Mụ đc ích của dịch vụ ...98 5.4.3.Cấu trúc mạng...98 5.4.4 Kĩ thuật truyền thông gói di động...100 5.4.4.1 Tốc độ truyền và việ đ ềc i u khiển QoS ...100 5.4.4.2 Đ ềi u khiển kỹ thuật xu
TỔNG QUAN HỆ THỐNG W-CDMA
Những yêu cầu của hệ thống
Hệ viễn thông di động toàn cầu IMT-2000 yêu cầu tính linh hoạt, tiết kiệm và các điều kiện về tốc độ truyền dữ liệu Tốc độ tối thiểu là 2 Mbit/s trong môi trường trong phòng, 384 kbit/s cho người đi bộ và 144 kbit/s cho phương tiện di chuyển W-CDMA được coi là giao diện vô tuyến phù hợp với các yêu cầu này, góp phần vào tiêu chuẩn hóa và phát triển hệ thống IMT-2000 nổi bật với tính toàn cầu, đòi hỏi các quốc gia hợp tác để điều hòa các hệ thống cạnh tranh, nhằm xây dựng giao diện vô tuyến chung phục vụ cho việc sử dụng thiết bị đầu cuối W-CDMA được khẳng định là một trong những giao diện của liên lạc viễn thông quốc tế.
Công nghệ IMT-2000 sử dụng phổ trực tiếp qua CDMA đang được kỳ vọng sẽ trở thành tiêu chuẩn phổ biến tại Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á.
Một trong những mục đích chính của dịch vụ viễn thông di động là cung cấp phương tiện truyền thông hoàn chỉnh Khả năng truy cập với tốc độ cao sẽ giúp hiện thực hóa mục tiêu này Theo tiêu chuẩn IMT-2000, giao diện và hệ thống vô tuyến cần có khả năng thích ứng với các mức tốc độ dữ liệu biến đổi, đồng thời cung cấp đa dạng dịch vụ và thực hiện chuyển mạch gói (PS) cũng như chuyển mạch kênh (CS) W-CDMA là một phương thức hiệu quả để đáp ứng những yêu cầu này.
Việc sử dụng hiệu quả tài nguyên tần số vẫn là một thách thức toàn cầu trong ngành viễn thông di động Một vấn đề quan trọng cần thảo luận trong IMT-2000 là cách đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về truyền dữ liệu tốc độ cao.
Dải tần số IMT-2000 sử dụng là 2 GHz, cao hơn so với 2G với băng tần 800MHz, dẫn đến khó khăn trong việc xây dựng các cell có bán kính lớn do hao tổn đường truyền Yêu cầu thiết kế kết nối cũng trở nên khắt khe hơn vì cần truyền tải nhiều thông tin hơn để cung cấp dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, làm tăng công suất truyền tải Do đó, trong giai đoạn xây dựng, việc thiết lập một hệ thống tiết kiệm để đảm bảo vùng phủ sóng tương tự như các trạm thu phát của hệ thống 800MHz là rất quan trọng, có thể áp dụng nhiều loại công nghệ khác nhau.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về IMT-2000, nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ và tốc độ truyền tải cao, cho phép khai thác đa dạng nội dung như âm thanh, dữ liệu và hình ảnh trong môi trường di động Hệ thống IMT-2000 được phát triển với mục tiêu nâng cao trải nghiệm người dùng và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về truyền thông di động.
(1)Dịch vụ truyền thông cá nhân thông qua hiệu suất quang phổ cải ti n (cá ế nhân hoá)
Những cải tiến trong hiệu suất sử dụng t n s và việc thu nh ầ ố ệ ỏ kích thước c a thiủ ết bị đầu cu i đã nâng cao khả năng giao tiếp giữa “người với máy”.
(2)Dịch vụ truyền thông mang tính toàn cầu
Người dùng có thể giao tiếp và hưởng các dịch vụ như nhau ở bất kì đâu trên thế giới chỉ với một thiết bị đầu cuối
(3)Dịch vụ đa phương tiện thông qua truyền dẫn chất lượng cao, tốc độ cao (Đa phương tiện)
Việc sử dụng di động rộng rãi cho phép truyền tải khối lượng dữ liệu lớn ở dạng ảnh động và hình ảnh kèm âm thanh, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng và tốc độ cao.
Đặc tính W-CDMA và thông số của hệ thống
W-CDMA có những đặc tính kỹ thuật sau đây:
• Sử dụng tần số hiệu quả cao:
Theo nguyên tắc, dung lượng tiềm năng của hệ thống sử dụng công nghệ TDMA (đa truy cập phân chia theo thời gian) và FDMA (đa truy cập phân chia theo tần số) là tương đương Tuy nhiên, công nghệ CDMA (đa truy cập phân chia theo mã) thường được đánh giá cao về khả năng sử dụng tần số hiệu quả CDMA đạt được hiệu suất tối ưu nhờ vào việc điều khiển công suất truyền chính xác, trong khi TDMA cần một cấu trúc phân bổ kênh động phức tạp để đạt được hiệu suất tương tự Việc áp dụng đúng các công nghệ cơ bản trong hệ thống CDMA sẽ mang lại hiệu quả sử dụng tần số cao hơn cho toàn bộ hệ thống.
CDMA cho phép các cell gần nhau cùng sử dụng tần số mà không cần kế hoạch phân định tần số, điều này khác biệt với FDMA và TDMA, vốn yêu cầu phân định tần số và gặp khó khăn do phải xem xét đặc điểm địa hình và ảnh hưởng môi trường Hơn nữa, việc thiết kế định vị tần số không chính xác có thể làm giảm hiệu quả sử dụng tần số Trong khi đó, CDMA không yêu cầu bất kỳ kế hoạch phân định tần số nào, giúp tối ưu hóa khả năng truyền dẫn.
• Công suất truy n c a tr m g c nh ề ủ ạ ố ỏ
CDMA có khả năng nâng cao hiệu suất thu và giảm công suất truyền của các trạm phát di động (MSS) thông qua công nghệ bù RAKE Trong khi đó, TDMA có sự truyền dẫn không liên tục, yêu cầu công suất đỉnh để truyền 1 bit lớn hơn so với truyền dẫn liên tục Ngược lại, công suất đỉnh của CDMA tương đối thấp do có khả năng duy trì truyền dẫn liên tục Một đặc điểm khác của CDMA là khả năng tối thiểu hóa tác động của trường điện từ.
• Sử dụng nguồn tài nguyên độc lập giữa kênh hướng lên và hướng xuống
Trong hệ thống CDMA, việc hỗ trợ cấu hình kênh hướng lên và hướng xuống không đối xứng trở nên dễ dàng hơn so với các hệ thống khác như TDMA và FDMA Trong TDMA, việc chỉ định khe thời gian độc lập cho kênh hướng lên và xuống gặp khó khăn, trong khi FDMA cũng gặp trở ngại do dải sóng mang thay đổi Ngược lại, CDMA cho phép thiết lập hệ số trải phổ (SF) độc lập cho từng người sử dụng giữa hai kênh, giúp dễ dàng điều chỉnh tốc độ khác nhau Điều này tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên vô tuyến, ngay cả trong truyền không đối xứng như truy cập Internet Nếu một người chỉ sử dụng kênh hướng lên trong khi người khác sử dụng kênh hướng xuống mà không có tài nguyên vô tuyến nào khác, tài nguyên sẽ được sử dụng hiệu quả hơn Trong khi đó, TDMA và FDMA cần phải gán hai cặp tài nguyên vô tuyến cho các trường hợp tương tự Những đặc tính băng rộng của W-CDMA mang lại hiệu quả cao hơn trong nhiều lĩnh vực.
• Tốc độ của dữ liệu dải rộng
Dải băng rộng có khả năng truy cập dữ liệu ở tốc độ cao, đồng thời cung cấp hiệu quả cho các dịch vụ khi kết hợp giữa tốc độ thấp và tốc độ cao.
Trong TDMA, tốc độ truyền dữ liệu có thể được cải thiện thông qua việc thay đổi cách sắp xếp các khe thời gian Điều này cho phép tối ưu hóa quá trình truyền thông, tuy nhiên, tốc độ tối đa vẫn phụ thuộc vào yêu cầu của thiết bị và công suất đỉnh.
• Tăng cường giải pháp đa đường
Công nghệ thu đa dạng RAKE cải thiện khả năng thu tín hiệu bằng cách tách biệt nhiều đường truyền thành các đường riêng biệt, giúp tổ hợp lại hiệu quả Việc sử dụng băng rộng nâng cao độ phân giải của đường truyền dẫn, từ đó giảm yêu cầu về công suất thu Điều này dẫn đến việc giảm công suất truyền và đồng thời tăng dung lượng truyền tải.
Một ví dụ đặc trưng cho đ ều này i được chứng minh thông qua một kiểm tra từ trường cho thấy công suất truyền ở mức x p x 4Mcps là 3dB, ít h n m c 1Mcps ấ ỉ ơ ứ
• Hiệ ứu ng ghép kênh th ng kê ố
Hình 1.1 Hiệu ứng ghép kênh thống kê
Dải băng rộng tăng cường tốc độ truyền dữ liệu trong kênh điều khiển, đồng thời giúp giảm tốc độ thu không liên tục, từ đó cải thiện khả năng nhận tín hiệu của máy di động.
Hiệu ứng ghép kênh thống kê giới hạn khi ở chế độ rỗi giúp tiết kiệm năng lượng, kéo dài thời gian dự trữ cho trạm di động (MS).
1.2.2 Các thông số ơ ả c b n của W-CDMA
Bảng 1.1 trình bày những thông số cơ bản của W-CDMA
Cơ chế truy cập CDMA trải phổ trực tiếp
Cơ chế song công FDD
Khoảng cách sóng mang 200 kHz mành
Tốc độ dữ liệu 2Mbit/s Độ dài khung 10, 20, 40, 80 msec
Sửa lỗi trước Mã turbo, mã xoắn
Phương pháp đ ềi u chế dữ liệu Hướng lên: BPSK, Hướng xuống: QPSK Đ ềi u ch tr i ph ế ả ổ Hướng lên: BPSK, H ng xuống: HPSK ướ
Hệ số trải phổ 4 - 512 Đồng bộ ữ gi a các tr m g c ạ ố Không đồng bộ ũ (c ng có thể ng bộ) đồ
Bảng 1.1 trình bày thông số cơ bản của W-CDMA, trong đó hiệp hội ARIB và ETSI đã hỗ trợ hệ thống vô tuyến sử dụng sóng mang 5MHz làm trung tâm, bao gồm các sóng mang 10MHz và 20MHz Dự án hợp tác thế hệ 3 (3GPP) tập trung hoàn thiện các thông số của dải thông 5MHz và các thông số kỹ thuật liên quan đến các dải băng khác Sóng mang dải băng 5MHz đủ để đạt tốc độ truyền 2Mbit/s, mặc dù dải băng 20MHz mang lại hiệu quả cao hơn cho tốc độ này Mục tiêu của dự án hợp tác thế hệ 3 là cải tiến các thông số kỹ thuật càng nhanh càng tốt, do đó, phiên bản thông số hiện tại của 3GPP và tiêu chuẩn của ARIB và ETSI bị giới hạn trong dải thông 5MHz.
Chế độ không đồng bộ giữa các trạm gốc cho phép triển khai linh hoạt mà không cần sự đồng bộ chặt chẽ giữa các trạm Trong khi đó, chế độ đồng bộ có thể được áp dụng cho các trạm phát sóng nhờ thiết kế phù hợp Độ dài khung cơ bản là 10msec, và giá trị này được liệt kê trong bảng 1.1.
Phương pháp điều chế dữ liệu sử dụng khóa dịch pha cầu phương (QPSK) cho kênh đường xuống và khóa dịch pha nhị phân (BPSK) cho kênh hướng lên Sự biến điều chế dịch pha ghép (HPSK) được áp dụng cho điều chế truyền tải trong kênh hướng lên Tách sóng dựa vào tách sóng kết hợp bằng ký tự pilot, với ký tự pilot được ang công thời gian cho kênh hướng xuống nhằm tối ưu hóa sự tin cậy trong thiết bị đầu cuối khi công suất truyền (TCP) và đơn giản hóa mức thu trong trạm di động Đối với kênh hướng lên, ký tự pilot được trải phân bố ở các khối tần số khác biệt với dữ liệu và được ghép kênh I/Q với dữ liệu, đảm bảo đường truyền liên tục dù có xảy ra truyền thay đổi tốc độ, đồng thời tối ưu hóa độ đỉnh của sóng truyền Đây cũng là phương thức hiệu quả để giảm các hiệu ứng nhiễu và giảm yêu cầu về bộ điều chế trong khu vực đại truyền sóng máy tính ở thiết bị di động Hệ số ả tr i ph SF biến thiên được sử dụng để đạt mức truyền đạt cự đố độ, trong khi kênh hướng xuống, hệ số ả tr i ph biến thiên trực giao ổn định được áp dụng, hoặc cũng có thể dùng đa mã.
Mã xoắn được dùng trong sự mã hoá kênh Mã turbo được sử dụng cho d li u ữ ệ tốc độ cao
Trong kênh hướng xuống, việc sử dụng sơ đồ ký tự pilot riêng là cần thiết để điều khiển công suất truyền vòng kín với tốc độ cao Bên cạnh đó, các ký tự pilot chung cũng có thể được áp dụng cho việc giả định điều khiển các kênh chung, cho phép linh hoạt trong việc điều khiển các kênh riêng.
THIẾT BỊ MẠNG TRUY NHẬP
BTS
Cấu hình chức năng của trạm thu phát g c BTS bao gồm các thành phần chính như bộ khuếch đại thu ngoài trời (OR-RA), bộ điều khiển giám sát (OA-RA-SC), AMP và thiết bị điều chế (MDE) MDE chứa các mô-đun chức năng với bộ truyền/thu (TRX), bộ điều khiển, giao diện cao tốc và đơn vị xử lý tín hiệu di động (BB) Trong khi AMP, OA-RA và TRX được cấu hình độc lập cho mỗi sector, các mô-đun chức năng khác của MDE được phân chia theo từng sector.
Hình 2.2: Cấu hình chức năng của BTS
2.1.2 Các đặc đ ểi m kĩ thuật cơ ả b n của BTS
Bảng 2.1 trình bày các đặc điểm kỹ thuật vô tuyến cơ bản của BTS, phù hợp với TS25.104 “UTRA (BS) FD; Thu và phát vô tuyến” và TS25.141 “Kiểm tra sự bảo giác của trạm gốc (FDD)” Các tiêu chuẩn này được chuẩn bị bởi Nhóm đặc điểm kỹ thuật của thiết bị đầu cuối 3GPP (TSG) và Nhóm vận hành RAN 4 (WG) Việc tối ưu hóa sóng mang và dung lượng kênh thông qua quá trình làm nhỏ hình giúp tiết kiệm năng lượng và tích hợp nhiều chức năng hơn.
Bảng 2.1 Các đặc đ ểm kĩ thuật cơ bản của trạm thu phát gốc (BTS) i
STT Thông số ĩ k thuật Mô tả
1 Hệ thống truy nhập vô tuyến
2 Dải băng tần TX/RX IMT-2000 Band
3 Khoảng cách bước tần số
4 Khoảng cách bước sóng mang
6 Tốc độ ký hiệu 7.5 ksps ÷ 960 ksps
7 Kĩ thuậ đ ềt i u chế Đ ềi u chế dữ li u: QPSK; i u ch tr i ph : ệ Đ ề ế ả ổ
8 Kĩ thuật giả đ ềi i u chế Tách sóng kết hợp pilot-symbol
9 Tốc độ truyền dữ liệu Max 384 kbs (2 Mbs)
10 Công suất truyền lớn nhất
20W ±2dB/sóng mang/sector (10W ±2 dB//sóng mang/sector/anten khi phân tập phát)
11 Sự ổ n định tần số ±0.005 ppm hoặc nhỏ ơ h n
12 Dải thông bị chi m ế 5 MHz hoặc nhỏ ơ h n (99% băng thông)
5 MHz off-carrier 45 dB hoặc cao hơn/3.84 MHz băng thông
13 Tỉ lệ công su t dò ấ kênh lân cận
10 MHz off-carrier 50 dB hoặc cao hơn/3.84 MHz băng thông
30 MHz ÷ 1GHz -13 dBm (100 kHzBW) 1GHz ÷ 12.75 GHz -13 dBm (1 MHzBW) Tuy nhiên
14 Phát xạ không xác thực
16 Hệ ố s Roll-off Bộ ọ l c Nyquist côsin nâng gốc vuông góc α=0.22
17 Độ chính xác của đ ềi u chế
Tốc độ dữ liệu 12.2 kbs Mức tín hiệu vào -121 dBm
Tỉ số lỗi bit 10 -3 hoặc nhỏ ơ h n
1 – 12.75 GHz -47 dBm (1 MHzBW) Tuy nhiên
19 Phát xạ không xác thực trong máy thu
2.1.3 Những công nghệ quan trọng trong mỗi khối chức năng
Dưới đây là những chức năng chính của BTS (xem hình 2.2)
AMP khuếch đại tín hiệu đầu ra của MDE lên đến mức yêu cầu của ANT, với hệ số tăng khoảng 40 đến 50dB Theo yêu cầu kỹ thuật của 3GPP, tỉ lệ công suất dò kênh lân cận ACLR cần đạt 45dBc ở tần số 5MHz trong suốt quá trình truyền đa mã Do đó, cần có một AMP chung siêu tuyến tính Công nghệ bù méo cho các AMP chung bao gồm tiếp sóng xuôi và sửa méo trước, trong đó tiếp sóng xuôi nổi bật nhờ khả năng bù méo cao Việc giảm kích cỡ của AMP có thể thực hiện thông qua việc tạo ra một AMP chung đáp ứng các yêu cầu này, và công nghệ sửa méo trước cũng hứa hẹn sẽ nâng cao hiệu suất.
Hình 2.3: Cấu hình cơ ả b n c a b khu ch đại ti p trước t i u ch nh ủ ộ ế ế ự đ ề ỉ
OA-RA và OA-RA-SC
AMP được sử dụng trong OA-RA thường có các băng khuếch đại tần số thấp (LNA) với cấu hình song song để tăng độ tin cậy Hệ số tăng cường vào khoảng 40 dB, trong đó năng lượng được cung cấp dựa trên phương pháp cung cấp điện năng ảo, bao gồm việc sử dụng cáp đồng trục có tần số cao Việc này yêu cầu phải có một hệ thống phân chia năng lượng, một mạch khuếch đại đồng trục và cần áp dụng các biện pháp để tránh tăng điện áp do hiện tượng sấm chớp Hình 2.4 minh họa một ví dụ về cấu hình kết nối của OA-RA.
RA tại trạm áp dụng phân tập truyền dẫn sử dụng bộ chuyển mạch thu phát loại nhỏ với tổn hao ít và bộ lọc thu Thiết bị OA-RA hỗ trợ hai nhánh ầ ộ ế với NF tối đa 3dB và kích cỡ khoảng 15 lit Việc chuẩn bị phát xạ không xác thực cần chú trọng đến dải băng tần cần thiết của hệ thống điện thoại di động cá nhân (PSH).
Hình 2.4 C u hình cấ ơ ả b n của bộ khuếch đại thu ngoài trời
TRX chuyển đổi tín hiệu từ số sang tương tự và biến đổi chúng thành tín hiệu cao tần (RF) thông qua quá trình biến đổi Nó thực hiện việc dò tìm tín hiệu thu phát OA-RA, chuyển đổi chúng từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự và gửi đến BB TRX được cấu hình như một đơn vị độc lập cho mỗi sector và có một cấu hình dự trữ, giúp tự động thực hiện nhiệm vụ khi có sự cố Một hệ thống TRX có thể hỗ trợ tối đa 6 sector.
BB là khối chức năng đảm nhiệm các nhiệm vụ như FEC, khung dữ liệu, điều chế dữ liệu, trịa phổ/giải trải phổ, đồng bộ chip, giải mã sai sót, tách và ghép kênh dữ liệu, cũng như MRC ổn định dựa vào chuyển giao phân tập giữa các sector và các chức năng xử lý tín hiệu khác từ tín hiệu thu được.
So với TRX, tài nguyên phân cục trong bô xử lý tín hiệu băng gốc được gán cho từng sector hoặc sóng mang Việc chia sẻ card trong BTS cho phép gán các kênh linh hoạt cho các dịch vụ và lưu lượng không ổn định Ngay từ BTS đầu tiên, hệ thống đã có khả năng xử lý tới 720 kênh, giúp tối ưu hóa khả năng hoạt động của kênh vô tuyến trong cấu hình 2 sóng mang và 3 sector Mục tiêu hiện nay là đạt được mật độ thiết bị cao hơn với tiêu thụ công suất thấp hơn để tối đa hóa dung lượng.
Giao diện cao tốc (Highway)
BTS và RNC kết nối với nhau qua các đường truyền 1.544 Mbps và 6.312 Mbps hoặc kết nối Mega ATM Công nghệ ATM cho phép truyền dẫn dữ liệu hiệu quả cao giữa người dùng và hệ thống điều khiển Giao diện này xử lý tín hiệu của AAL2 và AAL5, đồng thời cung cấp SSCOP (Service Specific Connection Oriented Protocol) Ngoài ra, nó cũng cung cấp đồng hồ chuẩn và pha định thời chuẩn cho hoạt động của BTS, cùng với nhãn thời gian để đồng bộ hóa liên node giữa BTS và RNC.
Khối này có nhiệm vụ phát và thu tín hiệu điều khiển cuộc gọi từ và đến RNC, điều khiển kênh và quản lý việc đặt hoặc giải phóng kênh vô tuyến Phần mềm điều khiển (CC) cùng với các tham số hệ thống được lưu trữ qua thẻ PCMCIA, cho phép cập nhật phần mềm tại trung tâm Ứng dụng phần mềm và chức năng lớp được thiết kế phân tán, giúp người dùng phát triển độc lập và tăng cường chức năng giám sát Chức năng giao diện bảo trì được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo hiệu quả trong quá trình bảo trì và điều khiển hệ thống.
Chức năng của nó bao gồm Initial Program Loader (IPL) và khả năng trao đổi file từ xa, giúp giám sát và điều khiển trạng thái của card trên BTS cũng như các thiết bị ngoại vi.
RNC
RNC có chức năng xử lí báo hiệu đ ềi u khiển, O&M, ghép tách kênh chung, chuyển mạch ATM, chuyển giao phân tập RNC kế ố ớt n i v i switch cục bộ, MPE và
RNC (Radio Network Controller) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chuyển giao và kết nối vô tuyến, với khả năng xử lý ít nhất 10.000 BHCA và chuyển mạch tốc độ Gbit/s Nó quản lý hàng chục BTS và linh hoạt trong việc điều tiết từ các khu vực đô thị đến ngoại ô Bên cạnh việc xử lý kết nối cuộc gọi, RNC còn cung cấp các chức năng O&M (Operations and Maintenance) cần thiết, với giao diện O&M tuân thủ chuẩn.
Hình 2.5: Cấu hình chức năng của RNC
Bảng 2.2: Các chức năng của RNC
MPE
MPE có chức năng xử lý tín hiệu gói, bao gồm chuyển đổi giao thức giữa dữ liệu PS và xử lý tín hiệu thoại để chuyển đổi từ nhiều tốc độ thích ứng (AMR) thành chế độ mã xung theo luật Đề μ (PCM) và ngược lại Như hình 2.1 minh họa, thao tác xử lý tín hiệu gói trong MPE đã trở thành một phần quan trọng trong hoạt động của RAN và RNC, thể hiện phương pháp phân chia vật lý hiệu quả.
Hình 2.6: Cấu hình chức năng MPE
Quá trình xử lý tín hiệu gói diễn ra thông qua việc kết nối với nhiều RNC, với tài nguyên phần cứng tập trung tại MPE MPE có khả năng phân chia tài nguyên để xử lý tín hiệu từ nhiều RNC Các thao tác xử lý tín hiệu, như xử lý tín hiệu thoại, được xem là thao tác trong công nghệ chuẩn, diễn ra kết hợp với chuyển mạch Bên cạnh đó, MPE là một thành phần quan trọng trong phần cứng, tích hợp các thao tác xử lý tín hiệu của RAN và CN, cho phép thực hiện cả hai thao tác trên một thiết bị duy nhất.
Hình 2.6 minh họa cấu hình hoạt động của MPE, cho thấy cấu hình chức năng chứ không phải cấu hình phần cứng Bảng 2.3 mô tả sơ lược các quá trình xử lý bởi mỗi khối chức năng.
MPE cần có khả năng xử lý hàng trăm nghìn BHCA, chuyển mạch với tốc độ tối thiểu vài Gbit/giây và có thể điều tiết hàng chục RNC, nhằm thích ứng linh hoạt với các khu vực khác nhau.
Bảng 2.3: Chức năng các khối MPE
Anten BS
2.4.1 Anten BS cho chuẩn IMT-2000
Hệ thống di động cá nhân sử dụng kỹ thuật số PDC hoạt động ở băng tần 0,9 GHz và 1,5 GHz có vùng phủ sóng tối đa 1 km tại các khu vực thành thị, do đó cần lắp đặt thêm một số anten BS Chuẩn IMT-2000 sử dụng băng tần 2,0 GHz, vì vậy cần phải lắp đặt thêm anten BS mới Thiết kế của anten BS hiện tại cần được thu nhỏ để giảm thiểu sự can thiệp và phân chia tần số khi lắp đặt.
Do đó, sẽ cần ph i l p ả ắ đặt ít anten h n Anten BS chuyên dụng trong chuẩn IMT-ơ
Thiết kế của công nghệ W-CDMA năm 2000 có đặc điểm hướng tuyền ngang và phụ thuộc vào dung lượng thuê bao Sự so sánh giữa số lượng sector và dung lượng thuê bao cho thấy rằng khi số lượng sector tăng lên, dung lượng thuê bao cũng tăng theo Tuy nhiên, thực tế dung lượng thường thấp hơn khoảng 20% so với dự kiến do sự chồng chéo của các sector lân cận Độ rộng chùm tia trong cấu hình vùng phủ sóng với 3 sector và 6 sector lần lượt là 120 độ và 60 độ.
Hình 2.7: Mối quan hệ giữa số sector và số thuê bao
Hình 2.8 minh họa mối quan hệ giữa cách bố trí anten và độ rộng chùm Trong trường hợp A, anten lưỡng cực đặt giữa bộ phản xạ (cách 0,25 bước sóng) cho độ rộng chùm 120 độ, không hẹp hơn dù chiều rộng bộ phản xạ tăng Trường hợp B, hai anten lưỡng cực trên bề mặt phẳng (cách 0,5 bước sóng) cho độ rộng chùm 60 độ, không phụ thuộc vào chiều rộng bộ phản xạ Để giảm bán kính, chiều rộng bộ phản xạ cần đạt 0,7 hoặc 1,0 bước sóng, nếu không hiệu suất hướng tính giảm khoảng 13dB Trong trường hợp C, bộ phản xạ hình bán trụ với anten lưỡng cực ở giữa, cho thấy chiều rộng bộ phản xạ ảnh hưởng đến độ rộng góc mở Đường kính lớn hơn sẽ tạo chùm tia hẹp hơn; ví dụ, chùm tia 120 độ từ bộ phản xạ đường kính 0,25 bước sóng, trong khi chùm tia 60 độ từ bộ phản xạ đường kính 0,8 bước sóng.
B được bảo vệ bởi một vòm rada có chức năng môi trường, giúp tăng độ cứng vật lý và khả năng chống chọi với thời tiết, đồng thời giảm sức gió Kích cỡ của anten thường được xác định dựa trên bán kính tương đương Đối với một anten trạm gốc tạo ra chùm tia rộng 120 độ, sự sắp xếp các anten trong trường hợp C yêu cầu ít anten nhất Độ rộng chùm có thể được điều chỉnh bằng cách nghiêng phần xạ để tạo ra anten phản xạ góc Anten phản xạ góc giúp giảm độ rộng chùm bằng cách thu hẹp góc, mặc dù mỗi độ rộng chùm đều cần được tối ưu hóa, nghĩa là thu nhỏ đường kính anten.
2.4.2 Sự phân chia tần số
Anten chuyên dụng cho IMT-2000 cần có đường kính nhỏ để giảm sức gió Một phương pháp để đạt được điều này là giảm sự ảnh hưởng của độ đục bằng cách cộng hưởng tần số giữa anten này với anten khác.
Hệ thống di động cá nhân sử dụng kỹ thuật số (PDC) hoạt động trên các băng tần chia tần số 0,8 GHz và 1,5 GHz Bài viết này sẽ tập trung vào việc mô tả cấu trúc và đặc tính của các anten cho các băng tần 0,8 GHz, 1,5 GHz và 2,0 GHz.
Trước tiên sẽ đề cập đến m t anten chung ba t n s với độ rộng chùm ngang là ộ ầ ố
Để xác định độ rộng 120 độ của chùm tia trên tần số 2,0 GHz, nghiên cứu đã chỉ ra rằng chùm tia này đạt được ở dải băng 2,0 GHz Khác với các anten có bộ phản xạ góc thường tạo ra chùm tia hẹp hơn ở tần số cao, anten này có độ rộng chùm ổn định khi tần số thay đổi Cấu trúc của anten đảm bảo đường kính hình trụ tương ứng với hệ thống PDC bằng cách gắn các phần tử thụ động lên dải băng 2,0 GHz Đặc điểm nổi bật của thiết kế này là độ rộng chùm vẫn không thay đổi khi thay thế bằng anten khác Bộ phản xạ và phần tử thụ động được gắn ở một phía nhằm giảm sự suy giảm cân bằng ở dải băng 0,8 GHz, như minh họa trong Hình 2.9.
Anten chùm 120° được sử dụng chung cho ba tần số, với đặc tính suy hao đáng chú ý Trong hệ thống PDC thông thường, anten BS có 26 phần tử, được bố trí cách nhau 200mm Ngược lại, hệ thống W-CDMA sử dụng anten BS với số lượng phần tử lớn hơn, cải thiện hiệu suất truyền tín hiệu.
36 phần tử được bố trí cách nhau 150mm nhằm giảm thiểu sự thay đổi trong hệ số khuếch đại do chùm tia bị nghiêng Độ mở góc của anten là 5,4 m và hệ số khuếch đại được thiết lập để tối ưu hóa hiệu suất.
Anten 20 dBi ở dải băng 2 GHz bao gồm cả tổn thất do đường dây dẫn Hình 2.10 minh họa cấu trúc của một ăng-ten chung băng tần với độ rộng chùm là ố ầ ố.
Anten trong hệ thống PDC có độ rộng chùm 120 độ (3 sector), trong khi anten cho chuẩn IMT-2000 có độ rộng chùm 60 độ (6 sector) Bộ phản xạ bao gồm hai hệ thống anten, được sử dụng chung cho cả hai hệ thống Các cạnh của bộ phản xạ được uốn vuông góc với độ cao tối thiểu 20mm Ở tần số 0,9 GHz và 1,5 GHz, khoảng cách tính từ bộ phản xạ là 70mm, trong khi ở tần số 2,0 GHz, khoảng cách này là 37,5mm Chiều rộng của bộ phản xạ để đảm bảo độ rộng chùm 120 độ ở tần số 0,9 GHz và 1,5 GHz là 140mm, và sẽ là 60 độ ở tần số 2,0 GHz.
Hình 2.10: Cấu trúc anten chùm 120 0 dùng chung cho 3 tần số
Hai hệ thống anten khi xếp thẳng hàng sẽ ảnh hưởng lẫn nhau, đặc biệt là các phần tử bức xạ của chúng Sự định hướng của dải tần 2,0 GHz có thể quay 90 độ sang hướng bức xạ chính do dòng điện xuất hiện trong các phần tử bức xạ ở băng tần 0,9 GHz và 1,5 GHz.
Các phần tử bức xạ ở dải tần 2,0 GHz có ảnh hưởng hạn chế đến tính định hướng và suy giảm cân bằng tại dải tần 0,9 GHz và 1,5 GHz Để tăng cường tính định hướng ở dải tần 2,0 GHz, các phần tử thụ động được lắp đặt giữa các phần tử bức xạ ở dải tần 0,9 GHz và 1,5 GHz Cấu hình này của anten góp phần nâng cao tính định hướng.
GIAO DIỆN TRUY NHẬP VÔ TUYẾN
Lớp vật lý
Các kênh truyền tải là các kênh được cung cấp từ lớp v t lý đến phân l p MAC ậ ớ
Có nhiều loại kênh truyền tải dữ liệu với các thuộc tính và định dạng truyền khác nhau trên lớp vật lý Danh sách các kênh truyền tải được trình bày trong Bảng 3.1 (phụ lục A).
PCCPCH (kênh vậ t lý i u đ ề khiển dùng chung sơ ấ c p)
SCCPCH (kênh vậ t lý i u đ ề khiển dùng chung thứ ấ c p)
PRACH (kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý)
(kênh vật lý dành riêng)
PDSCH (kênh chia sẻ hướng xuống)
RACH (kênh truy cập ngẫu nhiên)
DSCH (kênh chia sẻ hướng xuống)
BCCH (kênh đ ề i u khiển quảng bá)
PCCH (kênh đ ề i u khiển nhắn tin)
DCCH (kênh đ ề i u khiển dành riêng)
DTCH (kênh lưu lượng dành riêng)
Kênh vật lý Kênh truyền Kênh logic
Các kênh vật lý được xác định bởi mã và tần số độ FDD, thường dựa vào cấu hình lớp của khung vô tuyến và khe thời gian, ngoại trừ một số kênh vật lý Dạng khung vô tuyến và khe thời gian phụ thuộc vào tốc độ ký tự của kênh vật lý Bảng 3.2 (xem phụ lục A) trình bày các loại và ứng dụng của các kênh vật lý, trong khi cấu trúc của các kênh vật lý quan trọng sẽ được đề cập trong phần tiếp theo.
Khung vô tuyến là đơn vị nhị phân quan trọng trong quá trình giải mã, bao gồm 15 khe thời gian Khe thời gian, là đơn vị nhỏ nhất của dãy bit lớp thứ nhất, cũng là yếu tố cơ bản trong TPC và ước tính kênh Số lượng bit trong một khe thời gian phụ thuộc vào kênh vật lý.
Kênh v ậ t lý dành riêng h ướ ng lên (uplink DPCH)
Có 2 loại kênh DPCH hướng lên là: DPDCH và DPCCH DPDCH và DPCCH (kênh đ ềi u khiển dành riêng dạng gói) được ghép kênh I/Q trong mỗi khung vô tuyến DPDCH được dùng để truyền dữ liệu tạo ra từ lớp cao h n t c là d li u ơ ứ ữ ệ kênh riêng Tùy theo cách sắp xếp kết n i cố ủa lớp vật lý mà có thể có một hoặc nhiều hoặc không có kênh DPDCH DPCCH mang thông tin đ ềi u khiển được tạo ra ở lớp v t lí Thông tin i u khi n bao g m nh ng bit pilot ã bi t trước s dụng để ậ đ ề ể ồ ữ đ ế ử d ự đoán kênh trong quá trình dò tìm dính kết, l nh TPC, thông tin ph n h i (FBI), ệ ả ồ chỉ dẫn (CTFCI), thông tin k t hợp ế định dạng truyền tải (Transport Format Combination-TFC) và chỉ thị ế k t hợp định dạng truyền tải (TFC Indicator-TFCI) TFCI là thông tin chỉ dẫn có bao nhiêu kênh truy n t i ề ả được ghép trong khung thu DPDCH hướng lên và loại định dạng truyền tải (TF) được sử dụng trong m i ỗ kênh truyền tải Bỏ qua định d ng kạ ết nối ở ớ l p th nh t, ph i có ít nh t 1 DPCCH ứ ấ ả ấ
Cấu trúc khung DPCH hướng lên được mô tả trong Hình 3.4, trong đó mỗi khung vô tuyến kéo dài 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe chứa 2560 chip Số lượng bit trên mỗi khe DPDCH/DPCCH phụ thuộc vào thông số k, tương ứng với hệ số trải phổ (SF) của kênh vật lý, với SF dao động từ 256 đến 4 cho DPDCH Đặc biệt, hệ số trải phổ của DPCCH được giữ cố định ở mức 256.
Trường FBI chứa thông tin được gửi từ thiết bị đầu cuối đến trạm gốc, liên quan đến phân tập phát vòng lặp và điều khiển công suất phát, cụ thể là lựa chọn khu vực thông qua hệ thống Site Selection Diversity Transmit Power Control (SSDT).
Trong DPCCH, cỡ khe được sử dụng cho TFCI ho c FBI (s bit ặ ố được s dụng) ử đang dùng ho c ch độ nén được áp d ng (s khe truy n) quy định ặ ế ụ ố ề
Kênh v ậ t lý dành riêng h ướ ng xu ố ng (Downlink DPCH)
Downlink DPCH khác với uplink DPCH ở chỗ là DPDCH và DPCCH được ghép kênh theo thời gian
Hình 3.5 mô tả cấu trúc khung của DPCH hướng xuống, với mỗi khung có chiều dài 10ms, được chia thành 15 khe Mỗi khe chứa 2560 chip, tương ứng với một chu kỳ điều khiển công suất Tổng số bit trên mỗi khe tương ứng với hệ số trải phổ SFQ2/2 k, trong đó SF có giá trị từ 4 đến 512.
Số lượng bit trên từ trường TPC (NTPC) có giá trị là 2, 4, 8 hoặc 16 phụ thuộc vào hệ số trải phổ hoặc chế độ nén đang được áp dụng
Số lượng bit trên từ tr ng TFCI (Nườ TFCI) có thể không được sử dụng (N TFCI = 0) tùy thuộc vào phương pháp dò tìm TF của người sử dụng Nếu được sử dụng, NTFCI có thể là 2, 4, 8 hoặc 16, phụ thuộc vào hệ số ảnh hưởng của chế độ nén đang áp dụng.
Số lượng bit trên từ trường ch (Nủ chủ) có giá trị là 2, 4, 8, 16 hoặc 32 ph thu c ụ ộ vào hệ ố s trải phổ hoặc chế độ nén đang được áp dụng
Kênh truy c ậ p ng ẫ u nhiên v ậ t lý (PRACH):
Truyền truy cập ngẫu nhiên sử dụng phương pháp ALOHA phân khe kết hợp với khả năng thu nhận nhanh chóng Đặc biệt, thiết bị của người sử dụng được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất truyền tải.
Để gửi khối tin truyền, người sử dụng cần truy cập ngẫu nhiên trước khi thực hiện thao tác Khi nhận được chỉ dẫn tương ứng với "preamble", hệ thống sẽ tiếp tục gửi khối tin truyền.
Thiết bị của người sử dụng khi ở động sử dụng truyền thông RACH có khả năng truy cập theo thời gian đã định trước, được gọi là các khe truy cập Mỗi 2 khung có 15 khe truy cập, với 5120 chip được đặt cách nhau Hình 3.6 minh họa số lượng khe truy cập và khoảng cách giữa chúng Các khe truy cập có thể được sử dụng sẽ được xác định bởi lớp cao hơn.
Hình 3.6: Số lượng khe truy cập và khoảng cách gi a chúng ữ
Quá trình truyền truy nhập ngẫu nhiên gồm có 1 hoặc nhiều hơn 1 “preamble”
Chip 4096 và thời gian truy cập từ 10ms đến 20ms đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hệ thống Chiều dài của phần tín hiệu được quy định bởi các tiêu chuẩn nhất định, cùng với sự sắp xếp giữa các ký tự và khe truy cập theo quy định của lớp cao hơn.
Hình 3.7 minh họa cấu trúc khung vô tuyến cho phần bản tin truy nhập ngẫu nhiên, với chiều dài khung là 10ms được chia thành 15 khe, mỗi khe chứa 2560 chip Mỗi khe bao gồm một khối dữ liệu truyền thông tin ở lớp thứ 2 và khối điều khiển truyền thông tin ở lớp thứ nhất (bao gồm bit pilot và TFCI) Dữ liệu và khối điều khiển được truyền song song thông qua ghép kênh I/Q Thời gian truyền tin dài 20ms bao gồm 2 khung vô tuyến Dữ liệu gói có kích thước 10.2 kbit (k=0,1,2,3) tương ứng với hệ số trải phổ (SF=6,128,64,32).
Khối điều khiển chứa các bit pilot đã được xác định trước, nhằm dự đoán kênh trong quá trình dò tìm kết dính (N chủ bit) và bit TFCI (NTFCI + bit).
Kênh Pilot dùng chung (CPICH)
CPICH là kênh vật lý có tốc độ cố định 30kbps với SF%6, được xác định trước s bit ố và chuỗi ký hiệu Khi áp dụng phân tập phát, CPICH được truyền từ hai anten với mã hóa kênh và mã đổi tần giống nhau Trong trường hợp này, chuỗi ký tự được truyền qua CPICH sẽ khác nhau giữa ANT1 và ANT2 Nếu không áp dụng phân tập phát, chuỗi ký tự của ANT1 sẽ được truyền Có hai loại CPICH: CPICH sơ cấp (P-CPICH) và CPICH thứ cấp (S-CPICH).
CPICH sơ ấ c p có những đặc tính sau:
- P-CPICH luôn sử dụng cùng một mã hóa kênh
- Thực hiện đổi tần bằng mã đổi tần sơ cấp
- Mỗi một cell chỉ chứa một P-CPICH
- P-CPICH được truyền đi trên phạm vi toàn cell
P-CPICH là hệ quy chiếu pha cho sự dự đ oán kênh c a SCH, P-CCPCH, AICH ủ và PICH Nó cũng được sử ụ d ng cho những kênh hướng xuống khác
CPICH thứ ấ c p có những đặc tính sau:
- S-CPICH sử dụng mã hóa kênh với SF%6
- Có thể thực hiện đổi tần bằng hoặc mã đổi tần sơ ấ c p ho c th c p ặ ứ ấ
- Mỗi một cell có thể không có hoặc có một hoặc một vài S-CPICH
- S-CPICH có thể được phát trong toàn bộ hoặc một phần cell
Tầng ph ụ đ ề i u khi ển kết nối vô tuyến (RLC)
3.4.1 Tổng quan các chức năng RLC
Tầng phụ RLC hình thành sự kết n i RLC gi a UE và UTRAN và cung c p 3 ố ữ ấ chế độ truyền dữ liệu dưới đây cho tầng cao hơn
Chế độ trong suốt chỉ thực hiện việc phân đoạn và tái tập hợp của RLC_SDU mà không cung cấp thêm thông tin nào, chẳng hạn như thông tin đầu đề hoặc điều chỉnh.
Dưới chế độ không báo nhận, các quy trình phân đoạn, xâu chuỗi và tái tập hợp của RLC_SDU được thực hiện hiệu quả Đồng thời, việc dò lỗi cũng được tiến hành để đảm bảo tính chính xác Nếu một RLC_SDU tương tự bị thu sai, nó sẽ bị loại bỏ nhằm duy trì chất lượng dữ liệu.
Chế độ báo nhận trong C_SDU cho phép biểu diễn phân đoạn, xâu chuỗi và tái hợp dữ liệu, đồng thời phát lại RLC_PDU Nếu RLC_PDU bị nhận sai, cơ chế phát lại sẽ được kích hoạt Việc phát lại có thể được phối hợp theo lớp QoS bởi RRC, với các lựa chọn sẵn có để đảm bảo thứ tự dữ liệu và duy trì trật tự trong trường hợp phát lại RLC cung cấp các chức năng quan trọng để nhận diện các chế độ trao đổi dữ liệu hiệu quả.
• Chức n ng phân o n/t h p RLC_SDU ă đ ạ ổ ợ
• Chức n ng xâu chu i/t h p RLC_PDU ă ỗ ổ ợ
• Chức n ng s a l i thông qua c ch phát l i ă ử ỗ ơ ế ạ
• Chức n ng để dò và loạ ỏă i b RLC_SDU tương t ự
• Chức n ng i u khi n lu ng ă đ ề ể ồ
• Chức n ng khôi ph c và dò l i giao th c ă ụ ỗ ứ
• Chức n ng h i ph c l i và ình ch ă ồ ụ ạ đ ỉ
Trong TM, đối tượng phát chỉ có chức năng tạo ra RLC_PDU bằng cách phân đoạn RLC_SDU và gửi RLC_PDU tới đối tượng nhận Đối tượng nhận có nhiệm vụ tái tổ hợp RLC_PDU đã nhận và tạo ra RLC_SDU Do chức năng mã hóa được thực hiện bởi tầng phụ MAC, đối tượng RLC TM không đảm nhận vai trò mã hóa.
Hình 3.25: Kiến trúc của tr ng thái trong su t ạ ố
3.4.3 Chế độ không báo nh n ậ Đối tượng phát của ch độ không báo nhậế n có ch c n ng phân o n RLC_SDU ứ ă đ ạ thành dữ liệu đủ ng n ắ để được tr trong PU c a RLC_PDU nh ng không th làm ữ ủ ư ể đầy hoàn toàn PU (được biết đến nh “xâu chu i”) Nó c ng có th chèn thêm ư ỗ ũ ể PADs vào nửa sau c a PU khi PU không thể được làm đầy bởi dữ liệu ủ Đối tượng phát có chức n ng gán một dãy sốă cho đầu đề RLC_PDU dãy s này ố được kiểm tra b i đối tượng nhận vì vậy RLC_PDU tương tự ẽ ịở s b phát nhầm Đối tượng phát đi kèm theo thông tin v độ dài c a RLC_SDU để giúp đối t ng ề ủ ượ phân tái tổ hợp RLC_SDU trong trường hợp b i s các RLC_SDU xâu chu i ho c ộ ố ỗ ặ một phần của nó được chứa trong cùng một RLC_PDU ho c trong trường h p PAD ặ ợ yêu cầu
Cả hai đối tượng phát và nhận đều có chức năng mã hoá:
Hình 3.26: Kiến trúc của ch độ không báo nh n ế ậ
Khối phát của đối tượng trong chế độ báo nhận có nhiệm vụ phân đoạn RLC_SDU thành các dữ liệu ngắn gọn, giúp lưu trữ trong PU của RLC_PDU Khi thu nhận, chức năng này sẽ tái tổ hợp các dữ liệu đã được phân đoạn để tạo ra RLC_SDU hoàn chỉnh Kích thước của các dữ liệu này được quản lý chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất và tính khả thi trong quá trình truyền tải.
PU được chỉ rõ bởi RRC Theo Release 99, chỉ 1 PU được trữ trong 1 RLC_PDU (nói cách khác, RLC_PDU=PU)
Nếu dữ liệu không thể làm đầy PU trong RLC_PDU, khối phát có thể xâu chuỗi RLC_SDU tiếp theo hoặc thêm thông tin PAD vào cuối PU.
Khối phát không chỉ có chức năng gửi thông tin mà còn cung cấp dữ liệu cần thiết cho việc điều khiển, chẳng hạn như phát lại thông tin vào vị trí của PAD Khi phát kèm theo thông tin về độ dài trên RLC_SDU, điều này cho phép khối thu tổ hợp RLC_SDU xử lý nhiều RLC_SDU đã được xâu chuỗi, hoặc khi một phần của RLC_SDU được lưu trữ trong cùng một RLC_PDU, hoặc khi có yêu cầu từ PAD.
Khối thu có vai trò quan trọng trong việc phân đoạn RLC_SDU, xâu chuỗi trong PU của RLC_PDU, đồng thời thực hiện chức năng xoá PAD và rút ra thông tin cần thiết.
Hình 3.27: Kiến trúc c a chủ ế độ báo nhận
Hình 3.28 mô tả định dạng dữ liệu của UMD PDU, trong đó đối tượng ở trạng thái báo nhận có chức năng gán số tuần tự cho RLC_PDU Khối thu đảm nhận vai trò phát báo nhận thông tin điều khiển cho phía phát khi RLC_PDU được tiếp nhận bình thường, đồng thời xử lý điều khiển để đảm bảo trật tự phát RLC_SDU không bị đảo ngược khi gửi cho đối tượng tầng cao hơn Nó cũng có khả năng xử lý loại dữ liệu giống như RLC_PDU đã được phát.
Cơ chế phát lại được hỗ trợ bởi các nguyên lý của dòng dữ liệu, với sự ổn định ở cả hai phía phát và thu Điều này giúp khôi phục các chức năng cần thiết và đảm bảo việc truyền tải hiệu quả Cả đối tượng phát và thu đều có khả năng mã hóa, góp phần nâng cao tính bảo mật và hiệu suất của hệ thống.
TrDPDU (Transparent mode Data PDU) được sử dụng trong phát li c a ạ ủ RLC_SDU trong chế độ truyền thông không có thông tin bổ sung TrDPDU có tính đồng chỉnh bit, đảm bảo tính chính xác trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Hình 3.29: Định dạng dữ ệu c li ủa PDU dữ liệu chế độ trong suốt
UMD PDU (Unacknowledged Mode Data Protocol Data Unit) được sử dụng để phát lại RLC_SDU trong trạng thái không báo nhận Nó có dãy số tuần tự và giá trị độ dài được gán, cho phép cài thêm PAD và móc xích RLC_SDU UMD PDU có tính đồng chỉnh 8 bit.
Hình 3.30: Định dạng dữ li u cệ ủa UMD PDU
AMD PDU (Acknowledged Mode Data Protocol Data Unit) được sử dụng trong việ c phát lại RLC_SDU trong chế độ Acknowledged Mode (AM) Mỗi AMD PDU được gán một dãy số tuần tự và giá trị chỉ thị độ dài, cho phép cài thêm PAD và móc xích RLC_SDU Kho ngả rỗng có thể được làm đầy bằng PDU trạng thái piggybacked AMU PDU có tính đồng chỉnh 8 bit, đảm bảo tính chính xác trong việc truyền tải dữ liệu.
Hình 3.31: Định dạng dữ li u cệ ủa AMD PDU
STATUS PDU là một thành phần quan trọng trong việc truy cập RLC_SDU trong chế độ AM Nó được sử dụng để truyền tải thông tin điều khiển trong quá trình báo nhận STATUS PDU có độ dài 8 bit và đảm bảo tính đồng chỉnh cho dữ liệu truyền đi.
Hình 3.32: Định dạng dữ liệu của STATUS PDU
Tầng phụ giao thức hội tụ gói dữ liệu (PDCP)
Gán trong sự kết nối RRC được sử dụng để thiết lập thuật toán giải mã, cho phép màn che tương tự áp dụng cho nhiều kênh logic với cùng một CK và COUNT Trong những trường hợp này, mỗi kênh logic được mã hóa riêng biệt.
DIRECTION Tham số này phân biệt hướng lên và hướng xuống
Tham số LENGTH xác định độ dài của khối Keystream được tạo ra bởi thuật toán, nhưng không phải là thông số truy cập cho chức năng tạo Keystream.
Bảng 3.13: Các tham số liên quan tới thuật mật mã hóa
Trong đó: MSC (Mobile Switching Center): Trung tâm chuyển mạch di động
SGSN (Serving GPRS Support Node): Nút hỗ trợ ị d ch vụ GPRS
UEFN (User Equipment Frame Number): Số khung thiết bị người sử dụng
3.5 Tầng phụ giao thức hộ ụi t gói dữ ệ li u (PDCP)
3.5.1 Tổng quan các chức năng
Có các chức năng của PDCP như sau:
Chức năng nén dữ liệu IP rất quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất mạng, bao gồm giao thức truyền tải Internet (TCP/IP), giao thức thời gian thực (RPT) và giao thức Datagram người sử dụng Việc nén dữ liệu giúp giảm băng thông sử dụng và tăng tốc độ truyền tải, từ đó cải thiện trải nghiệm người dùng khi truy cập Internet.
- Chức năng truyền dữ liệu người sử ụ d ng
- Truyền PDCP_SDU[1] từ NAS tới RLC và sự chuyển đổi c a RLC_SDU từ ủ RLC tới PDCP_SDU và truyền nó tới NAS
- Sự quản lý số tuần tự PDCP đối với sự hỗ ợ tr tái phân b hao phí d do ổ ự SRNS (hệ thống phụ ạ m ng lưới về vô tuyến phục vụ)
- S ự đa hợp của các vật mang vô tuyến khác nhau trên cùng một đối tượng RLC
Có hai loại định dạng dữ liệu cho PDCP: định dạng nhận biết bởi RRC và định dạng PDU PDCP không đầu đề Định dạng này cung cấp việc truyền dữ liệu mà không có tiêu đề, như minh họa trong hình 3.36 Định dạng PDCP_Data PDU thực hiện việc truyền PDCP_SDU sau khi nén tiêu đề, như thể hiện trong hình 3.37 và 3.38.
Loại PDU trong định dạng PDCP_Data_PDU và PDCP_SeqNum_PDU theo Release 99 quy định cách sử dụng PID để nhận diện tiến trình nén tiêu đề Số tự động cũng là số tự động PDCP_PDU được sử dụng cho việc tái phân bổ hao phí do SRNS.
Hình 3.36: Định dạng PDCP-No-Header PDU
Hình 3.37: Định dạng PDCP-Data-PDU
Hình 3.38: Định dạng PDCP-SeqNum-PDU
3.5.3 Gán số tuần tự cho PDCP
PDCP có chức năng quản lý PDCP_SDU phát/thu dựa trên số tuần tự nhằm ngăn hao tổn dữ liệu trong tái phân bố ạ l i SRNS
Các đ ềi u sau áp dụng cho mỗi vật mang vô tuyến
Số tuần tự PDCP sẽ tăng thêm 1 khi PDCP_PDU nhận được từ RLC UE hoặc khi có thông báo xóa RLC_SDU từ chức năng xóa RLC_SDU.
(2) Số tuần tự PDCP phát hướng lên tăng thêm 1 kh PDCP_PDU phát được đưa tới RLC trên UTRAN
Số tuần tự hướng lên PDCP sẽ tăng thêm 1 khi PDCP_PDU được nhận từ RLC UE hoặc khi việc xóa RLC_SDU được thông báo trong chức năng xóa RLC_SDU.
Số tuần tự hướng xuống PDCP sẽ tăng thêm 1 khi PDCP_PDU nhận dữ liệu từ RLC ở UTRAN hoặc khi có thông báo xoá RLC_SDU từ chức năng xoá RLC_SDU.
Sau khi tái lập RLC và cấu hình lại RB, việc thu thập dữ liệu từ số tuần tự PDCP không có giá trị là cần thiết Số tuần tự PDCP được trao đổi giữa các đối tượng trong cùng một tầng thông qua PDCP_SeqNum_PDU nhằm đồng bộ hóa dãy số tuần tự.
Lớp đ ề i u khiển tài nguyên vô tuyến (RRC)
Trong trường hợp định vị lại SRNS, các ch c n ng i u khi n sau ứ ă đ ề ể được kích hoạt giữa UE, Old_SRNC và SRNS đích:
(1) Tái định vị SRNS được kích hoạt từ RRC tại UE; Old_SRNC và SRNC đích
(2) Đối tượng tương ứng c a PDCP c a Old_SRNC truyền tất cảủ ủ các PDCP_PDU không xác định và dãy số tuần tự truyền dẫn tới SRNC đích
(3) Đối tượng tương ứng c a PDCP củủ a Old_SRNS truy n s tu n t nh n ề ố ầ ự ậ tương ứng với PDCP_PDU được nhận tiếp theo SRNC đích
SRNC đích và UE sẽ nhận các số tuần tự tương ứng cho PDCP_PDU để kết nối với các đối tượng đích, từ đó so sánh các số tuần tự đã nhận được với các số tuần tự thông báo Điều này nhằm đảm bảo tính nhất quán giữa chúng.
(5) Trong quá trình thực hiện tái định vị tại SRNS, tấ ảt c các đối tượng n n đều ề được tái lập
3.6 Lớ đ ềp i u khiển tài nguyên vô tuyến (RRC)
3.6.1 Tổng quan các chức năng RRC
RRC là giao thức lớp 3 trong giao diện vô tuy n cung cấế p các d ch v sau cho ị ụ lớp cao hơn:
• Thông báo tin quảng bá t i t t c UE trong vùng ớ ấ ả
• Nhắn tin t i m t UE xác định nào ó ớ ộ đ
• Thiết lập, thay đổi và gi i phóng k t n i cũả ế ố ng nh báo hi u ư ệ
RRC có vai trò quản lý và điều khiển giao thức ở lớp thấp hơn nhằm cung cấp các dịch vụ liên quan Hình 3.39 thể hiện mối quan hệ giữa RRC và các giao thức ở các lớp thấp hơn.
Các chức năng của RRC cụ thể như sau:
RRC phát thông tin hệ thống cho tất cả các UE từ mạng lưới, bao gồm cả thông tin ở tầng cao hơn Nó hỗ trợ việc lập lịch trình, phân chia và lặp lại thông tin hệ thống Thông tin hệ thống bao gồm dữ liệu cho từng cell và thông tin chung cho tất cả các cell.
RRC phát thông tin hệ thống cho tất cả các UE từ mạng lưới, giúp thực hiện cài đặt lịch trình và phân chia thông tin hệ thống một cách hiệu quả.
(3) Sự thiết lập, tái thiết lập, duy trì và thoát của kết nối RRC giữa UE và UTRAN: Việc thi t l p k t n i RRC được kích ho t t tầế ậ ế ố ạ ừ ng cao h n phía ơ ở
Thiết bị người dùng (UE) sử dụng kết nối RRC để thiết lập tín hiệu và quản lý việc truyền thông Quá trình kết nối RRC bao gồm việc lựa chọn lại các cell, điều khiển việc nhận tín hiệu và thiết lập kết nối tín hiệu tầng 2 Kết nối RRC sẽ bị ngưng khi tầng cao hơn yêu cầu giải phóng hoặc khi UE quyết định giải phóng kết nối do có lỗ hổng trong phần kết nối RRC Khi kết nối RRC bị ngắt, các yêu cầu của UE sẽ được thiết lập lại để đảm bảo quá trình truyền thông được tiếp tục một cách hiệu quả.
Hình 3.39: Mối quan hệ giữa RRC và giao thức lớp thấp hơn
Việc thiết lập, thay đổi và giải phóng vật mang vô tuyến được thực hiện dựa trên yêu cầu từ các tầng cao hơn RRC có nhiệm vụ thiết lập và điều chỉnh vật mang vô tuyến cho người sử dụng, đồng thời có thể thiết lập nhiều vật mang vô tuyến cho một UE Trong quá trình này, RRC sẽ lựa chọn các tham số cần thiết để điều khiển, đảm bảo việc nhận thêm thông tin dựa trên dữ liệu từ các tầng cao hơn, đồng thời thiết lập vật mang vô tuyến thông qua các tầng thấp hơn.
RRC (Radio Resource Control) đóng vai trò quan trọng trong việc định vị, thay đổi và giải phóng các nguồn vô tuyến cần thiết cho kết nối RRC, bao gồm cả các mã Nó có khả năng định vị các nguồn vô tuyến không đối xứng giữa hướng lên và xuống, đồng thời thay đổi các nguồn vô tuyến trong kết nối RRC đã được thiết lập Chức năng này bao gồm việc định vị lại nhiều vật mang vô tuyến liên quan đến cùng một kết nối RRC Ngoài ra, RRC còn có khả năng truyền tín hiệu cho phép các nguồn vô tuyến được định vị từ UTRAN tới UE, nhằm hỗ trợ cho việc chuyển giao thông tin di động toàn cầu hoặc các hệ thống vô tuyến khác.
Quản lý tính di động của kết nối RRC là quá trình mà RRC đánh giá, quyết định và thực hiện các di chuyển trong kết nối đã thiết lập Các chức năng chính của RRC bao gồm chuẩn bị chuyển giao dựa trên kết quả đo đạc của UE, chuẩn bị chuyển giao tới GMS và các hệ thống vô tuyến khác, cũng như lựa chọn lại các cell và quy trình cập nhật vùng nhắn tin.
RRC đã phát triển chức năng nhắn tin và cảnh báo, cho phép gửi thông tin nhắn đến người dùng một cách nhanh chóng và hiệu quả Hệ thống này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cao hơn trong mạng, đồng thời cung cấp thông tin liên quan đến các sự kiện cụ thể Ngoài ra, RRC cũng phát triển các tin nhắn UE, giúp kết nối người dùng với thông tin đã được thiết lập sẵn.
Chuyển giao PDU ở lớp cao hơn là quá trình chuyển đổi PDU từ phần cứng của một UE sang phần tương ứng của một UE khác Quá trình này liên quan đến việc chuyển giao dữ liệu giữa các phần ứng dụng mạng truy cập vô tuyến trong UTRAN, đảm bảo tính liên tục và ổn định cho người dùng.
(9) Kiểm soát QoS: RRC đảm bảo một sóng mang vô tuy n phù h p v i QoS ế ợ ớ được yêu cầu, bao g m c vi c phân b các ngu n tài nguyên vô tuyến ồ ả ệ ổ ồ
RRC chịu trách nhiệm kiểm soát các thông số đo đạc trong giao diện vô tuyến, bao gồm thời gian đo đạc và phương thức mà UE định thời và báo cáo kết quả Ngoài ra, RRC còn có chức năng chuyển tiếp các báo cáo từ UE lên UTRAN.
(11) Kiểm soát n ng lượng vòng ngoài: RRC có chức năng kiểm soát các thiết ă lập giá trị đích của vi c ki m soát n ng lượng vòng kín ệ ể ă
(12) Kiểm soát việc lập mã: RRC đưa ra các quy trình thiết lập mã giữa UE và
(13) Lựa chọn và chọn lại cell bắt đầu: RRC có chức năng lựa chọn cell t i u ố ư dựa trên các kết quả đo đạc trong chế độ rỗi
Bảng 3.14 thể hiện các thủ tục cơ bản của RRC (Xem phụ lục C)
Bảng 3.15 cho thấy các tin nhắn được RRC sử dụng (Xem phụ lục D)
CHƯƠNG 4 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÔ TUYẾN
Thiết kế ệ h thống vô tuyến WCDMA
Hệ thống W-CDMA, tương tự như các hệ thống vô tuyến thông thường, được thiết kế dựa trên cấu hình tổng Khác với TDMA, W-CDMA cho phép sử dụng sóng mang ở cùng một tần số tại tất cả các cell, giúp giảm thiểu sự cần thiết phải phân bậc tần số như trong FDMA và TDMA Mặc dù giao tiếp trên sóng mang cùng tần số ở các cell liền kề có thể gặp phải nhiễu, W-CDMA có khả năng giảm thiểu nhiễu đáng kể nhờ vào quá trình giảm công suất phát khi cần thiết Điều này cho phép W-CDMA hoạt động hiệu quả trong môi trường nhiễu mà không cần thiết kế hoặc kiểm soát phức tạp, cho phép các cell chia sẻ băng tần một cách linh hoạt.
Nhiễu giữa các cuộc gọi là đặc điểm vốn có trong hệ thống W-CDMA, do đó, khi thiết kế hệ thống vô tuyến, cần xem xét mức độ nhiễu Mức độ nhiễu phụ thuộc lớn vào trạng thái và lưu lượng truyền lan, vì vậy thiết kế hệ thống W-CDMA phải cân nhắc kỹ lưỡng quá trình truyền và lưu lượng vô tuyến.
Phương pháp thiết kế kết nối vô tuyến giữa đường lên và đường xuống có sự khác biệt rõ rệt Trong đường lên, trạm gốc (BS) thu tín hiệu từ nhiều thiết bị di động (MS) đồng thời, trong khi ở đường xuống, nhiều MS nhận tín hiệu phát từ BS theo dạng gói tại các vị trí tương ứng W-CDMA áp dụng kiểm soát công suất (TPC) dựa trên tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SIR) cho cả hai đường Cơ chế nhiễu giữa hai đường cũng khác nhau: đường lên có cường độ tín hiệu từ các MS tương đương nhau, trong khi đường xuống, các MS gần BS thường chịu nhiễu từ tín hiệu mạnh phát tới các MS xa hơn Ngoài ra, khi thiết kế hệ thống, cần lưu ý rằng đường xuống yêu cầu mã hóa trực giao, có kênh điều khiển chung (CCCH) để quảng bá thông tin và gửi tin nhắn, cùng với việc cài đặt CPICH.
Phần này phân tích thiết kế hệ thống vô tuyến W-CDMA, nhấn mạnh mối quan hệ giữa lưu lượng và mức độ nhiễu, cũng như sự khác biệt giữa đường lên và đường xuống Bên cạnh đó, nó cũng tóm tắt các đặc điểm và khía cạnh quan trọng của cấu hình cell/sector trong W-CDMA.
(a) sử ụ d ng lại tần số trong
PDC (dùng lạ ởi 7 cell)
(b) sử ụ d ng lại tần số trong W-CDMA (có thể ử ụ s d ng cùng một sóng mang tở ất cả các cell) Hình 4.1 Sơ đồ khái niệm về ử ụ s d ng lại tần số
Khái niệm về dung lượng W-CDMA
4.2.1 Đường lên Để đơn giản hóa, khái niệm v dung lượng W-CDMA sẽ được mô tả trong trường ề hợp giả sử có nhi u người cùng sử dụề ng d ch v theo hướng lên mà không ch u ị ụ ị nhiễu từ các cell khác (có nghĩa đây là một cell biệt lập) Coi số người s d ng là N, ử ụ
Để đạt được chất lượng cần thiết ở bên tiết p nh n, Eb/I0 trung bình cần đạt giá trị (Eậ b/I0)reg Tốc độ truyền thông tin người sử dụng là R[bps], và tỷ số giữa tốc độ chip B[cps] trên R là pg Mật độ công suất nhiễu N0[W/Hz] (bao gồm cả nhân tố nhiễu NF của bộ thu) cũng cần được xem xét Để đáp ứng được chất lượng yêu cầu, cần duy trì đẳng thức sau.
Kết quả mô phỏng mức kết nối (Eb/I0)reg bao gồm các yếu tố như FEC, giải mã sửa lỗi, phát truyền bá và giảm phát truyền bá Khi tính toán Eb, cần chú ý đến các ký hiệu pilot và bit điều khiển công suất, cũng như năng lượng của các bộ phận, thay vì chỉ tập trung vào thông tin người sử dụng Để tính dung lượng biến C0, có thể áp dụng công thức giải phương trình tương ứng với giá trị N và tính được c tương ứng với E.
Công suất thu cần thiết Eb tăng nhanh theo mức tăng của số lượng người sử dụng N, nhưng thực tế công suất thu không thể tăng mãi Do hạn chế trong công suất phát của trạm phát sóng (MS), MS gần biên giới cell không thể đạt được chất lượng mong muốn do gia tăng nhiễu, dẫn đến mất mát trong truyền lan Để nghiên cứu dung lượng của W-CDMA trong trường hợp nhiễu bị hạn chế, người ta đưa vào giá trị biên/giới hạn nhiễu, cho thấy tổng mức nhiễu so với nhiễu nền.
Giả sử hạn chế được lượng nhiễu, dung lượng có thể được tính dựa vào phương trình dưới đây sau khi giải phương trình (3) tương ứng với Eb và sử dụng phương trình (1).
Quan hệ trong phương trình cho thấy rằng khi ηy tăng, dung lượng C cũng tăng theo Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc công suất thu tại BS sẽ giảm Do đó, MS sẽ yêu cầu công suất phát lớn hơn khi khoảng cách truyền (bán kính của cell) giảm, trong khi vẫn sử dụng cùng một công suất phát Nói cách khác, có sự bù trừ giữa dung lượng và bán kính cell hoặc công suất truyền.
Biên nhiễu η là một tham số quan trọng trong thiết kế và dung lượng kết nối vô tuyến Mối quan hệ giữa C/C0 = 1 - η - 1 có thể được chứng minh từ phương trình (4), trong đó 1 - η - 1 được tính dựa trên giá trị biên nhiễu, thể hiện lưu lượng tương đương được chuẩn hóa bằng dung lượng biên Hình 4.2 minh họa mối quan hệ giữa dung lượng tiêu chuẩn C và biên nhiễu η, trong khi Bảng 4.1 trình bày các giá trị đặc trưng của biên nhiễu và dung lượng được chuẩn hóa Biên nhiễu còn được gọi là biên tải.
Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình nhiễu cell có thể áp dụng cho các lĩnh vực khác nhau Giá trị f được xác định là tỷ lệ giữa công suất nhiễu từ các sector khác và công suất nhiễu của chính sector đó, cùng với công suất nhiễu từ các sector khác, được tính toán bằng công thức Eb.R.R.f Phương trình dưới đây được phát triển dựa trên quy trình tính toán tương tự như cách rút ra phương trình (4) từ phương trình (3).
Tham số f có thể có nhiều giá trị khác nhau, phụ thuộc vào yếu tố khoảng cách của tổn hao truyền lan và độ lệch tiêu chuẩn của các dao động Trong khu vực thành thị, giá trị f thường vào khoảng 0,7 Mặc dù dung lượng lý thuyết không thể khẳng định trên thực tế do ảnh hưởng của các yếu tố TPC và lỗi khác, phương trình (5) vẫn cực kỳ hữu dụng trong việc thể hiện mối quan hệ giữa biên nhiễu và dung lượng trong hệ thống CDMA Dung lượng hệ thống được ước tính dựa trên lượng nhiễu trung bình, nhưng cần lưu ý rằng lượng nhiễu này thay đổi theo số lượng người sử dụng và vị trí của từng người Để tăng độ chính xác trong việc tính toán dung lượng hệ thống, cần xem xét các đặc điểm và sự thay đổi của lượng nhiễu.
Bảng 4.1: Mối quan hệ giữa biên nhiễu đặc trưng và dung lượng tiêu chuẩn Như đ ã nói ở phần trên, trong đường lên W-CDMA, lượng nhiễu hướng lên trong
BS tác động rất lớn đến dung lượng và bán kính cell (thiết kế ế k t nối vô tuyến) Do đó, biên nhiễu là một tham số thiết kế quan trọng
Công suất phát của trạm gốc (BS) là nguồn tài nguyên quan trọng, được chia sẻ giữa nhiều người dùng và kênh điều khiển chung (CCCH), với tổng công suất phát bị giới hạn Việc phân bố công suất cho từng kênh và số lượng kênh cung cấp là yếu tố thiết kế quan trọng Trong khi dung lượng hướng lên được xác định bởi công suất dùng chung tại trạm nhận, dung lượng hướng xuống lại phụ thuộc vào công suất phát, vị trí của thiết bị di động (MS) và mức độ nhiễu nhận được, làm cho việc tính toán dung lượng hướng xuống phức tạp hơn Công suất cho từng CCCH và người dùng được phân bổ dựa trên vị trí của MS, sử dụng mô hình cấu hình cell/sector và các phương pháp mô phỏng Monte Carlo Việc dự toán cần thiết để hỗ trợ các thiết kế linh hoạt và đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Phần này cho thấy khái niệm c bảơ n v dung lượng h th ng hướng xu ng M t ề ệ ố ố ộ
Một MS thu một kênh phát ra với công suất 1W từ BS, trong đó tổng số trạm là J và công suất tiếp nhận theo thứ tự là r1, r2, …, rj Toàn bộ công suất phát của BS được ký hiệu là Ptổng, và tỷ lệ công suất được phân bổ cho mỗi kênh đối tượng so với công suất truyền phát tổng là ξ Giá trị Eấ b/I 0 thu được cho mỗi kênh được tính theo phương trình dưới đây.
Phương trình (6) coi γ là yếu tố trực giao trong khoảng từ 0 đến 1, cho phép giảm nhiễu tại khu vực cụ thể Giá trị γ thường được ước lượng vào khoảng 0,5, tùy thuộc vào điều kiện đường truyền Bằng cách thay (Eb/I0)reg vào vế trái của phương trình (6) và giải với ξ, ta có thể tìm ra phương trình mới.
Coi γ=1, phương trình (7) giống hệt phương trình tính việc phân bổ công suấ ởt Regf [9] và [13] (do có định nghĩa khác nhau, cần lưu ý rằng φβ trong Regs.[9] và
Giả sử rằng 1-β trong công suất truyền tổng P tổng được phân bổ cho CPICH và CCCH để phát sóng thông tin, phần còn lại của β sẽ được sử dụng chung Dung lượng của hệ thống có thể được tính toán theo công thức phù hợp.
Theo các tài liệu Regs.[9] và [13], dung lượng có thẻ được xác định dựa vào phương trình (8) mà không tính đến bán kính cell và các điều kiện tương tự, cũng như không xem xét nhiễu nhiệt Nhiễu nhiệt thường bị bỏ qua do sự chênh lệch giữa lượng nhiễu ở đường xuống và đường lên Ở đường lên, công suất tín hiệu của các người sử dụng khác nhau tương đối bằng nhau, vì trạm gốc thu tín hiệu từ người sử dụng theo cách chia sẻ gói Trong khi đó, ở đường xuống, vị trí thu nhận phụ thuộc vào mỗi trạm phát sóng, dẫn đến hoạt động dưới mức công suất nhiễu lớn hơn Cần lưu ý rằng giá trị trung bình của ξ đã được phương trình đề cập.
Sử dụng và xác định sự phân bố ổn định trong thiết kế giúp duy trì độ chính xác của suất phát tổng (outage) công suất ra dưới một mức nhất định Để tăng độ chính xác trong việc tính toán dung lượng, có thể đưa giá trị DHO vào phương trình (7) để tính toán ξ.
Thiết k ế ế k t n ối vô tuyến
4.3.1 Thiết kế đường lên Ở đường lên, BS thu tín hi u t nhi u người s d ng Có s bù tr gi a dung ệ ừ ề ử ụ ự ừ ữ lượng hệ thống và bán kính cell (biên nhiễu): dung lượng tăng yêu cầu biên nhiễu giảm đi tương ứng Nếu công suất phát tối đa của MS tăng thì kích thước bán kính cell giảm Biên nhiễu cho thấy mức độ lượng nhiễu tính theo dB tăng tương ứng khi nhiễu là 0 (có nghĩa là chỉ có nhiễu nhiệt trong bộ thu BS) Thiết kế kết nối vô tuyến cho đường lên trước tiên có liên quan đến việc thiết lập biên nhiễu tùy theo lưu lượng và bán kính cell yêu cầu Việc đưa vào giá trị biên nhiễu cho phép phương pháp này có thể áp d ng cho thi t k đường lên gi ng nhụ ế ế ố ư những thiết kế ế k t nối vô tuyến truyền thống [20,21]
Biên nhiễu lớn sẽ đảm bảo dung lượng lớn, tuy nhiên công suất phát cần thiết của
MS tăng do bác sĩ cần công suất thu lớn hơn, trong khi biên nhiễu nhỏ làm giảm công suất phát của MS, dẫn đến dung lượng thấp hơn Các cell có bán kính nhỏ hơn cần tăng biên nhiễu để mở rộng dung lượng, trong khi các cell lớn hơn phải giảm biên nhiễu để phù hợp với dung lượng Cần xem xét mật độ yêu cầu lưu lượng và số lượng BS cần thiết khi thực hiện các thiết lập.
4.3.2 Thiết kế đường xuống Ở đường xu ng, nhi u người s dụố ề ử ng và CCCH chung cùng chia s công su t ẻ ấ phát tổng của BS Thiết kế kế ốt n i cho đường xu ng hoàn toàn ph thu c vào vi c ố ụ ộ ệ quyết định công suất phát tổng cảu BS và việc phân bổ công suất cho từng kênh Vì công suất phát tổng của BS ch có th đảm nh n m t b giá tị cụỉ ể ậ ộ ộ th tùy thu c vào ể ộ cấu hình của thiết bị, trên thực tế, thiết kế này chủ yếu liên quan đến vi c thi t l p ệ ế ậ phân bố công suất tùy thuộc vào bán kính cell và dung lượng cần thi t tương ng v i ế ứ ớ công suất phát tổng dự kiến Về cơ bản, n u bán kính cell nh , vi c phân b công ế ỏ ệ ố suất cho CCH chung sẽ bị hạn ch để mở rộế ng dung lượng, n u bán kính cell lớn, ế phân bố công suất cho CCH chung sẽ tăng để th a mãn dung lượng Do v y, m i ỏ ậ ố quan hệ giữa bán kính cell và dung lượng cũng tương t nhự ư trong trường hợp thiết k ế đường lên Thiế ế ạt k tr ng thái không ch d a vào nhữỉ ự ng s đồ thi t k k t n i đơn ơ ế ế ế ố giản mà còn dựa trên những d ng cụ ụ thiết kế nhờ trợ giúp của máy tính để xác định phân bổ công suất và lượng nhiễu Dưới đây là mô tả mộ ơt s đồ kết h p vi c xác ợ ệ định công suất phát tổng của BS và việc phân b công su t cho CCH chung [22], m ổ ấ ở rộng khái niệm cơ bản về dung lượng đường xuống [9,13] Khái niệm v b n v m t ơ ả ề ộ s ơ đồ thiết kế cụ th ể để phân b công su t cho CCH c ng s ổ ấ ũ ẽ được th o lu n ả ậ đưa thêm các thông số kế ợt h p v i các mô ph ng cấp độ kếớ ỏ t n i Dựa vào phương trình ố
Trong phần giải thích về dung lượng, để tìm kiếm thiết kế tối ưu cho công suất phát tổng Ptổng và hệ số hiệu suất ξ, phương trình (7) được áp dụng cho các định nghĩa liên quan Cụ thể, x được xác định bằng y cộng với tổng của Σ J j=2rjr1, phản ánh tỉ số giữa dung lượng nhiều tần số ở các khu vực khác nhau và mức độ nhiễu của khu vực đó.
(công suất thu tiêu chuẩn) (11)
(biên) Sắp xếp lại sẽ rút ra phương trình sau:
Pout được xem là tỉ số thể hiện khả năng đạt được chất lượng thu hút mong muốn tại các vị trí không áp dụng, dựa trên một phân bổ công suất cụ thể và xác suất ra tại từng vị trí.
Pout có thể được xác định nh sau: ư
X và Y phụ thuộc vào cấu hình cell/sector và đặc điểm truyền lan, vì vậy chỉ cần đánh giá tỷ số dựa trên mô phỏng sử dụng các giá trị ẩn dụ cho X và Y Hình 4.3 mô tả mối quan hệ giữa biên nhiễu và phân bổ công suất được mô phỏng máy tính để xác định Trong mô phỏng, MS được đặt tại vị trí cụ thể, giá trị X và Y được tính toán và phương trình (12) được xem xét Quá trình này lặp lại để xác định Pout, với trục hoành thể hiện phân bổ công suất bởi pg và (Eb/I0)reg tiêu chuẩn hóa Thực tế, công suất được phân bổ sao cho ξ giảm một nửa khi pg tăng gấp đôi, và ξ giảm 3dB khi (Eb/I0)reg giảm 3dB Trục tung η là tham số liên quan đến công suất phát thực tế Khi công suất thu tại mép cell, ξ và η được xác định, từ đó công suất phát tổng cần thiết với bán kính cell cũng như giá trị tuyệt đối của công suất phát của kênh liên quan được xác định.
Hình học không chỉ được áp dụng trong tính toán dung lượng mà còn trong việc phân bổ công suất cho các kênh chung Điều này cho phép ứng dụng trực tiếp các kết quả mô phỏng kết nối Để xác định xác suất ra cần thiết tại vị trí Pout, công thức tính G được sử dụng như sau:
Thiết kế kế ốt n i được hoàn thành khi phân bổ công suất dựa trên mô phỏng cung cấp độ kết nối ξ(G) Những thay đổi trong công suất phát tổng Pout sẽ ảnh hưởng đến phân bố hình học p(g), do đó cần điều chỉnh công suất phát tổng để xác định thiết kế thông qua các thử nghiệm và sai sót.
Mối quan hệ giữa biên nhiễu η và phân bổ công suất tiêu chuẩn rất quan trọng trong thiết kế thiết bị Công suất phát tán của BS thường được xác định từ giai đoạn đầu trong quá trình thiết kế, do đó, cần tiến hành đánh giá các giá trị công suất phát tán khác nhau ngay từ những giai đoạn thiết kế sơ lược đầu tiên.
Trong thiết kế hệ thống thông thường, việc kết hợp chặt chẽ với mô phỏng cấp độ kế hoạch là rất quan trọng Đặc biệt, khi thiết kế kết nối vô tuyến cho đường xuống, cần chú ý đến phân bổ công suất của các thí nghiệm thông dụng Các thí nghiệm này được sử dụng như tham chiếu cho việc điều chỉnh biến và gây ra một lượng công suất nhất định Để chuyển sang chế độ điều chỉnh khu vực cụ thể, công suất thu và chất lượng sóng chủ phải đạt mức dự kiến Cấp độ này cần được thiết lập đủ để cân đối cả hai yếu tố.
Bảng 4.2 minh họa ví dụ về quy trình tối ưu trong hệ thống W-CDMA, trong đó E0/I0 là kênh A được xác định bởi ITU-R với tần số Doppler tối đa 222Hz, tương đương 120km/h Độ tăng ích DHO phản ánh sự đa dạng vĩ mô trong việc chuyển giao mềm, trong khi độ tăng công suất TTX cần xem xét các dao động công suất phát thông qua TPC Lưu ý rằng mức độ truyền lan chênh lệch 9dB giữa hệ thống DMA băng tần 900MHz và W-CDMA băng tần 20GHz, mặc dù W-CDMA có thể cấu hình cell với vùng phủ sóng tương đương hệ thống truyền thống nhờ vào bước sóng ngắn hơn và độ nhạy cao hơn từ công nghệ hiện đại, cũng như chất lượng tốt hơn nhờ vào quá trình thu RAKE, DHO và các công nghệ tiên tiến khác.
384kbps 1e-6 (a) công suất TX tố đi a trên TCH 21,00 24,00 24,00
(c) độ ăng ích ANT Tx 0,00 0,00 0,00
(e) Độ tăng ích ANT Rx 17,00 17,00 17,00
(f) Tổn haođường truyền dây Rx 1,00 1,00 1,00
(j) Nhiễu + mật độ nhiễu -163,00 -163,00 -163,00 (k1) Tốc độ thông tin kbps 12,20 64,00 384,00
(k2) Tốc độ thông tin dBHz 40,86 48,06 55,84
(o) biên mờ chu n theo Log ẩ 5,30 5,30 5,30
(p) độ tăng công suất Tx 2,00 2,00 2,00
(r) độ chỉnh bù nghiêng ăngten 0,00 0,00 0,00
Bảng 4.2: Ví dụ ề v qu k t n i trong đường lên ỹ ế ố
Ví dụ về quỹ kết nối truyền thống trong đường xu hướng cho thấy rằng không thể áp dụng một cách đơn giản để quản lý quỹ kết nối Mặc dù quỹ kết nối có thể được áp dụng trong những trường hợp không có nhiễu, nhưng vẫn có giới hạn đối với bán kính cell Quỹ kết nối trở nên phức tạp khi xem xét nhiều cell khác nhau và tính đến số lượng người sử dụng trong cùng một cell Hơn nữa, việc xem xét đặc biệt đến sóng pilot là rất cần thiết.
Bài viết này xem xét ví dụ về kế hoạch kỹ thuật sóng pilot và CCH chung hướng xuống Ngân quỹ cho sóng pilot được thiết kế để thu tín hiệu ở vùng mép của cell với công suất thu dự kiến Đối với CCH chung hướng xuống, các thủ tục thiết kế nhằm phân bổ công suất cần được mô phỏng ở mức kết nối và hệ thống, như đã giải thích trong phần 4.3.2 Kỹ thuật này có thể được coi là một phương pháp đơn giản để xác nhận tính chính xác của hệ thống, nhưng cần lưu ý rằng một số giả định phải được đặt ra để đơn giản hóa quá trình tính toán.
Bảng 4.3 minh họa một ví dụ về quỹ kế tần số của một CPICH hướng xu hướng Theo thiết kế, công suất của nguồn phát được xác định để đảm bảo công suất thu ở mép cell đạt mức dự kiến là -115dBm Khái niệm này tương tự như các quỹ kế tần số truyền thống Đồng thời, cần kiểm tra công suất để xác định xem có đủ để làm tham chiếu pha cho việc điều biến mỗi kênh hay không; nếu không đủ, cần tăng công suất phát thêm Như đã đề cập, việc nghiên cứu kỹ lưỡng điều này thông qua mô phỏng mức kết nối là rất cần thiết.
C u hình cell/sector 78 ấ 1 Tác động của vị trí BS
(k) Tốc độ ký hiệu [ksps] 15,00
(l) Tốc độ ký hiệu [dBHz] 10*LOG((k)*1000) 41,76
(o) Hệ ố s nhiễu các khu vực khác [dB] 8,00
(p) Es/Io cần thiết [dB] 7,00
(r) Lev Rx cần thiết [dBm] -116,95
(s) Độ tăng ích DHO [dB] 0,00
(t) Biên mờ chu n theo log [dB] ẩ 5,30
(u) Độ tăng công suất Tx [dB] 0,00
(v) Tổn hao thấm cấu trúc[dB] 6,00
(w) Bù độ nghiêng ăngten [dB] 0,00
Bảng 4.4 trình bày ví dụ về quỹ kết nối của kênh kiểm soát pilot hướng xuống Tại đây, hệ số nhiễu từ các khu vực khác là nghịch đảo của G tương ứng với Pout, yêu cầu sử dụng hình học như đã đề cập trong phần 4.3.2.
Phần này giải thích những đ ềi u cần lưu ý trong cấu hình cell W-CDMA.
4.4.1 Tác động của vị trí BS
Hệ thống W-CDMA không bị giới hạn về tần số sử dụng, khác với cấu trúc cell truyền thống Điều này cho phép nâng cao hiệu suất chung của hệ thống bằng cách bố trí các trạm phát sóng (BS) dựa trên phân bố lưu lượng thay vì phân bố đồng đều.
Các công nghệ phân khu cấu hình cell dựa trên các anten định hướng tại một trạm phát sóng (BS) đã được áp dụng hiệu quả Những công nghệ này giúp sử dụng tần số một cách hợp lý, giảm kích thước cell mà không cần thay đổi số lượng trạm phát trong các hệ thống FDMA và TDMA.
Trong hệ thống sử dụng lặp lại tần số, việc giảm số lượng cell tại cùng một tần số do phân khu có thể dẫn đến việc sử dụng phổ hiệu quả hơn W-CDMA khác biệt ở chỗ rằng tác động tăng dung lượng gần tỷ lệ thuận với số lượng sector, khi cùng một tần số được sử dụng cho các cell liền kề Tuy nhiên, tác động này không hoàn toàn tỷ lệ thuận do sự thay đổi trong nhiễu từ các cell khác, phụ thuộc vào số lượng sector và đặc tính của ăng-ten định hướng Cần công nhận rằng phân khu mang lại hiệu quả cao Thêm vào đó, nhiều khu vực thường có nghĩa là sử dụng ăng-ten với chùm tia hẹp hơn, điều này giúp tăng độ lợi của ăng-ten.
Trong một cấu hình theo sector, độ rộng chùm tia ANT là t i u tại mứố ư c h p h n ẹ ơ
Cần tránh việc sử dụng các chùm tia quá hẹp trong việc phân chia khu vực, vì điều này có thể gây ra nhiều khó khăn trong việc phủ sóng và thực hiện các mạng không dây.
Bán kính của cell có mối liên hệ chặt chẽ với dung lượng, dẫn đến hiện tượng "cell thở", tức là sự thay đổi ảo trong bán kính cell tùy thuộc vào lưu lượng Mặc dù lưu lượng có thể tự động điều chỉnh bán kính cell, nhưng điều này gây khó khăn trong việc duy trì chất lượng khu vực Một số phương pháp có thể được áp dụng để giải quyết vấn đề này, chẳng hạn như dự đoán xem UE có ra khỏi vùng phủ sóng hay không, hoặc kiểm soát việc tiếp nhận cuộc gọi Khi SIR xác định rằng UE đã ra khỏi vùng phủ sóng, sự thay đổi của cell sẽ được quan sát; tuy nhiên, cần có biện pháp để tránh tình trạng cell thở bằng cách xác định trạng thái ra khỏi vùng phủ sóng thông qua cấp độ thu tín hiệu tuyệt đối Đồng thời, có thể đảm bảo tính chính xác hơn về vùng phủ sóng dọc bằng cách thực hiện kiểm soát tiếp nhận, ngăn chặn việc tiếp nhận thêm cuộc gọi khi đã vượt quá dung lượng.
4.4.4 Cấu hình cell theo lớp
Các cell có kích thước khác nhau như cell vĩ mô, cell vi mô và cell pico có thể được xếp chồng lên nhau Đối với các cell ồ ớ ữ chồng lên nhau, mỗi cell cần ứng dụng các tần số khác nhau Trong những trường hợp dung lượng là vấn đề quan trọng, việc sử dụng cell nhỏ hơn và cell vi mô là hiệu quả hơn so với việc xếp chồng các cell vi mô và vĩ mô Khi cần vùng cell lớn vì lý do kinh tế, việc xếp chồng các cell pico và cell bên trong là cần thiết, đặc biệt hiệu quả trong các tòa nhà cao tầng nơi có nhiễu từ môi trường bên ngoài Tuy nhiên, khi sử dụng các tần số khác nhau, hiệu quả của chúng cần được đánh giá để đảm bảo giảm thiểu tác động đến số lượng sóng mang có thể hoạt động trong cell vĩ mô, bao gồm cả hệ vi phân tần số Do đó, cần xem xét hiệu quả của chúng trong bối cảnh số lượng sóng mang có thể hoạt động trong hệ thống.
CHƯƠNG 5 - CÁC KỸ THUẬT MẠNG
Giới thiệu
Các mạng truyền thông di động ban đầu được xây dựng trên nền tảng hệ thống chuyển mạch kênh Từ hệ thống tương tự thế hệ đầu tiên (1G), chúng đã phát triển thành hệ thống thứ hai (2G) với sự chuyển mình sang công nghệ truyền thông chuyển mạch gói Mỗi quốc gia và khu vực áp dụng các kỹ thuật khác nhau trong việc phát triển các hệ thống này, mà không có một tiêu chuẩn chung toàn cầu nào.
IMT-2000 được tiêu chuẩn hóa dựa trên sự hợp tác của hai nhóm phát triển tiêu chuẩn khu vực là 3GPP và 3GPP2 Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét các kỹ thuật mạng của nhóm 3GPP, áp dụng công nghệ W-CDMA cho mạng truy cập vô tuyến (RAN) và phát triển mạng lõi GSM cho hệ thống mạng lõi.
Hình 5.1 minh họa mô hình tham chiếu ki n trúc m ng lõi c a 3GPP Ch c n ng ế ạ ủ ứ ă của các thực thể đã đượ đề cập ở phần trên c
Mạng lõi 3GPP được xây dựng dựa trên các phương pháp báo hiệu của GSM và GPRS, với sự bổ sung các chức năng mới để đáp ứng yêu cầu của IMT-2000 Kiến trúc mạng lõi được chia thành hai miền, bao gồm miền chuyển mạch kênh, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và khả năng phục vụ người dùng.
CS (Circuit Switched domain) and PS (Packet Switched domain) represent distinct groups of logical functional blocks that are implemented on specific physical devices or nodes.
Tích hợp chức năng CS và PS trong một node đơn giúp hệ thống chuyển mạch và truyền dữ liệu với nhiều loại thông tin khác nhau Việc sử dụng kỹ thuật ATM cho phép điều chỉnh lưu lượng và chất lượng dịch vụ để đáp ứng yêu cầu QoS Để hỗ trợ nhu cầu sử dụng di động toàn cầu, hệ thống IMT-2000 kết hợp từ hai mạng, với ba chức năng chính: di động kết cuối, di động cá nhân và roaming toàn cầu Kỹ thuật mạng cũng áp dụng các yêu cầu này thông qua VHE và IN IMT-2000 hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 2Mb/s, biến điện thoại di động thành thiết bị truy cập Internet dễ sử dụng Các chức năng truyền tải và thông báo dữ liệu được cải tiến, cung cấp dịch vụ như video phone, chia sẻ video, âm nhạc, mail và thương mại điện tử.
Chương này tập trung vào các khía cạnh quan trọng của ATM, bao gồm kỹ thuật nâng cao hiệu quả truyền dẫn và cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) Các phần tiếp theo sẽ mô tả cơ chế báo hiệu trong mạng lõi và các thủ tục điều khiển cần thiết Xu hướng kỹ thuật thu thập thông tin hỗ trợ dịch vụ tăng cường và VHE cũng được xem xét Cuối cùng, chương sẽ giới thiệu kỹ thuật thu thập thông tin trong mạng di động và Internet, cùng với thiết bị cổng, nhằm dự đoán các dịch vụ tiên tiến trong tương lai.
Kĩ thuật ATM
IMT-2000 cung cấp các dịch vụ truyền thông bao gồm thoại, video và thông tin số không giới hạn, cùng với dịch vụ PS chủ yếu là truy cập Internet Dịch vụ CS hoạt động bằng cách thiết lập kết nối có đảm bảo tài nguyên mạng trong suốt cuộc gọi, cho phép thiết bị chuyển mạch thực hiện truyền thông hiệu quả Tuy nhiên, do các kênh cơ sở 64Kb/s, dịch vụ CS chủ yếu phù hợp với các ứng dụng có tốc độ cố định như thoại PCM.
PS là cơ chế chia dữ liệu thành các gói nhỏ với kích thước xác định và chuyển các gói này đến địa chỉ đích được đính kèm.
Thông tin di động 3G yêu cầu cơ chế chuyển mạch hiệu quả cho việc truyền dữ liệu và thoại nén qua Internet Kỹ thuật ATM chia thông tin thành các khung 53 byte, gọi là cell, để chuyển mạch Việc ứng dụng ATM vào mạng lõi giúp quản lý lưu lượng khi kết hợp với RAN, thực hiện các chức năng CS và PS trong cùng một kiến trúc, đồng thời kiểm soát chất lượng và hoạt động một cách toàn vẹn Trong tương lai, việc truyền dẫn dữ liệu, bao gồm cả các dịch vụ CS hiện tại, sẽ sử dụng phương pháp truyền thông IP, cung cấp dịch vụ linh hoạt dựa trên sự hội tụ giữa Internet và thông tin di động Mạng toàn IP cho phép trao đổi dữ liệu IP một cách kinh tế, nhưng vẫn gặp một số trở ngại về kỹ thuật liên quan đến chất lượng thông tin và độ tin cậy của mạng ATM cung cấp các chức năng quản lý chất lượng và lưu lượng hiệu quả, phù hợp với cả CS và PS, giúp xử lý các đặc tính lưu lượng một cách tối ưu.
5.2.2 Cấu hình cơ ả b n của ATM
Cell trong ATM là đơn vị trao đổi dữ liệu bao gồm 5 byte tiêu đề và 48 byte dữ liệu người dùng Thiết bị chuyển mạch ATM có tốc độ chuyển mạch nhanh nhờ vào việc sử dụng phần cứng mà không cần kiểm tra lỗi dữ liệu Thông tin định tuyến trong tiêu đề chứa đường ảo (Virtual Path - VP) và kênh ảo (Virtual Channel - VC), trong đó VC tương ứng với kênh người dùng và VP là tập hợp các VC Cơ chế điều khiển kết nối phân tầng này mang lại tính linh hoạt cao trong quản lý và mở rộng Lớp tương thích ATM loại 2 (AAL2) hỗ trợ kết nối đa người dùng trong VC VP thường được xây dựng dựa vào dữ liệu lưu trữ tại thời điểm xây dựng mạng Kết nối VC được phân chia thành kênh ảo cố định (Permanent Virtual Channel - PVC) và kênh ảo chuyển mạch (Switched Virtual Channel - SVC), giúp tối ưu hóa việc sử dụng kết nối và tài nguyên băng thông.
5.2.3 Lớp tương thích ATM (AAL)
AAL là giao thức kết hợp giữa lớp cao và lớp ATM, với lớp cao hỗ trợ nhiều loại lưu lượng như thoại, video và gói IP, trong khi lớp ATM không phân biệt giữa các loại lưu lượng Có bốn loại AAL: AAL1, AAL2, AAL3/4 và AAL5 AAL1 chuyên chuyển dữ liệu với tốc độ cố định và mã hóa PCM, trong khi AAL2 được chuẩn hóa để truyền hiệu quả các khung ngắn như tín hiệu thoại nén trong thông tin di động, được áp dụng trong chuẩn IMT-2000 RAN AAL3/4 có khả năng trao đổi lên đến 1024 loại dữ liệu lớp cao trên một kết nối VC sử dụng MID.
Giao thức AAL5 là một phiên bản đơn giản hóa so với AAL3/4, được thiết kế để truyền tải các gói dữ liệu và tín hiệu điều khiển một cách hiệu quả Trong hệ thống IMT-2000, AAL5 đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu và tín hiệu, giúp đảm bảo chất lượng và tốc độ truyền thông tin.
Cấu trúc khung AAL2, như mô tả trong Hình 5.2, cho phép ghép lên đến 256 k kết nối người dùng trong một kết nối VC AAL2 truyền tải các khung ngắn một cách hiệu quả với độ trễ được giới hạn.
The AAL2 structure consists of a CPS (Common Part Sublayer) packet, which includes a 3-byte header and a payload ranging from 1 to 45 bytes The header contains the Channel Identifier (CID) for user identification The CPS packet carries data in the form of a CPS Protocol Data Unit (CPS-PDU), which features a one-byte Start Field (STF).
Hình 5.3 trình bày các giao diện IMT-2000 và loại AAL được sử dụng cho việc trao đổi mặt phẳng người dùng Giao thức AAL2 đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin từ Node B đến CN.
AAL5 là một phương thức lý tưởng để chuyển dữ liệu báo hiệu và gói IP, với cấu trúc khung được minh họa trong Hình 5.4 Dữ liệu từ lớp cao hơn sẽ được thêm vào phần đuôi, bao gồm thông tin độ dài, mã phát hiện lỗi và phần chèn (PAD) để điều chỉnh độ dài, tạo thành Common Part Convergence Sublayer (CPCS)-PDU Tải trọng tối đa của CPCS-PDU có thể đạt tới 65535 byte Trong AAL5, tín hiệu điều khiển trong RAN và dữ liệu gói PS được truyền qua giao diện Iu và CN.
Hình 5.4: Cấu trúc của AAL5
5.2.4 Chất lượng dịch vụ (QoS) và quản lí lưu lượng ATM
5.2.4.1 Các lớp QoS theo chuẩn của 3GPP
Số lượng thuê bao truy cập dịch vụ Internet không dây qua hệ thống 2G đang gia tăng nhanh chóng IMT-2000 cung cấp tốc độ truyền tải cao hơn cho việc truy cập Internet và tải lưu lượng dữ liệu Ngoài ra, nó cũng hỗ trợ thông tin thoại, do đó mỗi loại lưu lượng phải đảm bảo một mức chất lượng dịch vụ (QoS) nhất định tùy theo ứng dụng Các lớp QoS được phân loại theo tiêu chuẩn 3GPP.
• Lớp hội thoại (Conversation): thông tin tương tác yêu cầu độ tr nh (d ch v ễ ỏ ị ụ thoại)
• Lớp dòng (Streaming): thông tin đơn hướng, yêu cầu độ tr nh (d ch v phân ễ ỏ ị ụ tán video thời gian thực)
• Lớp tương tác (Interactive): yêu cầ đu áp ng trong th i gian xác định và tốc ứ ờ độ lỗi th p (d ch v Web, truy nh p máy ch ) ấ ị ụ ậ ủ
• Lớp nền (Background): yêu cầu d ch v nỗ lự ốị ụ c t t nh t (d ch v email, tải ấ ị ụ file)
Các dịch vụ cần đảm bảo tính toàn vẹn từ đầu đến cuối, với khả năng quản lý lưu lượng của ATM đáp ứng yêu cầu giữa RAN và CN Đặc biệt, ATM có khả năng phân tán tải xử lý khi điều khiển QoS, thực hiện quản lý chất lượng mạng theo tiêu chuẩn Điều này đảm bảo QoS ở lớp thấp mà không cần tập trung vào điều khiển lưu lượng của các giao thức đầu cuối Các chức năng quản lý lưu lượng của ATM bao gồm nhiều yếu tố quan trọng.
• Hiệu su t s d ng tài nguyên m ng b ng ghép thống kê ấ ử ụ ạ ằ
• Đảm bảo ch t lượng thông tin b ng đảm b o b ng thông t i th i i m kh i ấ ằ ả ă ạ ờ đ ể ở tạo
• Giám sát sự vi ph m tho thu n v l u lượng ạ ả ậ ề ư
Các chức năng quản lí lưu lượng được miêu tả ở các ph n sau đây ầ
Bảng 5.1 liệt kê các lớp dịch vụ của ATM
Bảng 5.1: Các lớp dịch vụ của ATM
Dịch vụ CBR (Constant Bit Rate) thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng ổn định với tốc độ cố định nhờ vào mã hóa PCM và đảm bảo băng thông bằng thông số PCR (Peak Cell Rate) Trong khi đó, dịch vụ rt-VBR (Real-time Variable Bit Rate) và nrt-VBR (non-realtime Variable Bit Rate) đảm bảo băng thông qua các thông số PCR, SCR (Sustainable Cell Rate) và MBS (Maximum Burst Size) MBS xác định mức cho phép của burst khi lưu lượng vượt quá SCR và duy trì tốc độ SCR trong quá trình truy cập Rt-VBR phù hợp với dữ liệu thoại nén, đảm bảo độ trễ trong việc phân phối cell, trong khi nrt-VBR thích hợp cho truyền thông gói dạng burst với khả năng mất dữ liệu nhưng không đảm bảo độ trễ Nrt-VBR cho phép trễ hàng đợi nhiều hơn, do đó hiệu quả ghép kênh thống kê tốt hơn rt-VBR Unspecified Bit Rate (UBR) là lớp dịch vụ không yêu cầu cung cấp băng thông hay chất lượng đầy đủ, dẫn đến khả năng mất dữ liệu Cuối cùng, Available Bit Rate (ABR) đảm bảo băng thông với tham số MCR (Minimum Cell Rate) và có khả năng đạt tới PCR khi điều khiển luồng.
Tuỳ theo các đặc tính đã quan tâm ở phần trước mà các lớp QoS của 3GPP được ánh xạ ớ t i các lớp dịch vụ ATM như sau:
• Lớp tương tác → nrt-VBR
5.2.4.3 Đ ềi u khiển chấp nhận kết nối (CAC) Để đảm bảo ch t lượng thông tin, cầấ n ph i có cơả ch từế ch i cu c g i n u ch t ố ộ ọ ế ấ lượng không được đảm bảo do thiếu tài nguyên mạng như băng thông và QoS yêu cầu Đ ều khiển bằng phần mềm quyết i định xem khi nào chấp nhận cuộc gọi dựa vào việc khởi tạo kết n i bố ằng SVC gọi là CAC (Connection Admission Control) Khi này nếu thiếu hụt tài nguyên m ng s dạ ẽ ẫn đến khả ăng bị tắc nghẽn Do đó việc n khai thác mạng không chỉ yêu c u ầ đảm b o ch t lượng thông tin mà còn đảm bảo ả ấ chất lượng kết nối cuộc gọi dựa trên k thuật lưu lượng thích hợp ĩ
5.2.4.4 Đ ềi u khiển tham số ử ụ s d ng (UPC)
Nếu lưu lượng mạng vượt quá mức chấp nhận của kết nối, không chỉ thỏa thuận kết nối bị phá vỡ mà còn ảnh hưởng đến chất lượng các kết nối khác Chức năng giám sát kết nối đã được chấp nhận theo thỏa thuận trước đó là UPC (Usage Parameter Control).
Cơ chế báo hi u và ệ đ ề i u khi ển mạng
5.3 C chơ ế báo hiệu và đ ềi u khiển mạng
Trong ph n này chúng ta sầ ẽ mô tả hệ ố th ng báo hi u và các th tụệ ủ c c th trong ụ ể kiến trúc mạng IMT-2000
5.3.1 Hệ thống báo hiệu mạng lõi trong ITM-2000
Hệ thống báo hiệu mạng lõi trong ITM-2000 là s phát tri n c a h th ng báo ự ể ủ ệ ố hiệu trong mạng lõi GSM
Hình 5.6: Cơ chế báo hiệu trong m ng lõi IMT-2000ạ
5.3.1.1 Giao diện giữa UE và MSC/SGSN
Hai giao thức chính trong cung cấp dịch vụ viễn thông là giao thức điều khiển cuộc gọi (Call Control - CC) và quản lý di động (Mobility Management - MM) CC chịu trách nhiệm điều khiển kết nối giữa thiết bị người dùng (UE) và trung tâm chuyển mạch (MSC), đồng thời hỗ trợ các cuộc gọi có nhiều bên tham gia và cơ chế mã hóa thoại Adaptive Multi Rate (AMR) Trong khi đó, MM quản lý định vị, an ninh và thiết bị di động, với các chức năng bổ sung như thủ tục xác thực để đảm bảo an ninh Cả hai giao thức này đều là sự mở rộng của GSM, với CC còn mở rộng cho các cuộc gọi đa phương tiện dựa trên tiêu chuẩn 3G-H324/M.
Hai giao thức PS, bao gồm Quản lí phiên (Session Management - SM) và Quản lí di động GPRS (GPRS Mobility Management - GMM), cung cấp các dịch vụ quan trọng trong việc quản lý phiên giữa UE và SGSN SM cho phép kích hoạt, thay đổi và giải phóng phiên, trong khi GMM là giao thức MM dành riêng cho PS Cả hai giao thức này đều phát triển từ GPRS, với SM được cải tiến để tích hợp các thuộc tính xác định QoS và thông báo cho UE về tên nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) trong trường hợp nhận các PDU từ ISP.
Ngoài ra, hai giao thức SS dùng để thêm các thủ tục d ch v mới cho IMT-2000 ị ụ và SMS giống như ủ c a GSM
5.3.1.2 Giao diện giữa RNC và MSC/SGSN Đối với giao di n này, ph n ng d ng m ng truy nh p vô tuy n (Radio Access ệ ầ ứ ụ ạ ậ ế Network Application Part - RANAP) được phát triển mới, có ch c n ng làm trong ứ ă suốt các thủ tục CC/MM, SM/GMM và các tín hi u khác trao ệ đổi gi a UE và ữ MSC/SGSN, đ ềi u khiển RAN gồm nh n tin và m t mã th c hi n t CN t i RAN, ắ ậ ự ệ ừ ớ cung cấp tin tức cho quá trình thiết lập và gi i phóng các t i truy nh p vô tuy n, th c ả ả ậ ế ự hiện bảo dưỡng Đối với miền PS, giao thức đường hầm GPRS (GPRS Tunneling Protocol – GTP) thực hiện tạo ra , thay đổi và xoá bỏ các đường h m chuy n các gói ầ ể người sử dụng
Giao thức ALL2 được sử dụng giữa RNC và MSC để truyền tải thoại và lưu lượng tốc độ thấp với độ trễ nhỏ Giao thức báo hiệu ALL2 cho CS.1 có nhiệm vụ thiết lập và giải phóng các kết nối ALL2, trong khi các dịch vụ PS do ALL5 cung cấp dựa trên PVC hoặc SVC Đối với SVC, B-ISUP được áp dụng.
Hệ thống báo hiệu sử dụng chồng báo hiệu SS7 băng rộng, kết hợp với RNC và MSC/GPRS MTP3b và phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP hoạt động như giao thức lớp thấp hơn trong hệ thống này.
5.3.1.3 Giao diện giữa MSC/SGSN và GMSC/GGSN Đối với mi n PS, GTP thựề c hi n t o ra, thay ệ ạ đổi và xoá b các đường h m Trong ỏ ầ giao diện này, các gói IP truyền dẫn bằng công nghệ ATM, khi này ta sử dụng B- ISUP để thiết lập và giải phóng kết nối ATM theo yêu cầu B-ISUP có chức năng
CC và điều khiển kết nối ATM là những yếu tố quan trọng trong việc quản lý hệ thống viễn thông TTC đã xác định các chức năng bổ sung cho B-ISUP, bao gồm các tính năng dành cho SS và khả năng truyền thông tin tính cước giữa các nhà khai thác viễn thông.
5.3.1.4 Giao diện giữa HLR/GLR và MSC/VLR và SGSN/GGSN
Phần ứng dụng di động của GSM cải tiến cung cấp giao diện quản lý định vị, nhận thực thuê bao, và trao đổi dữ liệu giữa thuê bao với mạng khách Hệ thống hỗ trợ roaming toàn cầu cho các mạng GSM/GPRS và IMT-2000 dựa trên GSM/GPRS không bắt buộc Chức năng chính của MAP bao gồm các thủ tục GLR nhằm giảm thiểu tín hiệu MAP giữa các mạng khi roaming, đồng thời đảm bảo nhận tin tức trước khi khởi tạo kết nối CS giữa MSC khách và GMSC.
Giao diện giữa điều khiển dịch vụ và MSC sử dụng các kỹ thuật IN và phân vùng động CAMEL CAMEL (Customized Application Mobile network Enhanced Logic) là một kỹ thuật do ETSI phát triển nhằm áp dụng IN vào truyền thông GSM/GPRS Kỹ thuật này lưu trữ thông tin thuê bao trong HLR và gửi đến VLR để cập nhật vị trí Dựa trên khả năng truy cập nhanh, MSC yêu cầu SCP thực hiện điều khiển dịch vụ và các dịch vụ bổ sung (SS).
Trong phần này, chúng ta trình bày chi tiết th tụủ c c bảơ n c a m ng lõi IMT-ủ ạ
2000, cuộc gọi hội nghị đ ề, i u khiể đn a phương tiện
IMT-2000 sử ụ d ng cơ chế VLR để iđ ều khiển MM Sau đây là thủ tục c b n của ơ ả
MM trong dịch vụ CS: khởi tạo cuộc gọi, kết cuối cuộc gọi và đ ềi u khiển chuyển giao
Quản lý di động trong hệ thống GSM liên quan đến việc gán và tách vị trí của thuê bao di động Khi di động ra khỏi vùng định vị, thông tin thuê bao được VLR tải về từ HLR Trong trạng thái gán vào mạng, thiết bị di động (UE) có thể nhận tin nhắn, nhưng khi tách khỏi mạng, khả năng này bị hạn chế Thủ tục gán/tách giúp ngăn chặn tín hiệu nhắn tin không cần thiết khi ở trạng thái tách Thiết bị cuối thông báo rõ trạng thái gán/tách khi khởi động hoặc tắt nguồn, và khi không thể thực hiện đăng ký định kỳ, nó sẽ ngầm tách khỏi mạng Ngoài ra, có các thủ tục yêu cầu gán/tách và cập nhật định vị nhằm giảm lượng tín hiệu không cần thiết Hình 5.7 minh họa rõ hai thủ tục đăng ký định vị.
Trong thủ tục gán và cập nhật vị trí, số nhận dạng di động tạm thời (TMSI) được gán cho thiết bị người dùng (UE), trong khi mỗi UE có một số nhận dạng di động quốc tế (IMSI) cố định Khi người dùng yêu cầu dịch vụ sau khi đăng ký định vị, TMSI giúp nhận dạng người dùng trên kênh vô tuyến, từ đó cải thiện an ninh bằng cách che giấu IMSI và giảm lượng báo hiệu qua kênh nhắn tin PCH.
Thiết lập cuộc gọi khở ạ ừ ại t o t tr m di động
Thông tin thuê bao được truyền từ HLR đến VLR thông qua trạm di động Trong quá trình khởi tạo cuộc gọi, không cần truy cập vào HLR nữa Quá trình này được chia thành 4 bước.
Khi UE bắt đầu giao tiếp với mạng, kết nối báo hiệu giữa UE và RAN được thiết lập, cùng với kết nối SCCP giữa RAN và MSC/VLR thông qua bản tin khởi tạo từ UE đến MSC/VLR Tiếp theo, quá trình nhận thực và mã hóa giữa UE và MSC/VLR diễn ra để đảm bảo kết nối điều khiển an toàn.
Khởi tạo cuộc gọi diễn ra khi U và E gửi thông tin về số điện thoại gọi đi, loại cuộc gọi và các thông tin liên quan đến SS để MSC/VLR bắt đầu quá trình MSC/VLR sẽ kiểm tra xem thông tin yêu cầu cuộc gọi có phù hợp với hợp đồng đã ký kết hay không.
Tải truy cập vô tuyến và thiết lập kết nối tải được thực hiện dựa trên thông tin từ bước 2, cùng với chức năng Transcoder/InterWorking đã được thiết lập Tin nhắn IAM (Initial Address Message) được gửi đến mạng kết cuối, chứa số bị gọi, để hoàn tất quá trình thiết lập tải.
(4) Hoàn thiện thiết lập cuộc gọi: Sau bước 3, bên gọi được thông báo Quá trình trao đổi thông tin bắt đầu khi đáp ứng lại thông báo trên
Hình 5.8: Thủ ụ t c khởi tạo cuộc gọi
Thiết lập cuộc gọi kết cuối tại trạm di động
Cơ chế truyền thông gói
Số lượng cuộc gọi tối đa được mạng quy định, nhưng người dùng có thể tự do chọn số cuộc gọi tối đa của riêng mình, miễn là không vượt quá giới hạn cho phép của mạng.
5.4.1.Tổng quan về truyền thông gói di động
Truy nhập Internet và truyền thông dữ liệu diễn ra qua việc chia dữ liệu thành các gói Đặc điểm nổi bật của ứng dụng khách-chủ, như World Wide Web (WWW), là truyền thông không đối xứng, trong đó khối lượng dữ liệu từ máy chủ đến máy khách thường lớn hơn nhiều so với lượng dữ liệu gửi ngược lại Quá trình mà người dùng thực hiện việc truyền hoặc nhận dữ liệu chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ quá trình kết nối Nếu xem xét các liên kết CS thông thường dùng để truyền thông dữ liệu, chúng có những đặc tính truyền thông tương tự, và tài nguyên mạng phân bổ cho CS thường được sử dụng ở mức độ đầy đủ.
Cơ chế truyền thông gói di động đã được tích hợp vào hệ thống 2G tại Nhật Bản (PDC-P), Mỹ (CPDP) và Châu Âu (GPRS), nhanh chóng thu hút nhiều khách hàng Điều này cho thấy rằng truyền thông gói có khả năng trở thành xu thế chủ đạo trong lĩnh vực dữ liệu di động Cơ chế này cho phép chuyển dữ liệu để thu và phát thông qua thiết bị đầu cuối dưới dạng gói trong mạng truyền thông di động.
Loại lưu lượng Đặc đ ểi m Ứng d ng ụ
Loại giao dịch D li u tương ữ ệ đối nh ỏ được tạo ra trên cơ sở bất qui tắc
Loại khối Dữ liệu tương đối lớn hiếm khi được tạo ra
Loại dòng Dữ liệu loại trung bình được tạo ra theo chu kì Đ ệi n tho i Internet, Thoại ạ Hội thảo thấy hình
Dạng gói trong IMT-2000 thu hút sự chú ý lớn nhờ vai trò là một cơ chế truyền thông cung cấp nhiều dịch vụ đa phương tiện khác nhau Bài viết này sẽ đề cập đến những lợi ích của dịch vụ, khả năng thu hút truyền thông gói và cách kết nối đáp ứng đầy đủ nhu cầu trong IMT-2000.
5.4.2 Mụ đc ích của d ch v ị ụ
IMT-2000 được thiết kế để cung cấp tốc độ truyền dẫn tối đa khoảng 2Mbit/s trong nhà và 384 Kbit/s ngoài trời, hỗ trợ nhiều phương tiện như thoại, ảnh động và video Nó cung cấp các dịch vụ với tốc độ tải lên và tải xuống khác nhau, bao gồm truyền thông đối xứng, không đối xứng và quảng bá Các dịch vụ này phù hợp cho cả truyền thông kênh cố định (CS) và truyền thông gói (PS), trong đó CS thích hợp cho thông tin liên tục, còn PS cho thông tin không liên tục Thông tin thời gian thực như thoại và hình ảnh chủ yếu được truyền qua CS, nhưng cũng có thể được cung cấp dựa trên điều khiển chất lượng dịch vụ (QoS) trong PS để đáp ứng yêu cầu về tốc độ và độ trễ.
Hình 5.15: Đa truyền thông di động
Hình 5.16 cho thấy c u hình cấ ủa các nút logic và các ch c năng chính để cung cấp ứ truyền thông di động PS được tiêu chuẩn hoá bởi 3GPP
Hình 5.16: Các node logic gói và chức năng chính Chức năng chính của SGSN:
- Quản lí thông tin v thuê bao trong ề khu vực
- Quản lí độ di động cho thuê bao trong khu vực
- Quản lí b t đầu cu c g i và k t thúc ắ ộ ọ ế cuộc gọi
- Giám sát kỹ thu t xuyên h m ậ ầ
- Giám sát việc tính cước
Chức năng chính của GGSN:
- Quản lí truy nhập ISP
- Quản lí b t đầu cu c g i ắ ộ ọ và kết thúc cuộc gọi
- Giám sát kỹ thuật xuyên hầm
- Giám sát việc tính cước
SGSN là nút quản lý thông tin thuê bao di động trong khu vực, bao gồm các loại dịch vụ có sẵn và thông tin kết nối Khi thiết bị di động (UE) được bật, thông tin thuê bao sẽ được tải xuống từ HLR SGSN kiểm tra thông tin thuê bao để xác định tính hợp lệ khi có cuộc gọi đến hoặc đi từ UE, từ đó điều khiển kết nối một cách hiệu quả.
Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) là một thành phần quan trọng trong mạng IMT-2000, giúp kết nối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thông qua các thông báo như kết nối và kết thúc cuộc gọi GGSN hoạt động như một giao diện cho các dịch vụ khác nhau do ISP cung cấp, đồng thời quản lý địa chỉ IP cho thiết bị người dùng (UE) trong quá trình truyền dữ liệu Nó cũng có khả năng truy vấn HLR để xác định vị trí hiện tại của UE trong trường hợp cần thiết.
Hệ thống tên miền (DNS) trên Internet hoạt động tương tự như việc chuyển đổi Tên điểm truy cập (APN) thành địa chỉ IP của GGSN Trong đó, APN là tên được xác định bởi người sử dụng, giúp kết nối và truy cập mạng hiệu quả hơn.
Hơn nữa, cả SGSN và GGSN đều thu thập thông tin cước để có thể cung c p ấ lượng gói tin dựa trên việc tính cước
5.4.4 Kĩ thuật truyền thông gói di động
Bảng 5.3: Mục tiêu dịch vụ trong IMT-2000
-Không hạn chế về mặt th i ờ gian ( bất cứ khi nào)
-Lưu lượng cấp cao và tiện lợi cho người dùng
Bất cứ đâu - Bỏ qua những hạn chế về mặt địa lí( dịch v gi ng nhau bất ụ ố ở kì một địa i m nào) đ ể
-Người dùng không phải lo lắng về địa đ ểi m và kho ng cách ả địa lí( phủ sóng toàn cầu)
-Truyền thông bằng nhiều phương tiện khác nhau( truyền thông bằng PC, PDA, MS, ) -WWW và truy nhập thư đ ệ i n t ử
Người dùng không cần bận tâm về phương tiện truyền thông của bên thứ ba hay sự khác biệt giữa các phần mềm ứng dụng Họ có thể dễ dàng kết nối qua Internet, Intranet và các thiết bị di động, giúp tiếp cận thông tin mong muốn một cách thuận tiện và nhanh chóng.
- Truyền thông dựa trên phương tiện diễn đạt phức da dạng( lời thoại, nh ả động, băng video, dữ liệu )
- Có nhiều dạng hỗ trợ lưu lượng( dung lượng lớn, thời gian thực)
Việc định giá hợp lí và có thể chấp nh n ậ được
-Giảm chi phí truyền thông -Phân tầng chất lượng truyền thông và phí truyền thông
-Công nghệ ắ c t giảm chi phí -Có sẵn nhiều loại dịch vụ khác nhau( loại QoS)
5.4.4.1 Tốc độ truyền và vi c i u khi n QoS ệ đ ề ể
Trong PDC-P, tốc độ truyền tối đa của hệ thống truyền thông gói di động đạt khoảng 28,8 kbit/giây, trong khi GPRS có tốc độ xấp xỉ 100 kbit/giây Hệ thống 2G tăng tốc độ truyền dẫn bằng cách gộp các khe thời gian trong Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) cho mỗi người dùng Ngược lại, hệ thống 3G dựa trên W-CDMA cung cấp tốc độ truyền dẫn nhanh hơn nhiều so với 2G, do không bị giới hạn bởi khái niệm khe thời gian.
Hệ thống PDC-P 2G không có các tham số để xác định QoS, dẫn đến việc phân phối các cuộc gọi dựa trên những yêu cầu không rõ ràng Trong khi GPRS có khả năng xác định các thông số QoS, chúng chỉ được coi là các giá trị mục tiêu khi người dùng tham gia truyền thông, không phải do sự kiểm soát chặt chẽ của QoS Ví dụ, tốc độ trung bình có thể được xác định thông qua việc thiết lập các thông số, cho phép khối lượng dữ liệu mục tiêu trung bình hàng giờ được truyền tải hiệu quả.
Hệ thống 3G cho phép xác định QoS chi tiết hơn so với phương thức chỉ định QoS tóm tắt trong 2G, giúp điều khiển QoS một cách chính xác Cụ thể, kích thước tối đa của Khối dữ liệu dịch vụ (SDU) từ UE và đảm bảo thứ tự đến của các gói thông tin có thể được xác định rõ ràng Bên cạnh đó, trong dịch vụ truyền thông không đối xứng, tốc độ truyền dữ liệu cũng có thể được điều chỉnh riêng biệt cho kết nối lên và kết nối xuống.
Trong hệ thống 3G, các thông số QoS có thể được xác định từ trước, đảm bảo rằng kỹ thuật truyền dữ liệu qua W-CDMA đạt hiệu suất cao Việc kiểm soát QoS là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng di động, nhất là khi mạng có đủ sức mạnh và độ ổn định để phục vụ cho các ứng dụng thương mại.
Mặc dù tiêu chuẩn 3GPP không xác định phương thức cụ thể cho việc thực hiện QoS, công nghệ ATM có thể là một giải pháp tiềm năng Dịch vụ QoS đáng tin cậy có thể được cung cấp cho người dùng thông qua việc sắp xếp các loại dịch vụ ATM như CRB, UBR, và VBR thành các loại lưu lượng được xác định bởi 3GPP, bao gồm loại đối thoại, loại chuỗi, loại tương tác và loại cơ sở.
5.4.4.2 Đ ềi u khiển kỹ thuật xuyên hầm
Trong thời đại truyền thông di động hiện nay, địa chỉ truyền thông dữ liệu (địa chỉ IP) không đủ khả năng để gửi gói tin đến thiết bị người dùng (UE), vì UE có thể chuyển đổi giữa các địa chỉ trong mạng Do đó, kỹ thuật xuyên mạng ảo (NAT) được áp dụng trong truyền thông di động, sử dụng một địa chỉ riêng biệt từ địa chỉ nhận để cải thiện khả năng truyền tải dữ liệu.
Cơ chế ạ m ng thông minh (IN)
RNC cũ sẽ giữ dữ liệu trong quá trình tái định vị sang RNC mới và sẽ thông báo hoàn tất quá trình này Nếu có dữ liệu nào được truyền đi, nó sẽ được chuyển đến RNC mới Sau đó, RNC mới sẽ gửi tín hiệu phát hiện việc tái định vị tới SGSN mới, nhằm đảm bảo yêu cầu nhận dạng được thực hiện một cách chính xác.
UE sẽ kết nối với SGSN mới, cho phép truyền dữ liệu qua GGSN và thiết lập kỹ thuật xuyên hầm Tại thời điểm này, gói dữ liệu sẽ được chuyển đến SGSN mới, đánh dấu việc hoàn thành quá trình tái định vị khi không còn liên kết giữa SGSN cũ và RNC cũ Sau đó, các thủ tục thông thường sẽ được thực hiện, bao gồm việc đăng ký vị trí, thông báo HLR và hoạt động chuyển mã để cập nhật thông tin thuê bao vào SGSN mới.
Hình 5.20: Th tủ ục tái định vị
5.5 C ơ ch ế m ạ ng thông minh (IN)
SS trong hệ thống truyền thông di động W-CDMA dựa trên dịch vụ chuẩn GMS, như chuyển cuộc gọi và CW, cùng với dịch vụ hình thành t IN Phần này sẽ giới thiệu về cơ chế IN so với các mạng thông thường khác, đồng thời cũng sẽ đề cập đến những ưu điểm của IN và những xu hướng chuẩn hoá hiện nay.
5.5.1 Tổng quan về ơ c chế IN
Cơ chế IN đã được phát triển và hoạt động trong các mạng có dây từ những năm 80 Trước khi xuất hiện cơ chế IN, thiết bị chuyển mạch đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý lưu lượng dữ liệu.
Cơ chế IN cho phép mở rộng dịch vụ mà không cần thay đổi phần mềm trong thiết bị chuyển mạch, giúp tiết kiệm thời gian và giảm tải công việc Việc phân bổ tài nguyên trong hệ thống gặp khó khăn do sự thay đổi của phần mềm khi mở rộng dịch vụ Nút tách ra khỏi thiết bị chuyển mạch có nhiệm vụ điều khiển dịch vụ, quản lý và lưu trữ dữ liệu liên quan, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và khả năng mở rộng dịch vụ.
Dưới đây là các phương pháp mà cơ chế IN áp dụng để tách nút i u khiểđ ề n d ch v ị ụ và nút thực hiện dịch vụ:
1 Chuẩn hoá các ch c năng yêu cầ đối vớứ u i ho t động th c hi n d ch v ạ ự ệ ị ụ
2 Xác định model trạng thái cuộc gọi cơ bản (BCSM) và
3 Xác định Đ ểi m phát hiện (DP) trong model chuyển giao trạng thái
Cơ chế IN chia chức năng cung cấp các dịch vụ thành nhiều thành phần, cho phép tạo ra các dịch vụ dựa trên sự kết hợp của các chức năng này Nút điều khiển dịch vụ hướng dẫn nút thực thi dịch vụ cách kích hoạt các chức năng cần thiết để thực hiện dịch vụ Sự phân chia giữa nút điều khiển và nút thực thi giúp tách biệt rõ ràng các nhiệm vụ, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình xử lý cuộc gọi Nút thực thi dịch vụ cần nhận biết các điều kiện kích hoạt dịch vụ, dựa trên mô hình chuyển giao trạng thái của quá trình xử lý cuộc gọi cơ bản, và phải xác định xem việc kích hoạt dịch vụ có cần thiết hay không Trong cơ chế IN, hoạt động kích hoạt dịch vụ có thể được thực hiện bằng cách ra lệnh cho BCSM trong khi vẫn xử lý cuộc gọi hiện tại.
5.5.2 So sánh với các hệ thống thông thuờng
Trong các hệ thống truyền thông di động thông thường, nút điều khiển dịch vụ thường tách rời khỏi các nút thực thi dịch vụ, tạo điều kiện cho HLR quản lý thông tin vị trí của người sử dụng Tuy nhiên, phần mềm của cả nút điều khiển và nút thực thi dịch vụ cần được cập nhật để giảm thiểu các SS mới, do các chức năng này chưa được chuẩn hóa và việc cung cấp cho BCSM cùng các yêu cầu khác chưa được cụ thể hóa.
Trong hệ thống truyền thông di động W-CDMA, chức năng điều khiển dịch vụ (Service Control Function - SCF) được đặt tại nút điều khiển dịch vụ tách biệt với MSC, đóng vai trò là nút thực thi dịch vụ Cơ chế IN gán cho MSC BCSM và các chức năng dịch vụ khác, giúp mở rộng dịch vụ mà không cần cập nhật phần mềm của nút thực thi, điều này từng là thách thức lớn Hơn nữa, các dịch vụ có thể được cung cấp giữa các mạng khác nhau thông qua điều khiển SCF (VHE), với SCF và MSC hoạt động như một giao diện BCSM cùng các chức năng dịch vụ khác đều được tiêu chuẩn hóa.
VHE cho phép các nút điều khiển dịch vụ gửi lệnh tới các nút trong các mạng khác tương tự như việc gửi lệnh tới các nút trong mạng cơ sở Công nghệ này tối ưu hóa giao diện và chức năng của nút thực thi dịch vụ, giúp tất cả các mạng có thể được điều khiển ảo giống như mạng cơ sở.
Việc tách biệt giữa HLR và SCF không chỉ giúp phân chia rõ ràng hoạt động xử lý cuộc gọi và quản lý dịch vụ, mà còn cho phép các dịch vụ hoạt động độc lập dựa trên các tài nguyên có sẵn trong khu vực nhất định Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận hành dịch vụ một cách linh hoạt và đa dạng hơn.
Sự khác nhau giữa cơ chế thông thờng và cơ chế IN sẽ được mô tả dưới đây, có lấy trường hợp chuyển cuộc gọi tới làm ví dụ
Trong cơ chế thông thường, thiết bị chuyển mạch sẽ truy vấn HLR để xác định trạng thái dịch vụ khi xử lý cuộc gọi HLR sau đó sẽ gửi lại thông tin trạng thái, cho phép áp dụng các điều kiện cần thiết để thiết lập cuộc gọi Thiết bị chuyển mạch sẽ dựa vào thông tin này để quyết định trạng thái hoạt động và kích hoạt dịch vụ.
Trong cơ chế IN, khi có hoạt động xử lý cuộc gọi, MSC sẽ thay đổi trạng thái lên DP của BCSM Khi trạng thái này đến DP, nó sẽ dò tìm thông tin trigger để xác định xem có gửi lệnh hỏi tới SCF hay không Nếu tìm thấy bất kỳ thông tin trigger nào, MSC sẽ gửi lệnh hỏi tới SCF SCF sẽ nhận dạng loại trigger phù hợp và xác định dịch vụ được kích hoạt dựa trên trạng thái của người sử dụng và các điều kiện thực hiện Cuối cùng, SCF sẽ kích hoạt các chức năng yêu cầu đối với MSC và định thời cho lệnh hỏi tiếp theo.
Khác với cơ chế thông thường, thiết bị chuyển mạch phải quyết định theo dịch vụ, MSC trong cơ chế IN chỉ cần xác định trạng thái cuộc gọi cơ bản và quyết định liệu có thực hiện lệnh hỏi ở mỗi DP hay không SCF sẽ chỉ thị các hoạt động điều khiển tiếp theo.
5.5.3 Ưu đ ểi m của cơ chế IN
Dưới đây là ba ưu đ ểm lớn của cơ chế IN: i
1 Cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau một cách nhanh chóng
2 Chi phí thấp và thời gian c n có để phát triẻn dịch vụ ít ầ
3 Có thể cung cấp cùng một loại hình dịch vụ cho nhiều mạng khác nhau mà không cần chuẩn hoá loại hình dịch v ó ụ đ
Trong cơ chế IN, tất cả các dịch vụ được thực hiện thông qua việc kết hợp các chức năng chuẩn hóa và hoạt động định thời gian để kích hoạt Các chức năng này được thực hiện tại nút thực thi dịch vụ Nếu giao diện giữa SCF và MSC được chuẩn hóa, có thể cung cấp thêm các dịch vụ chỉ bằng cách bổ sung các chức năng vào SCF, từ đó đạt được những ưu điểm mong muốn.
Hiện nay, chuẩn GSM được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và nhiều nơi khác trên thế giới, và nó đã áp dụng CAMEL để tích hợp IN vào hoạt động truyền thông di động Với hệ thống truyền thông di động sử dụng công nghệ W-CDMA, chuẩn GSM tiên tiến đóng vai trò như mạng trung tâm, vì vậy 3GPP đang làm việc để chuẩn hóa cơ chế IN cho 3G dựa trên chuẩn GSM CAMEL.