Giải đề cương thông tin di động viễn thông

GIẢI ĐỀ CƯƠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG VT – NĂM 2014 Hệ thống di động GSM Câu 1.1: Kiến trúc mạng GSM: Vẽ sơ đồ khối, chức phần tử …… Câu 1.2: Giao diện vô tuyến GSM……………………………………………… Câu 1.3: Chuyển giao: khái niệm, tiêu chuẩn chuyển giao phân loại………… Câu 1.4: Một số trường hợp định tuyến……………………………………… ….7 Hệ thống thông tin di động GPRS Câu 2.1: Kiến trúc mạng GPRS……………………………………………………9 Câu 2.2 : Giao diện vô tuyến………………………………………………… …10 Hệ thống thông tin di động 3G Câu 3.1: Kiến trúc mạng W-CDMA (R3, R4, R5)……………………….………11 Câu 3.2: Giao diện vô tuyến…………………………………………… …… 15 Câu 3.3: Điều khiển công suất……………………………………………….…19 Câu 3.4: Chuyển giao………………………………………………………….…21 Câu 3.5: Lớp vật lý W-CDMA………………………………………….…21 Câu 3.6 Cấu trúc khung kênh DPDCH DPCCH đường lên, đường xuống… 24 Hệ thống HSPA Câu 4.1: Các trạng thái 3G UMTS RRC với HSPA UE…………………… 26 Câu 4.2: Cấu trúc thời gian-mã HS-DSCH……………………………… …27 Câu 4.3: Xử lý phát lại nút B…………………………………………… …27 Câu 4.4: Cấu trúc kênh tổng thể…………………………………………….… 28 Câu 4.5: Các loại đầu cuối…………………………………………………… …30 Hệ thống thông tin di động LTE Câu 5.1 : Kiến trúc mạng LTE………………………………………………… 30 Câu 5.2 : Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn LTE …………………………….31 Câu 1.1 Kiến trúc mạng GSM: Vẽ sơ đồ khối, chức phần tử  Sơ đồ khối GSM Kiến trúc mạng GSM Chức phần tử MS: trạm di động + SIM: thiết bị an ninh chứa thông tin cần thiết  - giải thuật để nhận thực thuê bao cho mạng, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài cứng card + ME (mobile equipment): thiết bị di động hỗ trợ việc gọi - điện, trao đổi liệu kênh BSS: hệ thống trạm gốc + BTS(base transceiver station: trạm thu phát gốc): điều khiển lưu lượng vô tuyến MS thơng qua giao diện Um + BSC (base station controller: điều khiển trạm gốc): quản lý tài nguyên vô tuyến thông qua lệnh điều khiển từ xa với BTS MS Ấn định, giải phóng kênh vô tuyến, - quản lý chuyển giao BTS giao tiếp với BSC qua giao diện Abis SS: Hệ thống chuyển mạch: + MSC (mobile switching center: trung tâm chuyển mạch di động): Điều phối việc thiết lập gọi đến từ người sử dụng tới mạng điện thoại khác nhau: ISDN, PSTN, internet + GMSC: MSG cổng giao tiếp với mạng ngoài, chức giống MSC + HLR (home location register: ghi định vị thường trú): mang thông tin thuê bao vùng GMSC tương ứng + VLR (visitor location register: ghi định vị tạm trú): chứa chi tiết tạm thời MS làm khách MSC thời + AuC(authentication center: trung tâm nhận thực): đảm bảo tất thơng số cần thiết cho nhận thực mã hóa MS BTS + EIR(equipment identity register: ghi nhận dạng thiết bị): ghi lại nhận dạng số máy thiết bị di động để tránh cắp + SMS-GMSC: cổng vào GSM PLMN để truyền SM (soft message) + SMS-IWMSC: chuyển SM từ MS khởi xướng GSM PLMN đến SM-SC Câu 1.2 Giao diện vô tuyến GSM  Các kênh vật lý: Mang thông tin người dùng truyền từ MS  BTS, xây dựng công nghệ TDMA kết hợp FDMA/FDD, đặc trưng cặp tần số khe thời gian Truyền theo tốc độ :13kbps(FR) 6,5kbps(HR) - Sơ đồ kênh vật lý GSM Phân bố tần số GSM: Dải tần: 890 – 960 MHz fn = 890 + (0.2 MHz) x n : tần số bán băng tần thấp giành cho đường lên fn’ = fn + 45 MHz : tần số bán băng tần cao giành cho đường xuống Gồm 125 kênh đánh số từ 0-124 :n = 0,1,2…124 Kênh 0: dành cho khoảng bảo vệ Kênh 1-124: kênh tần số - GSM mở rộng(E-GSM): băng tần cộng thêm 10 MHz, số kênh tăng thêm 50 kênh fn = 890 MHz + (0.2 MHz) x n , ≤ n ≤ 124 fn = 890 MHz + (0.2 MHz).(n - 1024), 974 ≤ n ≤ 1023 ’ fn = fn + 45 MHz Kênh bổ sung: đánh số từ 974- 1023 Kênh 974 dành cho khoảng bảo vệ, kênh lại kênh tần số - Hệ thống DCS-1800: băng tần công tác 1710 – 1880 MHz fn = 1710 + (0.2 MHz) x (n - 511), fn’ = fn + 95 MHz Gồm 374 kênh từ 512 - 885 - 512 ≤ n ≤ 885 Tổ chức đa truy nhập kết hợp FDMA TDMA: Mỗi kênh tần số có băng thơng 200 KHz tổ chức thành khung truy nhập theo thời gian, khung gồm khe thời gian (=4,62 ms) khe 0.577ms (TS0,… Ts7), khe thời gian có độ dài 156,25 bit nội dung vật lý cụm GSM sử dụng băng tần 900 MHz: 890 – 915MHz cho đường lên (MS phát) 935 – 960MHz cho đường xuống (BTS phát) Khoảng cách sóng mang là: 200kHz Hệ thống mở rộng DCS – 1800: 1710 – 1785 MHz: đường lên 1805 – 1880 MHz: đường xuống Tổ chức đa khung, siêu khung, siêu siêu khung siêu siêu khung = 28 phút 53 giây 760 ms = 2048 - siêu khung = 715 647 khung siêu khung = 5,12 giây siêu khung = 5.12 giây Có loại đa khung + Đa khung 26 khung (51 siêu khung/ siêu siêu khung): độ dài 120 ms, chứa 26 đa khung Sử dụng cho kênh TCH,SACCH,FACCH + Đa khung 51 khung (26 siêu khung /siêu siêu khung): độ dài 235.4 ms, chứa 51 đa khung TDMA Sử dụng cho kênh BCCH, CCCH, SACCH  Các kênh logic: đóng gói thông tin từ lớp cao trước xếp vào kênh vật lý, đặc trưng thông tin truyền BTS MS - Kênh lưu lượng TCH: + thoại: mang thơng tin tiếng số liệu,TCH tồn tốc: 13 kbit/s, TCH bán tốc: 6.5 kbit/s + số liệu: 12 kbit/s cho tốc độ luồng sở 9600bit/s, • kbit/s-4800bit/s, 3.6 kbit/s- Rb Tiếp theo luồng trải phổ mã định kênh Ci(t) có tốc độ chip Rc = 3,84 Mcps Sau luồng cộng tuyến tính với nhánh I Q Sau luồng nhánh I Q đưa lên ngẫu nhiên hóa cách nhân phức với mã nhận dạng nút B phức mã SU,n(t) Sau ngẫu nhiên hóa (trải phổ mức 2) Luồng phức chia thành luồng: phần thực vào nhánh I phần ảo vào nhánh Q luồng qua tạo dạng xung nhân với sóng mang trực giao để điều chế QPSK cộng với để tín hiệu S(t) Để bù trừ khác hệ số trải phổ số liệu, tín hiệu trải phổ đánh trọng số hệ số khuyếch đại ký hiệu βc cho DPCCH βd cho DPDCH Câu 3.6 Cấu trúc khung kênh DPDCH DPCCH đường lên, đường xuống (phần có tập)  Đường lên 26 Kênh vật lý riêng DPCH đường lên gồm: kênh DPDCH kênh DPCCH ghép theo mã I Q để mang kênh truyền tải riêng DCH + Kênh điều chế DPDCH mang nhánh điều chế BPSK đồng pha (nhánh I) mang số liệu người dung + Kênh DPCCH mang nhánh điều chế BPSK pha vng góc (nhánh Q), mang thông tin điều khiển lớp vật lý gồm: (1) nút hoa tiêu để nút B đánh giá công suất MS, giải điều chế quán nhận dạng biên giới khung vụ trí thời khung; (2) TFCI để nhận dạng khối truyền tải ghép; (3) FBI để điều khiển phân tập phát vịng kín; (4) TPC để điều khiển công suất phát BTS + Hai kênh sử dụng hai mã định kênh riêng  Đường xuống Kênh vật lý riêng đường xuống gồm: kênh DPDCH DPCCH đường xuống ghép theo thời gian để mang kênh truyền tải riêng DCH đường xuống + Số liệu tạo lớp lớp (kênh truyền tải riêng DCH) ghép kênh theo thời gian với thông tin điều khiển tạo lớp (bít hoa tiêu, bít lệnh TPC, TFCI tùy chọn) 27 UTRAN địnhcó phát TFCI hay khơng, định UE phải việc sử dụng TFCI đường xuống + Mỗi khung dài 10 ms chứa 15 khe, mõi khe chứa 2560 chíp tương ứng với chu kỳ điều khiển công suất, thông số khơng xác định tổng số bít khe kênh vật lý riêng DPCH đường xuống, có quan hệ với hệ số trải phổ sau: (Vì K = 0,1….7 nên hệ số trải phổ thay đổi từ 512 đến 4) Câu 4.1 Các trạng thái 3G UMTS RRC với HSPA UE (ý nghĩa trạng thái, quản lý di động UE trạng thái: kết nối, tìm gọi, chọn lại ơ, chuyển giao) Máy trạng thái RRC UE có chế độ: chế độ rỗi (IDLE) chế độ kết nối a - - Chế độ rỗi: Khơng có kết nối RNC SGSN, RCN UE Khi UE bật nguồn, chọn mạng để kết nối, UE chọn thích hợp mạng để nhận dịch vụ (thông tin hệ thống tin quảng bá ô) điều chỉnh đến kênh điều khiển cắm trại ô UE nhận dạng = IMSI, TMSI, P – TMSI 28 Chế độ kết nối: + UE có trạng thái: - Cell_DCH: sử dụng truyền dẫn số liệu từ/đến UE tích cực kênh DCH hay HSDPA/HSUPA Cả máy thu máy phát làm việc trạng thái nên tiêu thụ công suất cao - Cell_FACH: không xảy truyền dẫn (nhưng có số liệu đệm) khoảng thời gian định, máy thu làm việc nên tiêu thụ công suất thấp Khi UE từ Cell_FACH muốn trở lại Cell_DCH, cần có báo hiệu kênh truy nhập đường xuống FACH - Cell_PCH URA_PCH: UE chuyển trạng thái thời gian rỗi truyền số liệu liên tục khoảng thời gian dài UTRAN biết vị trí UE mức nối đến UE qua tìm gọi Trong Cell_PCH, UE chuyển vào phải chuyển vào Cell_FACH để làm thủ tục cập nhật ô Trong URA_PCH, UE làm thủ tục b Câu 4.2 Cấu trúc thời gian mã HS-DSCH (SF=16, 15 mã dùng cho số liệu, tốc độ bit đỉnh cho sơ đồ điều chế khác nhau:16QAM, 64QAM, sơ đồ mã) Tài nguyên mã cho HS-DSCH gồm tập mã định kênh có hệ số trải phổ 16, số mã sử để lập cấu hình cho HS-DSCH Khoảng thời gian truyền dẫn TTI – 2ms để giảm trễ cải thiện trình bám theo thay đổi kênh cho mục đích điều khiển tốc độ lập biểu phụ thuộc kênh Câu 4.3 Xử lý phát lại nút B (vẽ hình, giải thích ngun lý) 29 HARQ với kết hợp mềm cho phép đầu cuối yêu cầu phát lại khối thu mắc lỗi, đồng thời điều chỉnh mịn tỷ lệ mã hiệu dụng bù trừ lỗi gây chế thích ứng đường truyền - Đầu tiên gói nhận vào nhớ đệm nút B Ngay gói gửi nút B giữ gói Nếu UE giải mã thất bại lưu gói nhận vào nhớ đệm gửi lệnh không công nhận (NAK) đến nút B Nút B phát lại gói phần sửa lỗi gói tùy thuộc vào giải thuật kết hợp gói UE UE kết hợp gói phát trước với gói phát lại giải mã Trong trường hợp giải mã phía thu thất bại, nút B thực phát lại mà không cần RNC tham gia Máy di động thực kết hợp phát lại Phát theo RNC thực xẩy cố hoạt động lớp vật lý (lỗi báo hiệu chẳng hạn) Phát lại theo RNC sử dụng chế độ công nhận RLC, phát lại RLC không thường xuyên xẩy - Không HARQ truyền thống, kết hợp mềm, đầu cuối không loại bỏ thông tin mềm trường hợp khơng thể giải mã khối truyền tải mà kết hợp thông tin mềm từ lần phát trước với phát lại thời để tăng xác suất giải mã thành công - Tăng phần dư (IR) sử dụng làm sở cho kết hợp mềm HSDPA, nghĩa lần phát lại chứa bit chẵn lẻ khơng có lần phát trước IR cung cấp độ lợi đáng kể tỷ lệ mã lần phát đầu cao bit chẵn lẻ bổ sung làm giảm tổng tỷ lệ mã Câu 4.4 Cấu trúc kênh tổng thể HSPA a HSDPA - 30 - - √ √ √ √ √ √ - √ √ - Cấu trúc tổng thể HSDPA HS-DSCH (High Speed- Downlink Shared Channel) kênh truyền tải xếp lên nhiều kênh vật lý HSPDSCH để truyền tải lưu lượng gói chia sẻ cho nhiều người sử dụng, HS-PDSCH có hệ số trải phổ khơng đổi 16 HS-SCCH (High Speed-Shared Control Channel) sử dụng hệ số trải phổ 128 có cấu trúc thời gian dựa khung có độ dài 2ms độ dài HS-DSCH Các thông tin sau mang HS-SCCH: Số mã định kênh Sơ đồ điều chế Kích thước khối truyền tải Gói phát gói hay phát lại (HARQ) HARQ theo RNC RLC Phiên dư Phiên chùm tín hiệu HS-DPCCH (High Speed- Dedicated Physical Control Channel: đường lên có hệ số trải phổ 256 cấu trúc từ khe 2ms chứa thông tin sau đây: Thông tin phản hồi (CQI: Channel Quality Indicator: thị chất lượng kênh) để báo cho lập biểu nút B tôc độ số liệu mà UE mong muốn ACK/NAK (công nhận phủ nhận) cho HARQ DPCCH (Dedicated Physical Control Channel) với HS-DPCCH đường lên chứa thông tin giống R3 F-DPCH (Fractional- Dedicated Physical Channel) đường xuống có hệ số trải phổ 256 chứa thơng tin điều khiển công suất cho 10 người sử dụng để tiết kiệm tài nguyên mã truyền dẫn gói b HSUPA 31 Cấu trúc kênh tổng thể HSUPA Một số kênh bổ sung HSUPA: - E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel: kênh cho phép tuyệt đối) kênh vật lý đường xuống có mã định kênh với hệ số trải phổ 128 để thị mức công suất xác E-DPDCH so với DPCCH E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel: kênh cho phép tương đối E-DCH) kênh vật lý đường xuống để phát lệnh tăng/giảm nấc công suất lập biểu (thường 1dB) so với giá trị tuyệt đối ấn định - kênh E-AGCH E-RGCH sử dụng cho điều chỉnh nhỏ xẩy truyền số liệu - E-HICH (HARQ Indicator Channel: kênh thị HARQ) kênh vật lý đường xuống để truyền ACK NAK cho HARQ - E-DPCH bao gồm hai kênh truyền đồng thời: E-DPDCH DPCCH EDPDCH có hệ số trải phổ khả biến từ đến 256 với cấu hình cực đại 2xSF2+2SF4 (tốc độ số liệu đỉnh 5,76 Mbps với tỷ lệ mã hóa 1/1) - E-DPCCH kênh vật lý đường lên tồn song song với E-DPDCH để truyền thơng tin ngồi băng liên quan đến truyền dẫn E-DPDCH Câu 4.5 Các loại đầu cuối HSUPA Có sáu loại đầu cuối HSUPA R6 với tốc độ đỉnh từ 0,72Mbps đến 5.76Mbps Bảng liệt kê khả loại đầu cuối HSUPA R6 Thể loại Số mã cực đại sử dụng đồng thơi cho E-DPCH TTI hỗ trợ 1 10 Hệ số trải phổ E-DPCH thấp 32 Tốc độ số liệu đỉnh lớp với TTI=10m s 0,72 Tốc độ số liệu đỉnh lớp với TTI=2ms N/A* 2 2 (2SF4+2SF2) 2,10 10 2, 10 10 2,10 4 2 1,45 1,45 2 1,45 N/A 2,91 N/A 5,76 Câu 5.1 Kiến trúc mạng LTE: Vẽ sơ đồ khối, chức phần tử Cấu trúc gồm miền chính: 1_UE : User Equipment – Thiết bị người sử dụng + Bao gồm thành phần sau: - TE : Terminal Equiment - ME: Mobile Equiment - USIM : UMTS Subcriber Identify Module  UE thiết bị mà người sử dụng đầu cuối sử dụng để thông tin,là tảng cho ứng dụng thông tin (báo hiệu, trì giải phóng liên kết thơng tin ) - 2_E-UTRAN : Envolved – UTRAN – Utran phát triển : Bao gồm phần tử nhất: E-nodeB – trạm gốc vô tuyến, đảm bảo điều khiển tất chức liên quan đến vô tuyến phần cố định hệ thống, quản lí tài nguyên vô tuyến, điều khiển đo đạc mức tín hiệu - 3_EPC- Envolved Packet Core ( lõi gói phát triển) Một thay đổi lớn kiến trúc 4G LTE, miền EPC khơng cịn chuyển mạch kênh Về chức năng, EPC tương đương miền chuyển mạch gói 3GPP Nó bao gồm thành phần sau: - 33 + PCRF: Policy & Charging Pules Function( Chức quy tắc tính cước sách) + SAE-GW: System Architecture Evolution Gayeway: Cổng phát triển cấu trúc hệ thống Bao gồm: - S-GW : Serving Gateway : Cổng dịch vụ : Đóng vai trị neo di động nội hạt cho kênh mang số liệu UE di động enodeB - PGW : Packet Gateway : Cổng gói : Là neo cho phiên => mạng số liệu bên + MME: Mobile Management Entity : Thực thể di động : MME node điều khiển để xử lí q trình báo hiệu UE mạng lõi Nó có chức sau: - Các thủ tục an ninh - Xử lí phiên UE mạng - Quản lý di động UE rỗi • Phân loại chức mà MME hỗ trợ sau: Các chức liên quan => quản lý kênh mạng - Các chức liên quan => kết nối di động + HSS : Home Subcriber Server( chứa số liệu đăng kí thuê bao người sử dụng ) - 4_Các dịch vụ: Các dịch vụ khai thác với mạng nhà cung cấp mạng Câu 5.2 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn LTE Lưới tài ngun LTE có kích thước thời gian, tần số khơng gian Kích thước khơng gian đo lớp truy nhập nhiều anten phát thu 34 Trong miền tần số, đơn vị tài nguyên nhỏ phần tử tài nguyên RE (resource element) gồm sóng mang thời gian ký hiệu OFDM/DFTS-OFDM Mỗi sóng mang có độ rộng tần bình thường 15khz 7.5khz - Trong miền thời gian: tài nguyên chia nhỏ theo cấu trúc: đơn vị lớn thời gian khung vô tuyến 10ms, khung vô tuyến lại chia thành 10 khung có độ dài 1ms, khung lại chia thành khe thời gian 0.5ms - Một khối tài nguyên (RB: Resource block) định nghĩa sóng mang liên tiếp miền tần số ký hiệu DFTS-OFDM đường lên hay đường xuống RB = x - Băng thông : RB tối thiểu miền tần số tương ứng với 6.12=72 sóng mang bang thơng truyền dẫn 1.08Mhz RBmax = 100 tương ứng 100.12 = 1200 sóng mang bang thông truyền dẫn 18Mhz - Sưu tầm biên soạn: Lê Văn Quang – C12VT2 Phone: 0988 419 198 – 0919 123 198 www.thibanglaixemoto.vn 35 ... qua GGSN - Các giao di? ??n + Giao di? ??n Cu: giao di? ??n chuẩn cho card thông minh Trong UE nơi kết nối USIM UE + Giao di? ??n Uu Giao di? ??n Uu giao di? ??n vô tuyến WCDMA UMTS Đây giao di? ??n mà qua UE truy... công suất nhanh Kênh chung đường xuống để phát thông tin quảng bá (chẳng hạn thông tin hệ thống, thông tin ô) Kênh chung đường xuống để phát thông tin điều khiển số liệu người sử dụng Kênh chia... trúc mạng GSM Chức phần tử MS: trạm di động + SIM: thiết bị an ninh chứa thông tin cần thiết  - giải thuật để nhận thực thuê bao cho mạng, SIM card lưu giữ thông tin cá nhân (đăng ký thuê bao) cài