Tìm hiểu cdma2000

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Tìm hiểu cdma2000

KHOA ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG

Nhóm thực hiện :Nguyễn Thị Thảo Ly 0620037

Ngô Trần Vĩnh Hà 0620129

Năm 2009

Mục lục

I Tổng quan về mạng thông tin di động 3G 4

1 Giới thiệu 4

2 Một số yêu cầu của mạng thông tin di động 3G 4

3 Lộ trình phát triển từ các hệ thống thế hệ thứ hai đến thế hệ thứ ba: 4

4 Lộ trình phát triển lên CDMA2000 từ CDMAONE 7

II Công nghệ CDMA2000 7

1 Giới thiệu về mạng thông tin di động CDMA2000 7

3.3 Simple internet protocol ( Simple IP ) 12

3.4 Mobile internet protocol ( Mobile IP ) 13

4 Các lớp chính trong CDMA2000 14

4.1 Lớp vật lý 15

i Giới thiệu 15

4.2 Medium Access Layer ( MAC ) 19

4.3 Link Access Control ( Lớp LAC ) 27

i Phân loại lớp con trong LAC 28

iii Xử lý các lớp con 29

4.1 Upper layer ( Lớp trên cùng ) 38

4.1.1 Khối báo hiệu ( Signaling entity ) 38

4.1.2 Xử lý cuộc gọi 39

4.1.3 Truyền gói dữ liệu 43

4.1.4 Thiết lập kênh 43

5 Hoạt động của hệ thống thông tin di động CDMA2000 47

5.1 Đa truy cập ( Multiple Access ) 47

5.2 Thủ tục thu và phát tín hiệu theo mô hình CDMA 49

5.3 Trải phổ 50

6 Điều khiển công suất 54

6.1 Điều khiển công suất kênh hướng lên 56

6.2 Điều khiển công suất kênh hướng về ( vòng mạch hở ) 59

6.3 Điều khiển công suất kênh hướng xuống vòng mạch khép kín 60

7 Chuyển giao ( Handoff ) 62

7.1 Giới thiệu 62

7.2 Soft handoff (Chuyển giao mềm) .63

7.3 Idle handoff (chuyển giao nhàn rỗi) 66

7.4 Access Entry Handoff (Chuyển giao truy xuất và nhập vào ) 67

7.5 Access Handoff ( chuyển giao truy xuất ) 68

7.6 Access probe handoff (Chuyển giao thăm dò truy xuất) 69

III Hướng phát triển hệ thống thông tin di động sau 3G 70

1 HSPDA ( 3.5G ) 70

2 4G ( fourth generation ) 72

2.1 Động lực phát triển 4G: 722.2 Ửng dụng và đặc trưng của 4G: 74

I.Tổng quan về mạng thông tin di động 3G

2.Một số yêu cầu của mạng thông tin di động 3G

Hệ thống thông tin di động ba xây dựng trên tiêu chuẩn IMT-2000 Với các tiêu chuẩn sau:

Sử dụng dải tần quy định Quốc Tế:♦ 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 vô tuyến và hữu tuyến ♦ Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

Sử dụng được trong các môi trường khác nhau :♦ Công sở , ngoài đường , vệ tinh …

Có thể hỗ trợ được các dịch vụ khác:♦ Môi trường ảo

♦ Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện ♦ Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới ra

3.Lộ trình phát triển từ các hệ thống thế hệ thứ hai đến thế hệ thứ ba:

Trong phần này ta sẽ tổng kết các nền tảng công nghệ chính của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3 và quá trình phát triển của các nền tảng này đến thế hệ 3

Thế hệ thông tin di

Hệ thốngDịch vụ chungChú thích

Thế hệ 1 (1G)

AMPS, TACS, NMT

Tiếng thoại FDMA, tương tựThế hệ 2

GSM, IS-136, IS-95

Chủ yếu cho tiếng thoại kết hợp với bản tin ngắn

TDMA hoặc CDMA, số, băng hẹp (8-13kbit/s)

trung gian (2,5G)

GPRS, EDGE, cdma2000 1x

Trước hết là tiếng thoại có đưa thêm các dịch vụ số liệu gói

TDMA (kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số), CDMA, sử dụng chồng lên phổ tần của thế hệ 2 nếu không sử dụng phổ tần mới, tăng cường truyền số liệu gói cho thế hệ 2

Thế hệ 3 (3G)

Cdma2000, W-CDMA

Các dịch vụ tiếng và số liệu gói được thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiện

CDMA, CDMA kết hợp TDMA, băng rộng, sử dụng chồng lấn lên lên thế hệ 2 hiện có nếu không sử dụng phổ tần mới

Bảng 1 : Tổng kết các thế hệ thông tin di động

Bảng 2 : Tổng kết quá trình phát triển của các nền tảng thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

4.Lộ trình phát triển lên CDMA2000 từ CDMAONE

Một trong những mục đích của chuẩn 3G là tăng cường sự phát triển của hệ thống 2G hiện tại, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng hiện có CDMA2000 là hệ thống 3G phát triển từ hệ thống CDMA hiện tại ở Bắc Mỹ là cdmaOne Chuẩn được quy định cho CDMA2000 bao gồm 2 giai đoạn: 1xRTT và 3xRTT 1xRTT được coi là giai đoạn I của CDMA2000 3G và 3xRTT là giai đoạn II của CDMA2000 3G

Giai đoạn thứ nhất được định nghĩa là chuẩn có tên 1xRTT Được hoàn tất vào tháng 7 năm 1999, giai đoạn này của CDMA2000 mang tên là chuẩn TIA theo IS-2000 và mang tên là chuẩn MC-1X theo ITU 1xRTT cung cấp gấp đôi dung lượng thoại và thời gian chờ so với IS-95, và cho phép tốc độ dữ liệu lên tới 384 Kbps (theo lý thuyết) Nó hoạt động ở kênh 1.25 MHz

Giai đoạn thứ hai của CDMA2000 là 3xRTT kết hợp chặt chẽ các khả năng của 1xRTT, có tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbps (theo lý thuyết), hỗ trợ tất cả các loại kênh (5 MHz, 10 MHz, vv ).

II.Công nghệ CDMA2000

1.Giới thiệu về mạng thông tin di động CDMA2000

Một trong 2 chuẩn 3G quan trọng là CDMA2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95 Các đề xuất của CDMA2000 nằm bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc CDMA2000 được quản lý bởi 3GPP2, là tổ chức độc lập với 3GPP Có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau được sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV.

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU.

2.Tính năng

2.1 Loại lưu lượng

CDMA2000, cũng như các công nghệ 3G khác, hỗ trợ các loại lưu lượng sau ( tốc độ dữ liệu từ 9.6 kbps đến 2 Mbps).

 Thoại truyền thống và VoIP.

 Các dịch vụ dữ liệu.

♦ Dữ liệu gói: Các dịch vụ này dựa trên nền IP với giao thức TCP hoặc UDP tại lớp giao vận Nằm trong loại này là các ứng dụng Internet, các dịch vụ đa phương tiện loại H.323 vv

♦ Dữ liệu băng rộng mô phỏng kênh (circuit-emulated broadband data): ví dụ như fax, truy cập dial-up không đồng bộ, các dịch vụ đa phương tiện loại H.321 nơi mà audio, video, dữ liệu, điều khiển và chỉ thị được truyền trên mô phỏng kênh qua ATM

 SMS ( Short Messaging Service).

 Dịch vụ báo hiệu.

Hệ thống 3G được dự kiến cho các môi trường trong nhà và ngoài trời, các ứng dụng bộ hành hoặc trên xe cộ, và các môi trường cố định như tổng đài nội hạt vô tuyến (wireless local loop) Kích cỡ tế bào từ vài chục mét (nhỏ hơn 50 m đối với picocell) tới vài chục km (hơn 35 km cho các tế bào cỡ lớn).

2.2 Độ rộng băng

Hệ thống CDMA2000 có thể hoạt động ở các độ rộng băng khác nhau với một hoặc nhiều sóng mang Trong hệ thống đa sóng mang, các sóng mang cạnh nhau phải cách nhau ít nhất 1.25 MHz Trong hệ thống đa sóng mang thực sự, mỗi sóng mang thường có độ rộng băng 1.25 MHz và được phân biệt với sóng mang IS-95 bằng mã trực giao Tuy nhiên, khi ba sóng mang được sử dụng trong hệ thống đa sóng mang, băng thông yêu cầu là 5 MHz Để cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, một kênh đơn có thể có độ rộng băng danh định là 5 MHz với tốc độ chip 3.6864 Mcps ( = 3 x 1.22887 Mc/s) Băng thông BW trong hình 4, ngoài mật độ công suất có thể bỏ qua, tùy thuộc vào bộ lọc tạo dạng tại băng gốc Nếu bộ lọc cosine tăng được sử dụng, BW = Rc(1 + α), trong đó Rc là tốc độ chip và α là thừa số cắt lăn (rolloff factor) Nếu α = 0.25, BW = 4.6 MHz, và do đó dải bảo vệ G = 200 kHz Rõ ràng, một lợi thế của băng thông rộng hơn là nó cung cấp nhiều đường hơn để có thể sử dụng trong bộ thu đa đường để tăng cường hoạt động của hệ thống.

Hình 2: Độ rộng băng trong CDMA2000.

2.3 Chất lượng dịch vụ QoS ( quality of service )

Bất cứ lúc nào, đa ứng dụng cũng có thể chạy trên một trạm di động MS Người dùng có thể yêu cầu chất lượng dịch vụ tùy theo ứng dụng, và mạng được mong đợi là sẽ đảm bảo chất lượng yêu cầu mà không có sự sút giảm đáng kể trong QoS đã quy ước với khách hàng.

2.4 Các dịch vụ dữ liệu gói

CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu gói Từ lúc khởi đầu, nếu có một gói để gửi, người dùng cố gắng thiết lập các kênh điều khiển dùng chung và dùng riêng sử dụng phương thức đa truy cập phân khe Aloha Trong phương thức này, một xung nhịp tham chiếu được sử dụng để tạo ra một dãy các khe thời gian có độ dài bằng nhau Khi người dùng có một gói cần gửi, nó có thể bắt đầu truyền, nhưng chỉ tại lúc bắt đầu của một khe thời gian chứ không phải tại khoảng thời gian bất kỳ lúc nào Lưu ý rằng mặc dù người dùng được đồng bộ hóa nhờ xung nhịp tham chiếu, có một vài xác suất rằng có thể có hai người dùng hoặc nhiều hơn có thể bắt đầu truyền tại cùng một thời điểm Khi các kênh này được thiết lập, người dùng có thể gửi các gói tin thông qua kênh điều khiển dùng riêng, và có thể yêu cầu một kênh lưu lượng hoặc một độ rộng

tin, việc bảo trì sự đồng bộ hóa và điều khiển công suất là cần thiết, và việc giải phóng kênh lưu lượng ngay sau khi truyền xong hoặc sau một khoảng thời gian nhất định Nếu không còn gói nào để gửi, kênh điều khiển dùng riêng cũng được giải phóng sau một khoảng thời gian, nhưng kết nối lớp mạng và lớp liên kết vẫn được duy trì trong một khoảng thời gian để nếu có gói mới đến thì vẫn sẽ được truyền mà không bị mất thời gian thiết lập kênh Tại cuối khoảng thời gian đó, các gói ngắn và không thường xuyên sẽ được gửi qua một kênh điều khiển dùng chung Người dùng có thể ngắt kết nối tại thời điểm đó, hoặc tiếp tục trong trạng thái đó vô hạn, hoặc tái thiết lập kênh điều khiển dùng riêng và kênh lưu lượng nếu có các gói lớn hoặc thường xuyên cần gửi.

3.Kiến trúc mạng thông tin di động CDMA2000

Hình 3: Kiến trúc cơ bản của mạng CDMA2000.

 Bộ điều khiển trạm gốc BSC( Base Station Controller): có nhiệm vụ điều khiển các BTS gắn với nó và định tuyến các gói đến và đi từ PSDN Ngoài ra, BSC còn làm nhiệm vụ điều khiển/quản lý chuyển giao.

 Trung tâm chuyển mạch di động MSC(Mobile Switching Centre): thực hiện vai trò của chuyển mạch trung tâm, thiết lập và định tuyến cuộc gọi, thu thập thông tin tính cước, quản lý di động, gửi cuộc gọi tới PSTN/Internet.

 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register): là cơ sở dữ liệu lưu thông tin về thuê bao.

 Bộ ghi định vị vãng lai VLR (Visitor Location Register): là cơ sở dữ liệu lưu thông tin thuê bao đang hoạt động trên một MSC nhất định.

 Trung tâm nhận thực AC (Authentication Centre): xác nhận thuê bao trước khi cho phép cung cấp dịch vụ cho thuê bao đó

 IWF (Interworking Function): cho phép các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh.

 Nút dịch vụ dữ liệu gói PDSN (Packet Data Service Node): chỉ có ở mạng 3G, cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói.

 Trung tâm nhận thực, trao quyền và thanh toán AAA (Authentication, Authorization, and Accounting): là một server cung cấp các dịch vụ nhận thực, trao quyền và thanh toán cho PSDN, lần lượt chuyển các dịch vụ kết nối với mạng dữ liệu gói cho người dùng di động.

3.2 Các giao thức sử dụng

Trong cấu trúc mạng CDMA2000 ở trên, có các giao diện giữa các thành phần mạng được thêm vào để cung cấp các dịch vụ dữ liệu chuyển mạch gói Việc định nghĩa các giao diện này thường được quy định bởi các chuẩn Một số chuẩn quan trọng là:

 IS-2000: Các chuẩn này quy định giao diện không trung giữa MS và BSC trong mạng CDMA2000.

 IS-2001: Đây là phiên bản 3G của IOS (InterOperability Specification), là chuẩn định nghĩa giao diện giữa BSC và PDSN Nó cũng định nghĩa giao diện giữa BSC và MSC, cũng như giao diện giữa các BSC với nhau nhằm quản lý di động.

 IS-41: Chuẩn này, đã sử dụng ở mạng 2G, cũng vẫn được sử dụng ở mạng 3G Nó định nghĩa giao diện giữa MSC, HLR, VLR, và AC, cũng như giao diện giữa các MSC với nhau.

3.3 Simple internet protocol ( Simple IP )

Simple IP là 1 giao thức truyền nhận gói dữ liệu đơn giản.

Hình 4: Một gói dữ liệu được trao đổi giữa MS và server.

Nếu một MS có địa chỉ IP là M,và server có địa chỉ IP là S thì dữ liệu được trao đổi giữa MS và server.Khi đi từ MS đến server,gói dữ liệu có địa chỉ nguồn là M và địa chỉ đích là S.Và ngược lại,khi đi từ server đến MS,gói dữ liệu có địa chỉ nguồn là S,địa chỉ đích là M.

Nhược điểm:Khi MS di chuyển sang một PSDN khác thì có xảy ra sự chuyển giao (handoff) giữa các BSC hoặc giữa các MSC nhưng kết nối sẽ bị ngắt.

3.4 Mobile internet protocol ( Mobile IP )

Đây là một giao thức truyền nhận dữ liệu động.

Chức năng:Duy trì kết nối khi MS di chuyển từ PSDN này sang một PSDN khác.

Hình 5: Gói dữ liệu được gửi và nhận khi MS di chuyển.

Xuất hiện thêm 2 thành phần mới là home agent (HA) và foreign agent (FA):

Home agent (HA):Xác định PSDN mà MS di chuyển tới và gửi những gói dữ liệu đến foreign agent.

Foreign agent (FA):Nhận các gói dữ liệu từ MS’HA và gửi cho MS tại thời điểm hiện tại.

Khi MS di chuyển từ home PSDN đến foreign PSDN,gói dữ liệu do MS gửi vẫn đến được server vì gói dữ liệu này mang địa chỉ đến là S.Ngược lại,khi server gửi xuống MS thì server vẫn lấy địa chỉ là M.Do đó gói dữ liệu được gửi tới HA,và HA có nhiệm vụ gửi tới FA.Cuối cùng FA sẽ gửi cho MS.

Mobile IP có thêm 2 chức năng mới là :

 MS’registration with the FA :Khi một MS di chuyển tới 1 PSDN khác thì MS phải đăng kí với FA.Foreign agent sẽ tạo ra một địa chỉ tạm thời T.

 FA’registration with the HA :Sau khi FA tạo ra địa chỉ T,FA cần đăng kí địa chỉ này tới MS’HA.

Từ đó đảm bảo HA gửi gói dữ liệu đúng cho MS.

4.Các lớp chính trong CDMA2000

Hình 6:

Các lớp chính trong mạng CDMA2000.

4.1 Lớp vật lýi Giới thiệu

Lớp vật lý chịu trách nhiệm phát và thu các bit thông qua phương tiện vật lý Vì phương tiện vật lý trong trường hợp này là không trung, nên lớp vật lý phải chuyển đổi bit sang dạng sóng (điều chế) để cho phép truyền qua không trung Bên cạnh việc điều chế, lớp vật lý còn thực hiện các chức năng mã hóa để thực hiện các chức năng điều khiển lỗi tại mức bit và mức khung.

Kênh dùng chung

F-PCH (Paging Channel)

F-QPCH (Quick Paging Channel)

F-CCCH (Forward Common Control Channel)F-BCCH (Broadcast Control Channel)

F-CACH (Common Assignment Channel)F-CPCCH (Common Power Control Channel)F-SYNCH (Sync Channel)

F-PICH (Forward Hoa tiêu Channel)

F-TDPICH (Transmit Diversity Hoa tiêu Channel)F-APICH (Auxiliary Hoa tiêu Channel)

F-ATDPICH (Auxiliary Transmit Diversity Hoa tiêu Channel)

Kênh chuyên dụng

F-DCCH (Forward Dedicated Control Channel)

F-FCH (Forward Fundamental Channel)

Kênh người dùng F-SCH (Forward Supplemental Channel)

F-SCCH (Forward Supplemental Code Channel)

ii Kênh ngược

Các kênh ngược trong CDMA2000 chia làm kênh báo hiệu và kênh người dùng.

Kênh ngược trong CDMA2000

Kênhbáo hiệu

Kênh dùng chung R-ACH (Access Channel)

R-EACH (Enhanced Access Channel)

R-CCCH (Reverse Common Control Channel)Kênh chuyên

R-PICH (Reverse Hoa tiêu Channel)

R-DCCH (Reverse Dedicated Control Channel)

Kênh người dùng

R-FCH (Reverse Fundamental Channel)R-SCH (Reverse Supplemental Channel)

R-SCCH (Reverse Supplemental Code Channel)

iii Chức năng truyền dẫn của kênh xuôi

Hình sau minh họa sơ đồ đơn giản của các chức năng truyền dẫn của kênh xuôi của hệ thống CDMA2000 đơn sóng mang trải phổ trực tiếp Để đơn giản, chỉ có một số kênh xuôi vật lý được đưa ra trong hình CDMA2000 có hai loại kênh lưu lượng – kênh cơ bản và kênh phụ Một số tốc độ dữ liệu được hỗ trợ Tùy thuộc vào tốc độ dữ liệu, mã xoắn với tốc độ 1/2, 3/8, 1/3, hoặc 1/4 có thể được sử dụng Cả hai loại khung 10 ms và 5 ms đều được hỗ trợ Các biểu tượng của kênh I và kênh Q được nhân với các hệ số tích lũy (gain factor) để cung cấp thêm một số điều khiển công suất Cũng như trong IS-95, các tế bào được phân tách bởi các độ lệch (offset) của các dãy PN khác nhau (chu kì của các dãy PN này là 215 – 1 chip) Tuy nhiên, giờ đây, các phương pháp trải phổ phức được sử dụng bằng cách, đầu tiên, thêm các giá trị thực của dãy I và Q trong phép cầu phương (quadrature) để kết quả trở thành số phức và sau đó nhân nó với một số phức khác SI +jSQ, trong đó SI và SQ lần lượt là các PN hoa

tiêu của kênh I và kênh Q Kết quả của phép nhân này là một đại lượng phức có các thành phần đồng pha và vuông pha được biểu diễn ở góc dưới của hình vẽ.

Với việc trải phổ phức, lối ra của bộ lọc tạo dạng sẽ bằng 0 chỉ với xác suất thấp, do đó cải thiện hiệu quả công suất.

Hình 7: Sơ đồ truyền dẫn của kênh xuôi trong CDMA2000.

iv Chức năng truyền dẫn của kênh ngược

Hình 8: Sơ đồ truyền dẫn của kênh ngược trong CDMA2000.

Sơ đồ khối chức năng của kênh ngược của hệ thống CDMA2000 trải phổ trực tiếp được biểu diễn trên hình 6 Trước tiên hãy xem xét kênh cơ bản Dữ liệu đến trong kênh này được xử lý theo cách thông thường Tùy thuộc vào tốc độ dữ liệu người dùng, một số bit chỉ thị chất lượng khung dưới dạng CRC được thêm vào khung Một vài bit đuôi được thêm vào để đảm bảo việc hoạt động chuẩn xác của bộ mã hóa kênh, có thể là bộ mã hóa mã xoắn hoặc mã khối Biểu tượng mã được lặp lại, nhưng tùy thuộc vào tốc độ, một vài biểu tượng bị xóa Lối ra của bộ ghép xen (interleaver) được trải phổ với mã Walsh, ánh xạ tới các biểu tượng điều chế, và nhân với các hệ số tích lũy (gain factor), kết quả là báo hiệu được gán nhãn Afund Kênh phụ 1 và 2 và các kênh điều khiển được xử lý cũng theo cách đó, mặc dù chi tiết có thể khác biệt trong một số trường hợp Ví dụ như, sự bỏ đi các biểu tượng không được thực hiện trên kênh điều khiển dành riêng Tương tự, kênh hoa tiêu ngược R-PICH, có các chuỗi bit 0 (có giá trị thực là +1), được xử lý khác bởi vì nó không được mã hóa thành mã kênh, ghép xen theo ghép xen khối, hoặc nhân bởi mã Walsh Tuy

nhiên, một bit điều khiển công suất được thêm vào kênh hoa tiêu cho mỗi nhóm điều khiển công suất hoặc 16 bit điều khiển công suất trên một khung Đề đơn giản, bỏ qua sự lặp lại này và chủ yếu quan tâm đến lối ra sau khi xử lý của các kênh này là Asub1, Asub2, Acont, and Ahoa tiêu Kênh cơ bản và kênh phụ 1 được hợp lại tạo ra lối ra Q Tương tự, các kênh còn lại được tập hợp riêng biệt, cho lối ra I Chú ý rằng trong trường hợp này, các dãy kênh I và Q tạo nên bởi mã hóa QPSK là độc lập với nhau bởi vì nó được tạo ra từ các kênh khác nhau và không phải bởi việc chia dòng dữ liệu của một kênh thành hai dòng phụ Các chuỗi I và Q được trải phổ bởi mã phức dưới dạng SI + jSQ, trong đó SI và SQ là do người dùng định nghĩa bởi vì nó được lấy từ mã mặt nạ 42-bit gán cho mỗi người dùng, các dãy PN hoa tiêu kênh I và kênh Q, và mã Walsh.

4.2 Medium Access Layer ( MAC )i.Giới thiệu

Là giao diện giữa lớp vật lý, lớp phụ LAC và lớp trên cùng (upper layer).Lớp MAC điều khiển việc truy cập của các lớp cao hơn vào môi trường vật lý được chia sẽ bởi nhiều người sử dụng.

ii.Phân loại các thực thể chính

iii.Chức năng lớp MAC

1 Hợp nhất các kênh logic về phía các kênh vật lý.2 Giải hợp nhất các kênh vật lý thành các kênh logic.3 Xử lý các gói dữ liệu.

4 Xử lý việc báo hiệu trên kênh chung.

iv.Data Units

Là 1 đại lượng logic của thông tin báo hiệu và dữ liệu được trao đổi giữa các khối chức năng ở lớp MAC, với lớp LAC hay lớp Upper.

Hai dạng primitive được sử dung nhiều nhất là:

1 Request primitives được gởi từ dịch vụ yêu cầu đến dịch vụ cung cấp.Một thiết bị yêu cầu dùng request primitive để yêu cầu sự phục vụ hay một tài nguyên.

2 Indication primitives được gởi từ dịch vụ cung cấp đến dịch vụ yêu cầu để thông báo thông tin mà dịch vụ yêu cầu đã được thực hiện.Một primitive có thể được viết dưới dạng:

Layer/sublayer-Primitive_name.Primitive_Types (Parameters).Trong đó:

a Layer/sublayer là tên của dịch vụ cung cấp,chỉ có thể là PHY (physical layer) hoặc MAC (MAC sublayer).

b Primitive_name là tên riêng biệt của kênh

c Primitive_Types là dạng primitive như request hay indication.d Parameters là thông số được mang theo primitive như kích

thước của dữ liệu.

Ví dụ: Khi lớp phụ MAC yêu cầu lớp PHY truyền dữ liệu trên kênh

F-CCCH,lớp phụ MAC gửi 1 prequest primitive đến lớp PHY: PHY-FCCCH.Request (sdu,…,num_bits).

Kênh logic Kênh vật lý

Forward common signaling channel

Forward dedicaded signaling channel

Forward

dedicaded traffic channel

Sync channelPaging channelForward common

control channelBroadcast control channelCommon

power control channel

Common assignment channelForward dedicated control channelForward

fundamental channelForward dedicated control channelForward

fundamental channelForward supplemental channel

Sự sắp xếp giữa kênh vật lý và kênh logic ở kênh ngược.

Khi truyền,lớp con MAC sẽ tập hợp các khối dữ liệu thành các SDU và gửi xuống cho lớp vật lý để truyền đi.

Khi nhận,lớp con MAC sẽ nhận các SDU, phân chia thành các khối dữ liệu,và gửi lên các lớp cao hơn.

Reverse common signaling channel

Reverse dedicaded signaling channel

Reverse

dedicaded traffic channel

Access channelEnhanced access channelReverse

common

control channelReverse

dedicated control channelReverse

fundamental channelReverse dedicated control channelReverse

fundamental channelReverse supplemental channel

Hình 9: minh họa ngõ vào và ngõ ra của multiflex sublayers.

Quá trình hợp các khối dữ liệu thành SDU.

Hình 10: quá trình hợp khối dữ liệu.

vii.Radio Link Protocol

Chức năng:

• Phân phát và nhận các gói dữ liệu của người dùng.

• Điều khiển cách thức di chuyển các gói dữ liệu trên kênh chuyên dụng.

• Phát hiện lỗi và thông báo việc truyền lại nếu dữ liệu nhận bị lỗi.Các cơ chế phát hiện lỗi:

• Positive acknowledgement (ACK) :Nếu nhận gói dữ liệu không có lỗi thì phía nhận sẽ gửi tín hiệu ACK đến phía truyền xác nhận việc nhận đã thành công.

• Negative acknowledgement (NAK): Nếu nhận gói dữ liệu có lỗi thì phía nhận sẽ gửi tín hiệu NAK đến phía truyền xác nhận việc nhận chưa thành công.

• Retransmission:Có nhiệm vụ báo cho phía nhận phải truyền lại khi nhận được tín hiệu NAK.

Việc phân phát và nhận các gói dữ liệu được đảm bảo nhờ các cơ chế này.

Hình 11: Sơ đồ phân phát gói dữ liệu.

Quá trình truyền ngược lại giữa phía truyền và phía nhận.Trong đó:

•a1,a2,….a15;b1,b2,…,b14 là các thời điểm truyền và nhận.•SEQ là các chuỗi dữ liệu.Ở ví dụ này SEQ gồm 2 bit.

•D là khoảng thời gian delay.

Có 4 gói dữ liệu được truyền đi vào các thời điểm a1,a2,a3,a4.Tại thời điểm b1,b2,b3,b4 nhận gói dữ liệu tương ứng SEQ 0,SEQ 1,SEQ 2,SEQ 3,SEQ 4.Nhưng tại thời điểm b2 gói dữ liệu bị lỗi,không nhận được.Do đó phía nhận gửi tín hiệu báo lỗi NAK 0 vào thời điểm b3 về phía truyền để yêu cầu gửi lại.Phía truyền phải đợi 1 khỏang thời gian delay D sau đó mới truyền tiếp.

Trong mạng CDMA, RPL dùng từ 8 đến 12 bit truyền dữ liệu nên tốc độ truyền lên tới 2Mbit/s.

viii Signaling radio burst protocol ( SRBP )

Điều khiển việc xử lý các tín hiệu báo hiệu trên kênh báo hiệu chung.Gồm có các kênh:F-SYNCH,F-PCH,F-CACH,F-CCCH,F-BCCH,R-ACH,R-EACH,R-CCCH.

Hình 12: cách xử lý trên kênh F-CCCH tại trạm gốc.

4.3 Link Access Control ( Lớp LAC )v Giới thiệu

Là giao thức kết nối dữ liệu,đảm bảo việc phân phát dữ liệu giữa lớp upper và lớp con MAC ở mức độ chính xác cao nhất.

i. Phân loại lớp con trong LAC

Gồm có 5 lớp con:

Authentication sublayer : Lớp con xác nhận.

Addressing sublayer : Lớp con định địa chỉ.

Automatic repeat request (ARQ) sublayer : Lớp con tự động lặp lai yêu cầu.

Utility sublayer : Lớp con tiêu chuẩn hóa.

Segmentation and reassembly (SAR) sublayer : Lớp con phân chia và hợp lại.

Hình 13: các lớp con trong LAC.

1) Authentication and addressing sublayer

• Xác nhận máy di động đang truy cập vào hệ thống.

• Xử lý thông tin địa chỉ của máy di động như số nhận diện (Mobile Identified Number).

• Sự xác nhận chỉ cần thiết khi máy di động lần đầu tiên truy cập vào hệ thống dùng kênh báo hiệu chung.Sau đó,máy di động dùng kênh chuyên dụng.

• Sự định địa chỉ chỉ cần thiết khi máy di động liên lạc với kênh báo hiệu chung.

• Assured delivery:Lớp LAC lập lại việc gửi dữ liệu tại những khoảng thời gian cố định đến khi nhận được tín hiệu ACK từ phía nhận.Nếu số lần truyền lại vượt qua số lần truyền định trước thì lớp LAC sẽ hủy bỏ việc truyền thêm nữa.

• Unassured delivery:Lớp LAC truyền dữ liệu nhưng phía nhận không gửi lại tín hiệu ACK.Do đó lớp LAC phải truyền dữ liệu nhiều lần.phía nhận sẽ phát hiện và giữ lại những dữ liệu giống nhau.

3) Segmentation and Reassembly sublayer (SAR)

Khi truyền,SAR phân chia các PDU thành những đoạn mà lớp MAC có thể truyền đi.Đồng thời tính ra các bit kiểm tra chu kỳ dư thừa (CRC) và gắn vào các PDU.

Khi nhận,SAR sẽ hợp các đoạn nhận được từ lớp MAC thành các PDU và gửi đến các lớp con cao hơn.Ngoài ra,SAR kiểm tra các bit (CRC) để xác nhận dữ liệu nhận được là đúng.

iii Xử lý các lớp con

• Báo hiệu chung ở kênh xuôi

Quá trình này xảy ra ở trạm gốc và trạm di động.

Khi trạm gốc (Base Station-BS) truyền dữ liệu báo hiệu chung đến trạm di động (Mobile station-MS) thì các lớp con của LAC sẽ thực hiện các bước xử lý như hình vẽ.Chỉ có 4 lớp con của LAC liên quan bởi vì authentication sublayer được BS dùng để xác thực các máy di động.

Hình 14: Quá trình báo hiệu chung ở kênh xuôi ở BS.

Đầu tiên,upper layer gửi đơn vị tải dữ liệu xuống cho ARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất,và lớp con addressing sẽ thêm các bit định địa chỉ thích hợp nhất (địa chỉ của máy di động).Tiếp đến,một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính ra mã CRC và đính kèm vào đơn vị dữ liệu.Khi dung lượng trên kênh vật lý đã sẵn sàng,nó sẽ báo hiệu cho SAR và SAR sẽ truyền các đoạn PDU xuống lớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chung ở kênh xuôi được truyền trên kênh logic f-csch.

Khi MS nhận tín hiệu từ BS,quá trình này xảy ra ngược lại như hình vẽ sau.

Hình 15: Quá trình báo hiệu chung kênh xuôi ở MS.

• Báo hiệu chung ở kênh ngược

Khi máy di động truyền tín hiệu trên kênh báo hiệu chung đến BS thì xảy ra các bước xử lý như hình vẽ sau.Trong đó tất cả các lớp con của lớp LAC đều được sử dụng.

Hình 16 :Báo hiệu chung kênh ngược ở MS.

Máy di động sử dụng lớp con authentication để gửi mã nhận dạng (MIN) đến BS Đầu tiên,upper layer gửi đơn vị tải dữ liệu (PDU) xuống cho lớp con authentication.Tại đây,PDU được thêm vào mã xác minh.Sau đó chuyển xuống lớp con ARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất,và lớp con addressing sẽ thêm các bit định địa chỉ thích hợp nhất (địa chỉ của máy di động).Tiếp đến, một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính ra mã CRC và đính kèm vào đơn vị dữ liệu.Khi dung lượng trên kênh vật lý đã sẵn sàng,nó sẽ báo hiệu cho SAR và SAR sẽ truyền các đoạn PDU xuống lớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chung ở kênh ngược được truyền trên kênh logic r-csch.

Khi BS nhận tín hiệu từ máy di động,quá trình này xảy ra ngược lại như hình vẽ sau.

Hình 17 :Báo hiệu chung kênh ngược ở BS.

i Báo hiệu chuyên dụng ở kênh xuôi

Hình vẽ sau minh họa việc xử lý khi BS truyền dữ liệu báo hiệu chuyên dụng đến máy di động.Trong trường hợp này chỉ liên quan đến ARQ,utility,SAR.Các lớp authentication và addressing không hoạt động vì mỗi máy di động khi nhận dữ liệu trên kênh chuyên dụng đã có sẵn mã nhận diện (mã Walsh),và máy di động không cần phải xác nhận BS.

Hình 18 :Báo hiệu chuyên dụng kênh xuôi ở BS.

Tại BS, upper layer gửi đơn vị tải dữ liệu (PDU) xuống cho lớp con ARQ,ARQ sẽ thêm vào các trường xác nhận thích hợp nhất.Tiếp đến,một phần của LAC PDU được chuyển tới lớp con utility để hợp nhất các LAC PDU và thêm vào các chức năng có liên quan.Sau khi nhận các đơn vị dữ liệu,lớp con SAR tính ra mã CRC và đính kèm vào đơn vị dữ liệu.Khi dung lượng trên kênh vật lý đã sẵn sàng,nó sẽ báo hiệu cho SAR và SAR sẽ truyền các đoạn PDU xuống lớp MAC.Dữ liệu báo hiệu chuyên dụng ở kênh xuôi được truyền trên kênh logic f-dsch.

Hình 19 :Báo hiệu chuyên dụng kênh xuôi ở MS.

Hình sau minh họa việc xử lý khi máy di động nhận dữ liệu báo hiệu chuyên dụng từ BS.Tại đây,việc xử lý được thực hiện ngược lại.

ii Báo hiệu chuyên dụng ở kênh ngược

Hình 20 :Báo hiệu chuyên dụng kênh ngược ở MS.

Lớp con LAC xử lý tín hiệu báo hiệu chuyên dụng ở hướng ngược tương tự như ở kênh xuôi,chỉ khác ở chỗ tín hiệu báo hiệu chuyên dụng truyền đi trên kênh r-dsch.

Hình 21: Báo hiệu chuyên dụng kênh ngược ở BS.

iv Sự tương tác giữa lớp chính và lớp phụ

Các primitive được sử dụng để truyền đơn vị dữ liệu và tín hiệu điều khiển giữa các lớp với nhau.Đơn vị dữ liệu được truyền là một trong những thông số của primitive.

• Khi truyền:

Hình 22:Sự tương tác của các primitive khi truyền dữ liệu.

oL2-Data.Request:được dùng khi LAC gửi PDU đến layer 3,thông báo cho Upper layer nhận dữ liệu đã được xử lý tại LAC.

Hình 23:Sự tương tác của các primitive khi truyền dữ liệu.

4.1 Upper layer ( Lớp trên cùng )4.1.1 Khối báo hiệu ( Signaling entity )

Khối báo hiệu là khối điều khiển hoạt động của hệ thống CDMA2000,thi hành những chức năng để thiết lập,duy trì và kết thúc 1 cuộc gọi.

Hoạt động của khối báo hiệu có thể chia thành 2 khía cạnh là trạng thái và chức năng.

b) Về mặt trang thái và trạng thái chuyển

Khối báo hiệu sẽ thực hiện việc vào ra các trạng thái chính và phụ để xử lý 1 cuộc gọi

Gồm có 4 trạng thái là:

i Trạng thái ban đầu của MS (mobile station initialization state).ii Trạng thái nghỉ của MS(mobile station idle).

iii Truy cập hệ thống(system access state).

iv MS điều khiển trên kênh lưu thông(mobile station controls on the traffic channel).

c) Về mặt chức năng:

Khối báo hiệu điều khiển và thực hiện những năng cần thiết cho 1 cuộc gọi.