Chuyển giao điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu kỹ về công nghệ chuyển giao mềm và điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA.. H ệ thống thông tin di động thế hệ 3 Hệ thống thông tin di

Trang 1

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

Hệ : Đại học chính quy

Hà Nội, tháng 5 /2017

Trang 2

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Ch ương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

Ch ương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

Ch ương 3: Chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA

Ch ương 4: Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ h ọ tên)

Trang 3

Đồ án tốt nghiệp M ục lục

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2

1.1 Lịch sử phát triển 2

1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 2

1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 2

1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 3

1.2 Lộ trình phát triển từ mạng GSM lên WCDMA 5

1.2.1 GSM 6

1.2.2 GPRS 8

1.2.3 EDGE 9

1.2.4 WCDMA 10

1.3 Kết luận chương 14

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDM 15

2.1 Khái quát 15

2.2 Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA 15

2.3 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN) 17

2.3.1 Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) 18

2.3.2 NODE B (Trạm gốc) 19

2.4 Giao diên vô tuyến 19

2.4.1 Giao diện UTRAN – CN, IU 19

2.4.2 Giao diện RNC – RNC, IUr 21

2.4.3 Giao diện RNC – Node B, IUb 21

2.5 Khái quát các giải pháp kĩ thuật trong mạng WCDMA 21

2.5.1 Sóng mang 22

2.5.2 Kênh logic 23

2.5.3 Kênh vật lý 23

2.5.4 Sự trải phổ 27

2.5.5 Gói dữ liệu 28

2.5.6 Chuyển giao 28

CHƯƠNG 3:CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 31

3.1 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động 31

3.2 Các loại chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA 31

3.3 Các trường hợp chuyển giao 33

3.4 Trình tự của chuyển giao 33

3.5 Các mục đích của chuyển giao 35

3.6 Chuyển giao cứng 37

3.7 Chuyển giao mềm trong cùng tần số 37

Trang 4

Đồ án tốt nghiệp M ục lục

3.7.1 Chuyển giao mềm 37

3.7.2 Lợi ích của chuyển giao mềm 37

3.7.3 Nguyên lý chuyển giao mềm 38

3.7.4 Các thuật toán của chuyển giao mềm 41

3.7.5 Các đặc điểm của chuyển giao mềm 43

3.7.6 Tổng phí của chuyển giao mềm 44

3.7.7 Độ lợi dung lượng mạng của chuyển giao mềm 46

3.8 Chuyển giao mềm hơn Error! Bookmark not defined. 3.9 Chuyển giao giữa các tấn số trong WCDMA 48

3.10 Chuyển giao giữa các hệ thông WCDMA và GSM 49

3.11 Thiết lập vá kêt thúc chuyển giao mềm 51

3.11.1 Thiết lập chuyển giao mềm 51

3.11.2 Kết thúc chuyển giao mềm 52

CHƯƠNG 4 : ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG WCDMA 55

4.1 Ý nghĩa của điều khiển công suất 55

4.2 Phân loại điều khiển công suất 56

4.3 Điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống 57

4.3.1 Điều khiển công suất cho đường lên 58

4.3.1.1 Khái quát 58

4.3.1.2 Điều khiển công suất vòng hở 58

4.3.1.3 Điều khiển công suất vòng kín 63

4.3.1.4 Điều khiển công suất vòng ngoài 68

4.3.1.5 Điều khiển công suất vòng trong 72

4.3.2 Điều khiển công suất đương xuống 73

4.3.2.1 Khái quát 73

4.3.2.2 Điều khiển công suất đường xuống 74

KẾT LUẬN 82

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 5

Đồ án tốt nghiệp L ời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ

thông tin, đặc biệt là thông tin di động và Internet đã dẫn tới một nhu cầu tất yếu là

kết hợp hai ngành công nghệ mũi nhọn này nhằm đáp ứng nhu cầu dịch vụ ngày

càng tăng và đa dạng của khách hàng

Ở Việt Nam mạng thông tin di động WCDMA đã và đang được triển khai

rộng rãi Với mong muốn tìm hiểu kỹ về công nghệ WCDMA em đã chọn đề tài:

“Chuy ển giao - Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA”

làm đồ án tốt nghiệp

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu kỹ về công nghệ chuyển giao mềm và điều

khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA

Với mục tiêu trên nội dung của đề tài gồm 4 chương:

Ch ương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

Ch ương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

Ch ương 3: Chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA

Ch ương 4: Điều khiển công suất trong mạng thông tin di động WCDMA

Trong quá trình tìm hiểu, mặc dù em đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức

có hạn và thời gian hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót Em rất mong

nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô và bạn bè để đồ án tốt

nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Nguyễn

Vũ Sơn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, tháng 05/2017 Sinh viên thực hiện

Vũ Đức Thắng

Trang 6

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Giới thiệu hệ thống thông tin di động

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG

1.1 Lịch sử phát triển

1.1.1 H ệ thống thông tin di động thế hệ 1

Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của người dùng, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

Đặc điểm:

- Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

- BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS)

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ.Vì các khuyết điểm trên nguời ta đưa ra hệ thống di dộng thế hệ 2

ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

Với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ

2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số

Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

1.1.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung

Trang 7

Đặc điểm :

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

- Giảm số máy thu phát ở BTS

- Giảm nhiễu giao thoa

Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile - GSM)

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

1.1.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không

sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

- Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn

vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở

thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt

Trang 8

Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục

vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Các

hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

- WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của

các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM,

IS-136

- CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3:

Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001 Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2

Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau:

- 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng

- 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương

Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G):

- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

Trang 9

• Đường lên : 1885-2025 MHz

• Đường xuống : 2110-2200 MHz

Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến: -Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

-Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau như:

- Trong công sở

- Ngoài đường

- Trên xe, vệ tinh

Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

- Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở

mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

1.2 Lộ trình phát triển từ mạng GSM lên WCDMA

WCDMA là một tiêu chuẩn thông tin di động 3G của IMT-2000 được phát triển chủ yếu ở Châu Âu với mục đích cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ nhiều dịch vụ thoại, dịch vụ đa phương tiện Các mạng WCDMA được xây dựng dựa trên cơ sở mạng GSM, tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các nhà khai thác mạng GSM Quá trình phát triển từ GSM lên CDMA qua các giai đoạn trung gian, có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau đây:

Hình 1.1: Quá trình phát tri ển từ GSM lên 3G sử dụng công nghệ WCDMA

Trang 10

1.2.1 GSM

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc mạng GSM

Ở sơ đồ cấu trúc của mạng GSM

SS: Switching Subsystem: Hệ thống chuyển mạch

MSC: Mobile Service Switching Centre: Tổng đài di động

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

VLR: Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú

AUC: Authentication Centre: Trung tâm nhận thực

EIR: Equipment Indentification Register: Thanh ghi nhận dang thiết bị

BSS: Base Station System: Hệ thống trạm gốc

BSC: Base Station Controller: Đài hệ thống trạm gốc

BTS: Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc

OSS: Operation & Support Subsystem: Phân hệ khai thác và bảo dưỡng

OMC: Operation and Maintenance Center: Trung tâm vận hành và bảo dưỡng

PSPDN: Packet Switch Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

CSPDN: Circuit Switched Public Data Network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh

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

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

ISDN: Integrated Service Digital Network: Mạng số đa dịch vụ

Trang 11

Do yêu cầu quản lý về nhiều mặt đối với MS của mạng di động Cellular dẫn đến cơ sở dữ liệu lớn Bộ ghi định vị thường trú HLR chứa các thông tin về thuê bao như các dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông số nhận thực Vị trí hiện thời của

MS được cập nhật qua bộ ghi định vị tạm trú VLR cũng được chuyển đến HLR Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã Mỗi MSC có mội VLR

Khi MS di động vào một vùng phục vụ MSC mới thì VLR yêu cầu HLR cung cấp các số liệu về MS này đồng thời VLR cũng thông báo cho HLR biết MS nói trên đang ở vùng phục vụ nào VLR có đầy đủ các thông tin để thiết lập cuộc gọi theo yêu cầu của người sử dụng Một MSC đặc biệt (gọi là MSC cổng) được PLMN giao cho chức năng kết nối giữa PLMN với mạng cố định

Giai đoạn đầu của qúa trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu : chuyển mạch kênh (CS : Circuit Switched) và chuyển mạch gói (PS : Packet Switched)

Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol)

Nhược điểm của GSM:

Hiện nay các mạng GSM vẫn sử dụng công nghệ cũ là BaseBand Nhược điểm của công nghệ này là:

- Không giúp nhà khai thác mạng tối ưu hoá việc quy hoạch lại tần số tại các thành phố lớn Đây cũng là nguyên nhân dẫn tới việc không thể xử lý được hiện tượng nhiễu, tiếng thoại không trong đối với chất lượng cuộc gọi tại các thành phố lớn nơi mật độ sử dụng di động là rất cao

Trang 12

Thay đổi HW& SW cho

GPRS

PSTN

Thêm mới

ISDN PSDN PSPDN X25

- Cũng như tất cả các hệ thống thông tin vô tuyến thông thường, hệ thống GSM không bảo mật tuyệt đối thông tin của thuê bao, mặc dù hệ thống GSM đã có những giải pháp kỹ thuật mã hoá đường truyền khá tinh xảo

- Tốc độ truyền dữ liệu thấp,cũng như dung lượng hệ thống nhỏ nên hạn chế việc phát triển các dịch vụ gia tăng, truyền số liệu như: xem phim, truy cập internet…Trong khi đó nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao,cần được đáp ứng đầy đủ và nhanh chóng

1.2.2 GPRS

Hình 1.3: Tri ển khai GPRS trên nền mạng GSM

GPRS là một hệ thống vô tuyến thuộc giai đoạn trung gian, nhưng vẫn là hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi GPRS cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói với tốc độ truyền lên tới 171,2Kb/s (tốc độ số liệu đỉnh) và hỗ trợ giao thức Internet TCP/IP và X25, nhờ vậy tăng cường đáng kể các dịch vụ số liệu của GSM

Công việc tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình đơn giản Một phần các khe trên giao diện vô tuyến dành cho GPRS, cho phép ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động Phân hệ trạm

gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCU- Packet

Trang 13

Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động các

nút cổng (gateway) Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trợ các hệ

thống mã hoá kênh khác nhau

Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và gateway mới, được gọi là GGSN (Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS Support Node) GPRS là một giải pháp đã được chuẩn hoá hoàn toàn với các giao diện mở rộng và

có thể chuyển thẳng lên 3G về cấu trúc mạng lõi

GPRS có 4 ưu điểm chính sau:

Đáp ứng tốt yêu cầu của khách hàng

Sự tiến tới một mạng cơ sở IP cho phép phát triển và đưa ra các dịch vụ theo yêu cầu dễ sử dụng, có thể truy cập nhanh chóng Cấu trúc thông tin Internet vô tuyến này sẽ cho phép các mạng cá nhân thay đổi cơ bản cách thông tin của con người Các khách hàng có thể sử dụng nhiều dịch vụ như : thương mại điện tử, hội nghị truyền hình, truy nhập Web, sách điện tử, thư thoại,

Tiến tới sự trật tự

Các kỹ năng tích hợp đảm bảo dể dàng tiến tới các dịch vụ thế hệ tiếp theo Cấu trúc mới này cho phép các dịch vụ có mặt ở mọi nơi bất chấp các trở ngại về kỹ thuật Kỹ thuật truy nhập được đẩy mạnh nhằm giúp các nhà khai thác đạt được thành công với tốc độ phát triển hợp lý

Phân phối dịch vụ nhanh chóng

Mạng GPRS được thiết kế mở, đơn giản, mở ra nhiều ứng dụng và dịch vụ cho các hệ thống thông tin Cấu trúc cơ sở IP cùng với các giao diện lập trình ứng dụng

mở, đem lại khả năng phát triển nhanh chóng các ứng dụng và dịch vụ mới Hơn nữa, các nhà khai thác có thể hợp tác trong phát triển các ứng dụng riêng

Giảm chi phí quyền sở hữu

Mạng gói cơ sở IP không chỉ hiệu quả về chi phí, phát triển theo yêu cầu khách hàng mà còn giảm chi phí quyền sở hữu nhờ tối ưu hoá hiệu quả dải tin, giảm chi phí quản lý mạng đem lại khả năng phát triển cao nhất

1.2.3 EDGE

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền

dẫn 3G đã được chấp nhận và có thể triển khai trong phổ tần hiện có của các nhà

Trang 14

khai thác TDMA và GSM EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống cao cấp và công nghệ tiên tiến khác Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối hoàn toàn phù hợp với

EDGE hoàn toàn tương thích với GSM và GRPS

WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả cao nhất Hơn nữa WCDMA có thể hỗ trợ các tốc độ số liệu khác nhau, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ

Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mb/s với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng

Nâng cấp HW& SW cho EDGE

Mạng số liệu khác Mạng lõi E-GPRS

i

n

Trang 15

WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến

mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS) Tuy nhiên, mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và cả WCDMA

Ưu điểm của mạng WCDMA:

Chuyển giao mềm

Đối với điện thoại di động, để đảm bảo tính di động, các trạm phát phải được đặt rải rác khắp nơi Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và chịu trách nhiệm với các thuê bao trong vùng đó Khi tín hiệu nhận được từ mạng của MS không còn đảm bảo chất lượng, hệ thống sẽ thực hiện chuyển giao, đối với WCDMA là chuyển giao mềm Tức là chuyển giao trong đó trạm di động MS bắt đầu thông tin với một trạm gốc BTS mới mà vẫn chưa cắt liên lạc thông tin với trạm gốc cũ Ngoài ra chuyển giao mềm hơn là chuyển giao mềm được thực hiện giữa các đoạn ô của cùng một ô Chuyển giao mềm góp phần vào việc nâng cao chất lượng cuộc gọi bằng cách cung cấp kết nối “make before break” (nối trước khi cắt) Điều này làm giảm khả năng mất cuộc gọi khi kết nối RF (Radio Frequency - Tần số vô tuyến) rời

CN PS Domain

GGSN SGSN

Internet RNC

W

A P

M

E

X E

U

S

A T

Trang 16

bỏ một ô để thiết lập cuộc gọi ở ô đích trong quá trình chuyển giao Chuyển giao mềm được thực hiện hoàn tất mà thuê bao không phát hiện ra được, nó không tạo ra những “lỗ hổng” hay “gián đoạn” trong cuộc thoại như vẫn nghe thấy trong các kỹ thuật khác chẳng hạn như GSM sử dụng chuyển giao

Điều khiển công suất nhanh

Một ưu điểm khác nữa của WCDMA là nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh và chính xác, thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất lượng tín hiệu, giúp tăng tuổi thọ của pin, thời gian chờ và đàm thoại Máy điện thoại di động WCDMA cũng có thể sử dụng pin nhỏ hơn, nên trọng lượng máy nhẹ, kích thước gọn và dễ sử dụng

Trong thông tin di động, thuê bao di động di chuyển khắp nơi với nhiều tốc độ khác nhau, vì thế tín hiệu phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên Để bù cho

sự sụt giảm này, hệ thống phải điều khiển cho thuê bao tăng mức công suất phát Các hệ thống analog và GSM hiện nay có khả năng điều khiển chậm và đơn giản, thuê bao không thể thay đổi mức công suất đủ nhanh, do đó phải luôn luôn phát ở công suất cao hơn vài dB so với mức cần thiết

Tính bảo mật cao hơn so với các công nghệ trước đây

Trong vấn đề bảo mật, WCDMA là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã

Mã ở đây là mã giả ngẫu nhiên PN (Pseudorandom Noise) Mã PN được tạo ra một cách xác định cho mỗi cuộc liên lạc, chu kỳ của nó dài 212, 214…bít Cho nên với việc tạo ra 1 mã PN xác định cho mỗi cuộc liên lạc và chu kỳ dài như vậy sẽ cực kỳ khó phát hiện ra mã PN hay là nội dung của cuộc gọi Như vậy đảm bảo tính bào mật của các cuộc gọi trong công nghệ Cellular WCDMA Ngoài ra, với tốc độ truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai nhiều tùy chọn dịch vụ như thoại, thoại và dữ liệu, fax, Internet

Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, WCDMA còn thích hợp

sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến, nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới Đặc biệt các

hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chi phí hiện thấp hơn hầu hết các mạng hữu tuyến khác, vì đòi hỏi ít trạm thu phát

Khả năng chống nhiễu

Trang 17

Tạp âm nền có phổ rộng sẽ bị giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi nén phổ, nhiễu từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tương tự như tạp âm Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ nếu có băng tần trùng với băng tần (dải thông) của máy thu WCDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất của nhiễu này giảm xuống Vậy bản chất làm việc theo nguyên tắc trải phổ ở máy phát, nén phổ ở máy thu làm cho ảnh hưởng của nhiễu - tạp âm bị tối thiểu hóa

Dung lượng mềm

Dung lượng của WCDMA tăng từ 4 đến 5 lần so với GSM (từ 8 đến 10 lần so với AMPS) Dung lượng WCDMA có giới hạn mềm do WCDMA dùng kỹ thuật trải phổ theo mã, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao, số cuộc gọi khác nhau tương ứng với các mã khác nhau mà số mã thì hầu như vô hạn cho nên luôn tồn tại cuộc gọi; trong khi đó GSM chỉ có giới hạn dung lượng cứng do mỗi người sử dụng chiếm 1 kênh riêng trong quá trình thoại, và dĩ nhiên người khác không được chen vào; cho nên nếu hết kênh cung cấp thì những người sử dụng khác sẽ bị từ chối cuộc gọi Cũng phải nói thêm rằng, ở dung lượng mềm chất lượng cuộc gọi có giảm

đi một chút Nhưng chấp nhận chất lượng giảm đi một chút đó để tồn tại cuộc gọi trong WCDMA Vì vậy mà trong những điều kiện tương đương, dung lượng mạng WCDMA là lớn hơn so với các mạng khác

Khả năng dịch vụ số liệu của WCDMA là tốt hơn so với các mạng khác

Với khả năng cung cấp tốc độ thoại là 8 Kb/s và tốc độ dữ liệu là 114 Kb/s mạng WCDMA nói chung mở ra khả năng cung cấp dịch vụ số liệu tốt hơn rất nhiều so với các mạng khác Sau này W-CDMA tốc độ dữ liệu là 384 Kb/s Tốc độ

dữ liệu cao tạo ra khả năng dịch vụ số liệu phong phú cho CDMA từ khả năng kết nối Internet, web, download, email,…

Tính kinh tế

Đặc biệt WCDMA có khả năng phủ sóng rộng Một trạm phát sóng có thể phủ một vùng rộng tương đương với vùng phủ sóng của vài ba trạm phát khác nên chi phí đầu tư dựng các trạm phát sóng sẽ giảm đi nhiều Nhờ đó, nhà đầu tư có thể tiết kiệm được rất nhiều chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành và bảo dưỡng mạng để giảm giá thành dịch vụ Đây cũng chính là điều kiện để công nghệ

Trang 18

WCDMA có nhiều cơ hội tiến về các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa, vùng hẻo lánh, nơi có nhiều tiềm năng chưa được khai thác

1.3 Kết luận chương

Chương này đã trình bày một cách khái quát về những nét đặc trưng cũng như

sự phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1, 2 đến thế hệ 3, đồng thời đã sơ lược những yêu cầu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo

mã (CDMA) Và hiện nay là thế hệ thứ ba đang chuẩn bị đưa vào hoạt động

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với tên gọi WCDMA khẳng định được tính ưu việt của nó so với các thế hệ trước cũng như đáp ứng kịp thời các nhu cầu ngày càng tăng của người sử dụng về tốc độ bit thông tin và tính di động Tuy chưa xác định chính xác khả năng di động và tốc độ bit cực đại nhưng dự đoán có thể đạt tốc độ 100 km/h và tốc độ bit từ 1÷10 Mbit/s Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới

34 Mbit/s đang được nghiên cứu để đưa vào sử dụng

Trang 19

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

WCDMA có các tính năng cơ bản sau:

- Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

- Lớp vật lý mềm dẻo để tích hợp được tất cả thông tin trên một sóng mang

- Hệ số tái sử dụng tần số bằng 1

- Hỗ trợ phân tập phát và các cấu trúc thu tiên tiến

Nhược điểm chính của WCDMA là hệ thống không cấp phép trong băng TDD phát liên tục cũng như không tạo điều kiện cho các kỹ thuật chống nhiễu ở các môi trường làm việc khác nhau

Hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ bit lên đến 2 MBit/s Bao gồm nhiều kiểu truyền dẫn như truyền dẫn đối xứng và không đối xứng, thông tin điểm đến điểm và thông tin đa điểm Với khả năng đó, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba có thể cung cấp dể dàng các dịch

vụ mới như : điện thoại thấy hình, tải dữ liệu nhanh, ngoài ra nó còn cung cấp các dịch vụ đa phương tiện khác

2.2 Cấu trúc mạng thông tin di động WCDMA

Mạng thông tin di động WCDM gồm hai phân mạng: mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến

Trang 20

Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network)

Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến UTRAN gồm hai phần tử :

- Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện IUb và UU Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến

- Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC : Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B được kết nối với nó) RNC còn là điểm truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN

Mạng lõi CN

Mạng lõi CN gồm các thành phần chính sau:

- HLR (Home Location Register):

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

- MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register) :

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

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

Trang 21

- SGSN (Serving GPRS) : Có chức năng như MSC/VLR nhưng được sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS)

- GGSN (Gateway GPRS Support Node) : Có chức năng như GMSC nhưng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói

Các mạng ngoài

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

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

Các giao diện vô tuyến

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

- Giao diện UU : Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của

hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS

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

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

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

2.3 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN)

UTRAN bao gồm một hay nhiều phân hệ mạng vô tuyến (RNS) Một RNS là một mạng con trong UTRAN và bao gồm một Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) và

một hay nhiều Nút B Các RNC có thể được kết nối với nhau thông qua một giao

diện Iur Các RNC và Nút B được kết nối với nhau qua giao diện Iub

Các yêu cầu chính để thiết kế kiến trúc, giao thức và chức năng UTRAN

- Tính hỗ trợ của UTRAN và các chức năng liên quan: Yêu cầu tác động tới thiết kế của UTRAN là các yêu cầu hỗ trợ chuyển giao mềm (một thiết bị đầu cuối kết nối tới mạng thông qua 2 hay nhiều cell đang hoạt động) và các thuật toán quản

lý nguồn tài nguyên vô tuyến đặc biệt của WCDMA

Trang 22

- Làm tăng sự tương đồng trong việc điều khiển dữ liệu chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh, với một ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến duy nhất và với việc sử dụng cùng một giao diện cho các kết nối từ UTRA đến miền chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh của mạng lõi

- Làm tăng tính tương đồng với GSM

- Sử dụng phương thức vận chuyển ATM như là cơ cấu chuyển vận chính trong UTRAN

- Sử dụng kiểu chuyển vận trên cơ sở IP như là cơ cấu chuyển vận thay thế trong UTRAN kể từ Release 5 trở đi

2.3.1 B ộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC)

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC) là phần tử mạng chịu trách nhiệm điểu khiển nguồn tài nguyên vô tuyến của UTRAN Nó giao tiếp với mạng lõi (thường

là với một MSC và một SGSN) và cũng là phần tử cuối cùng của giao thức điểu khiển nguồn tài nguyên vô tuyến mà xác định các thông điệp và thủ tục giữa máy di động và UTRAN Về mặt logic, nó tương ứng với BSC trong GSM

Vai trò logic của RNC

RNC điều khiển một Nút B (như là vạch giới hạn cho giao diện Iub tới Nút B) được coi như là bộ RNC đang điều khiển (CRNC) của Nút Bộ điều khiển CRNC chịu trách nhiệm điều khiển tải và điều khiển nghẽn cho cell của nó, và điều khiển thu nhận và phân bố mã cho liên kết vô tuyến được thiết lập trong các cell

Trong trường hợp một kết nối UTRAN, máy di động sử dụng nguồn tài nguyên

từ nhiều phân hệ mạng vô tuyến RNS, thì các RNS bao gồm 2 chức năng logic riêng biệt (về phương diện kết nối máy di động - UTRAN này)

- RNC phục vụ (SRNC): RNC cho mỗi máy di động là một RNC mà xác định biên giới cả liên kết Iu cho sự vận chuyển dữ liệu người sử dụng và báo hiệu RANAP tương thích qua mạng lõi (kết nối này được gọi là kết nối RANAP) SRNC cũng xác định biên giới của Báo hiệu điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN Nó thực hiện xử lý ở lớp 2 cho các dữ liệu

chuyển qua giao diện vô tuyến Hoạt động Quản lý nguồn tài nguyên vô tuyến cơ

b ản, như là ánh xạ các thông số mang thông tin truy nhập vô tuyến thành các thông

số kênh chuyển vận giao diện vô tuyến, quyết định chuyển giao , và điều khiển công suất vòng bên ngoài Các hoạt động này được thực thi trong SNRC SRNC cũng có

Trang 23

thể là CRNC của một số Nút B sử dụng bởi máy di động cho kết nối với UTRAN Một UE kết nối với UTRAN thì chỉ có duy nhất một SRNC

- Bộ RNC trôi ( DRNC): DRNC có thể là bất cứ RNC nào ngoài SRNC, nó điều khiển các cell sử dụng bởi máy di động Nếu cần thiết, DRNC có thể thực hiện kết hợp hay chia nhỏ phân tập macro DRNC không thực hiện xử lý dữ liệu người

sử dụng ở lớp 2, nhưng định tuyến một cách trong suốt dữ liệu giữa giao diện Iub và Iur, ngoại trừ khi UE đang sử dụng một kênh chuyển vận dùng chung Một UE có thể không có, có một hoặc có nhiều DRNC

Chú ý rằng một RNC ở mức vật lý bao gồm toàn bộ các chức năng CRNC, SRNC và DRNC

2.4 Giao diên vô tuyến

Cấu trúc UMTS không định nghĩa chi tiết chức năng bên trong của phần tử mạng mà chỉ định nghĩa giao diện giữa các phần tử logic Cấu trúc giao diện được xây dựng trên nguyên tắc là các lớp và các phần cao độc lập logic với nhau, điều này cho phép thay đổi một phần của cấu trúc giao thức trong khi vẫn giữ nguyên các phần còn lại (hình 2.3)

2.4.1 Giao di ện UTRAN – CN, I U

Giao diện IU là một giao diện mở có chức năng kết nối UTRAN với CN Iu có hai kiểu: Iu CS để kết nối UTRAN với CN chuyển mạch kênh và Iu PS để kết nối UTRAN với chuyển mạch gói

Cấu trúc IU CS

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

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển:

Gồm RANAP trên đỉnh giao diện SS7 băng rộng và các lớp ứng dụng là phần

Trang 24

điều khiển kết nối báo hiệu SCCP, phần truyền bản tin MTP3-b, và lớp thích ứng báo hiệu ATM cho các giao diện mạng SAAL-NNI

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải:

Gồm các giao thức báo hiệu để thiết lập kết nối AAL2 (Q.2630) và lớp thích ứng Q.2150 ở đỉnh các giao thức SS7 băng rộng

Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng:

Gồm một kết nối AAL2 được dành trước cho từng dịch vụ CS

Cấu trúc IU PS

Hình 2.1: Mô hình t ổng quát các giao diện vô tuyến của UTRAN

Phương thức truyền tải ATM được áp dụng cho cả phía điều khiển và phía người sử dụng

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển I U PS

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

Ngăn xếp giao thức phía điều khiển mạng truyền tải I U PS

Phía điều khiển mạng truyền tải không áp dụng cho IU PS Các phần tử thông

Giao thức ứng dụng

Mạng báo hiệu báo hiệu Mạng số liệu Mạng

ALCAP

Luồng

số liệu

Phía điều khiển mạng truyền tải

Phía người sử dụng mạng truyền tải

Trang 25

tin sử dụng để đánh địa chỉ và nhận dạng báo hiệu AAL2 giống như các phần tử thông tin được sử dụng trong CS

Ngăn xếp giao thức phía người sử dụng Iu PS

Luồng số liệu gói được ghép chung lên một hay nhiều AAL5 PVC (Permanent Virtual Connection) Phần người sử dụng GTP-U là lớp ghép kênh để cung cấp các nhận dạng cho từng luồng số liệu gói Các luồng số liệu sử dụng truyền tải không theo nối thông và đánh địa chỉ IP

2.4.2 Giao di ện RNC – RNC, I Ur

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

IUr phải đảm bảo 4 chức năng sau:

- Hỗ trợ tính di động cơ sở giữa các RNC

- Hỗ trợ kênh lưu lượng riêng

- Hỗ trợ kênh lưu lượng chung

- Hỗ trợ quản lý tài nguyên vô tuyến toàn cầu

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

- Xử lý các kênh riêng và kênh chung

- Xử lý kết hợp chuyển giao

- Quản lý sự cố kết nối vô tuyến

2.5 Khái quát các giải pháp kĩ thuật trong mạng WCDMA

WCDMA trải phổ trực tiếp với tốc độ 4.096 Mchip/s.WCDMA dùng các mã

PN khác nhau để phân biệt cell, phân biệt người dùng (WCDMA vận hành dị bộ)

Trang 26

B ảng 2.1: Giới thiệu các tham số chủ yếu của WCDMA

BPSK (hướng lên) Phát hiện kết nối Kênh pilot ghép thời gian (hướng lên và hướng xuống); không có kênh pilot chung hướng xuống

Ghép kênh hướng lên

Kênh điều khiển và pilot ghép thời gian Ghép kêng I&Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển

Đa tốc độ Trải phổ biến đổi và đa mã

Điều khiển công suất

Trải phổ ( hướng xuống)

Trang 27

Hình 2.2: T ần số hoạt động của WCDMA

2.5.2 Kênh logic

Kênh điều khiển chung

- Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang tin tức hệ thống và cell

- Kênh nhắn tin PCH để BS nhắn tới MS trong một cell

- Kênh truy cập hướng xuống chuyển bảng tin từ BS đến MS trong một cell

Có hai kênh dành riêng

- Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH và kênh điều khiển liên kết ACCH

- Kênh lưu lượng dành riêng DTCH để truyền dữ liệu điểm điểm ở hai hướng

Trang 28

Hình 2.3: T ốc độ truyền WCDMA hướng lên

DPDCH để:

- Truyền pilot cho thu tương can

- Truyền bit điều khiển công suất

- Truyền tin tức về tốc độ

Ghép kênh theo mã và theo IQ ( dual channel QPSK) được dùng ở hướng lên WCDMA để tránh nhầm lẫn EMC với DTX EMC gây nhiễu cho thiết bị điện từ

Hình 2.4: Truy ền xung với ghép kênh điều khiển thời gian

Hình 2.5: Truy ền song song của kênh DPDCH Và DPCCH khi có hoặc không

có d ữ liệu

Trang 29

Hình 2.6: C ấu tạo của cụm truy cập dữ liệu ngẫu nhiên WCDMA

Cụm truy cập ngẫu nhiên gồm hai phần:

- Phần mào đầu 16 x 256 chip (1ms)

- Phần dữ liệu chiều dài khả biến

Trước khi phát cụm truy cập ngẫu nhiên MS cần phải:

- Lấy tin tức trên SCH để thực hiện việc đồng bộ với BS mục tiêu về đồng bộ chip, đồng bộ khe, đồng bộ khung

- Tìm kiếm tin tức trên BCCH về mã truy cập ngẫu nhiên dùng ở cell hay dãi quạt mục tiêu

- Đánh giá suy hao đường truyền hướng xuống để tính ra công suất phát cho cụm truy cập ngẫu nhiên

Có thể truyền một gói ngắn cùng với cụm truy cập ngẫu nhiên

Hướng xuống:

Có ba kênh chung vật lý:

- Kênh vật lý điều khiển chung (Sơ cấp và thứ cấp) CCPCH mang: PCCH,

PCH và PACH

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

- Kênh dành riêng (DPDCH và DPCCH) ghép kênh theo thời gian.Ký hiệu pilot được ghép kênh trên BCCH (theo thời gian) để phục vụ thu tương can Vì các

ký hiệu pilot là dành riêng cho mỗi kết nối cho nên nó được dùng để đánh giá hoạt động đánh giá của anten, hỗ trợ điều khiển công suất nhanh ở hướng xuống CCPCH sơ cấp mang BCCH và kênh pilot chung được ghép kênh theo thời gian

Trang 30

CCPCH có mã như nhau trong tất cả các cell MS dễ tìm được BCCH và phát hiện

mã ngẫu nhiên hoá duy nhất của trạm gốc khi truy cập mạng

Hình 2.7: C ấu trúc của kênh đồng bộ SCH

CCPCH thứ cấp ghép kênh theo thời gian PCH với PACH trong cấu trúc siêu khung Tốc độ bản tin của CCPCH là khả biến từ cell này sang cell khác Mã xác định kênh CCPCH thứ cấp được truyền trên CCPCH sơ cấp

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

256 bit không điều chế, phát một lần mỗi khe

SCH thứ cấp mã 256 bit có điều chế, phát song song với SCH sơ cấp, SCH thứ cấp được điều chế với chuỗi nhị phân 16 bit (có lặp cho mỗi khung) Chuỗi điều chế giống nhau đối với tất cả các BS có độ tương quan tốt

Hình 2.8: Ghép kênh c ủa SCH

Trang 31

Hình 2.10 minh hoạ sự ghép kênh SCH với các kênh hướng xuống SCH không trực giao với tất cả các kênh khác (các kênh khác DPDCH, DPCCH, CCPCH sau khi được ngẫu nhiên hoá bằng PN mới ghép kênh với SCH)

2.5.4 S ự trải phổ

Các mã trải phổ khác nhau để phân biệt cell ở hướng xuống và phân biệt người dùng ở hướng lên

Ở hướng xuống

Mã Gold dài 218 được cắt cho vừa chu kỳ khung 10ms Số mã ngẫu nhiên hoá

là 512 phân thành 32 nhóm, mỗi nhón là 16 mã Điều này làm cơ sở cho thủ tục tìm kiếm cell được nhanh

Ở hướng lên

Mã ngắn 256 chip, mã dài 241 chuỗi Gold cũng được cắt cho vừa chu kỳ khung 10ms Mã trực giao để phân biệt kênh

Sự ghép kênh IQ/mã tạo ra hai kênh truyền dẫn song song (Hình 2.11)

Hình 2.9: Ghép kênh IQ/mã t ạo ra hai kênh truyền dẫn song song

Hiệu suất của khuếch đại công suất máy phát được giữ đều cho mọi hoàn cảnh QPSK (Hình 2.12)

Trang 32

Hình 2.10: S ơ đồ chòm sao cho IQ/ghép mã kênh điều khiển

Với các gói dữ liệu lớn và xuất hiện thường xuyên được truyền trên kênh dành riêng Kênh dành riêng sẽ giải phóng ngay sau khi dữ kiệu được truyền Khi truyền nhiều gói phải có thông tin đồng bộ giữa các gói dữ liệu kế tiếp

Hình 2.11: Truy ền gói dữ liệu kênh chung

Trang 33

xuống có thể được thực hiện với việc tách ký hiệu mà không làm mất đi tính trực quan của mã hướng xuống

Chuyển giao khác tần số:

Chuyển giao khác tần số là cần thiết đối với ấu trúc cell Cell có cấu trúc thứ tự, cell kích thước lớn, Micro cell, cell trong các toà nhà Chuyển giao khác tần số có thể được sử dụng để đảm bảo dung lượng mạng, chuyển giao khác tần số được sử dụng trong các hệ thống như GSM Trong WCDMA có hai phương pháp được sử dụng

- Sử dụng hai máy thu

- Thu ở các khe thời gian khác nhau

Dùng hai máy thu là phương pháp phù hợp nếu MS sử dụng anten phân tập Trong khi đo tín hiệu ở các tần số khác nhau, một nhánh thu sẽ ngắt và nhánh kia hoạt động Ưu điểm là kết nối tần số ở thời điểm hiện tại không bị cắt Mạch vòng kín điều khiển công suất hoạt động liên tục

- Băng thông rộng của sóng mang WCDMA hỗ trợ các tốc độ dữ liệu cao của người dùng và đem lại những lợi ích hiệu suất xác định, như là tăng khả năng phân tập đa đường Các nhà vận hành mạng có thể sử dụng nhiều sóng mang 5MHz để tăng dung lượng, có thể bằng cách sử dụng các lớp tế bào phân cấp Khoảng cách giữa các sóng mang thực tế có thể được chọn là dưới 200KHz trong khoảng 4.4 – 5MHz tuỳ thuộc vào nhiễu giữa các sóng mang

- WCDMA hỗ trợ tốt các tốc độ dữ liệu người dùng khác nhau hay nói cách khác là hỗ trợ tốt đặc tính băng thông theo yêu cầu Mỗi người sử dụng được cấp các khung có độ rộng 10ms, trong khi tốc độ người sử dụng được giữ không đổi

Trang 34

Tuy nhiên dung lượng người sử dụng có thể thay đổi giữa các khung Việc cấp phát nhanh dung lượng vô tuyến thông thường sẽ được điều khiển bởi mạng để đạt được thông lượng tối ưu cho các dịch vụ dữ liệu gói

- WCDMA áp dụng kỹ thuật tách sóng kết hợp trên cả đường lên và đường xuống dựa vào việc sử dụng kênh hoa tiêu Mặc dù được sử dụng trên đường xuống IS-95, nhưng việc sử dụng tách sóng kết hợp trên đường lên trong hệ thống WCDMA là mới, có khả năng tăng tổng thể dung lượng và vùng phủ sóng của đường lên

- Giao diện vô tuyến WCDMA được xây dựng một cách khéo léo theo cách của các bộ thu CDMA tiên tiến, như là khả năng tách sóng nhiều người dùng và các anten thích ứng thông minh, có thể được triển khai bởi các nhà điều khiển mạng

như là một hệ thống được chọn lựa để tăng dung lượng và vùng phủ sóng

- WCDMA được thiết kế để giao tiếp với GSM Vì thế, sự chuyển giao giữa GSM và WCDMA được hỗ trợ để cải tiến vùng phủ sóng của GSM bằng cách sử

dụng WCDMA

Trang 35

Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Chuyển giao trong MTTDĐ WCDMA

CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG WCDMA

3.1 Khái quát về chuyển giao trong các hệ thống thông tin di động

Các mạng di động cho phép người sử dụng có thể truy nhập các dịch vụ trong khi di chuyển nên có thuật ngữ “tự do” cho các thiết bị đầu cuối Tuy nhiên tính “tự do” này gây ra một sự không xác định đối với các hệ thống di động Sự di động của các người sử dụng đầu cuối gây ra một sự biến đổi động cả trong chất lượng liên kết và mức nhiễu, người sử dụng đôi khi còn yêu cầu thay đổi trạm gốc phục vụ Quá trình này được gọi là chuyển giao

Chuyển giao là một phần cần thiết cho việc xử lý sự di động của người sử dụng đầu cuối Nó đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển từ qua ranh giới các ô tế bào

Trong các hệ thống tế bào thế hệ thứ nhất như AMPS, việc chuyển giao tương đối đơn giản Sang hệ thống thông tin di động thế hệ 2 như GSM và PACS thì có nhiều cách đặc biệt hơn bao gồm các thuật toán chuyển giao được kết hợp chặt chẽ trong các hệ thống này và trễ chuyển giao tiếp tục được giảm đi Khi đưa ra công nghệ CDMA, một ý tưởng khác được đề nghị để cải thiện quá trình chuyển

giao được gọi là chuyển giao mềm

3.2 Các loại chuyển giao trong mạng thông tin di động WCDMA

Trong mạng thông tin di động WCDMA có 4 loại chuyển giao Đó là:

Chuyển giao bên trong hệ thống (Intra-system HO)

Chuyển giao bên trong hệ thống xuất hiện trong phạm vi một hệ thống Nó có

thể chia nhỏ thành chuyển giao bên trong tần số (Intra-frequency HO) và chuyển giao giữa các tần số (Inter- frequency HO) Chuyển giao trong tấn số xuất hiện giữa

các cell thuộc cùng một sóng mang WCDMA, còn chuyển giao giữa các tần số xuất hiện giữa các cell hoạt động trên các sóng mang WCDMA khác nhau

Chuyển giao giữa các hệ thống (Inter-system HO)

Trang 36

Kiểu chuyển giao này xuất hiện giữa các cell thuộc về 2 công nghệ truy nhập

vô tuyến khác nhau (RAT) hay Các chế độ truy nhập vô tuyến khác nhau (RAM) Trường hợp phổ biến nhất cho kiểu đầu tiên dùng để chuyển giao giữa các hệ thống WCDMA và GSM/EDGE Chuyển giao giữa 2 hệ thống CDMA cũng thuộc kiểu này

Chuyển giao cứng (HHO- Hard Handover)

HHO là một loại thủ tục chuyển giao trong đó tất cả các liên kết vô tuyến cũ của một máy di động được giải phóng trước khi các liên kết vô tuyến mới được thiết lập Đối với các dịch vụ thời gian thực, thì điều đó có nghĩa là có một sự gián đoạn ngắn xảy ra, còn đối với các dịch vụ phi thời gian thực thì HHO không ảnh hưởng

gì Chuyển giao cứng diễn ra như là chuyển giao trong cùng tần số và chuyển giao ngoài tần số

Chuyển giao mềm (SHO) và chuyển giao mềm hơn(Softer HO)

Trong suốt quá trình chuyển giao mềm, một máy di động đồng thời giao tiếp với cả 2 hoặc nhiều cell ( đối với cả 2 loại chuyển giao mềm) thuộc về các trạm gốc khác nhau của cùng một bộ điều khiển mạng vô tuyến (intra-RNC) hoặc các bộ điều khiển mạng vô tuyến khác nhau (inter-RNC) Trên đường xuống (DL), máy di động nhận các tín hiệu để kết hợp với tỷ số lớn nhất Trên đường lên (UL), kênh mã di động được tách sóng bởi cả 2 BS (đối với cả 2 kiểu SHO), và được định tuyến dến

bộ điều khiển vô tuyến cho sự kết hợp lựa chọn Hai vòng điều khiển công suất tích cực đều tham gia vào chuyển giao mềm: mỗi vòng cho một BS Trong trường hợp chuyển giao mềm hơn, một máy di động được điều khiển bởi ít nhất 2 sector trong cùng một BS, RNC không quan tâm và chỉ có một vòng điều khiển công suất hoạt động Chuyển giao mềm và chuyển giao mềm hơn chỉ có thể xảy ra trong một tần số sóng mang, do đó chúng là các quá trình chuyển giao trong cùng tần số

Hình 3.1 chỉ ra các loại chuyển giao khác nhau

Trang 37

Hình 3.1: Các lo ại chuyển giao khác nhau

3.3 Các trường hợp chuyển giao

Chuyển giao xảy ra trong nhiều trường hợp, sau đây là một số trường hợp:

• UE di chuyển từ cell này sang cell khác

• Dung lượng kết nối của một cell A đã dùng hết, thì kết nối của những thuê bao nào nằm trong vùng giao nhau của cell này với một cell B khác sẽ được chuyển sang cell B

3.4 Trình tự của chuyển giao

Trình tự chuyển giao gồm có ba pha (hình 3.2) bao gồm :

- Tín hiệu chuyển giao

- Phân bổ tài nguyên vô tuyến

Hình 3.2: Trình t ự thực hiện chuyển giao

Trang 38

+ Đo lường là nhiệm vụ quan trọng trong quá trình chuyển giao vì :

• Mức tín hiệu trên đường truyền dẫn vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào fading và tổn hao đường truyền Những thay đổi này phụ thuộc vào môi trường trong cell và tốc độ di chuyển của thuê bao

• Số lượng các báo cáo đo lường quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến tải hệ thống

Để thực hiện chuyển giao, trong suốt quá trình kết nối, UE liên tục đo cường

độ tín hiệu của các cell lân cận và thông báo kết quả tới mạng, tới RNC

+ Pha quyết định chuyển giao bao gồm đánh giá tổng thể về QoS của kết nối so sánh nó với các thuộc tính QoS yêu cầu và ước lượng từ các cell lân cận Tùy theo kết quả so sánh mà ta có thể quyết định thực hiện hay không thực hiện chuyển giao SRNC kiểm tra các giá trị của các báo cáo đo đạc để kích hoạt một bộ các điều kiện chuyển giao Nếu các điều kiện này bị kích hoạt, RNC phục vụ sẽ cho phép thực hiện chuyển giao

+ Nguyên tắc chung thực hiện thuật toán chuyển giao được thể hiện trên (hình 3.3) Điều kiện đầu là các điều kiện thực hiện quyết định của thuật toán dựa trên mức tín hiệu hoa tiêu do UE thông báo

Các thuật ngữ và các tham số trong thuật toán chuyển giao:

• Ngưỡng giới hạn trên: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực đại cho phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu

• Ngưỡng giới hạn dưới: là mức tín hiệu của kết nối đạt giá trị cực tiểu cho

phép thỏa mãn một chất lượng dịch vụ QoS yêu cầu Do đó mức tín hiệu của nối kết

không được nằm dưới ngưỡng đó

Trang 39

Hình 3.3 : Nguyên t ắc chung của các thuật toán chuyển giao

• Giới hạn chuyển giao: là tham số được định nghĩa trước được thiết lập tại

điểm mà cường độ tín hiệu của cell bên cạnh (cell B) vượt quá cường độ tín hiệu

của cell hiện tại (cell A) một lượng nhất định

• Tập tích cực: là một danh sách các nhánh tín hiệu (các cell) mà UE thực hiện kết nối đồng thời tới mạng truy nhập vô tuyến (UTRAN)

Giả sử thuê bao UE trong cell A đang chuyển động về phía cell B, tín hiệu hoa tiêu của cell A bị suy giảm đến mức ngưỡng giới hạn dưới Khi đạt tới mức này,

xuất hiện các bước chuyển giao theo các bước sau đây:

(1) Cường độ tín hiệu A bằng với mức ngưỡng giới hạn dưới Còn tín hiệu B

sẽ được RNC nhập vào tập tích cực Khi đó UE sẽ thu tín hiệu tổng hợp của hai kết nối đồng thời đến UTRAN

(2) Tại vị trí này, chất lượng tín hiệu B tốt hơn tín hiệu A nên nó được coi là điểm khởi đầu khi tính toán giới hạn chuyển giao

(3) Cường độ tín hiệu B bằng hoặc tốt hơn ngưỡng giới hạn dưới Tín hiệu A

bị xóa khỏi tập tích cực bởi RNC

Kích cỡ của tập tích cực có thể thay đổi được và thông thường ở trong khoảng

từ 1 đến 3 tín hiệu

3.5 Các mục đích của chuyển giao

Chuyển giao có thể được khởi tạo từ 3 cách khác khác nhau: máy di động khởi xướng, mạng khởi xướng và máy di động hỗ trợ

Ngưỡng trên Tín hiệu tổng

Giới hạn chuyển giao

Trang 40

Máy di động khởi xướng

Máy di động tiến hành đo chất lượng, chọn ra các BS và bộ chuyển mạch tốt nhất, với sự hỗ trợ của mạng Kiểu chuyển giao này nhìn chung tạo ra một chất lượng liên kết nghèo nàn được đo bởi máy di động

Mạng khởi xướng

BS tiến hành đo đạc và báo cáo với bộ điều khiển mạng RNC, RNC sẽ đưa ra quyết định liệu có thực hiện chuyển giao hay không Chuyển giao do mạng khởi xướng được thực hiện cho các mục đích khác ngoài việc điều khiển liên kết vô tuyến, chẳng hạn như điều khiển phân bố lưu lượng giữa các cell Một ví dụ của trường hơp này là chuyển giao với lý do lưu lượng (TRHO) được điều khiển bởi

BS TRHO là một thuật toán thay đổi ngưỡng chuyển giao cho một hay nhiều sự rời

đi sang cell liền kề từ một cell cụ thể tuỳ thuộc vào tải của cell đó Nếu tải của cell này vượt quá mức cho trước, và tải ở cell lân cận ở dưới một mức cho trước khác, thì cell nguồn sẽ thu hẹp lại vùng phủ sóng của nó, chuyển lưu lượng đến cell lân cận Vì thế, tốc độ nghẽn (block) tổng thể bị giảm đi, tận dụng tốt hơn nguồn tài nguyên các cell

Hỗ trợ máy di động

Trong phương pháp này cả mạng và máy di động đều tiến hành đo đạc Máy di động báo cáo kết quả đo đạc từ các BS gần nó và mạng sẽ quyết định có thực hiện chuyển giao hay không

Các mục đích của chuyển giao có thể tóm tắt như sau:

- Đảm bảo tính liên tục của các dịch vụ vô tuyến khi người sử dụng di động di chuyển qua ranh giới của các tế bào

- Giữ cho QoS đảm bảo mức yêu cầu

- Làm giảm nhỏ mức nhiễu trong toàn bộ hệ thống bằng cách giữ cho máy di động được kết nối với BS tốt nhất

- Roaming giữa các mạng khác nhau

- Cân bằng tải

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	2,54 MB