High Speed Downlink Packet Access

High Speed Downlink Packet Access

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-o-o -BÁO CÁO MÔN HỌC THÔNG TIN DI ĐỘNG

Người hướng dẫn: Trương Tấn Quang

Thành phố Hồ Chí Minh, 2009

Phụ Lục:

CHƯƠNG 1: 4

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS 4

1.1Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Thông Tin Di Động 4

1.2.1.1.1 SGSN - Serving GPRS Support Node 9

1.2.1.1.2 GGSN – Gateway GPRS Support Node 10

1.2.2.2 Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường- MAC 16

1.2.2.2.1 Chức Năng của MAC 17

1.2.2.2.2 Các Kênh Logic 19

1.2.2.3 Giao Thức Điều Khiển Liên Kết Vô Tuyến – RLC 19

1.2.2.3.1 Kiến Trúc Lớp RLC 19

1.2.2.3.2 Chức Năng 20

1.2.2.3.2 Chức Năng Và Thủ Tục Báo Hiệu RRC 21

1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến 22

1.2.3.1 Nhiễu - Cơ Sở Của Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến 22

1.2.3.2 Điều Khiển Công Suất 23

1.2.3.2.1 Điều Khiển Công Suất Nhanh 23

1.2.3.2.2 Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài 24

1.2.3.3 Chuyển Giao –HandOver 25

1.2.3.3.1 Chuyển Giao Cùng Một Tần Số ( Intra-frequency handover ) 26

1.2.3.3.2 Chuyển Giao Giữa Hai Tần Số 26

1.2.3.4 Điều Khiển Quản Trị 27

1.2.3.5 Điều Khiển Tải (Điều Khiển Tắc Nghẽn) 27

1.2.3.6 Phân Bổ Tài Nguyên Mã 28

1.2.3.6.1 Đường xuống 28

1.2.3.6.2 Đường lên 28

1.2.3.7 Bắt đồng bộ mạng 29

CHƯƠNG 2: 30

CÔNG NGHỆ HSDPA CHO MẠNG UMTS 30

2.1 Khái Niệm Công Nghệ HSDPA 30

2.2 Nguyên Lý HSDPA 30

2.3 Kiến Trúc HSDPA 33

2.4 Kiến Trúc Các Kênh Của HSDPA 35

2.4.1 Kiến Trúc Giao Thức 35

2.4.2.3 Mô Hình Lớp Vật Lý Đường Lên HS-DSCH 41

2.4.2.4 Cấu Trúc Lớp Vật Lý HS-DSCH Trong Miền Mã 41

2.4.5 Thời Gian Của Các Kênh HSDPA 46

2.5 Kiến Trúc Lớp Điều Khiển Môi Trường Truy Nhập- MAC 47

2.5.1 Kiến Trúc MAC HS-DSCH Phía UE 47

2.5.1.1 Tổng Quan Kiến Trúc 47

2.5.1.2 Đặc Điểm Của MAC-d 48

2.5.1.3 Đặc Điểm Của MAC-c/sh 49

2.5.1.4 Đặc Điểm Của MAC-hs 50

2.5.2.Kiến Trúc MAC HS-DSCH Phía UTRAN 51

2.5.2.1 Kiến Trúc Tổng Quan 51

2.5.2.2 Đặc Điểm của MAC-c/sh 52

2.5.2.3 Đặc Điểm của MAC-hs 53

2.9.1 Lựa Chọn Thuật Toán Lập Lịch 60

2.10 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến 60

2.10.1 Các Thuật Toán Tại RNC 60

2.10.2.2 Điều Khiển Công Suất HS-DSCH 62

2.11 So Sánh Công Nghệ HSDPA Với Công Nghệ CDMA2000 1xEV-DV 63

CHƯƠNG 3: 63

ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HSDPA TRÊN THẾ GIỚI 63

3.1 Ứng Dụng của HSDPA 63

3.2 Phát Triển Của HSDPA 64

MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG UMTS

Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt đầusử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm Công nghệ vào thời điểm đóđã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sựthích hợp cho thông tin trên bộ Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫncòn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở thành phố

Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế FM, đượcsử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai Sự phát triển này kéo dài đến cả thờibình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số thành phố lớn.Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất nhiều năm thông tin diđộng mới trở thành một sản phẩm thương mại

Hình 1 trình bày tóm tắt tiến trình phát triển các thế hệ thông tin di động từ 1G đến3G Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ hai phải trải qua một giai đoạn trung gian, giai đoạn nàyđược gọi là 2,5G.

Hình 1.Tiến Trình Phát Triển Của Thông Tin Di Động

1.1.1 Thế Hệ Đầu Tiên - 1G

Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz ra đời.Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS (Advance MobilePhone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước Mỹ Sau đó hàng loạt cácchuẩn thông tin di động ra đời như : Nordic Mobile Telephone (NTM), Total AccessCommunication System (TACS).

Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng hẹp,tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khoá dịch tần FSK(Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập được sử dụng là FDMA(Frequency Division Multiple Access)

1.1.2 Thế Hệ Thứ Hai - 2G :

Hệ thống thông tin di động thứ hai được phổ biến trong suốt thập niên 90 Sự pháttriển công nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã làm bùng nổlượng thuê bao di động trên toàn cầu Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các công nghệ analog sangdigital.

Giai đoạn này có các hệ thống thông tin di động số như : GSM-900MHZ (GlobalSystem for Mobile), DCS-1800MHZ (Digital Cordless System), PDC - 1900Mhz (PersonalDigital Cellular), IS-54 và IS-95 (Interior Standard) Trong đó GSM là tiền thân của hai hệthống DCS, PDC Các hệ thống sử dụng kỹ thuật TDMA (Time Division Multiple Access)ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code Division Multiple Access).

Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công nghệthông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả năng giữ liênlạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác.

Năm 2001, nhằm tăng thông lượng truyền để phục vụ nhu cầu truyền thông tin(không phải thoại- phi thoại) trên mạng di động, GPRS - General Packet Radio Service đã rađời GPRS đôi khi được xem như là 2,5G Tốc độ truyền dữ liệu (data rate) của GSM chỉ=9,6Kbps trong khi đó GPRS đã cải tiến tốc độ truyền tăng lên gấp 3 lần so với GSM, tức là20-30Kbps GPRS cho phép phát triển dịch vụ WAP và internet (email) tốc độ thấp.Tiếp theosau 2003, EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution đã ra đời với khả năng truyền dữliệu tốc độ lên được 250 Kbps (trên lý thuyết) EDGE còn được biết đến như là 2,75G trênđường tiến tới 3G.

1.1.3 Thế Hệ Thứ Ba - 3G :

Từ năm 1992 Hội nghị thế giới truyền thông dành cho truyền thông một số dải tần chohệ thống di động 3G : phổ rộng 230MHz trong dải tần 2GHz, trong đó 60MHz được dành choliên lạc vệ tinh Sau đó Liên Hiệp Quốc Tế Truyền Thông (UIT) chủ trương một hệ thống diđộng quốc tế toàn cầu với dự án IMT-2000 sử dụng trong các dải 1885-2025MHz và 2110-2200MHz.

Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W-CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD và CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD Mạng 3G bao gồm các mạng :

TD- UMTS sử dụng kỹ thuật W-CDMA được chuẩn hoá bởi 3GPP CDMA 2000 được chuẩn hoá bởi 3GPP2

 FOMA đựoc phát triển ở Nhật Bản bởi NTT DoCoMo cũng dùng kỹ thuật CDMA.

Mục tiêu của IMT- 2000 là giúp cho các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng cácdịch vụ đa truyền thông trên phạm vi thế giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s trong vùngrộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa phương Dịch vụ bắt đầu vào năm 2001- 2002 Cuốinăm 2004, điện thoại di động 3G đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường.

Có 2 mạng chính được xây dựng trên nền tảng công nghệ 3G: UMTS (UniversalMobile Telephone System) - hiện đang được triển khai trên mạng GSM sẵn có, vàCDMA2000 dựa trên nền tảng của mạng CDMA IS95- mang đến khả năng truyền tải dữ liệuở mức 3G cho mạng CDMA Cả UMTS và CDMA2000 đã được triển khai tại Mỹ từ cách đâynhiều năm Tốc độ của hai mạng này có thể sánh bằng với chất lượng của kết nối DSL.

UMTS(Universal Mobile Telephone System): dựa trên công nghệ W-CDMA, là giảipháp tổng quát cho các nước sử dụng công nghệ di động GSM UMTS do tổ chức 3GPP quảnlý 3GPP cũng đồng thời chịu trách nhiệm về các chuẩn mạng di động như GSM, GPRS vàEDGE UMTS đôi khi còn có tên là 3GSM, dùng để nhấn mạnh sự liên kết giữa 3G và chuẩnGSM UMTS hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu đến 1920 Kbps (chứ không phải là 2 Mbps nhưmột số tài liệu thường công bố), mặc dù trong thực tế hiệu suất đạt được chỉ vào khoảng 384Kbps Tuy nhiên, tốc độ này vẫn còn nhanh hơn so với chuẩn GSM (14,4Kbps) và HSCSD(14,4Kbps); và là lựa chọn hoàn hảo đầu tiên cho giải pháp truy cập Internet giá rẻ bằng thiếtbị di động.

Trong tương lai không xa, mạng UMTS có thể nâng cấp lên High Speed DownlinkPacket Access (HSDPA) - còn được gọi với tên 3,5G HSDPA cho phép đẩy nhanh tốc độ tảixuống tới 10 Mbps

sẽ được truyền trên cùng một môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình 2.1 cho thấy vídụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G kết hợp cả CS và PS trong mạng lõi.

Hình 2.1: Kiến trúc tổng quát của một mạng di động kết hợp cả CS và PS

Hình2.2: Kiến trúc mạng trong 3GPP phiên bản R’99

Hình 2.2 cho thấy ta thấy cấu trúc mạng 3G dựa trên cơ sở kỹ thuật W-CDMA của3GPP phiên bản R’99 (Tập tiêu chuẩn đầu tiên cho UMTS )

Mạng UMTS gồm có hai phần: phần mạng truy nhập vô tuyến – UTRAN (UMTSTerrestrial Radio Access Network), phần mạng lõi (Core network) Phần Core Network thì cócore cho data bao gồm SGSN, GGSN Phần core cho voice thì có MCS và GMSC PhầnUTRAN bao gồm Node B và RNC

1.2.1.1 Phần Core Network:

Mạng lõi có chức năng chính là cung cấp trường chuyển mạch, định tuyến và tìmđương cho lưu lượng người sử dụng Đồng thời mạng lõi cũng chứa cơ sở dữ liệu và chứcnăng quản lý mạng Kiến trúc cơ sở của mạng lõi cho mạng UMTS dựa trên cơ sở của mạngGSM với GPRS Tất cả các thiết bị được sửa đổi cho hoạt động và dịch vụ của UMTS.Chuyển mạch trong mạng lõi được chia thành hai trường chuyển mạch là chuyển mạch kênhvà chuyển mạch gói Các thiết bị của chuyển mạch kênh là MSC, VLR và Gateway MSC Cácthiết bị của chuyển mạch gói là SGSN, GGSN Các thiết bị mạng như: EIR, HLR, VLR vàAUC được dùng chung cho cả hai trường.

Mạng lõi sử dụng phương thức truyền tải không đồng bộ- ATM Các thành phầncủa mạng lõi có vai trò và chức năng:

1.2.1.1.1 SGSN - Serving GPRS Support Node: trong mạng lõi có rất nhiềuSGSN, mỗi SGSN lại được kết nối trực tiếp với một số các RNC RNC lại quản lý một số cácNode B Mỗi Node B lại có các UE kết nối với nó Vì thế SGSN quản lý tất cả các UE đangkết nối dịch vụ data trong vùng quản lý của nó Cụ thể là:

- Xác nhận (Authenticate) các UE đang dùng dịch vụ data kết nối với nó.- Quản lý việc đăng ký của một UE vào mạng

- Quản lý quá trình di động của UE, ở đây là SGSN quản lý được các UE hiệnđang kết nối với Node B nào tại một thời điểm Tùy theo UE đang ở chế độ hoạt động là đangliên lạc (active) hay không liên lạc (idle) mà độ chính xác của thông tin liên quan đến vị trícủa UE sẽ khác nhau SGSN sẽ quản lý và theo dõi sự thay đổi về vị trí của UE theo thời giandựa vào location area identity/ routing area identity.

- Thiết lập, duy trì và giải phóng các “ PDP Context ”( các thông tin liên quanđến connection của UE mà nó cho phép hoặc quy định việc gửi và nhận thông tin của UE ).

- Nhận và chuyển thông tin từ ngoài mạng data (ví dụ: Internet ) chuyển tới UEvà ngược lại.

- Quản lý việc tính cước đối với UE.

- Tìm và đánh thức UE rỗi khi có một cuộc gọi tìm đến UE (Paging)

1.2.1.1.2 GGSN – Gateway GPRS Support Node: là cổng kết nối mạngGPRS/UMTS với các mạng bên ngoài ( External network: internet, các mạng GPRS khác).Nó có vai trò:

- Nhận và chuyển thông tin từ UE gửi ra mạng External và ngược lại từ bênngoài đến UE Gói thông tin từ SGSN gửi đến GGSN sẽ được “Decapsulate” trước khi gửi rangoài vì thông tin truyền giữa SGSN và GGSN là truyền trên “ GTP tunnel”

- Nếu thông tin từ ngoài gửi đến GGSN để gửi tới một UE trong khi chưa tồn tại“PDP Context” thì GGSN sẽ gửi thông tin yêu cầu SGSN thực hiện “Paging” và sau đó thựchiện quá trình PDP Context để chuyển cuộc gọi tới UE.

- Trong suốt quá trình liên lạc trên mạng UMTS thì UE chỉ kết nối với mộtGGSN duy nhất (GGSN kết nối dịch vụ mà UE đang dùng) dù có di chuyển bất kể nơi nàotrong mạng Dĩ nhiên là SGSN, RNC và Node- B sẽ thay đổi GGSN cũng tham gia quản lýquá trình di động của UE.

1.2.1.1.3 GMSC ( Gateway MSC): là điểm chuyển mạch, nới mà mạng di độngmặt đất công cộng UMTS được kết nối tới các mạng chuyển mạch kênh bên ngoài Tất cả cáckết nối chuyển mạch kênh tới và đi từ mạng chuyển mạch kênh sẽ đi qua GMSC.

1.2.1.1.4 HLR (Home Location Register): Là cơ sở dữ liệu lưu giữ lâu dài cácthông tin về thuê bao HLR chứa các thông tin như định vị trí của thuê bao, chi tiết liên quanđến hợp đồng thuê bao của người dùng như các dịch, nhận dạng của thuê bao, thông số K-Idùng trong quá trình bảo mật và chứng thực HLR còn là một trung tâm nhận thực AuC quảnlý an toàn số liệu của các thuê bao.

 MSC/VLR (Mobile Services Switching Centre/ Visitor Location Register):

1.2.1.2 Phần Radio Access:

Mạng truy nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:

- RNC: Radio Network Controller, bộ điều khiển mạng vô tuyến đóng vai trònhư BSC ở các mạng thông tin di dộng.

- Node- B: đóng vai trò như các BTS ở các mạng thông tin di động.

Công nghệ CDMA băng rộng được sử dụng cho giao diện không gian UTRAN.UMTS WCDMA là hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp mà ở đó dữ liệu người sử dụng đượcghép kênh với những bit giả ngẫu nhiên và được trải cùng với mã giả ngẫu nhiên băng rộng.WCDMA hoạt động theo hai chế độ: FDD và TDD UTRAN gồm có một hay nhiều mạng vôtuyến con - RNS Một RNS là một mạng con với UTRAN và bao gồm một RNC và một haynhiều Node-B Các RNC có thể kết nối tới các RNC khác theo đường một giao diện Iur CácRNC và các Node-B được kết nối cùng với một giao diện Iub

Từ hình 2.2 ta thấy rằng tất cả các giao diện ở UTRAN của 3GPPP phiên bản R’99đều được xây dựng trên cơ sở ATM ATM được chọn vì nó có khả năng hỗ trợ nhiều loại dịchvụ khác nhau (như tốc độ bít khả biến cho các dịch vụ trên cơ sở gói và tốc độ bít không đổicho các dịch vụ chuyển mạch kênh) Mặt khác mạng lõi sử dụng cùng một kiến trúc cơ sở nhưkiến trúc của GSM/GPRS, nhờ vậy công nghệ mạng lõi có thể hỗ trợ công nghệ truy nhập vôtuyến mới Chẳng hạn nâng cấp mạng lõi hiện có để hỗ trợ UTRAN sao cho một MSC có thểnối đến cả UTRAN RNC và GSM BSC.

Trong phần UTRAN gồm có hai phần là Node –B và RNC.

Hình 2.3: Kiến Trúc Của UTRAN

1.2.1.2.1 Node - B: Chức năng của Node - B là:

- Truyền/ nhận giao diện không gian- Điều chế và giải điều chế

- Mã hóa kênh vật lý CDMA- Bắt lỗi

- Điều khiển công suất vòng lặp kín

Node –B chuyển đổi luồng dự liệu giữa giao diện Iub và Uu Nó cũng tham gia vàoviệc quản lý tài nguyên vô tuyến như điêu khiển công suất vòng trong…

1.2.1.2.2 RNC – Radio Network Controller:

RNC là điểm truy nhập dịch cho tất cả các dịch vu do UTRAN cung cấp từ mạnglõi, ví dụ như quản lý tất cả các kết nối tới UE RNC giao tiếp với mạng lõi (thông thường tớimột MSC và một SGSN) và đồng thời nó cũng là điểm cuối của giao thức RRC đó là địnhnghĩa bản tin và thủ tục giữa trạm di động và UTRAN

- Trong trường hợp Node-B chỉ có một kết nối với mạng thì RNC chịu trách nhiệmđiều khiển Node-B được gọi là CRNC – điều khiển RNC Điều khiển RNC là chịu tráchnhiệm cho tải và điều khiển tác nghẽn của chính ô mà nó quản lý cùn như thực hiện điềukhiển quản trị và cung cấp mã cho một liên kết vô tuyến mới được xác định nằm trong các ôcủa nó.

- Trong trường hợp một kết nối giữa trạm di động và UTRAN sử dụng tài nguyên vôtuyến từ nhiều hơn một RNC, thì các RNC phức tạp sẽ được tách thành hai loại theo chứcnăng riêng biệt:

+ RNC phục vụ (Serving RNC): Đây là RNC kết nối cả liên kết Iu cho đườngtruyền tải dự liệu của người sử dụng và báo hiệu RANAP với mạng lõi SRNC cũng kết cuốibáo hiệu điều khiển tài nguyên vô tuyến, nó là giao thức báo hiệu giữa UE và UTRAN, xử lýdữ liệu lớp 2 (L2) từ/tới giao diện vô tuyến Hoạt động quản lý tài nguyên vô tuyến cơ sở nhưlà sắp xếp các thông số thông báo truy nhập vô tuyến vào bên trong thông số kênh truyền tảicủa giao diện không gian, giải quyết chuyển giao, điều khiển công suất vòng ngoài, đó là cácnhiệm vụ của SRNC SRNC của Node B này cũng có thể là CRNC của một vài Node B khác.Một UE kết nối tới UTRAN có một và chỉ một SRNC.

+ RNC trôi ( Drift RNC): Đây là RNC bất kỳ khác với SRNC, để điều khiểncác ô được MS sử dụng Khi cần, DRNC có thể thực hiện kết hợp và phân chia ở phân tập vĩmô DRNC không thực hiện xử lý ở lớp 2 đối số liệu từ/tới giao diện vô tuyến mà chỉ địnhtuyến số liệu một cách trong suốt giữa các giao diện Iub và Iur, ngoài trừ khi UE đang sửdụng một kênh truyền tải chung hay được chia sẻ Một UE có thể không có hoặc có một haynhiều DRNC

Một RNC vật lý thông thường kết nối tất cả CRNC, SRNC và DRNC chức năng.

Hình 2.4: Chức năng logic của RNC cho một kết nối UE với UTRAN Bên trái là một UE liênkết với RNC chuyển giao mềm, Bên phải là một UE sử dụng tài nguyên từ một và chỉ một

Node-B được điều khiển bởi DRNC.

1.1.1.1 UE -User Equipment:

Bao gồm thiết bị di động ME và modun nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) USIMlà vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo an (giống SIM ởGSM)

1.2.1.2.4 Các Giao Diện:

Giao diện giữa UE và mạng được gọi là Uu Trong các quy định của 3 GPP, trạmgốc được gọi là Node- B Node- B được nối đến một bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC.RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các Node -B được nối với nó RNC đóng vai trògiống như BSC ở GSM RNC kết hợp với các Node -B nối với nó được gọi là hệ thống conmạng vô tuyến RNS Giao diện giữa Node -B và RNC gọi là giao diện Iub Khác với giaodiện Abis tương đương ở GSM, giao diện Iub được tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở, vì thếcó thể kết nối nút B của một nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác.

Khác với ở GSM, các BSC trong mạng GSM không nối với nhau, trong mạng truynhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC Giao diện này được gọi làIur có tác dụng hỗ trợ tính di động giữa các RNC và chuyển giao giữa các nút B nối đến cácRNC khác nhau Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.

UTRAN được nối đến mạng lõi qua giao diện Iu Giao diện Iu có hai phần tử khácnhau: Iu-CS và Iu-PS Kết nối UTRAN đến phần chuyển mạch kênh được thực hiện qua giaodiện Iu-CS, giao diện này nối RNC đến một MSC/VLR Kết nối UTRAN đến phần chuyểnmạch gói được thực hiện qua giao diện Iu-PS, giao diện nay nối RNC đến một SGSN.

Giao diện Iub: Giao diện Iub là một giao diện quan trọng nhất trong số các

giao diện của hệ thống mạng UMTS Sở dĩ như vậy là do tất cả các lưu lượng thoại và số liệuđều được truyền tải qua giao diện này, cho nên giao diện này trở thành nhân tố ràng buộc bậcnhất đối với nhà cung cấp thiết bị đồng thời việc định cỡ giao diện này mang ý nghĩa rất quantrọng Giao diện Iub kết nối một Node-B với một RNCĐặc điểm của giao diện vật lý đối với BTS dẫn đến dung lượng Iub với BTS có một giá trịquy định Thông thường để kết nối với BTS ta có thể sử dụng luồng E1, E3 hoặc STM1 nếukhông có thể sử dụng luồng T1, DS-3 hoặc OC-3 Như vậy, dung lượng của các đường truyềndẫn nối đến RNC có thể cao hơn tổng tải của giao diện Iub tại RNC.Chẳng hạn nếu ta cần đấunối 100 BTS với dung lượng Iub của mỗi BTS là 2,5 Mbps, biết rằng cấu hình cho mỗi BTShai luồng 2 Mbps và tổng dung lượng khả dụng của giao diện Iub sẽ là 100 x 2 x 2 = 400Mbps Tuy nhiên tổng tải của giao diện Iub tại RNC vẫn là 250 Mbps chứ không phải là 400Mbps.

chuyển giao mềm giữa hai Node B ở các RNC khác nhau Tương tự như giao diện Iub, độrộng băng của giao diện Iur gần bằng hai lần lưu lượng do việc chuyển giao mềm giữa haiRNC gây ra.

truy nhập vô tuyến UTRAN Giao diện này gồm hai thành phần chính là:

- Giao diện Iu-CS: Giao diện này chủ yếu là truyền tải lưu lượng thoại giữa RNC và

MSC/VLR Việc định cỡ giao diện Iu-CS phụ thuộc vào lưu lượng dữ liệu chuyển mạch kênh

- Giao diện Iu-PS: Là giao diện giữa RNC và SGSN Định cỡ giao diện này phụ thuộc vào

lưu lượng dữ liệu chuyển mạch gói Việc định cỡ giao diện này phức tạp hơn nhiều so vớigiao diện Iub vì có nhiều dịch vụ dữ liệu gói với tốc độ khác nhau truyền trên giao diện này.

diện từ đầu tới cuối, nó giúp UE truy nhập tới phần cố định của hệ thống Bởi vậy gần nhưchắc chắn nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.

1.2.2 Các Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến :

Các giao thức giao diện vô tuyến là cần thiết cho việc thiết lập, cấu hình lại , giảiphóng dịch vụ liên lạc vô tuyến Lớp giao thức ở trên lớp vật lý được gợi là lớp liên kết dữliệu (L2) và lớp mạng (L3) Trong kiểu UTRA FDD giao diện vô tuyến, lớp 2 được chia thànhhai lớp con Trong mặt điều khiển, lớp 2 bao gồm với hai lớp con là giao thức điều khiển truynhập môi trường – MAC và giao thức điều khiển liên kết vô tuyến – RLC Trong mặt ngườisử dụng, cùng với hai giao thức MAC và RLC thì còn được thêm vào hai giao thức nữa tùyvào dịch vụ cung cấp đó là : giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) và giao thức điều khiểnquảng bá/đa truyền thông (BMC) Lớp 3 gồm có một giao thức được gọi là điều khiển tàinguyên vô tuyến (RRC), nó thuộc về mặt điều khiển Các giao thức lớp mạng khác như làđiều khiển cuộc gọi, quản lý di động, dịch vụ bản tin ngắn…

1.2.2.1 Kiến Trúc Giao Thức:

Kiến Trúc Giao Thức Giao Diện Vô Tuyến với Chế Độ UTRA FDD

Lớp vật lý hỗ trợ dịch vụ tới lớp MAC theo đường kênh truyền tải đó là đặc tính bởidữ liệu được truyền tải theo đặc tính như thế nào và với cái gì.

Lớp MAC hỗ trợ dịch vụ tới lớp RLC bởi các kênh logic có cùng chức năng Cáckênh logic đó có tính năng là dữ liệu được truyền là loại gì.

Lớp RLC hỗ trợ dịch vụ tới lớp cao hơn theo đường các điểm truy nhập dịch vụ(SAP) Lớp RLC xử lý dữ liệu gói, ví dụ như chức năng tự động yêu cầu lặp lại được sử dụng.Về mặt điều khiển thì dịch vụ RLC được sủ dụng bởi lớp RRC cho truyền tải báo hiệu Vềmặt người sủ dụng thì dịch vụ RLC được sử dụng bởi lớp giao thức dịch vụ đặc biệt PDCPhay BMC hoặc bởi lớp cao hơn khác có chức năng phía người sử dụng (ví dụ mã hóa tiếngnói) Giao thức RLC có thể hoạt động ở ba kiểu: trong suốt, không trả lời và kiểu có trả lời.

Giao thức dữ liệu gói hội tụ (PDCP) chỉ có cho miền dịch vụ chuyển mạch gói (PS).Chức năng chính của nó là nén phần mào đầu Dịc vụ được hỗ trợ bởi PDCP gọi là : thôngbáo vô tuyến.

Giao thức điều khiển quảng bá/đa truyền thông (BMC) sử dụng để vận chuyển trêngiao diện vô tuyến bản tin trực giao từ ô trung tâm quảng bá Trong phiên bản R’99 của 3GPPđã chỉ rõ đặc tính kỹ thuật của dịch vụ quảng bá đó là dịch vụ bản tin ngắn ô quảng bá, nóxuất phát từ GSM.

Lớp RRC hỗ trợ dịch vụ tới các lớp cao hơn (tầng không truy nhập) theo đường cácđiểm dịch vụ truy nhập, nó sử dụng bởi các giao thức lớp cao hơn ở phía UE và bởi giao thứcIu RANAP ở phía UTRAN Tất cả các tín hiệu lớp cao ( quản lý di động, điều khiển cuộc gọi,quản lý lớp phiên…) tập hợp bên trong bản tin RRC cho truyền tải trên giao diện vô tuyến.

Giao diện điều khiển giữa RRC và tất cả các giao thức lớp dưới đều được sử dụngbởi lớp RRC tới cấu hình đặc tính của thực thể giao thức lớp dưới, bao gồm cả thông số cholớp vật lý, truyền tải và các kênh logic.

1.2.2.2 Giao Thức Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường- MAC:

Tại lớp điều khiển truy nhập môi trường các kênh logic được sắp xếp tới các kênhtruyền tải Lớp MAC đồng thời cũng đảm nhiệm cho việc lựa chọn định dạng truyền tải thíchhợp cho mỗi kênh truyền tải được quyết định trên trên độ tức thời của các kênh logic.

Kiến Trúc Lớp MAC

Lớp MAC bao gồm ba thực thể :

một MAC-b trong UTRAN đặt tại Node-B cho một ô.

 MAC-c/sh: xử lý các kênh chung và các kênh chia sẻ gói kênh (PCH), kênh truynhập liên kết phía trước (FACH), kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH), kênh gói đường lênchung (CPCH) và kênh chia sẻ đường xuống (DSCH) Có một thực thể MAC-c/sh trong mỗiUE nó sử dụng kênh chia sẻ và một thực thể MAC-c/sh ở phía UTRAN (đặt trong RNC điềukhiển) cho mội ô Kênh logic BCCH có thể được sắp xếp tới kênh BCH hay kênh truyền tảiFACH Cho PCCH, thi không có mào đầu MAC, như vậy chức năng của lớp MAC chỉ có gửidữ liệu nhận được từ PCCH tới PCH tại thời điểm được xác đinh bởi RRC.

một UE trong chế độ kết nối Có một thực thể MAC-d trong UE và một thực thể MAC-dtrong UTRAN (trong RNC dịch vụ) cho mỗi UE.

1.2.2.2.1 Chức Năng của MAC:

Sắp xếp giữa kênh logic và kênh truyền tải.

Lựa chọn một khuôn dang truyền tải thích hợp cho mỗi kênh truyền tải, phụthuộc và tốc độ tức thời của tài nguyên.

Xử lý quyền ưu tiên giữa các luồng dữ liệu của một UE Việc này đạt được bởisự lựa chọn ‘tốc độ bit cao’ và ‘tốc độ bit thấp’ từ những định dạng truyền tải cho các luồngdữ liệu khác nhau.

Xử lý quyền ưu tiên giữa các UE bằng phương tiện lập lịch động Một chức nănglập lịch động có thể áp dụng cho kênh truyền tải đường xuống chung và chia sẻ FACH vàDSCH.

Nhận dạng của các UE trên các kênh truyền tải chung Khi một kênh truyền tảichung (RACH, FACH hay CPCH) mang dữ liệu từ những kênh logic chuyên dụng(DCCH,DTCH), nhận dạng của UE (C-RNTI) hay nhận dạng tạm thời mạng vô tuyếnUTRAN (U-RNTI) được chứa trong phần mào đầu của MAC.

Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới các block truyền tải được cung cấptừ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chung MAC xử lý dịch vụ ghép kênh cho các kênhtruyền tải chung (RACH,FACH,CPCH) Việc này là cần thiết từ khi nó không làm được tronglớp vật lý.

Ghép hay tách kênh của lớp cao PDU vào/ tới tập hợp block truyền tải được cungcấp từ/ tới lớp vật lý trên các kênh truyền tải chuyên dụng MAC cũng cung cấp dịch vụ ghépkênh cho các kênh truyền tải chuyên dụng Trong khi ghép kênh lớp vật lý được làm cho mọiloại ghép kênh dịch vụ , bao gồm những dịch vụ với chất lượng khác nhau của các thông sốdịch vụ, thì ghép kênh lớp MAC chỉ khả thi cho các dịch vụ với cùng các thông số QoS.

Giám sát khối lượng truyền tải MAC nhận các RLC PDU cùng với trạng tháithông tin trên số lượng dữ liệu trong bộ đệm truyền dẫn RLC MAC so sánh số lượng của dữliệu tương ứng cảu kênh truyền tải với ngưỡng đặt bởi RRC Nếu số lượng dữ liệu quá caohay quá thấp, MAC sẽ gửi một bản báo cáo đo lường trên trạng thái khối lượng truyền tải tớiRRC RRC cũng có thể yêu cầu MAC gửi những phép đo này đinh kỳ RRC sử dụng nhữngbản báo cáo này cho nhanh chóng cấu hình lại của đường vô tuyến hay kênh truyền tải.

Chuyển mạch kiểu kênh vận chuyển động Thực hiện của chuyển mạch giữa cáckênh vận chuyển chung và chuyên dụng dựa trên quyết định chuyển mạch nhận được từ RRC.Lựa chọn lớp truy nhập dịch vụ (ASC) cho truyền dẫn RACH Tài nguyênPRACH có thể được chia cắt giữa lớp dịch vụ truy nhập khác nhau trong các loại quyền ưutiên khác nhau cung cấp của RACH thông dụng Số tối đa của ASC là 8 MAC chỉ ra ASC kếthợp với một PDU tới lớp vật lý.

1.2.2.2.2 Các Kênh Logic:

Các dịch vụ truyền số liệu của lớp MAC được cung cấp trên các kênh logic Mộttập hợp các kênh logic được định nghĩa cho các cho các loại khác nhau của dịch vụ truyền sốliệu đề xuất bởi MAC Một sự phân loại chung của các kênh logic trong hai nhóm: các kênhđiều khiển và các kênh lưu lượng Các kênh điều khiển được sử dụng để thông tin phía điềukhiển truyền tải, còn các kênh lưu lượng thì cho thông tin phía người sử dụng.

Các kênh điều khiển: kênh điều khiển truyền thông(BCCH), kênh điều khiển gói(PCCH), kênh điều khiển chuyên dụng (DCCH), kênh điều khiển chung (CCCH).

Các kênh lưu lượng : kênh lưu lượng chuyên dụng (DTCH), kênh lưu lượngchung (CTCH).

Sắp Xếp Giữa Các Kênh Logic và Các Kênh Lưu Lượng, Hướng Lên Và Xuống1.2.2.3 Giao Thức Điều Khiển Liên Kết Vô Tuyến – RLC:

RLC cung cấp dịch vụ phân chia đoạn và truyền lại giữa user và điều khiển dữ liệu.Mỗi RLC được RRC cấu hình để hoạt động trong ba chế độ: chế độ trong suốt (TM), chế độbáo nhận (AM), chế độ không báo nhận (UM) Dịch vụ của lớp RLC cung cấp về phía điềukhiển được gọi là người đưa báo hiệu vô tuyến (SRB) Còn phía người sử dụng, dịch vụ cungcấp bởi RLC gọi là người đưa vo tuyến (RB).

1.2.2.3.1 Kiến Trúc Lớp RLC:

Kiến Trúc Lớp RLC

1.2.2.3.2 Chức Năng:

Phân đoạn và tiền biên dịch: chức năng này thực hiện phân đoạn/ tiền biên dịchcủa các lớp bậc cao chiều dài biến thiên PDU vào trong/ từ những khối tải RLC (PU) MộtRLC PDU mang một PU.

Xích chuỗi: Lót thêm

Chuyển đổi dữ liệu người sử dụng.Sửa lỗi

Phân phát lỗi của lớp bậc cao các PDUDò tìm bản sao

Điều khiển luồng.

Phát hiện và khôi phục lỗi giao thức.

1.2.2.4 Giao Thức Điều Khiển Tài Nguyên Vô Tuyến – RRC:

Phần chính của báo hiệu điều khiển giữa UE và UTRAN là bản tin điều khiển tài nguyên vô tuyến Những bản tin RRC mang tất cả các thông số yêu cầu thiết lập, điều chỉnh và giải phóng những thực thể giao thức lớp 1 và lớp 2 Bản tin RRC cũng mang tải tin của chúng cùng tất cả báo hiệu lớp cao (MM,SM,CM…) Tính di động của thiết bị người sử dụng trong chế độ kết nối được điều khiển bởi tín hiệu RRC (đo lường, chuyển giao, cập nhật ô…).

1.2.2.4.1 Kiến Trúc Logic Lớp RRC:

Kiến Trúc Lớp RRC

Lớp RRC được mô tả với bốn thực thể chức năng:

Thực thể chức năng điều khiển chuyên dụng (DEFC): xử lý tất cả chức năng và báohiệu riêng tới một UE Trong SRNC có một thực thể DEFC cho mỗi UE có một RRC kết nốivới RNC này DEFC phần lớn sử dụng chế độ báo nhận RLC, nhưng một vài bản tin gửi sửdugnj chế độ không báo nhận SAP ( ví dụ RRC giải phóng kết nối) hay SAP trong suốt (ví dụcập nhật ô).

Thực thể chức năng điều khiển khai báo và phân trang (PNPE) xử lý phân trang củaUE chế độ rỗi.

Thực thể chức năng điều khiển truyền thông (BCFE) xử lý hệ thống thông tin truyềnthông Có ít nhất một BCFE cho mỗi tế bào trong RNC BCFE sử dụng các kênh logic BCCHhay FACH , thông thường qua đường SAP trong suốt.

Thực thể thứ tu thông thường nằm ngoài giao thức RRC nhưng vẫn thuộc tâng truynhập và ‘logic’ của lớp RRC, từ thông tin yêu cầu của thực thể này là một phần của bản tinRRC Thực thể này được gọi là thực thể chức năng định tuyến (RFE) và nó là công cụ để địnhtuyến của bản tin lớp cao tới thực thể khác MM/CM (phía UE) hay miền mạng lõi khác (phiaUTRAN).

1.2.2.4.2 Chức Năng Và Thủ Tục Báo Hiệu RRC:Chức năng của giao thức RRC:

Phát thanh của hệ thống thông tin lên quan tới tầng truy nhập và tầng không truynhập.

Phân trang.

Lựa chọn tế bào ban đầu và chọn lại trong chế độ rỗi.

Thiết lập, duy trì và giải phóng một liên kết RRC giữa UTRAN với UE.

Điều khiển của người vận chuyển vô tuyến, những kênh vận chuyển và nhữngkênh vật lý.

Điều khiển chức năng bảo mật.

Bảo vệ nguyên vẹn của bản tin báo hiệu.Báo cáo phép đo UE và điều khiển báo cáo.Những chức năng kết nối di động RRC.Hỗ trợ tái định vị SRNS.

Hỗ trợ cho điều khiển công suất vòng ngoài đường xuống trong UE.Điều khiển công suất vòng lặp mở.

Chức năng liên quan tới dịch vụ truyền thông tế bào.Hỗ trợ cho chức năng định vị UE.

1.2.3 Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến:

1.2.3.1 Nhiễu - Cơ Sở Của Quản Lý Tài Nguyên Vô Tuyến:

Thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến – RRM (Radio Resource Management) làtrách nhiệm làm cho hiệu suất sử dụng tài nguyên giao diện vô tuyến đạt hiệu quả Quản lý tàinguyên vô tuyến cần đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, giữ kế hoạch vùng phủ sóng, và đưadung lượng hệ thống lên cao Họ của thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến có thể được chiathành: điều khiển chuyển giao, điều khiển công suất, điều khiển quản trị, điều khiển tải, vàchức năng lập lịch gói Điều khiển công suất cần cho việc giữ ảnh hưởng của nhiễu ở mức tốithiểu trong giao diện không gian và cung cấp chất lượng yêu cầu của dịch vụ Chuyển giaocần cho hệ thống tế bào để xử lý tính di động của các UE khi đi xuyên qua danh giới các ô.Điều khiển quản trị, điều khiển tải, và lập lịch gói để đảm bảo yêu cầu chất lượng của dịch vụvà tối đa lưu lượng hệ thống với sự trộn của tốc độ bit khác nhau, dịch vụ và yêu cầu chấtlượng.

Thuật toán quản lý tài nguyên có thể dựa trên số lượng phần cứng trong mạng haycác mức độ nhiễu trong giao diện không gian Khóa cứng được định nghĩa như là trường hợpphía phần cứng bị giới hạn dung lượng trước khi giao diện không gian bị quá tải Khóa mềmđược định nghĩa như là trường hợp phía giao diện không gian tải được ước lượng trên giới

hạn kế hoạch RRM dựa trên khóa mềm sẽ cung cấp dung lượng cao hơn so với RRM dựatrên khóa cứng.

1.2.3.2 Điều Khiển Công Suất:

1.2.3.2.1 Điều Khiển Công Suất Nhanh:

Trong W-CDMA , điều khiên công suất nhanh với tần số 1,5KHz được hỗ trợ trongcả đường lên và đường xuống Trong GSM, chỉ có điều khiển công suất chậm được dùng vớitần số xấp xỉ 2Hz Còn trong IS-95, điều khiển công suất nhanh với tần số 800 Hz chỉ hỗ trợtrong đường lên.

Giá Trị Eb/N0 Yêu Cầu Khi Có và không Có Điều Khiển Công Suất Nhanh

Công Suất Truyền Yêu Cầu Tương Đương Khi Có Và Không Có Điều Khiển CôngSuất Nhanh.

Khi UE di chuyển với tốc độ thấp thì điều khiển công suất có thể bù cho fading củakênh và giữ cho mức công suất nhận được gần ổn định Những nguồn lỗi chính tại công suấtthu xuất hiện từ sự ước lượng không đúng SIR, lỗi báo hiệu và trễ trong vòng lặp điều khiểncông suất Ta định nghĩa sự nâng lên của công suất là tỷ số giữa công suất truyền dẫn trungbình trên một kênh có fading với nó trên một kênh không có fading khi mức công suất bênnhận là cùng trong cả các kênh có và không có fading với điều khiển công suất nhanh.

Sự Nâng Lên Của Công Suất Trong Kênh Fading với Điều Khiển Công Suất

Tại đường xuống, dung lượng của giao diện không gian được xác định trực tiếp từcông suất truyền yêu cầu từ đó xác định nhiễu truyền dẫn Như vậy để làm dung lượng côngsuất truyền đường xuống tối đa chỉ cần một liên kết nên nó được tối thiểu Tại đường xuống,mức công suất nhận trong UE không ảnh hưởng tới dung lượng

Tại đường lên, công suất truyền được xác định từ số lượng nhiễu tới các ô bên cạnh,và công suất nhận xác định từ số lượng nhiễu từ các UE trong cùng một ô Khi ta thiết kế sơđồ da dạng đường lên cần tính đến cả hai công suất truyền và nhận.

1.2.3.2.2 Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài:

Điều khiển công suất vòng ngoài là cần thiết để giữ chất lượng của thông tin tại mứcyêu cầu được thiết lập tại đích cho điều khiển công suất nhanh Điều khiển công suất vòngngoài tập trung cung cấp chất lượng theo yêu cầu: không quá tồi và không quá tốt Chấtlượng quá cao có thể làm lãng phí dung lượng Điều khiển công suất vòng ngoài cần cho cảđường lên và đường xuống bởi vì nó là điều khiển công suất nhanh trong cả đường lên vàđường xuống Điều khiển công suất vòng ngoài đường lên được đặt trong RNC và điều khiểncông suất vòng ngoài đường xuống được đặt trong UE Tần số của điều khiển công suất vònglặp ngoài điển hình 10- 100 Hz.

Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài Đường Lên Trong RNC

Thuật Toán Điều Khiển Công Suất Vòng Ngoài Chung.

1.2.3.3 Chuyển Giao –HandOver:

Trong thực tế các tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UMTSđến GSM và ngược lại Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần có thời gian để triển khairộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ của GSM Nếu UTRAN và GSMBSS được nối đến các MSC khác nhau, chuyển giao giữa các hệ thống đạt được bằng cáchchuyển giao giữa các MSC Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhauđối với UMTS và GSM, MSC cần phải có khẳ năng hỗ trợ đồng thời cả hai kiểu dịch vụ.Tương tự hoàn toàn hợp lý khi giả thiết rằng SGSN phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nốiIu-PS đến RNC và Gb đến GPRS BSC.

Hệ thống UMTS hỗ trợ sử dụng chuyển giao cứng, mềm, và mềm hơn giữa các ô.Mục tiêu của sử dụng chuyển giao trong hệ thống thông tin di động tế bào để đạt được một

điều kiện tốt nhất của điều khiển công suất vòng lặp kín Ô mạnh nhất là ô có điều kiện liênkết vô tuyến tốt nhất cho truyền tải dữ liệu tới một người sử dụng riêng biệt.

1.2.3.3.1 Chuyển Giao Cùng Một Tần Số ( Intra-frequency handover )

hiệu của các trạm gốc lân cận và so sánh tín hiệu này với một tập hợp các mức ngưỡng và gửikết quả so sánh lên trạm gốc hiện thời Dựa trên thông tin này, trạm gốc ra lệnh cho MS thêmvào hoặc loại bỏ các trạm gốc khỏi tập tích cực ( active set ) Tập tích cực là tập hợp các trạmgốc cùng gửi dữ liệu đến MS MS nhận các tín hiệu này và kết hợp chúng như kết hợp các tínhiệu đa đường Trong quá trình dò tín hiệu, MS sẽ xác định được độ lệch khung (frame offset)của kênh CCPCH của các ứng cử viên chuyển giao so với giá trị của trạm gốc hiện thời Khicần thực hiện chuyển giao mềm, độ lệch khung cùng với độ lệch khung giữa kênhDPDCH/DPCCH và kênh CCPCH sơ cấp của trạm gốc hiện thời sẽ được sử dụng để tính toángiá trị bù khung yêu cầu giữa kênh DPDCH/DPCCH và kênh CCPCH thứ cấp của trạm gốc sẽnhận chuyển giao Độ lệch khung này được chọn sao cho độ lệch khung giữa các kênhDPDCH/DPCCH của trạm gốc hiện thời và trạm gốc nhận chuyển giao tại đầu thu của MS lànhỏ nhất Chú ý rằng độ lệch khung giữa kênh DPDCH/DPCCH và kênh CCPCH sơ cấp chỉcó thể được điều chỉnh theo từng bước của một symbol kênh DPDCH/DPCCH nhằm duy trìtính trực giao của đường xuống

các sector trong cùng một trạm gốc Chuyển giao mềm hơn về nguyên tắc cũng được thựchiện giống như chuyển giao mềm Tuy nhiên điểm khác biệt giữa hai loại chuyển giao này làtín hiệu các sector thu được từ MS trong chuyển giao mềm hơn sẽ được kết hợp lại ở trạmgốc, còn tín hiệu các trạm gốc thu được từ MS trong chuyển giao mềm sẽ được kết hợp ởBSC.

1.2.3.3.2 Chuyển Giao Giữa Hai Tần Số :

Việc chuyển giao giữa hai tần số có thể thực hiện trong các trường hợp sau:

Chuyển giao giữa các cell lân cận sử dụng các tần số khác nhau

 Chuyển giao trong nội bộ các lớp của một cell xếp chồng sử dụng nhiều tầnsố

 Chuyển giao giữa hai hệ thống/hai nhà khai thác sử dụng các tần số khácnhau, bao gồm cả chuyển giao sang các hệ thông GSM.

Chuyển giao giữa hai tần số có thể được thực hiện theo hai phương thức:

 Phương thức thu hai tần số (Dual – receiver): Đối với các MS có tính năngphân tập thu, có thể sử dụng tạm thời một nhánh để dò tìm tín hiệu ở các tần số khác phục vụcho việc chuyển giao.

 Phương thức nén khe thời gian: Đối với các MS chỉ có một bộ thu, có thểsử dụng phương thức này để dò tìm tín hiệu ở các tần số khác phục vụ cho chuyển giao màkhông làm ảnh hưởng đến dòng thông tin Khi ở chế độ nén khe thời gian, lượng thông tinthông thường của một khung có độ dài 10ms sẽ được nén lại về thời gian bằng cách bỏ bớtmột số bit hoặc giảm hệ số trải phổ để tiết kiệm được thời gian truyền tin của khung xuốngcòn 5ms Khoảng thời gian tiết kiệm được sẽ được dùng để đo tín hiệu của các tần số khác.Tần số thực hiện nén khe thời gian là 10 Hz, tức là 100ms/khe thời gian nén Đối với các dịchvụ chấp nhận độ trễ truyền tin lớn, có thể thực hiện việc nén nhiều khung lại với nhau để tạora một khe thời gian đo Phương pháp này được sử dụng đối với các dịch vụ tốc độ cao, khóthực hiện việc giảm 1/2 tăng ích xử lý Ví dụ: đối với một dịch vụ 2Mbps với mức ghép xen 5khung (50 ms), có thể tạo ra một khung rỗi 5ms bằng cách giảm tăng ích xử lý đi 10% trongkhoảng thời gian 5 khung.

1.2.3.4 Điều Khiển Quản Trị:

Nếu tải giao diện không gian được cho phép tăng quá mức thì vùng phủ của ô sẽ bịlàm giảm dưới mức giá trị đã được lập kế hoạch và chất lượng của dịch vụ của kết nối hiệnkhông thể chấp nhận được Trước khi chấp nhận một UE mới, điều khiển quản trị cần kiểmtra xem sự chấp nhận đó sẽ không làm mất hoạch định vùng phủ hay chất lượng của kết nốihiện tại Điều khiển quản trị chấp nhận hay từ chối một yêu cầu thiết lập một thông báo truynhập vô tuyến trong mạng truy nhập vô tuyến Chức năng điều khiển quản trị được đặt tạiRNC nơi mà thông tin về tải của vài ô có thể đang tồn tại.

1.2.3.5 Điều Khiển Tải (Điều Khiển Tắc Nghẽn):

Một nhiệm vụ quan trọng của chức năng RRM là đảm bảo hệ thống không quá tải vàvẫn như cũ Nếu hệ thống được lập kế hoạch đúng mức, điều khiển quản trị và lập lịch góilàm việc tốt đúng mức thì tình trạng quá tải là hiếm có Nếu hệ thống gặp quá tải thì chứcnăng điều khiển tải được thực hiện và nhanh chóng đưa hệ thống quay trở lại bình thường vàquay trở lại kiểm soát tải, nó được chỉ rõ bởi lập kế hoạch mạng vô tuyến.

Những hoạt động điều khiển tải được thực hiện nhằm giảm bớt tải:

 Điều khiển tải nhanh đường xuống: từ chối quyền tăng công suất đườngxuống nhận được từ UE.

 Điều khiển tải nhanh đường lên: giảm chỉ số Eb/N0 đường lên sử dụng bởiđiều khiển công suất nhanh đường lên.

 Giảm lưu lượng của gói dữ liệu lưu thông. Chuyển giao tới một sóng mang W-CDMA khác. Chuyển giao tới GSM.

 Giảm bớt tốc độ bit của thời gian thực các UE ví dụ như mã hóa tiếng nóiAMR.

 Tách những cuộc gọi ưu tiên thấp trong một kiểu điều khiển.

Hai hoạt động nhanh đầu tiên được thực hiện trong một Node-B Tất cả các hoạtđộng này có thể được đặt vào một khe thời gian, ví dụ với tần số 1,5KHz.

1.2.3.6 Phân Bổ Tài Nguyên Mã:

1.2.3.6.1 Đường xuống:

dụng cho tất cả các cell trong hệ thống Mã phân kênh cho kênh CCPCH thứ cấp được phátquảng bá trên kênh BCCH.

Mã phân kênh cho các kênh vật lý dành riêng đường xuống do mạng quyết định MSsẽ được thông báo mã phân kênh nào được sử dụng ở đường xuống qua các bản tin cho phéptruy nhập (Access Grant) Bản tin cho phép truy nhập là bản tin của hệ thống gửi cho MS đểtrả lời bản tin Yêu cầu truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Request) của MS Mã phânkênh có thể thay đổi trong một kết nối, khi dịch vụ sử dụng thay đổi hoặc khi thực hiệnchuyển giao giữa các cell Khi đó mã phân kênh mới sẽ được thỏa thuận trên kênh DCCH.

sector trong cell MS sẽ được thông báo về mã scrambling trong quá trình tìm cell.1.2.3.6.2 Đường lên:

 Mã phân kênh: Mỗi kết nối được phân bổ ít nhất một mã phân kênh, mã này

được sử dụng cho kênh điều khiển dành riêng Số lượng mã phân kênh được phân bổ phụthuộc vào số lượng kênh DPDCH được sử dụng.

Việc phân bổ các mã phân kênh cho các kết nối khác nhau hoàn toàn không liênquan đến nhau – tức là các kết nối có thể sử dụng chung một số mã phân kênh Do đó mãphân kênh có thể phân bổ theo một trật tự định trước cho các kết nối Hệ thống và MS chỉ cầnthỏa thuận số lượng mã phân kênh sẽ sử dụng cho đường lên, sau đó MS sẽ tự phân bổ mãphân kênh theo trật tự định trước này.

sơ cấp nào cho đường xuống Sau đó, hệ thống sẽ gửi thông báo về mã scrambling sơ cấpđược sử dụng cho MS trên bản tin Cho phép truy nhập Mã scrambling sơ cấp cũng có thểđược thay đổi trong thời gian của một kết nối Việc thay đổi mã được thỏa thuận trên kênhDCCH.

một tùy chọn của hệ thống, mã này thường được sử dụng ở các cell không có khả năng xácđịnh nhiều người sử dụng (MultiUser detection) MS sẽ được thông báo có sử dụng mãscrambling thứ cấp hay không qua bản tin Cho phép truy nhập Mã scrambling thứ cấp nàođược sử dụng sẽ phụ thuộc vào mã scrambling sơ cấp đã được phân bổ Do đó hệ thống sẽkhông cần thông báo chính xác về mã scrambling thứ cấp sẽ sử dụng

1.2.3.7 Bắt đồng bộ mạng:

Tại thời điểm bật nguồn, MS sẽ sử dụng kênh SCH sơ cấp để đồng bộ khe thời gianvới trạm nào có công suất phát lớn nhất Sau đó, bằng kênh SCH thứ cấp, MS thực hiện đồngbộ khung và xác định nhóm mã của trạm gốc bằng cách tương quan hóa tín hiệu thu được tạivị trí của mã đồng bộ thứ cấp với 16 khả năng có thể của mã đồng bộ thứ cấp này Để đạtđược đồng bộ khung, 16 chuỗi giải điều chế phải tương quan với 16 mã dịch theo chu kỳ củachuỗi điều chế kênh SCH thứ cấp, tạo ra tổng số 256 giá trị tương quan khác nhau Bằng cáchxác định cặp mã/dịch pha có độ tương quan lớn nhất, MS sẽ xác định nhóm mã và khungđồng bộ.

Sau đó, MS sẽ xác định mã scrambling mà trạm gốc sử dụng bằng cách thực hiệntương quan theo symbol của kênh CCPCH với tất cả các mã scrambling trong nhóm mã đãđược xác định trước đó

Sau khi xác định được mã scrambling, MS có thể xác định được kênh CCPCH sơcấp, thực hiện đồng bộ đa khung và đọc các thông tin trên kênh BCCH

Trong hầu hết sản phẩm của các nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang được nângcấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS Các phần tử mạng này bao gồm MSC/VLR,HLR, SGSN và GGSN Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc được triển khai choGSM/GPRS đã được thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cho cả GSM và UMTS Đối vớimốt số nhà sản xuất BSC được nâng cấp để hoạt động như cả GSM BSC và UMTS RNC Tuynhiên cấu hình này rất hiếm Yêu cầu các giao diện và các chức năng khác nhau (như chuyểngiao mềm) của UMTS RNC chứng tỏ rằng công nghệ của nó hoàn toàn khác với GSM BSC.Vì thế thông thường ta thấy các UMTS RNC và GSM BSC tách biệt

CHƯƠNG 2:

CÔNG NGHỆ HSDPA CHO MẠNG UMTS

2.1 Khái Niệm Công Nghệ HSDPA:

HSDPA – High Speed Downlink Packet Aceess: truy nhập đường xuống tốc độ caolà giải pháp cho mạng UMTS được 3GPP chuẩn hóa như là một phần của phiên bản R5 vớicác chỉ tiêu kỹ thuật của phiên bản đầu tiên được đưa ra vào tháng 3 năm 2002 Nó được xâydựng phát triển từ năm 2004 bởi Nortel Network Phiên bản này đã được ITU-T chấp nhận trởthành giải pháp kỹ thuật cho mạng UMTS Mạng HSPDA dành cho thương mại đầu tiên đãsẵn sàng triển khai vào cuối năm 2005 và được triền khai dịch vụ vào tháng 8 năm 2006 vớimục đích đạt được tốc độ lớn, giá thành rẻ, giảm trễ cho UMTS ở rất nhiều nước ở Châu Âuvà các nước khác trên thế giới.

Mạng UMTS là mạng 3G được kỳ vọng mang về thu nhập nhiều nhật từ trước tớinay cho các nhà khai thác mạng Vì vậy họ cần phải khắc phục những nhược điểm của W-CDMA và đáp ứng cho những yêu cầu về chia sẻ lưu lượng đường xuống tốc độ cao, và họcần phải triển khai những dịch vụ mới hơn nữa cho khách hàng như: tải dữ liệu với tốc độ lớnhơn 2Mbps… Cho nên giải pháp HSDPA đã được nghiên cứu và lựa chọn để nâng cao khảnăng đáp ứng của mạng UMTS về dịch vụ tải dữ liệu với tốc độ cao khi di chuyển

2.2 Nguyên Lý HSDPA :

Hình 2.2: Mô Tả Đơn Giản Nguyên Lý Hoạt Động Của HSDPA

HSDPA phát triển dựa trên một kênh truyền tải mới đó là kênh HS-DSCH ( kênhchia sẻ đường xuống tốc độ cao Kênh này sẽ mang một lượng lớn tài nguyên mã và công suấtđược truyền cho một người sử dụng tại một TTI nào đó theo phương pháp ghép theo mã hoặcthời gian HSDPA cũng sử dụng những công nghệ đó là:

 Điều chế và mã hóa thích ứng – AMC Yêu cầu lặp tự động lai nhanh – HARQ Lập lịch gói nhanh (Packet Scheduling)

 Sóng mang tốc độ dữ liệu cao (HDRC) trong băng tần 5Mhz Điều chế 64QAM cho phép tốc độ đỉnh tương đương 10,8Mbps. Điều chế 16QAM hỗ trợ tốc độ đỉnh 7,2Mbps

 Mã Tubor.

 Khả năng sửa lỗi gần với giới hạn lý thuyết.

Các công nghệ này được phối hợp một cách chặt chẽ và cho phép thích ứng với cáctham số truyền dẫn theo mỗi khoảng thời gian TTI nhằm liên tục hiệu chỉnh sự thay đổi củachất lượng kênh vô tuyến.

Công nghệ W-CDMA hiện nay (theo R’99/R’4 của 3GPP ) cho phép tốc độ dữ liệu gói lên tới2Mbps Tuy nhiên các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống của W-CDMA có những hạn chế: khôngtận dụng được các ưu thế của dữ liệu gói đối với đường trục hữu tuyến, hạn chế về tốc độ2Mbps đối với các dịch vụ về dữ liệu gói hiện nay đối với khách hàng có nhu cầu sử dụng dữliệu với tốc độ lớn hơn, không thể xử lý đôi với dữ liệu tốc độ 10Mbps Vì thế HSDPA (phiênbản R’5) được tiếp tục phát triển để khắc phục những hạn chế trên Những công nghệ cải tiếncủa HSDPA so với W-CDMA: HSDPA được phát triển dựa trên kênh HS-DSCH, so với W-CDMA thì nó thêm các tính năng cải tiến đó là hệ thống bổ sung thêm AMC, H-ARQ, cốđịnh TTI = 2ms, phát triền phần PS sang IP, hệ thống phát đa mã Nhưng đồng thời HSDPAcũng không sử dụng những tính năng của W-CDMA đó là điều khiển công suất vòng kín vàhệ số trải phổ biến thiên Trong W-CDMA, điều khiển công suất nhanh nhằm giữ ổn định chấtlượng tín hiệu nhận được (Eb /N0) bằng cách tăng công suất phát để chống lại sự suy hao củatín hiệu thu được Kết quả của nó là tạo ra các giá trị đỉnh trong công suất phát và tăng nềnnhiễu đa truy nhập, do đó sẽ làm giảm dung lượng của toàn mạng Hơn nữa, sự hoạt động củađiều khiển công suất yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo một mức độ dự trữ nhất định trong tổngsố công suất phát của Node-B để thích ứng với các biến đổi của nó Việc loại bỏ điều khiểncông suất sẽ tránh được các hiệu ứng tăng công suất như trên cũng như không cần tới dựu trữcông suất phát của cell Tuy nhiên do không dùng điều khiển công suất nên HSDPA yêu cầucác kỹ thuật thích ứng liên kết khác để thích ứng với các tham số tín hiệu phát nhằm liên tụcbám theo các biến thiên của kênh truyền vô tuyến, ở đây kỹ thuật AMC đã được chọn Với kỹ thuật AMC, điều chế và tỉ lệ mã hóa được thích ứng một cách liên tục vơí chất lượngkênh vô tuyến thay cho việc hiệu chỉnh công suất Truyền dẫn sủ dụng nhiều mã Walsh cũngđược sử dụng trong qúa trình thích ứng liên kết Sự kết hợp của hai kỹ thuật thích ứng liên kếttrên đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên (Variable Speading Factors) trongW-CDMA do khả năng thích ứng chậm kỹ thuật này đối với sự biến thiên của truyền dẫn vôtuyến tốc độ cao

HSDPA không sử dụng điều khiển công suất vòng kín, phải tối thiểu hóa sự thayđổi của chất lượng kênh vô tuyến trong mỗi khoảng thời gian TTI, vấn đề này được giải quyếtbằng việc giảm độ rộng của TTI từ 10ms của W-CDMA xuống còn 2ms ở HSDPA Cộng vớisự bổ sung kỹ thuật H-ARQ nhanh, nó cho phép phát lại một cách nhanh nhất các block dữliệu bị mất hoặc lỗi và khả năng kết hợp với thông tin “ mềm” ở lần phát đàu tiên với các lầnphát lại sau đó.