Nghiên ứu tính toán quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3g sử dụng công nghệ wcdma

Yêu cầu thiết bị truyền số liệu gói GSM CSD GSM số liệu chuyển mạch kênh GPRS Dịch vụ vô tuyến gói chung EDGE Các tốc độ số ệ li u bậc cao để phát triển GSM IMT-2000 W-CDMA Các máy di đ

********* ********* ♦

NGHIEN CỨU TINH TOAN QUY HOẠCH MẠNG VO TUYẾN TRONG HỆ THỐNG 3G SỬ DỤNG CONG

NGHỆ WCDMA

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH K : Ỹ THUẬT ĐI ỆN T Ử

À

TS Đ O NGỌC CHIẾN

HÀ NỘI 2008

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

Nguyễn Đình Tuấn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

M ở đầu 5

Danh mục từ viết tắt trong luận văn 6

Danh sách bảng biểu 10

Danh sách hình vẽ và đồ thị 11

Chương 1 14

Giới thiệu chung 14

Chương 2: Tổng quan về hệ thống mạng WCDMA 19

2.1 Giới thiệu chung 19

2.2 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 19

2.3 Các kiểu kênh của m ng WCDMA 23 ạ 2.3.1 Các kiểu kênh vật lý 23

2.3.2 Các kiểu kênh truyền tải 23

2.3.3 Các kiểu kênh logic 26

2.4 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN 28

2.4.1 Cấu trúc UTRAN 28

2.4.1.1 Bộ đ ề i u khiển mạng vô tuy n RNC 29 ế 2.4.1.2 Nút B (trạm gốc UMTS) 30

2.4.2 Mô hình giao thứ ổc t ng quát đối v i các giao di n m t đất c a UTRAN 30 ớ ệ ặ ủ 2.4.2.2 Các mặt đứng 32 2.4.2.2.1 Mặ đ ềt i u khi n 32 ể 2.4.2.2.2 Mặt người s d ng 32 ử ụ 2.4.2.2.3 Mặ đ ềt i u khi n m ng truy n t i 32 ể ạ ề ả

2.4.2.2.4 Mặt người s d ng m ng truy n t i 33 ử ụ ạ ề ả

2.5 Các giao diện trong UTRAN 34

2.5.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP 34

2.5.1.1 Giao thức Iur1: Hỗ trợ tính di động cơ ở s giữa các RNC 35

2.5.1.2 Giao thức Iur 2: Hỗ trợ ư l u lượng kênh riêng 35

2.5.1.3 Giao thức Iur3: Hỗ trợ ư l u lượng kênh chung 36

2.5.1.4 Iur4: Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu 37

2.5.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP 38

2.5.2.1 NBAP chung 40

2.5.2.2 NBAP riêng 40

2.5.3 Giao diện vô tuy n (Uu) 41 ế 2.6 Giao diện UTRAN-CN, Iu 44

2.6.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS 44

2.6.1.1 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khiển Iu CS 45

2.6.1.2 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khi n mể ạng truyền tải Iu CS 45

2.6.1.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử ụ d ng 46

2.6.2 Cấu trúc giao thức cho Iu PS 46

2.6.2.1 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khiển Iu PS 47

2.6.2.2 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khi n mể ạng truyền tải Iu PS 47

2.6.2.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử ụ d ng Iu PS 47

2.6.3 Giao thức RANAP 47

2.6.4 Giao thức mặt người s d ng Iu 50 ử ụ 2.6.5 Thiết lập một cu c g i WCDMA/UMTS 50 ộ ọ 2.6.6 Các phiên số liệu gói ở WCDMA 53

2.7 Một số mô hình phát triển cho mạng WCDMA 56

2.8 Các đặc trưng quan trọng của WCDMA 58

2.8.1 Mã hóa tiếng a tốc độ thích ứng AMR 60 đ 2.8.2 Đ ềi u khiển công suất 61

2.8.3 Chuyển giao 64

Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA 68

3.1 Tính toán vùng phủ WCDMA 69

3.1.1 Tính toán quỹ đường truy n vô tuyến 70 ề 3.1.1.1 Công suất phát của BS 70

3.1.1.2 Công suất phát của thiết bị người dùng UE 71

3.1.1.3 Tăng ích ănten BS 71

3.1.1.4 Tăng ích ănten UE 71

3.1.1.5 Suy hao cáp feeder 71

3.1.1.6 Tăng ích xử lý 72

3.1.1.7 Tỷ số Eb/No 72

3.1.1.8 Dự trữ nhiễu (dự trữ ả t i) 74

3.1.1.9 Tạp âm nhiệt 74

3.1.1.10 Hệ ố ạ s t p âm 75

3.1.1.11 Độ nhạy máy thu 75

3.1.1.12 Tăng ích chuyển giao mềm 75

3.1.1.13 Dự trữ đ ề i u khiển công suất 75

3.1.1.14 Suy hao đâm xuyên 76

3.1.1.15 Dự trữ fading 76

3.1.2 Tính toán vùng phủ ủ c a ô 78

3.1.2.1 Mô hình Okmura-Hata 78

3.1.2.2 Mô hình Walfisch/Ikegami 80

3.2 Tính toán dung lượng trong WCDMA 82

3.2.1 Tính toán dung lượng hướng lên 82

3.2.2 Tính toán dung lượng hướng xuống 84

3.3 Tính toán quy hoạch mạng đối v i trường hợp cụ ếớ th 88

Chương 4: Quy hoạch mạng WCDMA sử ụ d ng phần mềm mô phỏng 94

4.1 Các thông số đầu vào mô ph ng 95 ỏ 4.2 Thiết lập các thông số mô phỏng 97

4.3 Kết qu tính toán mô phả ỏng 102

Chương 5: Kết quả tính toán và mô phỏng mạng 3G WCDMA EVNTelecom 108

5.1 Kết quả tính toán mạng truy cập vô tuy n 109 ế 5.2 Một số ế k t quả mô phỏng và kiểm tra thực tế 113

Kết luận 117

Danh mục tài liệu tham khảo 118

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

M ở đầu 5

Danh mục từ viết tắt trong luận văn 6

Danh sách bảng biểu 10

Danh sách hình vẽ và đồ thị 11

Chương 1 14

Giới thiệu chung 14

Chương 2: Tổng quan về hệ thống mạng WCDMA 19

2.1 Giới thiệu chung 19

2.2 Cấu trúc hệ thống của WCDMA 19

2.3 Các kiểu kênh của m ng WCDMA 23 ạ 2.3.1 Các kiểu kênh vật lý 23

2.3.2 Các kiểu kênh truyền tải 23

2.3.3 Các kiểu kênh logic 26

2.4 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN 28

2.4.1 Cấu trúc UTRAN 28

2.4.1.1 Bộ đ ề i u khiển mạng vô tuy n RNC 29 ế 2.4.1.2 Nút B (trạm gốc UMTS) 30

2.4.2 Mô hình giao thứ ổc t ng quát đối v i các giao di n m t đất c a UTRAN 30 ớ ệ ặ ủ 2.4.2.2 Các mặt đứng 32 2.4.2.2.1 Mặ đ ềt i u khi n 32 ể 2.4.2.2.2 Mặt người s d ng 32 ử ụ 2.4.2.2.3 Mặ đ ềt i u khi n m ng truy n t i 32 ể ạ ề ả

2.4.2.2.4 Mặt người s d ng m ng truy n t i 33 ử ụ ạ ề ả

2.5 Các giao diện trong UTRAN 34

2.5.1 Giao diện RNC-RNC và báo hiệu RNSNAP 34

2.5.1.1 Giao thức Iur1: Hỗ trợ tính di động cơ ở s giữa các RNC 35

2.5.1.2 Giao thức Iur 2: Hỗ trợ ư l u lượng kênh riêng 35

2.5.1.3 Giao thức Iur3: Hỗ trợ ư l u lượng kênh chung 36

2.5.1.4 Iur4: Hỗ trợ quản lý tài nguyên toàn cầu 37

2.5.2 Giao diện RNC-nút B và báo hiệu NBAP 38

2.5.2.1 NBAP chung 40

2.5.2.2 NBAP riêng 40

2.5.3 Giao diện vô tuy n (Uu) 41 ế 2.6 Giao diện UTRAN-CN, Iu 44

2.6.1 Cấu trúc cho giao thức Iu CS 44

2.6.1.1 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khiển Iu CS 45

2.6.1.2 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khi n mể ạng truyền tải Iu CS 45

2.6.1.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử ụ d ng 46

2.6.2 Cấu trúc giao thức cho Iu PS 46

2.6.2.1 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khiển Iu PS 47

2.6.2.2 Ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khi n mể ạng truyền tải Iu PS 47

2.6.2.3 Ngăn xếp giao thức mặt người sử ụ d ng Iu PS 47

2.6.3 Giao thức RANAP 47

2.6.4 Giao thức mặt người s d ng Iu 50 ử ụ 2.6.5 Thiết lập một cu c g i WCDMA/UMTS 50 ộ ọ 2.6.6 Các phiên số liệu gói ở WCDMA 53

2.7 Một số mô hình phát triển cho mạng WCDMA 56

2.8 Các đặc trưng quan trọng của WCDMA 58

2.8.1 Mã hóa tiếng a tốc độ thích ứng AMR 60 đ 2.8.2 Đ ềi u khiển công suất 61

2.8.3 Chuyển giao 64

Chương 3: Quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống WCDMA 68

3.1 Tính toán vùng phủ WCDMA 69

3.1.1 Tính toán quỹ đường truy n vô tuyến 70 ề 3.1.1.1 Công suất phát của BS 70

3.1.1.2 Công suất phát của thiết bị người dùng UE 71

3.1.1.3 Tăng ích ănten BS 71

3.1.1.4 Tăng ích ănten UE 71

3.1.1.5 Suy hao cáp feeder 71

3.1.1.6 Tăng ích xử lý 72

3.1.1.7 Tỷ số Eb/No 72

3.1.1.8 Dự trữ nhiễu (dự trữ ả t i) 74

3.1.1.9 Tạp âm nhiệt 74

3.1.1.10 Hệ ố ạ s t p âm 75

3.1.1.11 Độ nhạy máy thu 75

3.1.1.12 Tăng ích chuyển giao mềm 75

3.1.1.13 Dự trữ đ ề i u khiển công suất 75

3.1.1.14 Suy hao đâm xuyên 76

3.1.1.15 Dự trữ fading 76

3.1.2 Tính toán vùng phủ ủ c a ô 78

3.1.2.1 Mô hình Okmura-Hata 78

3.1.2.2 Mô hình Walfisch/Ikegami 80

3.2 Tính toán dung lượng trong WCDMA 82

3.2.1 Tính toán dung lượng hướng lên 82

3.2.2 Tính toán dung lượng hướng xuống 84

3.3 Tính toán quy hoạch mạng đối v i trường hợp cụ ếớ th 88

Chương 4: Quy hoạch mạng WCDMA sử ụ d ng phần mềm mô phỏng 94

4.1 Các thông số đầu vào mô ph ng 95 ỏ 4.2 Thiết lập các thông số mô phỏng 97

4.3 Kết qu tính toán mô phả ỏng 102

Chương 5: Kết quả tính toán và mô phỏng mạng 3G WCDMA EVNTelecom 108

5.1 Kết quả tính toán mạng truy cập vô tuy n 109 ế 5.2 Một số ế k t quả mô phỏng và kiểm tra thực tế 113

Kết luận 117

Danh mục tài liệu tham khảo 118

M ở đầu

Hiện tại, ở Việt Nam đang có tất cả 7 nhà khai thác mạng thông tin di động mặt đất bao gồm cả công nghệ GSM và CDMA Hơn nữa, vào tháng 4/2009 bộ TT&TT đã cấp phép triển khai mạng 3G UMTS theo công nghệ WCDMA cho 4 nhà khai thác Như ậ v y, thị trường mạng viễn thông tại Vi t Nam đang phát triển rất ệnhanh, từng bước tiến tới khả năng cung cấp các d ch v giá tr gia t ng t c độ cao ị ụ ị ă ố

Đ ềi u này đòi h i vi c quy ho ch và tri n khai các h th ng m ng c n ph i được ỏ ệ ạ ể ệ ố ạ ầ ảquan tâm nghiên cứu nhiều hơn nữa nhằ đm áp ứng nhu cầu ngày càng cao của các nhà khai thác mạng, đặc biệt là đối với việc quy hoạch và triển khai mạng 3G WCDMA đang bắ đầu được các nhà khai thác triểt n khai Trên c sở thựơ c ti n ó và ễ đsau thời gian học tập và nghiên cứu trong khuôn kh chương trình đào tạo thạổ c sỹ

Đ ệ ửi n t Vi n thông t i trường đại h c Bách Khoa Hà N i, được s hướng dẫn chu ễ ạ ọ ộ ự

đáo, nhi t tình c a các thày, cô trong khoa Đ ệ ửệ ủ i n t Vi n thông, Vi n ào t o sau đại ễ ệ đ ạhọc, đặc biệt là TS Đào Ngọc Chiến, tôi đã lựa chọn đề tài luận văn là “Nghiên cứu quy hoạch mạng vô tuyến trong hệ thống 3G sử ụ d ng công nghệ WCDMA”

Kết cấu của luận văn bao gồm 5 chương Chương 1 giới thiệu chung về quá trình phát triển của các thế hệ mạng di động m t đấặ t và các c tính c bảđặ ơ n c a các ủcông nghệ hiện đang được sử dụng r ng rãi trên th gi i c ng nh tạộ ế ớ ũ ư i Vi t Nam ệChương 2 trình bày về các đặc tính cơ bản trong m ng di động s dụạ ử ng công ngh ệWCDMA Chương 3 tập trung nghiên cứu v phương pháp tính toán dung lượng ềcũng như vùng phủ của h th ng m ng s dụệ ố ạ ử ng công ngh WCDMA, l a ch n các ệ ự ọthông số tính toàn phù hợp vớ đ ềi i u kiện triển khai thự ếc t từng khu v c Chương 4 ựtrình bày phương pháp quy hoạch mạng thông qua các chương trình mô phỏng và một số kết quả mô phỏng chung Cuối cùng, chương 5 đưa ra các kết quả quy hoạch mạng cụ thể của m ng EVNTelecom cùng mộ ốạ t s kết quả mô ph ng d a trên c sở ỏ ự ơ

lý thuyế đt ã được trình bày trong các chương trước, so sánh với kết quả đ o đạc th c ự

tế, qua đó đánh giá và hiệu chỉnh tố ưi u phương án quy ho ch m ng ạ ạ

Danh mục từ viết tắt trong luận văn

16QAM 16 State Quadrature Amplitude Modulation

2G 2nd Generation

2.5G 2.5th Generation

3G 3rd Generation

3GPP 3rd Generation Partnership Project

3GPP2 3rd Generation Partnership Project 2

8-PSK 8 Phase Shift Keying

B(T)S Base (Transceiver) Station

BCCH Broadcast Control Channel

BCH Broadcast Channel

BCS Binary Coded Signalling

BER Bit Error Rate

BLER Block Error Rate

BM Business Management

BPSK Binary Phase Shift Keying

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

C/I Carrier-to-Interference ratio

CBR Call Block Ratio

CCCH Common Control CHannel

CCH Control Channel

CCPCH Common Control Physical Channel

CDMA Code Division Multiple Access

CPCH Common Packet Channel

CPICH Common PIlot Channel

CRC Cyclic Redundancy Check

CS Circuit Switched

DCCH Dedicated Control Channel

DCH Dedicated Channel

DPCCH Dedicated Physical Control Channel

DPCH Dedicated Physical Channel

DPDCH Dedicated Physical Data Channel

DSCH Downlink Shared Channel

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

FACH Forward Access Channel

FAUSCH FAst Uplink Signalling Channel

FDD Frequency Division Duplex

FDMA Frequency Division Multiple Access

FER Frame Erasure Rate

GGSN Gateway GPRS Support Node

GSM Global System for Mobile communication

GSM1900 GSM at 1900 MHz band

HSDPA High-speed Downlink Packet Access

HS-DPCCH High-speed Dedicated Physical Control Channel (UL)

HS-DSCH High-speed DSCH

HS-PDSCH High-speed Physical DSCH

HS-SCCH High-speed Shared Control Channel (DL)

HSUPA High-speed Uplink Packet Access

HTML Hyper Text Markup Language

HTTP Hyper Text Transfer Protocol

IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers

IP Internet Protocol

IS-95 North American Version of the CDMA Standard

ISDN Integrated Services Digital Network

IS-HO Inter-system HO

ISO International Organisation for Standardisation

ITU-T International Telecommunication Union, Telecommunication Iub Interface between an RNC and a Node B

Iur Logical interface between two RNCs

Kbps Kilo bits per second

KPI Key Performance Indicator

KQI Key Quality Indicator

LAN Local Area Network

MAC Medium Access Control

Mbps Mega bits per second

Mcps Mega chips per second

MIMO Multiple Input Multiple Output

MPLS Multi-Protocol Label Switching

NE Network Element

NSS Networking Sub-System

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OMC Operations and Maintenance Centre

OS Operations System

OSI Open Systems Interconnection

OSS Operations Support System

PACCH Packet Associate Control Channel

PAGCH Packet Access Grant Channel

PARC Per-Antenna Rate Control

PBCCH Packet Broadcast Control Channel

PCCCH Packet Common Control Channel

PCCH Paging Control Channel

P-CCPCH Primary CCPCH

PCH Paging Channel

PCMCIA PC Modular Computer Interface Adapter card

PCPCH Physical CPCH

P-CPICH Primary CPICH

PDCH Packet Data Channel

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDP Packet Data Protocol

PDSCH Physical DSCH

PI Paging Indicator; Performance Indicator

PICH Paging Indicator Channel

PLMN Public Land Mobile Network

RAN Radio Access Network

RNC Radio Network Controler

RNSAP Radio Network Subsystem Application Part

RSSI Received Signal Strength Indicator

RxD Receive Diversity

S-CCPCH Secondary CCPCH

SCH Synchronisation Channel

S-CPICH Secondary CPICH

SCTP Stream Control Transmission Protocol

SDCCH Standalone Dedicated Control Channel

SGSN Serving GPRS Support Node

SIGTRAN SIGnalling TRANsport

SIM Subscriber Identity Module

SINR Signal-to-Interference and Noise Ratio

SIP Session Initiation Protocol

SIR Signal to Interference Ratio

SMS Short Message Services

SMTP Simple Message Transfer Protocol

SNDCP Subnetwork Dependent Convergence Protocol

SNR Signal-to-Noise Ratio

SRNC Serving RNC

SRNS Serving RNS

S-SCH Secondary SCH

TCP Transmission Control Protocol

TDD Time Division Duplex

TDM Time Division Multiplex

TDMA Time Division Multiple Access

TE Terminal Equipment

TIA Telecommunications Industry Association

TRX Transmit and Receive Unit; Transceiver

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

U-plane User plane

USIM UMTS User Indentity Module

UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network

Uu Radio interface between UTRAN and UE

VLR Visitor Location Register

VoIP Voice over IP

WAP Wireless Application Protocol

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WiMAX Worldwide interoperability for Microwave Access

WLAN Wireless Local Area Network

Danh sách bảng biểu

Bảng 1.1: Các đặc đ ểm kỹ thuật của GSM so với WCDMA 16i 

Bảng 1.2: Các đặc đ ểm kỹ thuật của cdmaOne so với 3G CDMA IMT- 2000 17i 

Bảng 2.1: Các thông số chủ yếu của WCDMA 59

Bảng 3.1: Các lớp công suất của UE 71

Bảng 3.2a: Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh 73

Bảng 3.2b: Giá trị Eb/No yêu cầu trong đ ều kiện truyền dẫn đa đường 73i  Bảng 3.3: Các tham số tính toán quỹ đường truyền 77

Bảng 3.4: Các hằng số A và B trong mô hình Okumura – Hata 79

Bảng 3.5: Các giả thiết hướng lên 88

Bảng 3.6: Các giả thiết hướng xuống 88

Bảng 3.7: Các tham số tính toán quỹ đường truyền hướng lên 89

Bảng 3.8: Bán kính phủ sóng tương ứng với từng dịch vụ 89

Bảng 3.9: Mật độ dịch vụ tương đương 90

Bảng 3.10: Lưu lượng trung bình của dịch vụ 91

Bảng 3.11: So sánh số lượng kênh yêu cầu tùy theo số lượng BS 93

Bảng 4.1: Một số độ phân giải bản đồ thường dùng 96

Bảng 5.1: Các dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng 3G WCDMA 108

Bảng 5.2: Vùng phủ tối đa của Node B 111

Bảng 5.3: Số lượng thuê bao và trạm phát sóng tương ứng với từng tỉnh 113

Danh sách hình vẽ và đồ thị

Hình 1.1: Lộ trình phát triển của các h th ng thông tin di động lên 3G 15ệ ố 

Hình 2.1: Các phần tử ủ c a mạng UMTS 20

Hình 2.2: Cách sắp xếp hai kênh truyề ải trên mộn t t kênh v t lý 24ậ  Hình 2.3: Sắp xếp các kênh truyề ản t i lên các kênh v t lý 26ậ  Hình 2.4: Sắp x p giế ữa các kênh logic và các kênh truyền tải 27

Hình 2.5: Cấu trúc UTRAN 28

Hình 2.6: Chức năng logic của RNC đối với mộ ế ối UTRAN của UE 30t k t n  Hình 2.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN 31

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur 34

Hình 2.9: Ngăn xếp giao thức của giao diện Iub 38

Hình 2.10: Kênh logic của nút B cho FDD 39

Hình 2.11: Cấu trúc phân lớp của giao diện vô tuy n 41ế  Hình 2.12: Cấu trúc giao thức Iu CS 44

Hình 2.13: Cấu trúc giao thức Iu PS 46

Hình 2.14: Thủ ụ t c thiết lập cuộc gọi ở WCDMA 51

Hình 2.15: Các ngăn xếp giao thức mặ đ ềt i u khiển WCDMA GPRS 54

Hình 2.16: Ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử ụ d ng WCDMA GPRS 55

Hình 2.17: Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP 4 57

Hình 2.18: Kiến trúc phát hành 3GPP 5 cho IP đa phương tiện 58

Hình 2.19: Cấu trúc giao diện vô tuyến của WCDMA 60

Hình 2.20: Hiện tượng nghẽn công suất khi không có đ ềi u khiển công su t 62ấ  Hình 2.21: Đ ềi u khiển công su t trong CDMA 62ấ  Hình 2.22: Các loại vòng lặ đ ềp i u khiển công suất trong CDMA 64

Hình 2.23: Quá trình chuyển giao trong CDMA 66

Hình 3.1: Quỹ đường truyền vô tuyến trong WCDMA 70

Hình 3.3: Tăng ích xử lý đối với cách dịch vụ khác nhau 72

Hình 3.3: Sự phụ thuộc c a dủ ự trữ nhiễu với tả ủa ô 74i c  Hình 3.4: Mô hình Walfisch/Ikegami 80

Hình 3.5 : Mối quan hệ giữa số lượng thuê bao và sự ă t ng tạp âm 84

Hình 3.6: Mô hình chuyển giao mềm v i hai ô 86ớ  Hình 3.7: Mối quan hệ giữa công suất phát và số lượng người dùng cho phép 87

Hình 4.1: Các bước thực hiện mô phỏng quy hoạch mạng 95

Hình 4.2: Thông số ủ c a UE 97

Hình 4.3: Thông số ấ c u hình của một ô tế bào 98

Hình 4.4: Thông số mô hình đường truyền 99

Hình 4.6: Các tham số hiệ ứu ng fading 99

Hình 4.8: Thiết lập tốc độ d ch vụ 100ị  Hình 4.9: Thiết lập loạ ịch vụ 101i d  Hình 4.10: Thiết lập thông số cho thiết bị đầu cuối 101

Hình 4.11a: Vùng phủ ị d ch vụ chưa tố ưi u 102

Hình 4.11b: Vùng phủ ị d ch vụ ố ư t i u 102

Hình 4.12a: Độ mạnh tín hiệu kênh Pilot 103

Hình 4.12b: Độ mạnh tín hiệu kênh Pilot tố ưi u 103

Hình 4.13a: Tỷ ố s Ec/Io 104

Hình 4.13b: Tỷ ố s Ec/Io tố ưi u 104

Hình 4.14: Khả ă n ng chuyển giao 105

Hình 4.15: Pilot pollution 105

Hình 4.16a: Vùng phủ ị d ch vụ 106

Hình 4.16b: Vùng phủ ị d ch vụ ố ư t i u 106

Hình 4.17: Lưu lượng tải trên tưng ô 107

Hình 5.1: Phân chia mạng vô tuyến EVNTelecom 110

Hình 5.2: Bản đồ thực tế khu vực Hà Nội 114

Hình 5.3: Kết quả mô phỏng tỷ ố s Ec/Io Hà N i 114ộ  Hình 5.4: Kết quả kiểm tra thực tế Hà Nội 115

Hình 5.2: Bản đồ thực tế khu vực Nam Định 115

Hình 5.3: Kết quả mô phỏng tỷ ố s Ec/Io Hà N i 116ộ  Hình 5.4: Kết quả kiểm tra thực tế Nam Định 116

Chương 1 Giới thiệu chung

Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng đầu tiên Mỹ năở m 1946, khi ó đ

nó chỉ được sử ụ d ng phạm vi thành phố, hệ thốở ng này có 6 kênh sử dụng c u trúc ấ

ô rộng v i tầớ n số 150 MHz Mặc dù các khái niệm tế bào, các khái niệm trải phổ,

đ ềi u ch sốế và các công ngh hi n đại khác được bi t đến h n 50 n m trước ây, ệ ệ ế ơ ă đnhưng cho đến đầu nh ng nữ ăm 1960 dịch vụ đ ệ i n thoại di động tế bào mới xuất

hiện trong các dạng ứng dụng Các hệ thống di động đầu tiên này có ít tiện ích và có dung lượng rất thấp.Vào những năm 1980, hệ thống i n thoại di độđ ệ ng tế bào đ ềi u tần song công sử dụng k thu t a truy nh p phân chia theo t n s xu t hi n, ây là ỹ ậ đ ậ ầ ố ấ ệ đ

hệ thống tương t hay còn g i là h th ng thông tin di động thế hệự ọ ệ ố th nh t (1G) ứ ấCác hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi ti ng nh t là: h th ng di động ế ấ ệ ốtiên tiến (AMPS), h thống di động tiên tiến băệ ng h p (NAMPS), hệ thống thông tin ẹtruy nhập toàn diện (TACS) và Hệ thống NTT Hạn chế của các h th ng này là: ệ ốphân bố tần s hạố n ch , dung lượng th p, ti ng ồn khó chịu, không đáp ế ấ ế ứng được các dịch vụ ớ m i hấp d n vẫ ới khách hàng v.v

Giải pháp để loại bỏ các hạn chế trên là chuyển sang sử dụng k thu t thông ỹ ậtin số ử s dụng các d ch v a truy nh p m i H th ng a truy nh p TDMA đầu tiên ị ụ đ ậ ớ ệ ố đ ậ

ra đời trên thế giới là GSM GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quy định việc

ấn định t n s dịầ ố ch v vi n thông Châu âu băụ ễ ở ng t n 900MHz Song song v i s ầ ớ ựphát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, các hệ thống thông tin

di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy c m tay không dây s cũng được ầ ốnghiên cứu phát triển Hai hệ thống i n hình cho loại thông tin này là: DECT đ ể(Digital Enhanced cordless Telecoms) của châu Âu và PHS của Nhật cũng ã được đ

đưa vào khai thác Ngoài kỹ thu t TDMA, đến năm 1995, CDMA ậ đượ đưc a vào sử

d ng ụ ở mộ ốt s nước Các hệ ố th ng thông tin di động k thu t s nói trên, s dụng ỹ ậ ố ửphương pháp truy nhập TDMA như GSM (Châu Âu), PDC (Nh t) ho c phương ậ ặ

pháp truy nhập CDMA theo chuNn năm 1995 ( CDMA-IS95) đều thuộc hệ thống thông tin di động thế ệ h thứ 2 (2G)

Các hệ thống thông tin tế bào số có nhi u i m n i b t nh ch t lượng thông ề đ ể ổ ậ ư ấtin được cải tiến nh các công nghệ xửờ lý tín hi u s khác nhau, nhi u d ch v mới ệ ố ề ị ụ(VD: các dịch vụ phi thoại), kỹ thuật mã hóa được cải tiến, tương thích tốt hơn với các mạng số và phát huy hiệu quả ả d i phổ vô tuyến

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng c a khách hàng, hệ thống thông tin di ủđộng thế hệ ứ th ba IMT 2000 ã được nghiên c u s dụđ ứ ử ng Khác v i các h th ng ớ ệ ốthông tin di động thế hệ th nh t (tương t ) và th 2 (s ), h th ng thông tin di ứ ấ ự ứ ố ệ ốđộng thế ệ h thứ 3 (3G) có xu thế chuNn hoá toàn cầu và khả ă n ng cung cấp các d ch ị

vụ cao, hỗ ợ tr sử dụng truy cập Internet, truy n hình và thêm nhiềề u d ch v mới ị ụkhác Để phân biệt với hệ thống thông tin di động băng h p hiện nay, hệẹ th ng ốthông tin di động thế ệ h thứ 3 còn được gọi là hệ thống thông tin di động b ng ră ộng Trên thế giới hiện có hai xu hướng phát triển lên 3G chính: Một hướng phát tri n i ể đ

từ CDMA IS-95 lên CDMA 2000 3G-1x rồi đến CDMA 2000 1xDO, 1x

EV-DV, hướng phát triển còn lại xuất phát từ mạng GSM, có th i qua giai o n ể đ đ ạEDGE, sau đó phát triển lên 3G sử ụ d ng công ngh WCDMA ệ

Hình 1.1: Lộ trình phát triển củ a các h th ng thông tin di động lên 3G ệ ố

Các bảng dưới ây giới thiệu tổng quan về các hệ thđ ống ở thế hệ 2,5G và 3G

và những đặc i m khi phát triển lên 3G theo hai hướng chính trong IMT-2000: Từ đ ểGSM lên 3G và từ cdmaOne lên 3G

IMT-2000 W-CDMA

độ số ệ li u 9,6 Kbit/s, đây là các máy CSD hai chế

độ hoạt ng độ

Các máy di động cầm tay mới Các máy cầm tay EDGE sẽ làm việc ở tốc độ lên tới 384 Kbit/s**

trên các mạng EDGE và GPRS

và ở tốc độ 9,6 Kbit/s trên mạng GSM-đây là các máy CSD ba chế

độ hoạt ng độ

Các máy di động cầm tay mới Các máy cầm tay CDMA DS

sẽ làm việc ởtốc độ lên tới 2Mbit/s*** trên các mạng 3G Các máy này

có bốn chế độ hoạt động

Cần thay đổi cơ

sở hạ tầng mạng nhiều hơn

Cơ sở hạ tầng mới kết nối với mạng hiện có

Cần sửa đổi nền tảng GSM TDMA

Cơ sở hạ tầng WCDMA mới

B ảng 1.1: Các đặc đ ểm kỹ thuật của GSM so với WCDMA i

*: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với GPRS là 171,2 Kbit/s, tuy nhiên, trên

th ực tế hiện nay chưa đạ được tốc độ này mà đ ể t i n hình chỉ đạt tốc độ trên dưới 50Kbit/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với EDGE là 384 Kbit/s, tuy nhiên, trên

ực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tố đa là 144 Kbit/s

***: Tố c độ cao nh t trên lý thuyết đối với W-CDMA là 2Mbit/s, tuy nhiên, trên ấ

th ực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tố đa là 384 Kbit/s i

IMT-2000 CDMA đa sóng mang 3X (MC 3X)

1999 Các máy

di động cầm tay theo chuNn IS-95B sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s và trên các mạng IS-95B, 1X và 3X ở tốc độ lên tới 114 kbit/s* -đây là các máy

một chế độ hoạt động

Các máy di động theo chuNn 1X năm 2001 Các máy di động cầm tay 1X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, trên

mạng IS-95B ởtốc độ lên tới

114 Kbit/s, trên mạng 1X và 3X

ở ố t c độ lên t i ớ

307 kbit/s**- đây là các máy

một chế độ hoạt động

Các máy di động cầm tay mới Các máy di động cầm tay 3X sẽ làm việc trên mạng IS-95A ở tốc độ 14,4Kbit/s, trên

mạng IS-95B ởtốc độ lên tới

114 Kbit/s, trên mạng 1X ở tốc

độ lên tới 307 kbit/s và trên mạng 3X ở tốc

độ lên tới 2 Mbit/s*** -đây

là các máy một chế độ hoạt động

1X yêu cầu ph n ầmềm mới trong mạng chính và các card kênh mới tại trạm gốc

Cần sửa đổi cấu trúc mạng chính

và bổ xung các card kênh mới tại trạm gốc

N ền

tảng

công

nghệ

B ảng 1.2: Các đặc đ ểm kỹ thuật của cdmaOne so với 3G CDMA IMT- 2000 i

*: Tố c độ cao nh t trên lý thuyết đối với IS-95B là 114 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực ấ

tế hiện nay mới đạt tốc độ 64 Kbit/s

**: Tốc độ cao nhất trên lý thuyết đối với cdma2000 1X là 307 Kbit/s, tuy nhiên, trên thực tế hiện nay chỉ đạt được tốc độ tối đa là 144 Kbit/s

***: Cdma2000 3X bao gồm cdma2000 1xEV-DO và cdma2000 1xEV-DV Trong

đ ó, cdma2000 1xEV-DO có t c độ cao nh t trên lý thuy t lên tới 2,4 Mbit/s trên một ố ấ ế sóng mang 1,25 MHz riêng biệt và cdma2000 1xEV-DV tích hợp thoại và số liệu trên cùng một sóng mang 1,25 MHz có tốc độ cao nhấ t trên lý thuy t lên t i 4,8 ế ớ Mbit/s

Chương 2 Tổng quan về hệ thống mạng WCDMA 2.1 Giới thiệu chung

Hệ thống UMTS được xây dựng dựa trên cơ sở công ngh WCDMA UMTS ệ

là hệ thống 3G của Châu Âu và sẽ là một thành phần trong họ của các giao di n ệsóng vô tuyến hình thành nên chuNn IMT-2000

Kiến trúc của hệ thống thông tin di động UMTS được xây dựng d a theo các ựtiêu chuNn kiến trúc cơ ở s 3GPP N ói chung, UMTS phải đảm bảo:

- Hỗ trợ tấ ảt c các d ch v , các ng d ng hi n được cung c p b i các hệ thống ị ụ ứ ụ ệ ấ ở2G đang tồ ạn t i và phát tri n thêm càng nhiềể u các d ch v gia t ng càng t t, ị ụ ă ố

đảm bảo ch t lượng d ch v (QoS) tương đương v i m ng cố nh ấ ị ụ ớ ạ đị

- Cung cấp một loạt các dịch vụ kiểu đa phương tiện băng rộng N ững dịch h

vụ này sẽ có mặt phổ biến với tốc độ bit trong khoảng từ 64 đến 2048 Kb/s, cung cấp vi c truyền hình ảnh, truy nhập cơ sở dữ ệệ li u t xa, truy n fax độ ừ ềnhậy cao, video phân giải thấp, truy nhập Web… Cả hai loại dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói sẽ được h tr b i UMTS M t s d ch v s ỗ ợ ở ộ ố ị ụ ẽbắt buộc phải có nhu cầu về băng thông theo yêu c u, ó là phân c p b ng ầ đ ấ ăthông động tới người sử dụng phía cuối khi cần thiết

2.2 Cấu trúc hệ thống c a WCDMA ủ

Hệ thống UMTS gồm một số các phần tử mạng logic, m i ph n t có m t ỗ ầ ử ộchức năng xác định Mặc dù mạng được định nghĩa ở mức logic, nh ng c ng ư ũthường được thực hiện ở dạng v t lý Trong ó có m t s giao di n để mở là các ậ đ ộ ố ệgiao diện được định ngh a sao cho ở mứĩ c chi ti t có th sử dụế ể ng được thi t bị của ếhai nhà sản xu t khác nhau ở các đ ểấ i m cuối Có thể nhóm các phần tử mạng này theo các chức năng giống nhau hay theo mạng con mà chúng trực thuộc

Về mặt ch c n ng các ph n t củứ ă ầ ử a m ng được nhóm thành m ng truy nh p ạ ạ ậ

vô tuyến (RAN : Radio Access N etwork hay UTRAN : UMTS Terrestrial RAN ) để thực hiện chức năng liên quan đến vô tuyến và mạng lõi CN (Core etwork) để Nthực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi và kết n i số ố liệu N goài ra,

hệ thống còn có thiết bị của người s dụử ng UE (User Equitment) giao ti p vớế i h ệthống thông qua giao diện vô tuyến Cấu trúc hệ thống mức cao được cho ở hình 2.1

Hình 2.1: Các phần t ử ủ c a m ạng UMTS

Trong đó, các phần tử của hệ thống cụ thể như sau

USIM= UMTS User Indentity Module: Thẻ SimCard UMTS của người sử ụ d ng MS=Mobile Station : trạm di động

RN C=Radio N etwork Control: Bộ đ ều khiển mạ i ng vô tuy n ế

MSC= Mobile Service Switching Center: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ đ i động

VLR=Visitor Location Register: Bộ ghi định vị ạ t m trú

SGSN =Service GPRS Support N ode: N út hỗ trợ GPRS phục vụ

GMSC= Gateway MSC:Trung tâm chuyển m ch các d ch v di động c ng ạ ị ụ ổ

GGSN = Gateway GPRS Support N ode: N út hỗ trợ GPRS cổng

HLR= Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú

UTRAN = UMTS Terrestrial RAN : Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

CN =Core N etwork: Mạng lõi

Từ quan đ ển chuNn hoá, cả UE và UTRAN đều bao gồm những giao thức imới, việc thiết kế các giao thức này dựa trên các nhu cầu của công nghệ vô tuyến WCDMA Trái lại việc định nghĩa mạng lõi dựa trên GSM Đ ềi u này cho phép hệ thống v i công nghệ vô tuyến mới mang tính toàn cầu dựa trên công nghệ mạng lõi ớ

C N đã biết và đã phát triển

Một phương pháp chia nhóm khác cho mạng UMTS là chia chúng thành các mạng con Khi đó, hệ thống UMTS được thiết kế theo module, vì thế có thể có nhiều ph n tử mạầ ng cho cùng m t ki u V nguyên t c, yêu cầộ ể ề ắ u t i thi u cho m t ố ể ộmạng hoạt động và có đầ đủy các tính năng là phải có ít nhất một phần tử logic cho mỗi kiểu Khả năng có nhi u ph n t củề ầ ử a cùng m t ki u cho phép chia h th ng ộ ể ệ ốUMTS thành các mạng con hoạt động hoặc độc lập ho c cùng các mạng con khác ặ

và các mạng con này được phân biệt b i các nh n d ng duy nh t M t m ng con ở ậ ạ ấ ộ ạnhư vậy được g i là m ng di động m t đất công c ng UMTS Thông thường m i ọ ạ ặ ộ ỗ

mạng di động mặt đất công cộng được khai thác bởi một nhà khai thác duy nhất và

nó được nối đến các mạng di động mặt đất công cộng khác cũng nh các d ng ư ạmạng khác như ISDN , PSTN , Internet

Trong cấu trúc mạng UMTS, thiết bị ngườ ử ụi s d ng UE bao gồm hai phần:

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

- Modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM: UMTS Subscriber Indentity Module) chứa nhận dạng thuê bao, thực hiện các thu t toán nh n thậ ậ ực và lưu giữ các khoá nhận thực và một số thông tin cần thiết cho đầu cuối

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UTRAN chứa hai ph n t khác nhau, ó là: ầ ử đ

- N út B để chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IuB và Uu N ó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- B iộ đ ều khiển mạng vô tuyến RN C : sở hữu và i u khi n các tài nguyên vô đ ề ểtuyến ở trong vùng của mình (các nút B kết nối trong vùng kết nớ ới RN C i t

t ng ươ ứng), RN C là đ ểm truy nhập tấ ải t c các d ch v do UTRAN cung c p ị ụ ấcho mạng lõi CN , chẳng hạn qu n lý tất cả ả các kế ối đến UE t n

Các phần tử chính của mạng lõi tương tự nh các ph n t tương ứng có ư ầ ửtrong hệ thống m ng GPRS đó là: HLR, MSC/VLR (phần mạng được truy nhập qua ạMSC/VLR thường được gọi là vùng chuyển mạch kênh CS), GMSC (là chuyển

mạch tại đ ểm kết nối UMTS PLMN với i m ng CS bên ngoài), SGSN (ph n mạng ạ ầđược truy nhập qua SGSN được g i là vùng chuy n mạch gói PS), GGSN (giống ọ ểnhư GMSC nhưng liên quan đến các dịch vụ PS)

N hư vậy, h thống mạng cũng có thể được chia thành hai nhóm : ệ

- Các mạng CS, các mạng này đảm bảo các kết nối chuyển mạch theo kênh giống như các dịch vụ thoại (ví dụ như ISDN và PSTN )

- Các mạng PS, các mạng này đảm bảo các k t n i cho các d ch v chuy n ế ố ị ụ ểmạch gói (ví dụ như truy cập Internet)

Các giao diện mở chính trong UMTS bao gồm:

- Giao diện Cu: Đây là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME Giao di n ệnày tuân theo một khuôn dạng tiêu chuNn cho các thẻ thông minh

- Giao diện Uu: Đây là giao diện vô tuyến của WCDMA Uu là giao diện mà qua đó UE truy nhập các phần tử cố định c a h th ng và vì th nó là giao ủ ệ ố ếdiện mở quan trọng nhất ở UMTS

- Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN Giao di n Iu cung c p cho ệ ấcác nhà khai thác khả ă n ng trang bị UTRAN và CN từ các nhà s n xu t khác ả ấnhau trên một h thệ ống m ng duy nh t ạ ấ

- Giao diện Iur : Giao diện mở Iur cho phép chuy n giao m m gi a các RN C ể ề ữ

từ các nhà sản xuất khác nhau

- Giao diện Iub : Giao diện này kết nối một nút B với một RN C UMTS là hệthống i n thoại di động đầu tiên trong đó giao diện giữa bộ đ ềđ ệ i u khiển và

trạm gốc được tiêu chuNn hóa như là một giao di n mở hoàn toàn Giống ệnhư các giao diện mở khác, Iub mở cho phép s cạự nh tranh gi a các nhà s n ữ ảxuất trong lĩnh vực này

2.3 Các kiểu kênh của mạng WCDMA

2.3.1 Các kiểu kênh vật lý

Kênh vật lý chia thành 2 loại bao gồm là : Kênh vật lý đường lên và Kênh vật lý đường xuống

- Kênh vật lý đường lên chia thành các loại như sau:

o Kênh vật lý riêng đường lên: bao g m kênh vật lý số liệu riêng ồDPDCH và kênh vật lý đ ềi u khiển riêng DPCCH

o Kênh vật lý chung đường lên : bao g m kênh v t lý RACH và kênh ồ ậvật lý gói chung PCPCH

- Kênh vật lý đường xuống chia thành các loại như sau:

o Kênh vật lý riêng đường xu ng ố

o Kênh vật lý chung đường xu ống: bao g m kênh hoa tiêu chung ồCPICH, kênh vật lý đ ềi u khiển chung sơ cấp P-CCPCH, kênh v t lý ậ

đ ềi u khi n chung th cấể ứ p S-CCPCH, kênh đồng b SCH, kênh v t lý ộ ậchia sẻ đường xuống PDSCH, kênh chỉ thị ắ b t AICH, kênh chỉ ị tìm thgọi PICH, kênh chỉ thị trạng thái CPCH, kênh phát hiện va chạm hoặc chỉ thị ấ n định CD/CA-ICH

2.3.2 Các kiể u kênh truy n tải ề

Trên giao diện vô tuyến, để truyền tải s liố ệu được tạo ra ở các lớp cao, trước hết các số liệu được đặt lên các kênh truyền tải, sau đó các kênh truyền tải này lại được sắp xếp lên các kênh v t lý khác nhau Lớp vật lý đượậ c yêu cầu hỗ ợđể tr các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch vụ trên cùng một kết nối

Mỗi kênh truyền tải đều i kèm với mđ ột chỉ thị khuôn dạng truyền tải TFI (Transport Format Indicator) tại mọi thời đ ểi m mà các kênh truyền tả ẽ nhận được i s

số liệu từ các mức cao hơn Lớp vật lý kết hợp thông tin TFI từ các kênh truyền tải khác nhau vào chỉ thị kết h p khuôn d ng truy n t i TCFI (Transport Format ợ ạ ề ảCombination Indicator) TCFI được phát trên kênh đ ềi u khiển để thông báo cho máy thu rằng kênh nào đang tích cự ởc khung hiện thời Máy thu giải mã TFCI để

nh n ậ được các TFI Sau đó các TFI này được chuyể đến các lớp cao hơn cho các n kênh truyền tải tích cự ở ếc k t nối

Hình 2.2: Cách sắp xếp hai kênh truyề ả n t i trên m t kênh v t lý ộ ậ

Có hai kiểu kênh truyền tải đó là kênh truyền tải chung và kênh truyền tải riêng:

- Kênh truyề ả n t i chung:

Đối với kênh truy n tảề i chung tài nguyên được chia s cho t t c ho c m t ẻ ấ ả ặ ộnhóm người sử ụ d ng trong ô Khi kênh truyền tải chung được sử ụ d ng phát thông đểtin cho tất cả các người sử dụng, thì thông tin này không c n có địa ch (ví d nh ầ ỉ ụ ưkênh quảng bá BCH phát thông tin hệ ố th ng cho t t c các người s dụng trong một ấ ả ử

ô nên không cầ đn ánh địa chỉ) Còn khi kênh truyền tải chung áp dụng cho một người sử dụng đặc thù, thì c n phát nh n d ng người s dụng trong băầ ậ ạ ử ng (ví d : ụ

kênh tìm gọi PCH được sử dụng để tìm g i m t UE đặc thù s ch a thông tin nh n ọ ộ ẽ ứ ậdạng người sử dụng bên trong bản tin phát)

Mạng WCDMA định nghĩa một số kiểu kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt động cơ bản của mạng sau :

o Kênh quảng bá BCH: được s d ng để phát đường xu ng các thông tin ử ụ ở ốđặc thù của m ng truy nh p UTRAN hoặc của ô ạ ậ

o Kênh truy nhập đường xu ng FACH: được s dụng để mang thông tin ố ử

đ ềi u khi n đến các UE n m trong một ô cho trước ể ằ

o Kênh tìm gọi PCH: được s dụử ng để mang s li u liên quan đến th tục ố ệ ủtìm gọi

o Kênh truy nhập ng u nhiên RACH: được sử dụng để mang thông tin đ ềẫ i u khiển từ UE như yêu cầu thiết lập một kết nối

o Kênh gói chung đường lên CPCH: là một mở rộng c a kênh RACH để ủmang số liệu của người sử ụ d ng được phát theo gói đường lên ở

o Kênh chia sẻ đường xu ng DSCH: s dụố ử ng để mang thông tin c a người ủ

sử dụng và thông tin i u khi n, nhi u người s dụđ ề ể ề ử ng có th dùng chung ểkênh này

- Kênh truyề ả n t i riêng:

Kênh truyền tải riêng DCH mang thông tin từ các lớp trên lớp vật lý và dành riêng cho mặt người sử ụ d ng, bao gồm số liệu cho dịch vụ hiện thờ ũng như thông i ctin đ ềi u khiển lớp cao Lớp vật lý không thể nhận biết nội dung thông tin được mang ở kênh DCH, vì thế thông tin điều khiển lớp cao và số ệ li u của người sử dụng được xử lý nh nhau Các thông s lớp vật lý do UTRAN thiết lập có thể thay đổi giữa ư ố

số liệu và điều khi n ể

Kênh truyề ản t i riêng mang cả ố ệ s li u d ch v (ch ng h n các khung ti ng) và ị ụ ẳ ạ ếthông tin đ ềi u khiển lớp cao h n: các l nh chuy n giao và các báo cáo o đạc t ơ ệ ể đ ừ

UE N hờ việc hỗ trợ tốc độ bit thay đổi và ghép kênh nên WCDMA không c n ở ầkênh truyền tải tách riêng cho các loại kênh này

Các kiểu kênh truy n tải và sắp xếề p chúng lên các kênh v t lý được thể hiện ậnhư trên hình 2.3

Hình 2.3: Sắp xếp các kênh truyề ả n t i lên các kênh v t lý ậ

2.3.3 Các kiểu kênh logic

Các kênh logic được chia thành hai nhóm: các kênh đ ềi u khi n để truy n ể ềthông tin của mặ đ ềt i u khiển và các kênh lưu lượng để truyền thông tin của người

sử dụng Các kênh đ ều khiển bao gồm: i

- Kênh quảng bá đ ều khiển BCCH: Kênh đường xuối ng để phát quảng bá thông tin hệ thống

- Kênh đ ềi u khi n tìm gọi PCCH: Kênh đường xuống để phát thông tin tìm gọi ể

- Kênh đ ều khiển riêng DCCH: Kênh hai chiề đ ểi u i m đến i m để phát thông đ ểtin đ ềi u khiển riêng giữa UE và mạng

- Kênh đ ều khiển chung CCCH: Kênh hai chiều để phát thông tin đ ều khiển i igiữa mạng và các UE Kênh logic này luôn luôn được sắp xếp lên các kênh truyền tải RACH/FACH

Các kênh lưu lượng bao gồm :

- Kênh lưu lượng riêng DTCH: Kênh đ ểi m đến i m riêng cho một UE để đ ểtruyền thông tin của người sử dụng DTCH có th tồ ạ ởể n t i cả đường lên l n ẫđường xuống

- Kênh lưu lượng chung CTCH: Kênh một chiề đ ểu i m a i m để truy n đ đ ể ềthông tin của một người sử ụ d ng cho tấ ả hay một c t nhóm người s d ng quy ử ụđịnh hoặc ch cho m t người s d ng Kênh này ch có đường xuống ỉ ộ ử ụ ỉ ởCác kênh logic được sắp xếp lên các kênh truyền tải Sự sắp x p kênh logic ếlên kênh truyền tải được thể hiện như trên hình 2.4

Hình 2.4: Sắp x p gi ế ữa các kênh logic và các kênh truyề ả n t i

Giữa các kênh logic và các kênh truyền tải tồn tại các kết nối sau đây:

- PCCH kết nối đến PCH

- BCCH được kết nối đến BCH và cũng có th được k t n i đến FACH ể ế ố

- DCCH và DTCH có thể được kết nối đến hoặc RACH và FACH, CPCH và FACCH, RACH và DSCH , DCH và DSCH hoặc DCH và DCH

- CCCH được kết nối đến RACH và FACH

- CTCH được kết nối đến FACH

2.4 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS-UTRAN

2.4.1 Cấu trúc UTRAN

Cấu trúc UTRAN được trình bày như trên hình 2.5

Hình 2.5: Cấu trúc UTRAN

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân h mạệ ng vô tuy n RN S (Radio ế

N etwork Subsystem) Một RN S là một mạng con trong UTRAN và gồm m t b ộ ộ

đ ềi u khi n m ng vô tuy n RN C và m t hay nhi u nút B Các RN C có thể được kết ể ạ ế ộ ề

nối với nhau bằng giao diện Iur Đây là một đ ểm khác biệt so với mạng GSM khi i

mà các bộ đ ề i u khiển trạm gốc BSC tương ứng c a GSM không được k t n i tr c ủ ế ố ựtiếp với nhau Các RN C và các nút B được kết nối với nhau bằng giao diện Iub

Khi thiết kế cấu trúc UTRAN , các ch c n ng và các giao th c c a nó ph i ứ ă ứ ủ ả

đảm bảo các c tính chính củđặ a nó, ó là : đ

- Hỗ trợ truy nhập mạng vô tuyến và tất cả các chức năng liên quan Đặc biệt các ảnh hưởng chính lên việc thiết kế là yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một đầu cuối kết nối với mạng qua hai hay nhiều ô tích cực) và các thuật toán quản lý tài nguyên đặc thù WCDMA

- Đảm bảo tính chung nhất cho việc xử lý số ệ li u chuy n m ch kênh và ể ạchuyển mạch gói bằng m t ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất ộ

và bằng cách s dụử ng cùng m t giao di n để kế ố ừộ ệ t n i t UTRAN đến cả hai vùng PS và CS của mạng lõi

- Đảm bảo tính chung nhất với GSM khi cần thiết

- Sử dụng truyền tải ATM là cơ chế truyền tải chính ở UTRAN

2.4.1.1 Bộ đ ề i u khiển mạng vô tuyến RNC

RN C là phần tử chịu trách nhiệm đ ềi u khiển các tài nguyên vô tuyến của UTRAN N ó giao tiếp với mạng lõi CN (thông thường với một MSC và một SGSN )

và kết cuối giao thứ đ ềc i u khiển tài nguyên vô tuyến (RRC : Radio Resource Control), giao thức này định nghĩa các bản tin và các thủ tục gi a MS và UTRAN ữ

RN C đ ềi u khi n nút B (k t cu i giao diệể ế ố n Iub v phía nút B) được bi u thị như là ề ể

RN C đ ều khiển (CRN C: Controling RN C) của nút B RN C đ ều khiển chịu trách i inhiệm đ ềi u khiển tải và tắc nghẽn cho các ô của mình

Khi một k t nế ối MS - UTRAN sử dụng nhi u tài nguyên t nhi u RN C (hình 2.6) ề ừ ềCác RN C tham dự vào kết nối này sẽ có hai vai trò logic riêng biệt :

- RN C phục v (Serving RNụ C): SR C đối v i m t MS là RN C k t cu i c N ớ ộ ế ố ảđường nối Iu để truyền số ệ li u của người s dụử ng và c báo hi u RAN AP ả ệ(Radio Access N etwork Application Part: Phầ ứn ng dụng m ng truy nhập vô ạtuyến) tương ứng từ/ tới mạng lõi (kết cuối này được gọi là kết nối RAN AP) SRN C cũng k t cuối báo hiệu đ ềế i u khiển tài nguyên vô tuyến: Giao thức báo hiệu giữa UE với UTRAN xử lý s li u L2 t i/t giao di n vô tuy n Các ố ệ ớ ừ ệ ếthao tác quản lý tài nguyên vô tuyến nh sắư p x p các thông s v t mang truy ế ố ậnhập vô tuyến vào các thông số kênh truy n t i giao di n vô tuy n SRN C ề ả ệ ế

cũng (nhưng không luôn luôn) là CRN C của một nút B nào đó được MS sử

d ng ụ để kết nối với UTRAN

- RN C trôi (DRN C: Drif RN C): DRN C là một RN C bấ ỳ khác với SRN C để t k

đ ềi u khi n các ô được MS s dụể ử ng Khi c n DRN C có thể thực hiện kết hợp ầ

và phân chia ở phân tập vĩ mô (chuyển giao) DRN C không thực hiện xử lý L2 đối với số liệu tới/từ giao diện vô tuyến mà chỉ định tuyến số liệu trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur Một UE có thể không có hoặc có một hay nhiều DRN C

Hình 2.6: Chức năng logic của RNC đối v ới mộ ế ối UTRAN của UE t k t n

Chú ý rằng một RN C vật lý chứa tất cả các chức năng của CRN C, SRN C và DRN C Trên hình vẽ cho thấy một UE đang ở chuyển giao mềm giữa các RN C (việc kết hợp được thực hiệ ở SRN C) và một UE chỉ sử ụn d ng tài nguyên vô tuyến

từ một nút B được điều khiển bởi DRN C nay đã trở thành SRNC

2.4.2 Mô hình giao thức tổng quát đối v ới các giao diện mặt đấ ủa UTRAN t c

Cấu trúc giao thức của các giao diện m t đất c a UTRAN được thi t k theo ặ ủ ế ếcùng mô hình giao thứ ổc t ng quát C u trúc này được xây d ng trên nguyên t c là ấ ự ắ

các lớp và các mặt cao độ ập logic vc l ới nhau và khi cần có th thay ể đổi một phần cấu trúc của giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần khác

Hình 2.7: Mô hình giao thức tổng quát cho các giao diện mặt đất UTRAN

Trong đó, ALCAP (Access Link Control Protocol) là giao thức đ ềi u khiển kết nối truy nhập

2.4.2.1 Các lớp ngang

Cấu trúc giao thức gồm hai lớp chính: lớp mạng vô tuy n và l p truyềế ớ n t i ảMọi vấn đề liên quan đến UTRAN chỉ có thể nhìn thấy ở lớp m ng vô tuy n Lớp ạ ếmạng vô tuyến trình bày thông tin ứng dụng cần truyền, số liệu của người sử dụng hoặc thông tin đ ềi u khiển Lớp mạng truy n tảề i trình bày công ngh truy n t i s ệ ề ả ử

dụng các giao diện Ở đây, lớp mạng truyền tải được thực hiện trên cơ sở công ngh ệtruyền tải ATM Trong trường hợp lớp mạng truyền tải khác được sử dụng, l p ớmạng truyền tải phải khác, tuy nhiên lớp mạng vô tuyến không thay đổi

2.4.2.2 Các mặt đứng

2.4.2.2.1 Mặ đ ề t i u khi n ể

Mặt đ ều khiển được sử dụi ng cho m i báo hi u đặc thù UMTS N ó bao g m ọ ệ ồgiao thứ ức ng d ng (Application Protocol), chẳụ ng h n RAN AP (Radio Access ạApplication Part: Phầ ứn ng d ng m ng truy nhậụ ạ p) Iu, RN SAP (Radio N etwork ởSubsystem Application Part: Phầ ứn ng dụng phân hệ mạng vô tuy n) Iur và ế ở

N BAP ( ode B Appilcation Part: Phầ ứN n ng d ng nút B) Iub và v t mang báo hiệu ụ ở ậ

để truyền tải các bản tin của giao thứ ức ng dụng Mặt báo hiệu chịu trách nhiệm thiết lập các vật mang để truyền tải số liệu của người sử dụng, nh ng b n thân s ư ả ốliệu của người sử dụng không được mang mặ đ ềở t i u khi n Các v t mang s liệu ể ậ ốcủa người sử dụng do giao thức ứng dụng thiế ật l p là các vật mang chung và độc lập với công nghệ truyền tải đang được sử dụng N u l p ng d ng s dụế ớ ứ ụ ử ng các v t ậmang của một công nghệ truyền tải đặc thù, thì ta không thể tách riêng lớp mạng vô tuyến ra khỏi lớp truyền tải Các vật mang báo hiệu để mang các ng dụng báo hiệu ứ

do các thao tác vận hành và bảo dưỡng thiết lập Vật mang báo hiệu đối với giao thứ ức ng d ng có th ho c không th cùng ki u nh vậụ ể ặ ể ể ư t mang báo hi u cho ệALCAP

2.4.2.2.2 Mặ t người s d ng ử ụ

Mặt người sử dụng là m t truy n m i thông tin được người sử dụng phát và ặ ề ọthu như : tiếng được mã hoá cuộc gọi hay gói ở các kế ối Internet Mặt ngườ ử ở t n i sdụng gồm các luồng số liệu và các vật mang số liệu cho các luồng này Mỗi luồng

số liệu được đặc trưng bởi một hay nhiều giao thức khung được định nghĩa cho giao diện này

2.4.2.2.3 Mặ đ ề t i u khi n m ng truy n t i ể ạ ề ả

Mặt đ ều khiển truyền tải chứa chức năng mặt đặc thù cho công nghệ truyền itải đang được sử dụng và lớp mạng vô tuyến không thể nhìn thấy nó N ếu người sử dụng sử dụng các v t mang được lập cấậ u hình trước theo tiêu chuNn, thì không c n ầthiết có mặt đ ềi u khiển mạng truyền tải Mặ đ ềt i u khiển mạng truyền tải được sử

dụng cho tất cả các báo hiệu trong lớp truyền tải N ó không chứa bất kì thông tin nào của lớp mạng vô tuyến N ó gồm giao thức ALCAP để thiết lập các vật mang truyền tải (các vật mang số liệu) cho mặt người s dụử ng N ó c ng ch a v t mang ũ ứ ậbáo hiệu cần cho ALCAP Việc sử dụng ALCAP ph thu c vào công ngh truy n ụ ộ ệ ềtải mặt người sử dụng

Mặt đ ều khiển mạng truyền tải là mội t m t ho t động gi a m t i u khi n và ặ ạ ữ ặ đ ề ểmặt người sử dụng Vi c đưa ra m t i u khi n m ng truy n t i làm cho giao th c ệ ặ đ ề ể ạ ề ả ứ

ứng d ng trong m t i u khi n m ng vô tuy n hoàn toàn độc l p với công nghệ ụ ặ đ ề ể ạ ế ậđược chọn lựa cho v t mang s li u ở ặậ ố ệ m t người sử ụ d ng

Tính độc lập của mặt đ ềi u khiển và mặt người sử dụng d a trên giả thiế ằự t r ng xảy ra một giao dịch ALCAP Cần lưu ý rằng có thể không sử dụng ALCAP cho tất

cả các kiểu vật mang số ệ li u N u không có giao d ch ALCAP thì hoàn toàn không ế ị

cần thiết mặt đ ều khiển mại ng truy n t i ây là trường h p x y ra khi các vật mang ề ả Đ ợ ả

số liệu được lập lại cấu hình Cũng cần lưu ý rằng giao thức ALCAP ở mặ đ ềt i u khiển mạng truyền tải không được sử dụng để thi t l p v t mang báo hi u cho giao ế ậ ậ ệthức ứng dụng hay ALCAP khi đang khai thác thời gian thực

Vật mang báo hiệu cho ALCAP có thể cùng kiểu hoặc không cùng kiểu nh ưvật mang báo hiệu cho giao thứ ức ng d ng Các quy định UMTS cho rằng vật mang ụbáo hiệu cho ALCAP luôn được thiế ật l p b i khai thác và b o dưỡng và không quy ở ảđịnh chi tiế đ ềt i u này

2.4.2.2.4 Mặ t người s d ng m ng truy n t i ử ụ ạ ề ả

Các vật mang số liệ ở ặu m t người sử ụ d ng và các v t mang báo hiệu cho giao ậthức ứng d ng đều thuộc mặt người sử dụụ ng truy n t i N h ã nói trên các v t ề ả ư đ ở ậmang số liệu ở mặt người s dụử ng được i u khi n tr c ti p b i m t i u khi n đ ề ể ự ế ở ặ đ ề ể

mạng truyền tải khi khai thác thời gian thực, tuy nhiên các hành động đ ều khiển đểithiết lập các vật mang báo hiệu cho giao thứ ức ng d ng được coi là các hành động ụkhai thác và bảo dưỡng

2.5 Các giao diện trong UTRAN

2.5.1 Giao diệ n RNC-RNC và báo hi u RNSNAP ệ

N găn xếp giao thức R C với R C (Iur) được thể ệN N hi n nh trên hình 2.8 ư

Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức cho giao diện Iur

Trong đó :

DCH= Dedicate Channel : Kênh riêng

CCH= Common Channel : Kênh chung

FP= Frame Protocol : Giao thức khung

Cũng như đối với giao diện Iu, hai lựa chọn có thể có đối với truyền tải báo hiệu RSN AP đó là: ngăn xếp SS7 (SCCP và MTP3b) và truyền tải m i dớ ựa trên SCTP/IP Hai giao thức mặt người sử ụ d ng đượ địc nh nghĩa DCH và CCH

Mặc dù lúc đầu giao thức này được thiết kế để hỗ ợ tr chuy n giao m m gi a ể ề ữcác RN C, trong quá trình phát triển tiêu chuNn nhiều tính năng được bổ xung và đến nay giao diện Iur đảm bảo bốn chức năng sau:

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RN C