Tổng quan dịch vụ mạng Viettel

Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhi

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày này thông tin di động là ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh nhất với con số thuê bao đã đạt đến 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008 Khởi nguồn từ dịch vụ thoại đắt tiền cho một số ít người đi xe, đến nay với sự ứng dụng ngày càng rộng rãi các thiết bị thông tin di động thể hệ ba, thông tin di động có thể cung cấp nhiều hình loại dịch vụ đòi hỏi tốc độ số liệu cao cho người sử dụng kể cả các chức năng camera, MP3 và PDA Với các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao ngày các trở nên phổ biến này, nhu cầu 3G cũng như phát triển nó lên 4G ngày càng trở nên cấp thiết

ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 để đạt được các mục tiêu chính sau đây:

√ Tốc độ truy nhập cao để đảm bảo các dịch vụ băng rộng như truy nhập internet nhanh hoặc các ứng dụng đa phương tiện, do yêu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ này

√ Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ của các hệ thống thông tin di động

√ Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ ba IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó hai hệ thống WCDMA UMTS và cdma-2000 đã được ITU chấp thuận và đã được đưa vào hoạt động Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin động thế hệ ba

HSDPA (High Speech Downlink Packet Access: truy nhập gói đường xuống tốc độ cao) là một mở rộng của các hệ thống 3G WCDMA UMTS đã có thể cung cấp tốc độ lên đến 10 Mbps trên đường xuống HSDPA là một chuẩn tăng cường của 3GPP-3G nhằm tăng dung lượng đường xuống bằng cách thay thế điều chế QPSK trong 3G UMTS bằng 16QAM trong HSDPA HSDPA hoạt động trên cơ sở kết hợp ghép kênh theo thời gian (TDM) với ghép kênh theo mã

và sử dụng thích ứng đường truyền Nó cũng đưa ra một kênh điều khiển riêng

để đảm bảo tốc độ truyền dẫn số liệu Các kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho đường lên trong chuẩn HSUPA (High Speech Uplink Packet Access) Hai công nghệ truy nhập HSDPA và HSUPA được gọi chung là HSPA (High Speed Packet Data) Để làm cho công nghệ 3GPP UTRA/UTRAN mang tính cạnh tranh hơn nữa (chủ yếu là để cạnh tranh với các công nghệ mới của 3GPP2 và WiMAX), 3GPP quyết định phát triển E-UTRA và E-UTRAN (E: Elvolved ký hiệu cho phát triển) còn được gọi là siêu 3G (Super-3G) hay LTE (Long Term Evolution) mà thực chất là giai đoạn đầu 4G Công việc phát triển sẽ tiến hành trong 10 năm và sau đó như là sự phát triển dài hạn (LTE: Long Term Evolution) của công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP Trong giai đoạn này tốc độ

số liệu đạt được 30-100Mbps với băng thông 20MHz Tiếp sau LTE, IMT-Adv

(IMT tiên tiến) sẽ được phát triển, đây sẽ là thời kỳ phát triển của 4G với tốc độ

từ 100 đến 1000 Mbps và băng thông 100MHz Hình L.1 cho thấy viễn cảnh của thông tin di động 4G về khả năng đáp ứng tốc độ chuyển động và và tốc độ truyền số liệu

B3G: Broad Band 3G: 3G băng rộng

WLAN: Wirless Local Area Network: Mạng nội vùng không dây

BWA: Broad Band Wirless Access: truy nhập không dây băng rộng

Hình L.1 Viễn cảnh thông tin di động 4G theo khả năng hỗ trợ tốc độ chuyển

động và tốc độ truyền số liệu

Hiện nay tai Việt Nam băng tần I dành cho WCDMA đã được chia là bốn khe và được cấp phát cho bốn nhà khai thác: Viettel, VMS, GPC, EVN+HT Trong các năm tới 3GWCDMA UMTS sẽ được triển khai trên băng tần này

Bài giảng “Giới thiệu công nghệ 3G WCDMA UMTS” nhằm cung cấp các khái niệm cơ bản về công nghệ 3G WCDMA UMTS cho các cán bộ Tổng Công ty Viễn Thông Quân Đội (Viettel)

Bài giảng bao gồm bốn chương Chương đầu trình bày khái quát chung về

sự phát triển của các hệ thống thông tin di động lên 4G, kiến trúc chung của một mạng 3G; các kiến trúc R3, R4, R5 và R6 của mạng thông tin di động 3G WCDMA UMTS Chương hai trình bầy đa truy nhập CDMA và các kỹ thuật liên quan được áp dụng cho WCDMA Chương ba giới thiệu giao diện vô tuyến

cả WCDMA Chương bốn giới thiêu công nghệ đa truy nhập tốc độ cao HSPA

Các chương của tài liệu này đều được kết cấu theo modul để học viên dễ học học Mỗi chương đều có phần giới thiệu chung, nội dung và tổng kết

Hà Đông ngày 12 tháng 6 năm 2009

Tác giả

MỤC LỤC

Chương 1 6

TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 6

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G 6

1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 8

1.4 CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI 9

1.5 CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC 3GWCDMA UMTS HỖ TRỢ 12

1.6 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3 14

1.7 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4 22

1.8 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6 23

1.9 CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS 26

1.10 CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G 29

1.11 TỔNG KẾT 32

Chương 2 33

CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA 33

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 33

2.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ 34

2.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 37

2.4 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA 38

2.5 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE 40

2.6 CÁC MÃ TRẢI PHỔ SỬ DỤNG TRONG WCDMA 41

2.7 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG LÊN 43

2.8 TRẢI PHỔ VÀ ĐIỀU CHẾ ĐƯỜNG XUỐNG 46

2.9 TỔNG KẾT 49

Chương 3 50

GIAO DIỆN VÔ TUYẾN CỦA WCDMA UMTS 50

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 50

3.2 MỞ ĐẦU 50

3.3 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC CỦA GIAO DIỆN VÔ TUYẾN WCDMA/FDD 52

3.4 CÁC THÔNG SỐ LỚP VẬT LÝ VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ 53

3.5 CÁC KÊNH CỦA WCDMA 57

3.6 CẤU TRÚC KÊNH VẬT LÝ RIÊNG 66

3.7 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY PHÁT VÀ MÁY THU WCDMA 67

3.8 PHÂN TẬP PHÁT 69

3.9 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG WCDMA 71

3.10 CÁC KIỂU CHUYỂN GIAO VÀ CÁC SỰ KIỆN BÁO CÁO TRONG WCDMA 73

3.11 CÁC THÔNG SỐ MÁY THU VÀ MÁY PHÁT VÔ TUYẾN CỦA UE

75

3.12 AMR CODEC CHO W-CDMA 76

3.13 TỔNG KẾT 76

Chương 4 78

TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 78

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 78

4.2 TỔNG QUAN TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO (HSPA) 78

4.3 KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC GIAO DIỆN VÔ TUYẾN HSPA CHO SỐ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG 79

4.4 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG XUỐNG (HSDPA) 81

4.5 TRUY NHẬP GÓI TỐC ĐỘ CAO ĐƯỜNG LÊN (HSUPA) 92

4.6 CHUYỂN GIAO TRONG HSDPA 100

4.7 TỔNG KẾT 103

Thuật ngữ và viết tắt 104

Tài liệu tham khảo……… 100

Chương 1TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.1 Mục đích chương

• Hiểu lộ trình phát triển thông tin di động lên 4G

• Hiểu được kiến trúc tổng quát của một mạng thông tin di động 3G

• Hiểu các kiến trúc mạng 3G WCDMA UMTS: R3, R4 và R5 và chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.1.2 Các chủ đề được trình bầy trong chương

• Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

• Kiến trúc chung của một mạng thông tin di động 3G

• Các khái niệm về các dịch vụ chuyển mạch kênh và các dịch vụ chuyển mạch gói

• Các loại lưu lượng và các loại dịch vù mà 3G WCDMA UMTS có thể hỗ trợ

• Kiến trúc 3G WCDMA UMTS qua các phát hành khác nhau: R3, R4, R5

và R6

• Chiến lược chuyển dịch GSM lên 3G UMTS

1.1.3 Hướng dẫn

• Học kỹ các tư liệu được trình bầy trong chương

• Tham khảo thêm các tái liệu tham khảo cuối tài liệu

1.2 LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN THÔNG TIN DI ĐỘNG LÊN 4G

Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G được cho trên hình 1.1 và lộ trình nghiên cứu phát triển trong 3GPP được cho trên hình 1.2

AMPS: Advanced Mobile Phone System

TACS: Total Access Communication System

GSM: Global System for Mobile Telecommucations

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access

EVDO: Evolution Data Only

IMT: International Mobile Telecommnications

IEEE: Institute of Electrical and Electtronics Engineers

WiFi: Wireless Fidelitity

WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

LTE: Long Term Evolution

UMB: Untra Mobile Broadband

Hình 1.1 Lộ trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G

Hình 1.2 Lịch trình nghiên cứu phát triển trong 3GPPHình 1.3 cho thấy lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

Hình 1.3 Lộ trình tăng tốc độ truyền số liệu trong các phát hành của 3GPP

1.3 KIẾN TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

Mạng thông tin di động (TTDĐ) 3G lúc đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch sử dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP, chuyển mạch kênh sẽ dần được thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu lẫn thời gian thực (như tiếng và video) cuối cùng sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình 1.4 dưới đây cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của TTDĐ 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi

RAN: Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến

BTS: Base Transceiver Station: trạm thu phát gốc

BSC: Base Station Controller: bộ điều khiển trạm gốc

RNC: Rado Network Controller: bộ điều khiển trạm gốc

CS: Circuit Switch: chuyển mạch kênh

PS: Packet Switch: chuyển mạch gói

SMS: Short Message Servive: dịch vụ nhắn tin

Server: máy chủ

PSTN: Public Switched Telephone Network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

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

Hình 1.4 Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Các miền chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS) được thể hiện bằng một nhóm các đơn vị chức năng lôgic: trong thực hiện thực tế các miền chức năng này được đặt vào các thiết bị và các nút vật lý Chẳng hạn có thể thực hiện chức năng chuyển mạch kênh CS (MSC/GMSC) và chức năng chuyển mạch gói (SGSN/GGSN) trong một nút duy nhất để được một hệ thống tích hợp cho phép chuyển mạch và truyền dẫn các kiểu phương tiện khác nhau:

từ lưu lượng tiếng đến lưu lượng số liệu dung lượng lớn

3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System: Hệ thống thông tin di động toàn cầu) có thể sử dụng hai kiểu RAN Kiểu thứ nhất sử dụng công nghệ đa truy nhập WCDMA (Wide Band Code Devision Multiple Acces: đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Network: mạng truy nhập vô tuyến mặt đất của UMTS) Kiểu thứ hai sử dụng công nghệ đa truy nhập TDMA được gọi là GERAN (GSM EDGE Radio Access Network: mạng truy nhập vô tuyến dưa trên công nghệ EDGE của GSM) Tài liệu chỉ xét đề cập đến công nghệ duy nhất trong đó UMTS được gọi là 3G WCDMA UMTS

1.4 CHUYỂN MẠCH KÊNH (CS), CHUYỂN MẠCH GÓI (PS), DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI

3G cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh như tiếng, video và các dịch

vụ chuyển mạch gói chủ yếu để truy nhập internet

Chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switch) là sơ đồ chuyển mạch trong đó

thiết bị chuyển mạch thực hiện các cuộc truyền tin bằng cách thiết lập kết nối chiếm một tài nguyên mạng nhất định trong toàn bộ cuộc truyền tin Kết nối này

là tạm thời, liên tục và dành riêng Tạm thời vì nó chỉ được duy trì trong thời gian cuộc gọi Liên tục vì nó được cung cấp liên tục một tài nguyên nhất định (băng thông hay dung lượng và công suất) trong suốt thời gian cuộc gọi Dành riêng vì kết nối này và tài nguyên chỉ dành riêng cho cuộc gọi này Thiết bị chuyển mạch sử dụng cho CS trong các tổng đài của TTDĐ 2G thực hiện chuyển mạch kênh trên trên cơ sở ghép kênh theo thời gian trong đó mỗi kênh

có tốc độ 64 kbps và vì thế phù hợp cho việc truyền các ứng dụng làm việc tại tốc độ cố định 64 kbps (chẳng hạn tiếng được mã hoá PCM)

Chuyển mạch gói (PS: Packet Switch) là sơ đồ chuyển mạch thực hiện

phân chia số liệu của một kết nối thành các gói có độ dài nhất định và chuyển mạch các gói này theo thông tin về nơi nhận được gắn với từng gói và ở PS tài nguyên mạng chỉ bị chiếm dụng khi có gói cần truyền Chuyển mạch gói cho phép nhóm tất cả các số liệu của nhiều kết nối khác nhau phụ thuộc vào nội

dung, kiểu hay cấu trúc số liệu thành các gói có kích thước phù hợp và truyền chúng trên một kênh chia sẻ Việc nhóm các số liệu cần truyền được thực hiện bằng ghép kênh thống kê với ấn định tài nguyên động Các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch gói có thể là Frame Relay, ATM hoặc IP.

Hình 1.5 cho thấy cấu trúc của CS và PS

Hình 1.5 Chuyển mạch kênh (CS) và chuyển mạch gói (PS)

Dịch vụ chuyển mạch kênh (CS Service) là dịch vụ trong đó mỗi đầu cuối

được cấp phát một kênh riêng và nó toàn quyển sử dụng tài nguyên của kênh này trong thời gian cuộc gọi tuy nhiên phải trả tiền cho toàn bộ thời gian này dù

có truyền tin hay không Dịch vụ chuyển mạch kênh có thể được thực hiện trên chuyển mạch kênh (CS) hoặc chuyển mạch gói (PS) Thông thường dịch vụ này được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (thoại)

Dịch vụ chuyển mạch gói (PS Service) là dịch vụ trong đó nhiều đầu cuối

cùng chia sẻ một kênh và mỗi đầu cuối chỉ chiếm dụng tài nguyên của kênh này khi có thông tin cần truyền và nó chỉ phải trả tiền theo lượng tin được truyền trên kênh Dịch vụ chuyển mạch gói chỉ có thể được thực hiện trên chuyển mạch gói (PS) Dịch vụ này rất rất phù hợp cho các dịch vụ phi thời gian thực (truyền

số liệu), tuy nhiên nhờ sự phát triển của công nghệ dịch vụ này cũng được áp dụng cho các dịch vụ thời gian thực (VoIP)

Chuyển mạch gói có thể thực hiện trên cơ sở ATM hoặc IP

ATM (Asynchronous Transfer Mode: chế độ truyền dị bộ) là công nghệ

thực hiện phân chia thông tin cần phát thành các tế bào 53 byte để truyền dẫn và chuyển mạch Một tế bào ATM gồm 5 byte tiêu đề (có chứa thông tin định tuyến) và 48 byte tải tin (chứa số liệu của người sử dụng) Thiết bị chuyển mạch ATM cho phép chuyển mạch nhanh trên cơ sở chuyển mạch phần cứng tham chuẩn theo thông tin định tuyến tiêu đề mà không thực hiện phát hiện lỗi trong từng tế bào Thông tin định tuyến trong tiêu đề gồm: đường dẫn ảo (VP) và kênh

ảo (VC) Điều khiển kết nối bằng VC (tương ứng với kênh của người sử dụng)

và VP (là một bó các VC) cho phép khai thác và quản lý có khả năng mở rộng

và có độ linh hoạt cao Thông thường VP được thiết lập trên cơ sở số liệu của hệ thống tại thời điểm xây dựng mạng Việc sử dụng ATM trong mạng lõi cho ta nhiều cái lợi: có thể quản lý lưu lượng kết hợp với RAN, cho phép thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc và thực hiện khai thác cũng như điều khiển chất lượng liên kết

Chuyển mạch hay Router IP (Internet Protocol) cũng là một công nghệ

thực hiện phân chia thông tin phát thành các gói được gọi là tải tin (Payload) Sau đó mỗi gói được gán một tiêu đề chứa các thông tin địa chỉ cần thiết cho chuyển mạch Trong thông tin di động do vị trí của đầu cuối di động thay đổi nên cần phải có thêm tiêu đề bổ sung để định tuyến theo vị trí hiện thời của máy

di động Quá trình định tuyến này được gọi là truyền đường hầm (Tunnel) Có hai cơ chế để thực hiện điều này: MIP (Mobile IP: IP di động) và GTP (GPRS Tunnel Protocol: giao thức đường hầm GPRS) Tunnel là một đường truyền mà tại đầu vào của nó gói IP được đóng bao vào một tiêu đề mang địa chỉ nơi nhận (trong trường hợp này là địa chỉ hiện thời của máy di động) và tại đầu ra gói IP được tháo bao bằng cách loại bỏ tiêu đề bọc ngoài (hình 1.6)

Hình 1.6 Đóng bao và tháo bao cho gói IP trong quá trình truyền tunnel

Hình 1.7 cho thấy quá trình định tuyến tunnel (chuyển mạch tunnel) trong

hệ thống 3G UMTS từ tổng đài gói cổng (GGSN) cho một máy di động (UE) khi nó chuyển từ vùng phục vụ của một tổng đài gói nội hạt (SGSN1) này sang một vùng phục vụ của một tổng đài gói nội hạt khác (SGSN2) thông qua giao thức GTP

Hình 1.7 Thiết lập kết nối tunnel trong chuyển mạch tunnel

Vì 3G WCDMA UMTS được phát triển từ những năm 1999 khi mà ATM

là công nghệ chuyển mạch gói còn ngự trị nên các tiêu chuẩn cũng được xây dựng trên công nghệ này Tuy nhiên hiện nay và tương lai mạng viễn thông sẽ được xây dựng trên cơ sở internet vì thế các chuyển mạch gói sẽ là chuyển mạch hoặc router IP

1.5 CÁC LOẠI LƯU LƯỢNG VÀ DỊCH VỤ ĐƯỢC 3GWCDMA UMTS HỖ TRỢ

Vì TTDĐ 3G cho phép truyền dẫn nhanh hơn, nên truy nhập Internet và lưu lượng thông tin số liệu khác sẽ phát triển nhanh Ngoài ra TTDĐ 3G cũng được sử dụng cho các dịch vụ tiếng Nói chung TTDĐ 3G hỗ trợ các dịch vụ tryền thông đa phương tiện Vì thế mỗi kiểu lưu lượng cần đảm bảo một mức QoS nhất định tuỳ theo ứng dụng của dịch vụ QoS ở W-CDMA được phân loại như sau:

Loại hội thoại (Conversational, rt): Thông tin tương tác yêu cầu trễ nhỏ (thoại

chẳng hạn)

Loại luồng (Streaming, rt): Thông tin một chiều đòi hỏi dịch vụ luồng với trễ

nhỏ (phân phối truyền hình thời gian thực chẳng hạn: Video Streaming)

Loại tương tác (Interactive, nrt): Đòi hỏi trả lời trong một thời gian nhất định và

tỷ lệ lỗi thấp (trình duyệt Web, truy nhập server chẳng hạn)

Loại nền (Background, nrt): Đòi hỏi các dịch vụ nỗ lực nhất được thực hiện trên

nền cơ sở (e-mail, tải xuống file: Video Download)

Môi trường hoạt động của 3WCDMA UMTS được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb phục vụ như sau:

• Vùng 1: trong nhà, ô pico, Rb ≤ 2Mbps

• Vùng 2: thành phố, ô micro, Rb ≤ 384 kbps

• Vùng 2: ngoại ô, ô macro, Rb ≤ 144 kbps

• Vùng 4: Toàn cầu, Rb = 12,2 kbps

Có thể tổng kết các dịch vụ do 3GWCDMA UMTS cung cấp ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ

di động

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

dịch vụDịch vụ thông

tin định vị

- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh

Dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps)Dịch vụ

phương tiện

- Dịch vụ Video (384 kbps)

- Dịch vụ hình chuyển động (384kbps- 2 Mbps)

- Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2 Mbps)

Dịch vụ

Internet

Dịch vụ Internet đơn giản

Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ Internet thời gian thực

Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps)

Dịch vụ internet

đa phương tiện

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

3G WCDMA UMTS được xây dựng theo ba phát hành chính được gọi là R3, R4, R5 Trong đó mạng lõi R3 và R4 bao gồm hai miền: miền CS (Circuit Switch: chuyển mạch kênh) và miền PS (Packet Switch: chuyển mạch gói) Việc kết hợp này phù hợp cho giai đoạn đầu khi PS chưa đáp ứng tốt các dịch vụ thời gian thực như thoại và hình ảnh Khi này miền CS sẽ đảm nhiệm các dịch vụ thoại còn số liệu được truyền trên miền PS R4 phát triển hơn R3 ở chỗ miền CS

chuyển sang chuyển mạch mềm vì thế toàn bộ mạng truyền tải giữa các nút chuyển mạch đều trên IP Dưới đây ta xét ba kiến trúc 3G WCDMA UMTS nói trên.

1.6 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R3

WCDMA UMTS R3 hỗ trợ cả kết nối chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói: đến 384 Mbps trong miền CS và 2Mbps trong miền PS Các kết nối tốc độ cao này đảm bảo cung cấp một tập các dich vụ mới cho người sử dụng di động giống như trong các mạng điện thoại cố định và Internet Các dịch vụ này gồm: điện thoại có hình (Hội nghị video), âm thanh chất lượng cao (CD) và tốc

độ truyền cao tại đầu cuối Một tính năng khác cũng được đưa ra cùng với GPRS

là "luôn luôn kết nối" đến Internet UMTS cũng cung cấp thông tin vị trí tốt hơn

và vì thế hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ dựa trên vị trí

Một mạng UMTS bao gồm ba phần: thiết bị di động (UE: User Equipment), mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS (UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Network), mạng lõi (CN: Core Network) (xem hình 1.8) UE bao gồm ba thiết bị: thiết bị đầu cuối (TE), thiết bị di động (ME) và module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Identity Module) UTRAN gồm các hệ thống mạng vô tuyến (RNS: Radio Network System) và mỗi RNS bao gồm RNC (Radio Network Controller: bộ điều khiển mạng vô tuyến) và các nút B nối với nó Mạng lõi CN bao gồm miền chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và HE (Home Environment: Môi trường nhà) HE bao gồm các cơ sở dữ liệu: AuC (Authentication Center: Trung tâm nhận thực), HLR (Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú) và EIR (Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận dạng thiết bị)

Hình 1.8 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R31.6.1 Thiết bị người sử dụng (UE)

UE (User Equipment: thiết bị người sử dụng) là đầu cuối mạng UMTS của người sử dụng Có thể nói đây là phần hệ thống có nhiều thiết bị nhất và sự phát triển của nó sẽ ảnh hưởng lớn lên các ứng dụng và các dịch vụ khả dụng Giá thành giảm nhanh chóng sẽ tạo điều kiện cho người sử dụng mua thiết bị của UMTS Điều này đạt được nhờ tiêu chuẩn hóa giao diện vô tuyến và cài đặt mọi trí tuệ tại các card thông minh.

1.6.1.1 Các đầu cuối (TE)

Vì máy đầu cuối bây giờ không chỉ đơn thuần dành cho điện thoại mà còn cung cấp các dịch vụ số liệu mới, nên tên của nó được chuyển thành đầu cuối Các nhà sản xuất chính đã đưa ra rất nhiều đầu cuối dựa trên các khái niệm mới, nhưng trong thực tế chỉ một số ít là được đưa vào sản xuất Mặc dù các đầu cuối

dự kiến khác nhau về kích thước và thiết kế, tất cả chúng đều có màn hình lớn

và ít phím hơn so với 2G Lý do chính là để tăng cường sử dụng đầu cuối cho nhiều dịch vụ số liệu hơn và vì thế đầu cuối trở thành tổ hợp của máy thoại di động, modem và máy tính bàn tay

Đầu cuối hỗ trợ hai giao diện Giao diện Uu định nghĩa liên kết vô tuyến (giao diện WCDMA) Nó đảm nhiệm toàn bộ kết nối vật lý với mạng UMTS Giao diện thứ hai là giao diện Cu giữa UMTS IC card (UICC) và đầu cuối Giao diện này tuân theo tiêu chuẩn cho các card thông minh

Mặc dù các nhà sản xuất đầu cuối có rất nhiều ý tưởng về thiết bị, họ phải tuân theo một tập tối thiểu các định nghĩa tiêu chuẩn để các người sử dụng bằng các đầu cuối khác nhau có thể truy nhập đến một số các chức năng cơ sở theo cùng một cách

Các tiêu chuẩn này gồm:

• Bàn phím (các phím vật lý hay các phím ảo trên màn hình)

• Đăng ký mật khẩu mới

• Thay đổi mã PIN

• Giải chặn PIN/PIN2 (PUK)

• Trình bầy IMEI

• Điều khiển cuộc gọi

Các phần còn lại của giao diện sẽ dành riêng cho nhà thiết kế và người sử dụng sẽ chọn cho mình đầu cuối dựa trên hai tiêu chuẩn (nếu xu thế 2G còn kéo dài) là thiết kế và giao diện Giao diện là kết hợp của kích cỡ và thông tin do màn hình cung cấp (màn hình nút chạm), các phím và menu

1.6.1.2 UICC

UMTS IC card là một card thông minh Điều mà ta quan tâm đến nó là dung lượng nhớ và tốc độ bộ xử lý do nó cung cấp Ứng dụng USIM chạy trên UICC.

1.6.1.3 USIM

Trong hệ thống GSM, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng trên card Điều này đã thay đổi trong UMTS, Modul nhận dạng thuê bao UMTS được cài như một ứng dụng trên UICC Điều này cho phép lưu nhiều ứng dụng hơn và nhiều chữ ký (khóa) điện tử hơn cùng với USIM cho các mục đích khác (các mã truy nhập giao dịch ngân hàng an ninh) Ngoài ra có thể

có nhiều USIM trên cùng một UICC để hỗ trợ truy nhập đến nhiều mạng

USIM chứa các hàm và số liệu cần để nhận dạng và nhận thực thuê bao trong mạng UMTS Nó có thể lưu cả bản sao hồ sơ của thuê bao

Người sử dụng phải tự mình nhận thực đối với USIM bằng cách nhập mã PIN Điểu này đảm bảo rằng chỉ người sử dụng đích thực mới được truy nhập mạng UMTS Mạng sẽ chỉ cung cấp các dịch vụ cho người nào sử dụng đầu cuối dựa trên nhận dạng USIM được đăng ký

1.6.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS) là liên kết giữa người sử dụng và CN Nó gồm các phần

tử đảm bảo các cuộc truyền thông UMTS trên vô tuyến và điều khiển chúng

UTRAN được định nghĩa giữa hai giao diện Giao diện Iu giữa UTRAN

và CN, gồm hai phần: IuPS cho miền chuyển mạch gói và IuCS cho miền chuyển mạch kênh; giao diện Uu giữa UTRAN và thiết bị người sử dụng Giữa hai giao diện này là hai nút, RNC và nút B

1.6.2.1 RNC

RNC (Radio Network Controller) chịu trách nhiệm cho một hay nhiều trạm gốc và điều khiển các tài nguyên của chúng Đây cũng chính là điểm truy nhập dịch vụ mà UTRAN cung cấp cho CN Nó được nối đến CN bằng hai kết nối, một cho miền chuyển mạch gói (đến GPRS) và một đến miền chuyển mạch kênh (MSC)

Một nhiệm vụ quan trọng nữa của RNC là bảo vệ sự bí mật và toàn vẹn Sau thủ tục nhận thực và thỏa thuận khóa, các khoá bảo mật và toàn vẹn được đặt vào RNC Sau đó các khóa này được sử dụng bởi các hàm an ninh f8 và f9

RNC có nhiều chức năng logic tùy thuộc vào việc nó phục vụ nút nào Người sử dụng được kết nối vào một RNC phục vụ (SRNC: Serving RNC) Khi người sử dụng chuyển vùng đến một RNC khác nhưng vẫn kết nối với RNC cũ,

một RNC trôi (DRNC: Drift RNC) sẽ cung cấp tài nguyên vô tuyến cho người

sử dụng, nhưng RNC phục vụ vẫn quản lý kết nối của người sử dụng đến CN Vai trò logic của SRNC và DRNC được mô tả trên hình 1.9 Khi UE trong chuyển giao mềm giữa các RNC, tồn tại nhiều kết nối qua Iub và có ít nhất một kết nối qua Iur Chỉ một trong số các RNC này (SRNC) là đảm bảo giao diện Iu kết nối với mạng lõi còn các RNC khác (DRNC) chỉ làm nhiệm vụ định tuyến thông tin giữa các Iub và Iur

Chức năng cuối cùng của RNC là RNC điều khiển (CRNC: Control RNC) Mỗi nút B có một RNC điều khiển chịu trách nhiệm cho các tài nguyên

vô tuyến của nó

Hình 1.9 Vai trò logic của SRNC và DRNC1.6.2.2 Nút B

Trong UMTS trạm gốc được gọi là nút B và nhiệm vụ của nó là thực hiện kết nối vô tuyến vật lý giữa đầu cuối với nó Nó nhận tín hiệu trên giao diện Iub

từ RNC và chuyển nó vào tín hiệu vô tuyến trên giao diện Uu Nó cũng thực hiện một số thao tác quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở như "điều khiển công suất vòng trong" Tính năng này để phòng ngừa vấn đề gần xa; nghĩa là nếu tất

cả các đầu cuối đều phát cùng một công suất, thì các đầu cuối gần nút B nhất sẽ che lấp tín hiệu từ các đầu cuối ở xa Nút B kiểm tra công suất thu từ các đầu cuối khác nhau và thông báo cho chúng giảm công suất hoặc tăng công suất sao cho nút B luôn thu được công suất như nhau từ tất cả các đầu cuối

1.6.3 Mạng lõi

Mạng lõi (CN) được chia thành ba phần, miền PS, miền CS và HE Miền

PS đảm bảo các dịch vụ số liệu cho người sử dụng bằng các kết nối đến Internet

và các mạng số liệu khác và miền CS đảm bảo các dịch vụ điện thoại đến các mạng khác bằng các kết nối TDM Các nút B trong CN được kết nối với nhau bằng đường trục của nhà khai thác, thường sử dụng các công nghệ mạng tốc độ cao như ATM và IP Mạng đường trục trong miền CS sử dụng TDM còn trong miền PS sử dụng IP

1.6.3.1 SGSN

SGSN (SGSN: Serving GPRS Support Node: nút hỗ trợ GPRS phục vụ)

là nút chính của miền chuyển mạch gói Nó nối đến UTRAN thông qua giao diện IuPS và đến GGSN thông quan giao diện Gn SGSN chịu trách nhiệm cho tất cả kết nối PS của tất cả các thuê bao Nó lưu hai kiểu dữ liệu thuê bao: thông tin đăng ký thuê bao và thông tin vị trí thuê bao

Số liệu thuê bao lưu trong SGSN gồm:

• IMSI (International Mobile Subsscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động quốc tế)

• Các nhận dạng tạm thời gói (P-TMSI: Packet- Temporary Mobile Subscriber Identity: số nhận dạng thuê bao di động tạm thời gói)

• Các địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói)

Số liệu vị trí lưu trên SGSN:

• Vùng định tuyến thuê bao (RA: Routing Area)

Số liệu thuê bao lưu trong GGSN:

• IMSI

• Các địa chỉ PDP

Số liệu vị trí lưu trong GGSN:

• Địa chỉ SGSN hiện thuê bao đang nối đến

GGSN nối đến Internet thông qua giao diện Gi và đến BG thông qua Gp.1.6.3.3 BG

BG (Border Gatway: Cổng biên giới) là một cổng giữa miền PS của PLMN với các mạng khác Chức năng của nút này giống như tường lửa của Internet: để đảm bảo mạng an ninh chống lại các tấn công bên ngoài.

1.6.3.4 VLR

VLR (Visitor Location Register: bộ ghi định vị tạm trú) là bản sao của HLR cho mạng phục vụ (SN: Serving Network) Dữ liệu thuê bao cần thiết để cung cấp các dịch vụ thuê bao được copy từ HLR và lưu ở đây Cả MSC và SGSN đều có VLR nối với chúng

Số liệu sau đây được lưu trong VLR:

• IMSI

• MSISDN

• TMSI (nếu có)

• LA hiện thời của thuê bao

• MSC/SGSN hiện thời mà thuê bao nối đến

Ngoài ra VLR có thể lưu giữ thông tin về các dịch vụ mà thuê bao được cung cấp

Cả SGSN và MSC đều được thực hiện trên cùng một nút vật lý với VLR vì thế được gọi là VLR/SGSN và VLR/MSC

1.6.3.5 MSC

MSC thực hiện các kết nối CS giữa đầu cuối và mạng Nó thực hiện các chức năng báo hiệu và chuyển mạch cho các thuê bao trong vùng quản lý của mình Chức năng của MSC trong UMTS giống chức năng MSC trong GSM, nhưng nó có nhiều khả năng hơn Các kết nối CS được thực hiện trên giao diện

CS giữa UTRAN và MSC Các MSC được nối đến các mạng ngoài qua GMSC.1.6.3.6 GMSC

GMSC có thể là một trong số các MSC GMSC chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng định tuyến đến vùng có MS Khi mạng ngoài tìm cách kết nối đến PLMN của một nhà khai thác, GMSC nhận yêu cầu thiết lập kết nối và hỏi HLR về MSC hiện thời quản lý MS

1.6.3.7 Môi trường nhà

Môi trường nhà (HE: Home Environment) lưu các hồ sơ thuê bao của hãng khai thác Nó cũng cung cấp cho các mạng phục vụ (SN: Serving Network) các thông tin về thuê bao và về cước cần thiết để nhận thực người sử dụng và tính cước cho các dịch vụ cung cấp Tất cả các dịch vụ được cung cấp và các dịch vụ bị cấm đều được liệt kê ở đây.

Bộ ghi định vị thường trú (HLR)

HLR là một cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ quản lý các thuê bao di động Một mạng di động có thể chứa nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của từng HLR và tổ chức bên trong mạng

Cơ sở dữ liệu này chứa IMSI (International Mobile Subsscriber Identity:

số nhận dạng thuê bao di động quốc tế), ít nhất một MSISDN (Mobile Station ISDN: số thuê bao có trong danh bạ điện thoại) và ít nhất một địa chỉ PDP (Packet Data Protocol: Giao thức số liệu gói) Cả IMSI và MSISDN có thể sử dụng làm khoá để truy nhập đến các thông tin được lưu khác Để định tuyến và tính cước các cuộc gọi, HLR còn lưu giữ thông tin về SGSN và VLR nào hiện đang chịu trách nhiệm thuê bao Các dịch vụ khác như chuyển hướng cuộc gọi, tốc độ số liệu và thư thoại cũng có trong danh sách cùng với các hạn chế dịch vụ như các hạn chế chuyển mạng

HLR và AuC là hai nút mạng logic, nhưng thường được thực hiện trong cùng một nút vật lý HLR lưu giữ mọi thông tin về người sử dụng và đăng ký thuê bao Như: thông tin tính cước, các dịch vụ nào được cung cấp và các dịch

vụ nào bị từ chối và thông tin chuyển hướng cuộc gọi Nhưng thông tin quan trọng nhất là hiện VLR và SGSN nào đang phụ trách người sử dụng

Trung tâm nhận thực (AuC)

AUC (Authentication Center) lưu giữ toàn bộ số liệu cần thiết để nhận thực, mật mã hóa và bảo vệ sự toàn vẹn thông tin cho người sử dụng Nó liên kết với HLR và được thực hiện cùng với HLR trong cùng một nút vật lý Tuy nhiên cần đảm bảo rằng AuC chỉ cung cấp thông tin về các vectơ nhận thực (AV: Authetication Vector) cho HLR

AuC lưu giữ khóa bí mật chia sẻ K cho từng thuê bao cùng với tất cả các hàm tạo khóa từ f0 đến f5 Nó tạo ra các AV, cả trong thời gian thực khi SGSN/VLR yêu cầu hay khi tải xử lý thấp, lẫn các AV dự trữ

Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

EIR (Equipment Identity Register) chịu trách nhiệm lưu các số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI: International Mobile Equipment Identity) Đây là

số nhận dạng duy nhất cho thiết bị đầu cuối Cơ sở dữ liệu này được chia thành

ba danh mục: danh mục trắng, xám và đen Danh mục trắng chứa các số IMEI được phép truy nhập mạng Danh mục xám chứa IMEI của các đầu cuối đang bị theo dõi còn danh mục đen chứa các số IMEI của các đầu cuối bị cấm truy nhập mạng Khi một đầu cuối được thông báo là bị mất cắp, IMEI của nó sẽ bị đặt vào danh mục đen vì thế nó bị cấm truy nhập mạng Danh mục này cũng có thể được sử dụng để cấm các seri máy đặc biệt không được truy nhập mạng khi chúng không hoạt động theo tiêu chuẩn

1.6.4 Các mạng ngoài

Các mạng ngoài không phải là bộ phận của hệ thống UMTS, nhưng chúng cần thiết để đảm bảo truyền thông giữa các nhà khai thác Các mạng ngoài có thể là các mạng điện thoại như: PLMN (Public Land Mobile Network: mạng di động mặt đất công cộng), PSTN (Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN hay các mạng số liệu như Internet Miền PS kết nối đến các mạng số liệu còn miền CS nối đến các mạng điện thoại.1.6.5 Các giao diện

Vai trò các các nút khác nhau của mạng chỉ được định nghĩa thông qua các giao diện khác nhau Các giao diện này được định nghĩa chặt chẽ để các nhà sản xuất có thể kết nối các phần cứng khác nhau của họ

Trong UE đây là nơi kết nối giữa USIM và UE

UMTS Đây là giao diện mà qua đó UE truy nhập vào phần cố định của mạng Giao diện này nằm giữa nút B và đầu cuối

√ Giao diện Iu Giao diện Iu kết nối UTRAN và CN Nó gồm hai phần,

IuPS cho miền chuyển mạch gói, IuCS cho miền chuyển mạch kênh CN

có thể kết nối đến nhiều UTRAN cho cả giao diện IuCS và IuPS Nhưng một UTRAN chỉ có thể kết nối đến một điểm truy nhập CN

bảo chuyển giao mềm giữa các RNC, nhưng trong quá trình phát triển nhiều tính năng mới được bổ sung Giao diện này đảm bảo bốn tính năng nổi bật sau:

1 Di động giữa các RNC

2 Lưu thông kênh riêng

3 Lưu thông kênh chung

4 Quản lý tài nguyên toàn cục

giao diện mở

1.7 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4

Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3G UMTS R4 Sự khác nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lõi là mạng phân bố và chuyển mạch mềm Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống như ở kiến trúc trước, kiến trúc chuyển mạch phân bố và chuyển mạch mềm được đưa vào

Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng các 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 trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và có thể đặt xa MSC Server

Hình 1.10 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4

Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MSC Server Đường truyền cho các cuộc gọi chuyển mạch kênh được thực hiện giữa RNC và MGW Thông thường MGW nhận các cuộc gọi từ RNC

và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đường trục gói Trong

nhiều trường hợp đường trục gói sử dụng Giao thức truyền tải thời gian thực

(RTP: Real Time Transport Protocol) trên Giao thức Internet (IP) Từ hình 1.10

ta thấy lưu lượng số liệu gói từ RNC đi qua SGSN và từ SGSN đến GGSN trên mạng đường trục IP Cả số liệu và tiếng đều có thể sử dụng truyền tải IP bên trong mạng lõi Đây là mạng truyền tải hoàn toàn IP

Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khác, PSTN chẳng hạn,

sẽ có một cổng các phương tiện khác (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server) MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đóng gói thành PCM tiêu chuẩn để đưa đến PSTN 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 12,2 kbps, thì tốc độ này chỉ phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN Truyền tải kiểu này cho phép tiết kiệm đáng kể độ rộng băng tần nhất là khi các MGW cách xa nhau.

Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248 Giao thức này được ITU và IETF cộng tác phát triển Nó

có tên là điều khiển cổng các phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control) Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server có thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ 3GPP đề nghị sử dụng (không bắt buộc)

giao thức Điều khiển cuộc gọi độc lập vật mang (BICC: Bearer Independent

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 GMSC Server Ngoài ra MGW có khả năng giao diện với cả RAN và PSTN Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN có thể chuyển nội hạt, nhờ vậy có thể tiết kiệm đáng

kể đầu tư

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

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

Từ hình 1.10 ta cũng thấy rằng HLR cũng có thể được gọi là Server thuê bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server) HSS và HLR có chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trên cơ sở truyền tải gói (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trên cơ sở báo hiệu số 7 Ngoài ra còn có các giao diện (không có trên hình vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS

Rất nhiều giao thức được sử dụng bên trong mạng lõi là các giao thức trên

cơ sở gói sử dụng hoặc IP hoặc ATM Tuy nhiên mạng phải giao diện với các mạng truyền thống qua việc sử dụng các cổng các phương tiện Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với các mạng SS7 tiêu chuẩn Giao diện này được thực hiện thông qua cổng SS7 (SS7 GW) Đây là cổng mà ở một phía nó hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trên đường truyền tải SS7 tiêu chuẩn, ở phía kia nó truyền tải các bản tin ứng dụng SS7 trên mạng gói (IP chẳng hạn) Các thực thể như MSC Server, GMSC Server 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 ở mạng IP Bộ giao thức này được gọi là Sigtran

1.8 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R5 và R6

Bước phát triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trúc mạng đa phương tiện IP (hình 1.11) Bước phát triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mô hình cuộc gọi Ở đây cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trên toàn bộ đường truyền từ đầu cuối 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.

Hình 1.11 Kiến trúc mạng 3GPP R5 và R6Điểm mới của R5 và R6 là nó đưa ra một miền mới được gọi là phân hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem) Đây là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP Từ hình 1.11 ta thấy tiếng và số liệu không cần các giao diện cách biệt; chỉ có một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện Trong mạng lõi giao diện này kết cuối tại SGSN và không có MGW riêng

Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa các phần tử sau: Chức năng điều

khiển trạng thái kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng các phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway).

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

trợ giao thức khởi đầu phiên (SIP: Session Initiation Protocol) UE trở thành

một tác nhân của người sử dụng SIP Như vậy, UE có khả năng điều khiển các dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều

CSCF quản lý việc thiết lập , duy trì và giải phóng các phiên đa phương tiện đến và từ người sử dụng Nó bao gồm các chức năng như: phiên dịch và định tuyến CSCF hoạt động như một đại diện Server /hộ tịch viên

SGSN và GGSN là các phiên bản tăng cường của các nút được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4 Điểm khác nhau duy nhất là ở chỗ các 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) hoặc bên 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 nghi

được sử dụng để hỗ trợ các tính năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phía và dịch vụ hội nghị

Cổng báo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng báo hiệu SS7 để đảm bảo

tương tác SS7 với các mạng tiêu chuẩn ngoài như PSTN T-SGW hỗ trợ các

giao thức Sigtran Cổng báo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nút đảm bảo

tương tác báo hiệu với các mạng di động hiện có sử dụng SS7 tiêu chuẩn Trong nhiều trường hợp T-SGW và R-SGW cùng tồn tại trên cùng một nền tảng

MGW thực hiện tương tác với các mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện MGW ở kiến trúc mạng của UMTS R5 có chức năng giống như ở

R4 MGW được điều khiển bởi Chức năng cổng điều khiển các phương tiện

(MGCF) Giao thức điều khiển giữa các thực thể này là ITU-T H.248.

MGCF cũng liên lạc với CSCF Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP

Tuy nhiên có thể nhiều nhà khai thác vẫn sử dụng nó kết hợp với các miền chuyển mạch kênh trong R3 và R4 Điều này cho phép chuyển đồi dần dần

từ các phiên bản R3 và R4 sang R5 Một số các cuộc gọi thoại có thể vẫn sử dụng miền CS một số các dịch vụ khác chẳng hạn video có thể được thực hiện qua R5 IMS Cấu hình lai ghép được thể hiện trên hình 1.12

Hình 1.12 Chuyển đổi dần từ R4 sang R5

1.9 CHIẾN LƯỢC DỊCH CHUYỂN TỪ GSM SANG UMTS

Trong phần này ta sẽ xét chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS của hãng Alcatel Alcatel dự kiến phát triển RAN từ GSM lên 3G UMTS theo ba phát hành: 3GR1, 3GR2 và 3GR3 Với mỗi phát hành, các sản phẩm mới và các tính năng mới được đưa ra

1.9.1 3GR1 : Kiến trúc mạng UMTS chồng lấn

Phát hành 3GP1 dựa trên phát hành của 3GPP vào tháng 3 và các đặc tả

kỹ thuật vào tháng 6 năm 2000 Phát hành đầu của 3GR1 chỉ hỗ trợ UTRA-FDD

và sẽ được triển khai chồng lấn lên GSM Chiến lược dịch chuyển từ GSM sang UMTS phát hành 3GR1 được chia thành ba giai đoạn được ký hiệu là R1.1, R1.2 và R1.3 (R: Release: phát hành) Trong các phát hành này các phần cứng

và các tính năng mới được đưa ra Các nút B được gọi là MBS (Multistandard Base Station: trạm gốc đa tiêu chuẩn) Tuy nhiên MBS V1 chỉ đơn thuần là nút

B, chỉ MBS V2 mới thực sự đa tiêu chuẩn và chứa các chức năng của cả nút B

và BTS trong cùng một hộp máy Tương tự RNC V2 và OMC-R V2 được đưa ra

để phục vụ cho cả UMTS và GSM

Hình 1.13 cho thấy kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS được phát triển trong giai đoạn triển khai UMTS ban đầu (3GR1.1)

Hình 1.13 Kiến trúc đồng tồn tại GSM và UMTS (phát hành 3GR1.1)1.9.2 3GR2 : Tích hợp các mạng UMTS và GSM

Trong giai đoạn triền khai UMTS thứ hai sự tích hợp đầu tiên giữa hai mạng sẽ được thực hiện bằng cách đưa ra các thiết bị đa tiêu chuẩn như: Nút B kết hợp BTS (MBS V2) và RNC kết hợp BSC (RNC V2) Các chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng vô tuyến cũng có thể được thực hiện chung bởi cùng một OMC-R (V2) Hình 1.14 mô tả kiến trúc mạng RAN tích hợp của giai đoạn hai

Hình 1.15 Kiến trúc RAN thống nhất của 3GR3.1

1.10 CẤU HÌNH ĐỊA LÝ CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3G

Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng di động phải được tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi được vị trí của thuê bao

1.10.1 Phân chia theo vùng mạng

Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó phải được thực hiện thông qua tổng đài cổng Các vùng mạng di động 3G được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC hoặc GGSN Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC hoặc GGSN Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng 3G Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động GMSC/GGSN cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm di động bị gọi

1.10.2 Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR và SGSN

Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ hơn, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.16a) hay SGSN (1.16b) Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR hay SGSN

Hình 1.16 Phân chia mạng thành các vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN

Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC đang phục vụ thuê bao di động cần gọi Ở mỗi vùng phục vụ MSC/VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR Thông tin này bao gồm hai loại:

• Thông tin về đăng ký và các dịch vụ của thuê bao

• Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị hoặc vùng định tuyến nào)

1.10.3 Phân chia theo vùng định vị và vùng định tuyến

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị: LA (Location Area) (hình 1.17a) Mỗi vùng phục vụ của SGSN được chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area) (1.17b).

Hình 1.17 Phân chia vùng phục vụ của MSC/VLR và SGSN thành các vùng

định vị (LA: Location Area) và định tuyến (RA: Routing Area)

Vùng định vị (hay vùng định tuyến là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR (hay SGSN) mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí cho MSC/VLR (hay SGSN) quản lý vị trí này Có thể nói vùng định vị (hay vùng định tuyến) là vị trí cụ thể nhất của trạm

di động mà mạng cần biết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó Ở vùng định

vị này thông báo tìm sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identity) hay nhận dạng vùng định tuyến (RAI Routing Area Identity) Vùng định vị (hay vùng định tuyến) có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều RNC, nhưng chỉ thuộc một MSC (hay một SGSN)

1.10.4 Phân chia theo ô

Vùng định vị hay vùng định tuyến được chia thành một số ô (hình 1.18)

Hình 1.18 Phân chia LA và RA

Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI: Cell Global Identity) Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identity Code) Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bằng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế

1.10.6 Tổng kết phân chia vùng địa lý trong các hệ thống thông tin di động 3G

Trong các kiến trúc mạng bao gồm cả miền chuyển mạch kênh và miền chuyển mạch gói, vùng phục mạng không chỉ được phân chia thành các vùng định vị (LA) mà còn được phân chia thành các vùng định tuyến (RA: Routing Area) Các vùng định vị (LA: Location Area) là khái niệm quản lý di động của miền CS kế thừa từ mạng GSM Các vùng định tuyến (RA: Routing Area) là các thực thể của miền PS Mạng lõi PS sử dụng RA để tìm gọi Nhận dạng thuê bao P-TMSI (Packet- Temporary Mobile Subsscriber Identity: nhận dạng thuê bao di động gói tạm thời) là duy nhất trong một RA

Trong mạng truy nhập vô tuyến, RA lại được chia tiếp thành các vùng đăng ký UTRAN (URA: UTRAN Registration Area) Tìm gọi khởi xướng UTRAN sử dụng URA khi kênh báo hiệu đầu cuối đã được thiết lập URA không thể nhìn thấy được ở bên ngoài UTRAN

Quan hệ giữa các vùng được phân cấp như cho ở hình 1.20 (ô không được thể hiện) LA thuộc 3G MSC và RA thuộc 3G SGSN URA thuộc RNC Theo dõi vị trí theo URA và ô trong UTRAN được thực hiện khi có kết nối RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) cho kênh báo hiệu đầu cuối Nếu không có kết nối RRC, 3G SGSN thực hiện tìm gọi và cập nhật thông tin vị trí được thực hiện theo RA

Hình 1.20 Các khái niệm phân chia vùng địa lý trong 3G WCDMA UMTS

1.11 TỔNG KẾT

Chương này trước hết xét tổng quan quá trình phát triển thông tin di động lên 4G Nếu công nghệ đa truy nhập cho 3G là CDMA thì công nghệ đa truy nhập cho 4G là OFDMA Sau đó kiến trúc mạng 3G được xét Mạng lõi 3G bao gồm hai vùng chuyển mạch: (1) vùng chuyển mạch các dịch vụ CS và (2) vùng chuyển mạch các dịch vụ PS Các phát hành đánh dấu các mốc quan trọng phát

triển mạng 3G WCDMA UMTS được xét: R3, R4, R5 và R6 R3 bao gồm hai miền chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói trong đó kết nối giữa các nút chuyển mạch gọi là TDM (ghép kênh theo thời gian) R4 là sự phát triển của R3 trong đó miền chuyển mạch kênh chuyển thành chuyển mạch mềm và kết nối giữa các nút mạng bằng IP R5 và R6 hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện IP hoàn toàn dựa trên chuyển mạch gói Để đáp ứng được nhiệm vụ này ngoài miền chuyển mạch gói, mạng được bổ sung thêm phân hệ đa phương tiên IP (IMS) Cốt lõi của IMS là CSCF thực hiện khởi đầu kết nối đa phương tiện IP dựa trên giao thức khởi đầu phiên (SIP Session Initiation Protocol) Ngoài ra IMS vẫn còn chứa chuyển mạch mềm để hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch kênh (MGCF) Hiện nay mạng 3GWCDMA UMTS đang ở giai doạn chuyển dần từ R4 sang R5 (hình 1.12) Cuối chương trình bày cấu trúc địa lý của một mạng thông tin di đông 3G có chứa cả vùng chuyển mạch kênh và vùng chuyển mạch gói.

Chương 2CÔNG NGHỆ ĐA TRUY NHẬP CỦA WCDMA2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Mục đích chương

• Hiểu tổng quan trải phổ và phương pháp đa truy nhập của WCDMA

• Hiểu điều khiển công suất, chuyển giao mềm và máy thu phân tập đa đường (RAKE)

• Hiểu các dạng mã trải phổ và các sơ đồ điều chế của WCDMA

2.1.2 Các chủ đề được trình bầy trong chương

• Nguyên lý trải phổ và đa truy nhập phân chia theo mã

• Điều khiển công suất

• Chuyển giao

• Máy thu phân tập đa đường (máy thu RAKE)

• Các dạng mã trải phổ và các sơ đồ điều chết được sử dụng cho WCDMA2.1.3 Hướng dẫn

• Học kỹ các tư liệu được trình bầy trong chương

• Tham khảo thêm các tài liệu tham khảo cuối tài liệu giảng dạy của khóa học

2.2 TRẢI PHỔ VÀ ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ

2.2.1 Các hệ thống thông tin trải phổ

Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt Trong các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tần cần thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng băng tần của nguồn này Trong các hệ thống điều tần độ rộng băng tần này có thể bằng vài lần độ rộng băng tần nguồn phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu số, độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn Độ rộng băng tần chính xác cần thiết trong trường hợp này phụ thuộc và kiểu điều chế (BPSK, QPSK v.v )

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS nếu:

* Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin.

* Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum) Cũng

có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên WCDMA sử dụng DSSS DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát Hình 2.1 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb Hình 2.1a cho thấy

sơ đồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào Các hình 2.1b và 2.1b biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số

Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c

x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t)

ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f)

và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; T b là thời gian một bit của luồng số cần phát, R b =1/T b là tốc độ bit của luồng số cần truyền; T c là thời gian một chip của mã trải phổ, R c =1/T c là tốc độ chip của mã trải phổ R c =15R b và T b =15T c

Hình 2.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

2.2.2 Áp dụng DSSS cho CDMA

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:

1 Tích hai mã giống nhau bằng 1: ci×ci=1

2 Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck

3 Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã →

1

1

0

N k k

C

=

∑ , trong đó N là số chip và Ck là giá trị chip k trong một mã

Bảng 2.1 cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7 Bảng 2.2 và 2.3 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 2.1 ta được một mã mới

Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k Nhiệm vụ của máy thu này

là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk) Nhân (2.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:

Thành phần thứ nhất trong (2.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai

là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được

gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng) Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số Hình 2.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k Hình 2.2a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS Hình 2.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trải phổ, hình 2.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb.

Hình 2.2 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín

hiệu

Từ hình 2.2 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.2.b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.2.c: SIR=S1/S2 Tỷ số này tỷ lệ với

tỷ số Rc/Rb vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain) 2.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao,

tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa Để tránh hiện tượng này hệ thống phải điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B

của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng) Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:

√ Điều khiển công suất vòng hở

√ Điều khiển công suất vòng kín

Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B Điều khiển công suất vòng hở lại được chia thành:

√ Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên

so sánh SIR thu với SIR đích

√ Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu được với tỷ lệ đích

2.4 CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG CDMA

Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình trong

đó kênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn Tuy nhiên trong CDMA khái niệm này chỉ thích hợp cho chuyển giao cứng còn đối với chuyển giao mềm khái niệm này phức tạp hơn, ta

sẽ xét cụ thể trong phần dưới đây

Có thể chia HO thành các kiểu HO sau:

tuyến (RAT) khác nhau hay các chế độ truy nhập vô tuyến (RAM) khác nhau Trường hợp thường xuyên xẩy ra nhất đối với kiểu thứ nhất là HO giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE Tuy nhiên cũng có thể là IS-

HO giữa WCDMA và hệ thống các hệ thống CDMA khác (cdma2000 1x chẳng hạn) Thí dụ về HO giữa các RAM là HO giữa các chế độ UTRA FDD và UTRA TDD

Có thể có các thủ tục HO sau:

√ Chuyển giao cứng (HHO) là các thủ tục HO trong đó tất cả các đường

truyền vô tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập các đường truyền vô tuyến mới

tục trong đó UE luôn duy trì ít nhất một đường vô tuyến nối đến UTRAN Trong chuyển giao mềm UE đồng thời được nối đến một hay nhiều ô thuộc các nút B khác nhau của cùng một RNC (SHO nội RNC) hay thuộc các RNC khác nhau (SHO giữa các RNC) Trong chuyển giao mềm hơn UE được nối đến ít nhất là hai đoạn ô của cùng một nút B SHO và HO mềm hơn chỉ có thể xẩy ra trên cùng một tần số sóng mang và trong cùng một hệ thống

Hình 2.3 Chuyển giao mềm (a) và mềm hơn (b)

Phụ thuộc sự tham gia trong SHO, các ô trong một hệ thống WCDMA được chia thành các tập sau đây:

SHO của UE

bao gồm tất cả các ô được giám sát/đo liên tục bởi UE và hiện thời không có trong tập tích cực

không thuộc tập tích cực lẫn tập lân cận

SHO là một tính năng chung của hệ thống WCDMA trong đó các ô lân cận họat động trên cùng một tần số Trong chế độ kết nối, UE liên tục đo các ô phục vụ và các ô lân cận (do RNC chỉ dẫn) trên tần số sóng mang hiện thời UE

so sánh các kết quả đo với các ngưỡng HO do RNC cung cấp và gửi báo cáo kết quả đo đến RNC khi thực hiện các tiêu chuẩn báo cáo Vì thế SHO là kiểu chuyển giao được đánh giá bởi đầu cuối di động (MEHO: Mobile Estimated

HO) Tuy nhiên giải thuật quyết định SHO được đặt trong RNC Dựa trên các báo cáo kết quả đo nhận được từ UE (hoặc định kỳ hoặc được khởi động bởi một số các sự kiện nhất định), RNC lệnh cho UE bổ sung hay loại bỏ một số ô khỏi tập tích cực của mình (ASU: Active Set Apdate: cập nhật tập tích cực).2.5 MÁY THU PHÂN TẬP ĐA ĐƯỜNG HAY MÁY THU RAKE

Phađinh đa đường trên kênh vô tuyến dẫn đến tán thời và chọn lọc tần số làm hỏng tín hiệu thu Để đánh giá hiện tượng tán thời trên đường truyền vô tuyến, người ta phát đi một xung hẹp (xung kim) và đo đáp ứng xung này tại phía thu Đáp ứng này là bức tranh thể hiện sự phụ thuộc công suất của các đường truyền khác nhau đến máy thu vào thời gian trễ của các đường truyền này Đáp ứng này được gọi là lý lịch trễ công suất Hình 2.4a cho thấy truyền sóng đa đường và hình 2.4b cho thấy thí dụ về lý lịch trễ công suất

Hình 2.4 Truyền sóng đa đường và lý lịch trễ công suất

Chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên được phát đi ở CDMA có thuộc tính là các phiên bản dịch thời của nó tại phía thu hầu như không tương quan Như vậy một tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu theo nhiều đường khác nhau (thời gian trễ khác nhau) có thể được phân giải vào các tín hiệu phađinh khác nhau bằng cách lấy tương quan tín hiệu thu chứa nhiều phiên bản dịch thời của chuỗi giả ngẫu nhiên Máy thu sử dụng nguyên lý này được gọi là máy thu phân tập đa đường hay máy thu RAKE (hình 2.5)