: ………

Khoá:……….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………

1 Đầu đề đồ án: ……… ………

……… ………

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……… ……… …… ………

……….

… ……… ……….

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……… ….

………

…… ….

………

……… ….………

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……… ….

………

……….……….

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: ………

………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……….………

7 Ngày hoàn thành đồ án: ……… ………

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: .

Ngành: Khoá: .

Giảng viên hướng dẫn:

Cán bộ phản biện :

1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 5

CÁC HÌNH VẼ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 6

CÁC BẢNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 8

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 9

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 13

1.1 Hệ thống thông tin di động thứ nhất 13

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai 15

1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba 18

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ WCDMA VÀ SỰ XUẤT HIỆN CỦA HSDPA 2.1 Công nghệ WCDMA 22

2.1.1 Cấu trúc của W-CDMA 23

2.1.2 Các giao diện trong WCDMA 26

2.1.2.1 Giao diện UTRAN – CN, IU 27

2.1.2.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 27

2.1.2.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 28

2.1.3 Các kênh cơ bản của WCDMA 28

2.1.3.1 Kênh logic 29

2.1.3.2 Kênh truyền tải 31

2.1.3.3 Kênh vật lý 32

2.1.4 Bước cải tiến của W- CDMA 36

2.2 Sự xuất hiện của HSDPA 38

2.2.1 Giới thiệu về HSDPA 38

2.2.2 Những cải tiến của HSDPA so với WCDMA 40

CHƯƠNG III CÔNG NGHỆ HSDPA 44

3.1 Nguyên lý hoạt động trong HSDPA 44

3.2 Chuyển giao trong HSDPA 46

3.2.1 Xác định ô tốt nhất và chuyển giao 46

4

3.2.2 Chuyển giao HS-DSCH giữa các ô (hay đoạn ô) trong cùng một

RNC 47

3.2.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai ô (đoạn ô) thuộc hai RNC khác nhau 48

3.2.4 Chuyển giao HS-DSCH sang ô chỉ có DCH 48

3.3 Kênh chia sẻ đường xuống tốc độ cao HS-DSCH 50

3.3.1 Điều chế trong HS-DSCH 50

3.3.2 Mã hóa kênh HS-DSCH 52

3.4 Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ cao HS-SCCH 53

3.5 Kênh điều khiển dành riêng vật lý tốc độ cao 55

3.6 Kỹ thuật sử dụng trong HSDPA 58

3.6.1 Truyền dẫn kênh chia sẻ 58

3.6.2 Lập biểu phụ thuộc kênh 60

3.6.3 Mã hóa và điều chế thích nghi AMC 63

3.6.4 Yêu cầu lặp lại tự động hỗn hợp nhanh HARQ 66

3.6.5 HARQ với kết hợp mềm 69

3.6.6 Lập lịch nhanh và hợp lý tại Node B 72

3.6.7 Khoảng thời gian truyền dẫn ngắn TTI 73

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua song vô tuyến, có khả năng vừa di chuyển vừa liên lạc được Các dịch vụ của hệ thống thông tin di động cho đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện Các hệ thống này chưa tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay Cùng với quá trình phát triển của công nghệ, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản phẩm, hệ thống thông tin di động ngày càng hoàn thiện mang lại nhiều dịch vụ nâng cao, phục

vụ nhu cầu giao tiếp của con người, mang lại nhiều tiện ích hơn cho người

sử dụng

Ngày nay với sự gia tăng nhu cầu sử dụng mạng viễn thông đòi hỏi các công nghệ viễn thông phải không ngừng phát triển đế đáp ứng lại những yêu cầu to lớn đó Cùng với sự phát triển bùng nổ của các loại hình dịch vụ trên Internet, các công nghệ truy cập cũng liên tục được phát triển để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về băng thông cho truy cập Internet Các công nghệ truy cập băng rộng đã được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây bao gồm các công nghệ truy cập hữu tuyến và công nghệ vô tuyến

Trong vài năm qua, các nhà cung cấp dịch vụ di động và sản xuất thiết

bị di động đã đề cập khá nhiều tới một khái niệm tưởng chừng như quen thuộc 3G Mặc dù đã tồn tại từ khá lâu nhưng không phải ai cũng hiểu đích xác cụm từ 3G dùng để mô tả dịch vụ điện thoại di động thế hệ thứ ba Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: UMTS (Universal Mobile Telephone Service)- hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có; và CDMA2000 – mang đến khả năng truyền tải dữ liệu ở mức 3G cho mạng CDMA Trong khi đó, các công nghệ di động tương lai như 3,5G và 4G (HSDPA và WiMax) sẽ có khả năng kết nối bằng modem cáp, và tốc độ kết nối tương đương với mạng Gigabyte Ethernet

Xuất phát từ thực tế trên em đã chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp là “

Công nghệ HSDPA trong 3G” Tìm hiểu về đề tài này em chủ yếu tập trung

6

nghiên cứu và tìm hiểu công nghệ HSDPA ở các khía cạnh các kỷ thuật sử dụng trong HSDPA, chuyển giao và nguyên lý hoạt động của HSDPA

Trước hết em xin chân thành cảm ơn KS Hồ Sỹ Phương đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô và bạn bè đã tạo điều kiện và giúp đỡ

em trong suốt thời gian theo học trên ghế nhà trường cũng như trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này

Do thời gian và trình độ có hạnh nên chắc chắn những vấn đề em nêu ra trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo và những ý kiến đóng góp của giáo viên các bạn hay những ai quan tâm đến đề tài này

Nghệ An, ngày…./…/…

Sinh viên Ngô Văn Thanh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong quá trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thứ nhất (1G) cho đến nay Các công nghệ không ngừng được cải tiến và phát triển để có thể đáp ứng nhu cầu của người dùng Tiền thân của 3G là hệ thống điện thoại 2G như GSM, CDMA, PHS… GSM sau đó được nâng cấp lên thành GPRS, hay còn gọi là thế hệ 2.5G GPRS hỗ trợ tốc độ 144kb/s nhưng trong thực tế là 56kb/s và được xếp vào hệ thống 2.75G Năm 2006 mạng UMTS tại nhật đã nâng cấp lên HSDPA là một tính năng mới được đề cập trong các phiên bản R5 của 3GPP (3rd Generation Partnership Project- dự án đối tác thế hệ thứ 3) cho hệ thống truy nhập vô tuyến WCDMA/UTRA-FDD và được xem là một trong những công nghệ tiên tiến cho hệ thống thông tin di động 3.5G

Nội dung đồ án bao gồm ba chương

Chương 1 Giới thiệu về lịch sử phát triển và các công nghệ triển khai qua các thế hệ thông tin di động

Chương 2 Giới thiệu một số đặc điểm của W-CDMA, và sự xuất hiện của HSDPA

Chương 3 Đề cập về nguyên lý hoạt động, chuyển giao và các kỹ thuật được sử dụng trong HSDPA

8

CÁC HÌNH VẼ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Hình 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G-3G 20

Hình 2.1 Cấu trúc UMTS 23

Hình 2.2 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN 25

Hình 2.3 Cấu trúc kênh của WCDMA 27

Hình 2.4 Cấu trúc kênh logic 28

Hình 2.5 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận 31

Hình 2.6 Tốc độ truyền WCDMA đường lên 32

Hình 2.7 Cấu trúc kênh dành riêng 33

Hình 2.8 Cấu trúc kênh CCPCH 33

Hình 2.9 Cấu trúc kênh đồng bộ SCH 34

Hình 2.10 Chất lượng khe thời gian của kênh truy cập RACH 35

Hình 2.11 Tổng quan về HSDPA 38

Hình 2.12 So sánh cơ bản giữa WCDMA và HSDPA 40

Hình 3.1 Kiến trúc HSDPA 43

Hình 3.2 Đo và báo cáo ô (đoạn ô) phục vụ HS-DSCH tốt nhất 46

Hình 3.3 Chuyển giao HS-DSCH giữa hai đoạn ô cùng một RNC 46

Hình 3.4 Chuyển giao HS-DSCH giữa các đoạn ô hai RNC khác nhau 47

Hình 3.5 Chuyển giao HS - DSCH từ Node B có HS - DSCH sang một Node B chỉ có DCH 48

Hình 3.6 Sơ đồ chùm sao tín hiệu QPSK và 16-QAM 50

Hình 3.7 Sơ đồ mã hóa turbo trong HSDPA 52

Hình 3.8 Cấu trúc kênh HS-DPCCH 56

Hình 3.9 Cơ cấu truyền dẫn HS-DSCH 59

Hình 3.10 Trạng thái kênh của các user khi lập biểu phụ thuộc kênh 61

Hình 3.11 Nguyên lý lập biểu HSDPA của nút B 62

Hình 3.12 Kiến trúc giao thức phẳng HSDPA cho người sử dụng 66

Hình 3.13 Quá trình truyền lại block dữ liệu IR .68

Hình 3.14 HARQ trong HSDPA 69

Hình 3.15 HARQ kết hợp mềm phần dư tăng sử dụng mã hóa Turbo 71

10

Hình 3.16 Lập lịch nhanh và hợp lý 73

CÁC BẢNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Bảng 1.1 So sánh các công nghệ di động 20

Bảng 2.1 Các thông số chính của W-CDMA 37

Bảng 3.1 Tổng quan về các loại chuyển giao trong HSDPA và các đặc tính của nó 49

Bảng 3.2 Ví dụ về MSC của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã 65

Bảng 3.3 Lược đồ mã hóa điều chế của HSDPA và tốc độ bit tối đa khả dụng với mỗi mã 65

12

Đường dây thuê bao số bất đối xứngAMC Adaptive Modulation and

Coding

Mã hóa và điều chế thích

ứngAMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di

động tiên tiếnBPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân

BTS Basic Transceiver Station Trạm thu phát gốcCDMA Code Davision Multiple Access Đa truy nhập phân chia

theo mã

CQI Channel Quality Indivator Chỉ thị chất lượng kênhCRC

DTX Discontinuous Transmission Truyền thông liên tụcEDGE Enhanced Data rate for GPRS

Evolution

Tốc độ số liệu tăng cường

để phát triển GPRSFDM Frequency division multiplexing Hệ thống phân chia tần sốFCC Federal Communications

Commission

Ủy ban truyền thông liên

bangFDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia

theo tần sốFFSK Fast Frequency Shift Keying Điều chế khóa dịch tần

nhanhFSK Frequency Shift Keying Điều chế khóa dịch tầnFRAMES Future Radio Multiple Access

Scheme

Sơ đồ đa truy nhập vô tuyến tương laiGPRS Generation Packet Radio

Service

Dịch vụ vô tuyến gói

chungGSM Global System for Mobile

Communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầuHARQ Hybrid Automatic Repeat

request

Yêu cầu tự động phát lại

linh độngHLR Home Location Register

HSDPA High Speed Downlink Packet

Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ caoHS-DPCCH High Speed Dedicated Physical

Control Channel

Kênh điều khiển vật lý dành riêng tốc độ caoHS-PDSCH High-Speed Physical

Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý tốc độ cao

HS-DSCH High Speed Dedicated Share

Channel

Kênh chia sẻ dành riêng

tốc độ caoHS-SCCH High Speed Shared Control

Channel

kênh điều khiển dung chung tốc độ caoIMT International Mobile

Telecommunication

Hệ thống thông tin di động quốc tế

ITU International Telegraphic Liên minh viễn thông thế

giớiM3UA MTP3 User Adaption Layer

MSC/VLR Mobile Services Switching

Center/Visitor Location Register

Tổng đài chuyển mạch/ cơ

sở dữ liệuNA-TDMA North American - Time

Division Multiple Access

Chuẩn đa truy nhập phân chia theo thời gian ở Bắc

Mỹ14

PDCP Packet Data Convergence

Protocol

Giao thức hội tụ số liệu

gói

PVC Permanent Virtual Connection Kết nối ảo

QAM Qiadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ vuông

gócQPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế khóa chuyển pha

vuông gócRLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô

tuyếnRNC Radio Netword Controller Điều khiển mạng vô tuyếnRRC Radio Resource Control Điều khiển tài nguyên vô

tuyến

SAW-ARQ Ttop And Wait – Automatic

Repeat request

Dừng và đợi-tự động phản

hồi

SINR Signal to Interference plus

Moise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

cộng nhiễuSNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tạp âm trên nhiễu

SCTP Simple Control Transmission

ProtocolOFDM Orthogonal frequency division

multiplexing

Ghép kênh tần số trực

giaoTACS Total Access Communication

System

hệ thống giao tiếp truy cập

tổng hợpTDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia

theo thời gianTTI Short Transmission Time

Interval

Khoảng thời gian truyền

dẫn ngắn

USIM Universal Subcriber Identity

Module

Thẻ người sử dụng

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System

Hệ thống di động toàn cầu

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến

VHE Virtual Home Environment Môi trường thông tin nhà

Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện

từ Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đã đặt ra các yêu mới đối với công nghệ viễn thông di động

1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (1st Generation) Các điện thoại di động chuẩn analog, sử dụng công nghệ 1G với tín hiệu sóng analog, được giới thiệu trên thị trường vào những năm 1980 Đấy là những điện thoại anolog sử dụng kỹ thuật điều chế radio gần giống như kỹ thuật dùng trong radio FM Trong thế hệ điện thoại này, các cuộc thoại không được bảo mật Thế hệ 1G này còn thường được nhắc đến với

"Analog Mobile Phone System (AMPS)" Hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G), Do Bell Labs nghiên cứu vào những năm 1970 và cung cấp thuơng mại ở Mỹ năm 1983 Hệ thống này hoạt động ở dải tần số 800 Mhz tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khoá dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) cho tín hiệu, và kỹ thuật truy cập được sử dụng là FDMA (Frequency Division Multiple Access) Tín hiệu FSK có dạng sóng dao động có tần số khác nhau, mỗi bit đặc trưng bởi tần số

16

khác nhau này của tín hiệu ưu điểm của điều chế này là dễ chế tạo nhưng lại hay mắc lỗi khi truyền

Công nghệ FDMA được sử dụng lần đầu tiên trong hệ thống thông tin tương tự Trong kỹ thuật này băng tần tổng được phân chia thành nhiều băng tần nhỏ Mỗi thuê bao MS được phép truyền liên tục theo thời gian trên một băng tần nhỏ đã được cấp phát cho MS đó

Một trong những công nghệ 1G phổ biến là NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga Phát triển năm

1970 và đưa ra thị trường năm 1981, Hệ thống này hoạt động ở dải tần số 450Mhz, kích thước cell 2 đến 30 km Dùng phổ biến ở Đông Âu, Trung Đông Nhược điểm của công nghệ này là không được mật mã hoá nên có thể

bị nghe trộm dễ dàng Tốc độ truyền số liệu 600/1.200 bit/s dùng điều chế FFSK (Fast Frequency Shift Keying)

TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh, hoạt động ở dải tần số 900 Mhz

C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia, hoạt động ở dải tần số 450 Mhz

Để có bức tranh toàn cảnh, ngắn gọn về thông tin di động ta điểm lại những mốc phát triển quan trọng trong lịch sử Có thể chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển hình:

Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng lần đầu tiên được giới thiệu ở 25 thành phố của Mỹ Mỗi hệ thống dùng bộ ăng ten công suất lớn đặt cao phủ sóng toàn thành phố (bán kính 50km), kỹ thuật FM, truyền bán song công (Pust-to talk), ở băng tần 150MHz, độ rộng kênh truyền là 120kHz Đây chưa phải hệ thống tế bào, tần số chưa được dùng lặp lại nên số người được phục vụ rất ít

Năm 1950: Độ rộng kênh thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng tăng gấp đôi

Năm 1960: Độ rộng kênh chỉ còn 30kHz, hiệu suất phổ tần tăng gấp 4 lần Xuất hiện tổng đài tự động, dịch vụ IMTS (song công, tự động quay số,

tự động chọn kênh ) Tuy nhiên nhanh chóng bị bão hoà bởi nhu cầu người sử dụng do dịch vụ chất lượng kém và hay bị bận Dịch vụ IMTS hiện vẫn còn ở

Mỹ, song hiệu suất sử dụng phổ kém so với điện thoại tế bào hiện nay Cũng trong thời gian này, lý thuyết mạng tế bào ra đời (AT&T đưa ra dự án điện thoại năm 1968) Tuy nhiên công nghệ điện tử lúc đó chưa đáp ứng được

Năm 1983: Ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến AMPS (Advanced Mobile Phone System ) Đánh dấu sự ra đời điện thoại tế bào thế

hệ 1 Ủy ban viễn thông liên bang Mỹ (FCC) đã phân cho dịch vụ này 1 dải tần 40MHz trên khoảng tần số 800MHz (ứng với 660 kênh song công rộng 2x30kHz= 60kHz) Phổ tần này được phân đều cho 2 nhà cung cấp để tạo sự cạnh tranh

Năm 1989: Trước yêu cầu tăng trưởng mạnh mẽ số người sử dụng FCC phân thêm cho dịch vụ này 10MHz phổ nữa (ứng với 166 kênh song công)

Hệ thống điện thoại tế bào này hoạt động trong môi trường han chế giao thoa,

sử dụng lại tần số, kĩ thuật đa truy cập theo tần số (FDMA)

Khi số lượng các thuê bao trong mạng tăng lên, người ta thấy cần phải

có biện pháp nâng cao dung lượng của mạng, chất lượng các cuộc đàm thoại cũng như cung cấp thêm một số dịch vụ bổ sung cho mạng Để giải quyết vấn

đề này người ta đã nghĩ đến việc số hoá các hệ thống điện thoại di động, và điều này dẫn tới sự ra đời của các hệ thống điện thoại di động thế hệ 2

1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của Hà Lan, do công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận của Elisa) triển khai vào năm 1991 So với 1G, ba lợi ích chủ yếu của mạng 2G chính là :

- Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số

- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị

18

- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS

Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép kênh được sử dụng

Hệ thống thông tin di động TDMA được phát triển trên nền FDMA Ứng dụng kỹ thuật nén số đối với thoại để mỗi thuê bao trong hệ thống đều có thể truy cập toàn bộ băng tần vô tuyến của hệ thống ở các khe thời gian khác nhau Mỗi thuê bao được cấp một khe thời gian trong cấu trúc khung Khoảng thời gian không sử dụng giữa các khe lân cận là thời gian bảo vệ để giảm nhiễu Trong hệ thống Cellular, phổ tần được chia thành các dải tần liên lạc trong khe thời gian của nó để truyền thông tin dữ liệu Nếu phổ tần có sẵn được chia thành nhiều dải tần liên lạc cho các nhóm thuê bao riêng biệt thì gọi

là TDMA băng hẹp Còn nếu phổ tần cho phép đều được sử dụng cho mọi thuê bao thì gọi là phương pháp TDMA băng rộng Khuyết điểm của kỹ thuật TDMA là hiện tượng trễ truyền dẫn gây ra sự trùng chập tín hiệu giữa hai khe thời gian lân cận nếu thời gian bảo vệ của mỗi khe không đủ Lý thuyết đã chứng minh giả sử bán kính Cell là R thì thời gian trễ là Ttrễ = "2R/C." Để tránh chồng chập tín hiệu thì khoảng thời gian bảo vệ tối thiểu của mỗi khe thời gian phải là Gmin="2R/C," nhưng điều này sẽ làm giảm dung lượng kênh Để dung lượng kênh không bị giảm thì có thể sử dụng phương pháp thứ hai là không có thời gian bảo vệ mà thay thế bằng cách điều chỉnh thời gian phát của thuê bao MS Tuy nhiên khi đó cần phải xác định khoảng cách MS

— BS và điều chỉnh định thời thích ứng Vì vậy, cần phải tùy theo đặc điểm từng hệ thống mà lựa chọn phương pháp thích hợp Hệ thống TDMA điển hình là GSM (Global System for Mobile )

Sau khi tiêu chuẩn NA-TDMA (IS-54) được thiết lập Trong hệ thống thông tin di động CDMA, nhiều thuê bao MS sử dụng chung cùng một băng

tần Cell, nhưng được phân biệt với nhau theo các mã khác nhau Các thuê bao

có thể thực hiện cuộc gọi đồng thời mà không gây nhiễu nhờ tính không tương quan giữa các mã khác nhau đó Mỗi thuê bao di động MS được gán một mã riêng và kỹ thuật trải phổ tín hiệu sẽ giúp cho các MS không gây nhiễu lẫn nhau mặc dù có thể cùng một lúc dùng chung dải tần số Nếu muốn thu được tín hiệu của kênh truyền thì phải biết được mã của kênh đó

Đặc điểm của tín hiệu CDMA là sử dụng tín hiệu cao tần, dải tần rộng hàng MHz, sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ rất nhỏ và chống Fading hiệu quả hơn FDMA và TDMA Việc thuê bao các MS trong Cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn là vấn đề và chuyển giao trở thành mềm Điều khiển dung lượng trong Cell rất linh hoạt Hệ thống CDMA cũng áp dụng kỹ thuật nén số như TDMA nhưng với tốc độ bit thay đổi theo tích cực thoại, nên tín hiệu thoại có tốc độ bit trung bình nhỏ hơn Hệ thống CDMA điển hình là IS-95

Thế hệ thứ 2 (2G) được phổ biến trong suốt thập niên 90 Sự phát triển công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã làm bùng nổ lượng thuê bao di động trên toàn cầu Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các công nghệ analog sang digital Giai đoạn này có các hệ thống thông tin di động số như:

- GSM - 900MHZ (Global System for Mobile- hệ thống di động toàn cầu) GSM là một hệ thống của Châu Âu được thiết kế theo kỹ thuật tín hiệu

số Nó không tương thích với các hệ thống trước đó Hệ thống GSM nguyên thủy hoạt động ở tần số 900Mhz So với các hệ thống mạng lưới khác, người dung di động liện lạc với nhau thông qua một trạm trung tâm tại mỗi vị trí bằng cách sử dụng các kết nối lên và kết nối xuống riêng rẽ nhau Tần số nối lên bắt đầu tại 935.2Mhz và kênh nối xuống bắt đầu từ 890.2Mhz Tất cả các kênh có độ rộng tần số là 200 khz Mỗi băng tần trong số 124 uplink và downlink bao gồm các khung 8 khe (slot) để truyền thoại và dữ liệu Mỗi khe

20

đại diện cho một kênh người dung, được tạo ra bởi kỹ thuật phân kênh theo thời gian Khách hàng khi hoạt động được cấp phát một tần số lên và một tần

số xuống Sau đó các khung được vận chuyển trên một khe của tần số này Vì

có 8 khe trên mỗi kênh và có tất cả 124 kênh nên trên lý thuyết hệ thống có thể phục vụ cho 992 người dung Tuy nhiên một số kênh sẽ không dung được nếu chúng xung đột với kênh hiện thời đang được sử dụng trong ô lưới mạng bên cạnh Mỗi khoảng thời gian truyền khung trong uplink hay downlink có

độ rộng là 1250 bit chia thành 8 khe 148 bit Mỗi khe có thể chứ 114 bit dữ liệu, với các bit còn lại chứa thông tin tiêu đề khung và thông tin đồng bộ dữ liệu Mỗi kênh có thể truyền một cuộc đối thoại âm hay truyền dữ liệu với tốc

độ là 9600bit/giây

- DCS - 1800MHZ (Digital Cordless System – hệ thống kỹ thuật số không dây) Chuẩn GSM đã được mở rộng tại nhiều quốc gia lên đến băng tần 1800Mhz hệ thống này còn được gọi là DSC-1800 ( Digital Communication System -1800 - hệ thống truyền thông kỹ thuật số-1800), sử dụng kích thước

ô lưới nhỏ hơn, lý tưởng cho các vùng đô thị có mật độ dân cư dày Các ô lưới với kích thước nhỏ yêu cầu quá trình xử lý ít hơn đối với các thiết bị cầm tay

- PDC - 1900Mhz (Personal Digital Cellular- Kỹ thuật số di động cá nhân )

- IS - 54 và IS - 95 ( Interior Standard )

Trong đó GSM là tiền thân của hai hệ thống DCS, PDC Các hệ thống

sử dụng kỹ thuật TDMA (Time Division Multiple Access) ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code Division Multiple Access) Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công nghệ thông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả năng giữ liên lạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác

2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không dây Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có

trang bị hệ thống chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống Trong khi các khái niệm 2G và 3G được chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G lại không được như vậy Khái niệm này chỉ dùng cho mục đích tiếp thị Thế hệ này đặc trưng bởi dịch vụ dữ liệu tốc độ cải tiến Chuẩn chính của thế hệ này là GPRS, EDGE và IS-95B GPRS (General Packet Radio Service - dịch vụ vô tuyến di động gói tổng hợp ), là một bước phát triển tiếp theo để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độc cao cho người dùng GSM

và IS-136 Theo lý thuyết thì GPRS có thể cung ứng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 172.2Kb/s Đây là bức đệm quan trọng trong quá trình chuyển từ thế hệ 2G sang 3G của các nhà cung cấp dịch vụ GSM/IS-136 GPRS tận dụng được một cách hiệu quả mạng vô tuyến GSM

EDGE (Enhanced Datarates for Global Evolution - nâng cao tốc độ truyền dữ liệu) ra đời để cải tiến tốc độ truyền dữ liệu Lúc này tốc độc có thể lên đến 384Kb/s EDGE đôi khi còn được biết đến như công nghệ 2.75G

Ở Mỹ, hệ thống CDMAOne ( trước đó là IS-95) được dự định phát triển thành phiên bản 3G là CDMA2000 Các dịch vụ cơ bản mà CDMA2000

sẽ cung cấp là dịch vụ điện thoại di động truyền thống và các dịch vụ âm thanh tiên tiến như thư thoại Ngoài ra cung cấp dịch vụ tốc độ thấp CDMA2000 sẽ cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ trung bình từ 64Kb/s đến 144Kb/s cho các ứng dụng như internet, và tốc độ cao lên đến 2Mb/s cho các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói cao tốc

2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và

có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA GPAS là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM

sử dụng Và giao thức, như EDGE cho GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lượng như các dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự

1.3 Hệ thống thông tin di động thứ ba

22

Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng công nghệ số nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được dịch vụ mới này 3G công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba

là giai đoạn mới nhất trong sự tiến hóa của ngành viễn thông di động Nếu 1G (the first gerneration) của điện thoại di động là những thiết bị analog, chỉ có khả năng truyền thoại 2G (the second generation) của ĐTDĐ gồm cả hai công năng truyền thoại và dữ liệu giới hạn dựa trên kỹ thuật số Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT – 2000 IMT – 2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và cho phép sử dụng nhiều phương tiện thông tin Mục đích của IMT – 2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba sử dụng các kỹ thuật đa truy nhập: đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA một sóng mang và đa sóng mang DECT, CDMA đa sóng mang(CDMA2000 hay IS2000), CDMA băng rộng theo thời gian (WCDMA-TDD) và theo tần số (WCDMA- FDD) Nó có dải thông khá rộng là 1885MHz-2025MHz và 2110MHz – 2200MHz trên toàn thế giới theo tiêu chuẩn IMT-2000 3G mang lại cho người dùng các dịch vụ giá trị gia tăng cao cấp, giúp chúng ta thực hiện truyền thông thoại và dữ liệu (như e-mail và tin nhắn dạng văn bản), download âm thanh và hình ảnh với băng tần cao Tăng tốc độ dữ liệu lên đến

384 kbps khi di chuyển và 2 Mbps khi đứng tại chỗ Tăng dung lượng (hiệu quả sử dụng băng tần cao hơn) Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn; tải tệp tin video và MP3; thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao…

Bảng 1.1 So sánh các công nghệ di động

- GPRS

- 1xRTT

- EDGE

Từ 30KbpsĐến 90Kbps

- 1xEV-DO

144Kbps đến 2Mbps

- Video chất lượng cao

- Video theo yêu cầu (VOD)

- Video hội họp3G là thuật ngữ dùng để chỉ các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ

ba Công trình nghiên cứu của các nước Châu Âu cho W-CDMA đã bắt đầu

từ các đề án CDMT (Code Division Multiple Testbed): Phòng thí nghiệm đa truy nhập theo mã) và FRAMES (Future Radio Multiple Access Scheme: Sơ

đồ đa truy nhập vô tuyến tương lai) từ đầu thập niên 90

IDNE(800)

CDMA20

00 1X

EDGE GPRS

GPRS

WCDMA

CDMA 2000MX

Hình 1.1 Lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G-3G

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ WCDMA VÀ SỰ XUẤT HIỆN CỦA

HSDPA 2.1 Công nghệ WCDMA

W-CDMA (Wideband CDMA) dùng công nghệ DS-CDMA băng rộng

để có tốc độ cao hơn và hỗ trợ nhiều người dùng mạng 2G WCDMA hỗ trợ

cả hai chế độ song công là TDD và FDD, tuy nhiên chỉ có WCDMA FDD được sử dụng rộng rãi Hệ thống thông tin di động thế hệ ba W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2MBit/s 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 dể 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

Các nhà khai thác có thể cung cấp rất nhiều dịch vụ đối với khách hàng,

từ các dịch vụ điện thoại khác nhau với nhiều dịch vụ bổ sung cũng như các dịch vụ không liên quan đến cuộc gọi như thư điện tử, FPT…

Tiêu chuẩn W-CDMA là nền tảng của chuẩn UMTS (Universal Mobile

Telecommunication System), dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ dãy trực tiếp

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba với công nghệ W-CDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2Mb/s 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 dể 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

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ 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:

+> 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

+> 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

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:

+> Đường lên : 1885-2025 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 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 thông tin 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 thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

+> Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

2.1.1 Cấu trúc của W-CDMA

Về mặt chức năng có thể chia cấu trúc mạng W-CDMA ra làm hai phần:

- Mạng lõi CN

26

- Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN

Trong đó mạng lõi sử dụng toàn bộ cấu trúc phần cứng của mạng GPRS còn mạng truy nhập vô tuyến là phần nâng cấp của W-CDMA Ngoài

ra để hoàn thiện hệ thống, trong W-CDMA còn có thiết bị người sử dụng (UE) thực hiện giao diện người sử dụng với hệ thống Từ quan điểm chuẩn hóa, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức mới được thiết kế dựa trên công nghệ vô tuyến W-CDMA, trái lại mạng lõi được định nghĩa hoàn toàn dựa trên GSM Điều này cho phép hệ thống W-CDMA phát triển mang tính toàn cầu trên cơ sở công nghệ GSM

ME (Mobile Equipment) Thiết bị di động : Là đầu cuối vô tuyến được

sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu

UMTS (USIM) Module nhận dạng thuê bao: Là một thẻ thông minh

chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lưu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin thuê bao cần thiết cho đầu cuối

 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập

vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

PLMN, PST, NISDN internet

Nút B : Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu

Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển

các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

 CN(Core Network): mạng lõi, nó chia làm ba miền đó là

+> Chuyển mạch kênh

+> Chuyển mạch gói

+> Môi trường nhà

Mạng lõi bao gồm các:

HLR (Home Location Register) : Là thanh ghi định vị thường trú lưu

giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của người sử dụng Các thông tin này bao gồm : Thông tin về các dịch vụ được phép, các vùng không được chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung như: trạng thái chuyển hướng cuộc gọi, số lần chuyển hướng cuộc gọi

MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location

Register): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh VLR có chức năng lưu giữ bản sao về lý lịch người sử dụng cũng như vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ

GMSC (Gateway MSC) : Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.

SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử

dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC

nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

 Các mạng ngoài:

Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.

Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.

Các giao diện vô tuyến

28

Giao diện C U : Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chuẩn cho các thẻ thông minh.

Giao diện U U : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

Giao diện I U : Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau

Giao diện I Ur : Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau

Giao diện I Ub : Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC IUb được tiêu chuẩn hóa như là một giao diện mở hoàn toàn

Hình 2.2 Mô hình tổng quát các giao diện vô tuyến của UTRANCấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại

2.1.2 Các giao diện trong WCDMA

Phía người sử dụng mạng truyển tải

Mạng báo hiệu

Phía điều khiển mạng truyền tải ALCAP

Mạng báo hiệu

Luồng số liệu

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Mạng báo hiệu

Lớp vật lý

2.1.2.1 Giao diện UTRAN – CN, I U

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với

CN Iu có hai kiểu : Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và

Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

 Cấu trúc IU CS

IU CS sử dụng phương thức truyền tải ATM trên lớp vật lý là kết nối vô tuyến, cáp quang hay cáp đồng Có thể lựa chọn các công nghệ truyền dẫn khác nhau như SONET, STM-1 hay E1 để thực hiện lớp vật lý

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển: Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải : Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng

Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng : Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS

 Cấu trúc IU PS

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển IU PS: Chứa RANAP và vật mang báo hiệu SS7 Ngoài ra cũng có thể định nghĩa vật mang báo hiệu IP ở ngăn xếp này Vật mang báo hiệu trên cơ sở IP bao gồm: M3UA (SS7 MTP3 User Adaption Layer), SCTP (Simple Control Transmission Protocol), IP (Internet Protocol) và ALL5 chung cho cả hai tuỳ chọn

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải IU PS : Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS Các phần tử thông tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong CS

Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS : Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection)

30

Phần người sử dụng GTP-U 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.

2.1.2.2 Giao diện RNC – RNC, I Ur

IUr là giao diện vô tuyến giữa các bộ điều khiển mạng vô tuyến Lúc đầu giao diện này được thiết kế để hỗ trợ chuyển giao mềm giữa các RNC, trong quá trình phát triển tiêu chuẩn nhiều tính năng đã được bổ sung và đến nay giao diện IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau :

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hõ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

2.1.2.3 Giao diện RNC – Node B, I Ub

Giao thức IUb định nghĩa cấu trúc khung và các thủ tục điều khiển trong băng cho các từng kiểu kênh truyền tải

Các chức năng chính của IUb :

- Chức năng thiết lập, bổ sung, giải phóng và tái thiết lập một kết nối

vô tuyến đầu tiên của một UE và chọn điểm kết cuối lưu lượng

- Khởi tạo và báo cáo các đặc thù ô, node B, kết nối vô tuyến

- Xữ lý các kênh riêng và kênh chung

- Xữ lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

2.1.3 Các kênh cơ bản của WCDMA

Hình 2.3 Cấu trúc kênh của WCDMA

Từ hình 2.3 cho ta cái nhìn tổng quan về các kênh được sử dụng trong WCDMA gồm 3 kênh cơ bản:

- Kênh logic

- Kênh truyền tải

- Kênh vật lý

Kênh logic: miêu tả loại thông tin sẽ được truyền đi Mặc dù gọi là

"kênh" nhưng nó không phải là kênh theo giống nghĩa như kênh vật lý, kênh vận tải Kênh logic có thể hiểu là những công việc mà mạng và thiết bị cần phải thực hiện tại những thời điểm khác nhau Các kênh logic này cũng có thể xem như là dịch vụ mà lớp MAC cung cấp cho lớp RLC ở trên nó

Kênh vận tải: qui định bằng cách nào và với đặc trưng gì thông tin sẽ được truyền đi Đây là dịch vụ mà lớp vật lý cung cấp cho lớpMAC ở trên nó

Kênh vật lý: chính là kênh hiện hữu truyền tải thông tin đi

Việc phân ra các loại kênh khác nhau mình nghĩ là giống việc phân lớp trong mạng, giúp cho dễ quản lý và điều khiển Cứ ứng với mỗi loại thông tin kèm theo những đặc trưng của nó, mạng sẽ tự động truy cập vào các kênh tương ứng để gửi thông tin đi một cách hiệu quả nhất

2.1.3.1 Kênh logic

32

Hình 2.4 Cấu trúc kênh logicKênh logic định nghĩa loại số liệu được truyền đi, bao gồm 2 loại kênh: Kênh điều khiển và kênh lưu lượng.

 Kênh điều khiển

Kênh điều khiển chung

- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Hoạt động ở tuyến xuống, đưa thông tin nhận biết tế bào, mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn)

- Kênh nhắn tin PCH: Cung cấp tin nhắn từ BS đến MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu phát lại trên RACH- kênh điều khiển ngẫu nhiên Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá dạng ASCII

- Kênh truy cập hướng xuống DACH chuyển bản tin từ BS đến MS trong 1 cell

kênh dành riêng

Bao gồm:

- kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH

- kênh điều khiển liên kết ACCH.

 Kênh lưu lượng

Dùng để truyền các thông tin của điện thoại hoặc số liệu bao gồm hai kênh:

- Kênh lưu lượng dùng riêng (DTCH): chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm về 2 hướng đến 1 thuê bao và được sử dụng để truyền thông tin người dùng

- Kênh lưu lượng dùng chung (CTCH): chuyển dữ liệu theo mô hình kết nối điểm - điểm trên kênh đường xuống, sử dụng để truyền thông tin cá nhân đến tất cả các thuê bao trong cùng nhóm

2.1.3.2 Kênh truyền tải

Kênh truyền tải mang các thông số, đặc tính cần thiết để truyền tải các thông tin dữ liệu qua mạng Các kênh truyền tải được hình thành nhờ việc sắp xếp các kênh logic Có 2 loại kênh truyền tải :

- Kênh truyền tải riêng DCH: mang thông tin điều khiển cho riêng một

MS với mang DCH-UL, DCH-DL

- Kênh truyền tải chung CCH : dùng chung cho tất cả các MS

Mỗi kênh truyền tải chứa một mã chỉ thị định dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator) TFI được sử dụng để phối hợp làm việc giữa lớp MAC và lớp vật lý Lớp vật lý sẽ ghép đa hợp nhiều kênh truyền tải với nhau để tạo thành một kênh truyền tải mã hoá hỗn hợp CCTRCH (Transport Format Combination Indicator) và gởi kèm trong kênh CCTRCH Tổ hợp mã TFCI được truyền đi trong kênh điều khiển vật lý để thông báo với đầu thu kênh truyền tải nào đang được nhận Tiếp đó, TFCI sẽ được giải mã và tạo ra các TFI tương ứng để gởi lên lớp trên

 Kênh truyền tải riêng

34

Với kênh truyền tải riêng chỉ có một kênh duy nhất là kênh DCH Kênh này có thể hoạt động ở tuyến lên hoặc tuyến xuống

 Kênh truyền tải chung

Kênh truyền tải chung bao gồm 6 kênh: BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH và DSCH

- Kênh BCH - kênh quảng bá, là kênh truyền tải đường xuống, sử dụng

để quảng bá những thông tin trong hệ thống hay trong 1 tế bào

- Kênh FACH- Kênh truy cập gọi đi, cũng là kênh truyền tải đường xuống Có thể hoạt động trong toàn bộ hay một phần tế bào Việc gửi kênh này được thực hiện sau khi BS nhận được bản tin truy nhập ngẫu nhiên

- Kênh PCH – Kênh tìm gọi, là kênh mang dữ liệu cần thiết cho các thủ tục tin nhắn, đó là khi hệ thống muốn kết nối lien lạc với thuê bao

- Kênh RACH – Kênh truy cập ngẫu nhiên, là kênh mang thông tin điều khiển từ thuê bao, như yêu cầu thiết lập một kết nối

- Kênh CPCH – Kênh dữ liệu gói chung, là kênh mở rộng của kênh RACH, được sử dụng để truyền dữ liệu user dạng gói trên hướng lên Đi cặp với kênh này, ở hướng xuống dữ liệu gói được truyền trên kênh FACH

- Kênh DSCH – Kênh chia sẻ đường xuống, là kênh mang các thông tin

dữ liệu hoặc thông tin điều khiển của người dùng

Hình 2.5 Ánh xạ giữa kênh logic và kênh giao vận

2.1.3.3 Kênh vật lý

Các kênh truyền tải được xử lý tiếp theo bằng cách ghép vào các kênh vật lý Kênh vật lý được quản lý và xử lý tại lớp vật lý Việc xử lý ở đây thực hiện những kỹ thuật biến đổi cần thiết nhằm tương thích đặc tính truyền dẫn

vô tuyến và đảm bảo chất lượng tín hiệu cao nhất

 Kênh đường lên

Hai kênh dành riêng:

- DPDCH (truyền dữ liệu) :

- DPCCH (truyền báo hiệu)

- Một kênh truy cập chung RACH.

Hầu hết các trường hợp mỗi cuộc gọi chỉ được cấp một kênh DPDCH cho các dịch vụ chia sẻ thời gian Cũng có thể cấp nhiều kênh, chẳng hạn để

có hệ số trải phổ lớn khi truyền dữ liệu tốc độ cao

Hình 2.6 Tốc độ truyền WCDMA đường lên

- Kênh DPDCH dùng để:

+ Truyền pilot cho thu tương can

+ Truyền bit điều khiển công suất

+ Truyền tin tức về tốc độ

 Kênh đường xuống

36

- Kênh vật lý điều khiên chung (sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang:

BCCH, PCH, PACH

- Kênh SCH cung cấp định thời và MS đo lường SCH phục vụ chuyển giao

- Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian Kí

hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH(theo thời gian) để phục vụ thu tương quan Vì các kí hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối nên nó được dùng để đánh giá sự hoạt động thích ứng của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh

ở hướng xuống CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell

Hình 2.7 Cấu trúc của kênh dành riêng

- CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung Tốc độ bản tin CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác

Hình 2.8 Cấu trúc kênh CCPCH

- Kênh SCH- kênh đồng bộ, sử dụng cho thủ tục đồng bộ mạng Dùng khi thực hiện thủ tục định vị và đồng bộ mạng.

Hình 2.9 Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH

- SCH sơ cấp không điều chế cung cấp định thời xác định SCH thứ cấp

mà SCH thứ cấp có điều chế cung cấp tin tức xác mã PN của BS SCH sơ cấp

sử dụng mã 256 bits không điều chế, phát mỗi lần 1 khe SCH thứ cấp mã 256 bits cố điều chế, phát song song với SCH sơ cấp SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bits (có lặp cho mỗi khung) Chuỗi điều chế giống nhau với tất cả BS có độ tự tương quan tốt

38

- Kênh PRACH – Kênh vật lý truy xuất ngẫu nhiên, được sử dụng ở hướng lên mang thông tin truy xuất mạng Trong một vài trường hợp dùng phát thông tin số liệu gói Hình 2.10 cho ta cái nhìn sơ bộ về chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH.

Hình 2.10 Chất lượng khe thời gian truy cập của kênh RACH

2.1.4 Bước cải tiến của W- CDMA

Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA và CDMA2000 đang được triển khai rộng khắp thế giới Tuy ở phiên bản đầu tiên R99, dung lượng và tốc độ truyền dẫn dữ liệu được cải thiện đáng kể Luồng tốc số liệu có thể đạt đến tốc độ 2 Mbps Nhưng khi các dịch vụ số liệu được đưa vào triển khai trên các mạng thương mại thì dung lượng, tốc độ vẫn là những đòi hỏi cần phải được giải quyết Do đó, bước cải tiến đầu tiên đối với WCDMA được đánh dấu bởi sự ra đời của kênh truyền tải mới HS-DSCH ở R5 được hoàn thành vào đầu năm 2002 Những cải tiến trong R5 này thường được nhắc đến với một tên gọi "HSDPA- Kênh truy nhập gói đường xuống tốc độ cao" Sự ra đời của HSDPA nhằm hỗ trợ mạnh

mẽ các dịch vụ số liệu yêu cầu tốc độc truyền dẫn lớn như các dịch vụ tương tác, dịch vụ nền, dịch vụ streaming Truy nhập dữ liệu kênh đường xuống tốc

độ cao HSDPA có khả năng cung cấp dung lượng cao hơn 50% so với kênh