Các kênh logic

L ỜI CAM Đ OAN

2.4.1.Các kênh logic

Các kênh logic có thểđược chia thành hai nhóm chủ yếu: nhóm kênh điều khiển và nhóm kênh lưu lượng.

™ Nhóm kênh điều khiển bao gồm:

− Kênh điều khiển quảng bá (BCCH - Broadcast Control Channel) − Kênh điều khiển tìm gọi (PCCH - Paging Control Channel)

− Kênh điều khiển dành riêng (DCCH - Designated Control Channel) − Kênh điều khiển chung (CCCH - Common Control Channel)

− Kênh điều khiển phân chia kênh (SHCCH - Shared Channel Control Channel)

− Kênh điều khiển riêng cho ODMA (ODCCH - ODMA dedicated control

channel)

− Kênh điều khiển chung cho ODMA (OCCCH - ODMA Common Control

Channel).

™ Nhóm kênh lưu lượng bao gồm:

− Kênh lưu lượng dành riêng (DTCH – Designated Traffic Channel)

− Kênh lưu lượng dành riêng cho ODMA – DTCH (Opportunity-Driven Multiple Access - Designated Traffic Channel)

− DPDCH: truyền kênh truyền dẫn DCH.

− DPCCH: truyền thông tin điều khiển như: các bit hoa tiêu để hỗ trợđánh giá việc xác định kênh trong quá trình phát hiện tương quan, các lệnh điều khiển công suất phát, thông tin phản hồi, và một bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền dẫn. − PRACH: mang thông tin của kênh giao vận RACH.

− PCPCH: mang thông tin của kênh giao vận CPCH.

™ Kênh vật lý đường xuống (DPCH):

2.4.3. Các kênh truyền tải

Trong UTRAN số liệu được tạo ra ở các lớp cao được truyền tải trên đường vô tuyến bởi các kênh truyền tải bằng cách sắp xếp các kênh này lên các kênh vật lý khác nhau. Lớp vật lý được yêu cầu để hỗ trợ các kênh truyền tải với các tốc độ bit thay đổi nhằm cung cấp các dịch vụ với độ rộng băng tần theo yêu cầu và để ghép nhiều dịch vụ trên cùng một kết nối.

Có hai kiểu kênh truyền tải: Các kênh riêng và các kênh chung. Kênh chung là tài nguyên được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhóm người sử dụng trong cell, còn tài nguyên kênh riêng được ấn định bởi một mã và một tần số nhất định để dành riêng cho một người sử dụng duy nhất.

™ Kênh truyền tải riêng:

lớp cao. Kênh truyền tải riêng được đặc trưng bởi các tính năng như: Điều khiển công suất nhanh, thay đổi tốc độ số liệu nhanh theo từng khung và khả năng phát đến một phần cell hay đoạn cell bằng cách thay đổi hướng Anten của hệ thống anten thích ứng. Các kênh riêng hỗ trợ chuyển giao mềm.

™ Các kênh truyền tải chung:

UTRAN định nghĩa 6 kiểu kênh truyền tải chung. Các kênh này có một sốđiểm khác với các kênh trong thế hệ thứ hai, chẳng hạn truyền dẫn gói ở các kênh chung và một kênh dùng chung đường xuống để phát số liệu gói. Các kênh chung không có chuyển giao mềm, nhưng một số kênh có điều khiển công suất nhanh.

™ Kênh quảng bá:

Kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) là một kênh truyền tải được sử dụng để phát các thông tin đặc thù UTRAN hoặc cell. Vì thiết bị người sử dụng máy di động chỉ có thể đăng ký đến cell này nếu nó có thể giải mã kênh quảng bá, nên cần phát kênh này ở công suất khá cao để mạng có thể đạt đến tất cả mọi người sử dụng trong vùng phủ yêu cầu.

™ Kênh truy cập đường xuống:

Kênh truy cập đường xuống (FACH: Forward Access Channel) là một kênh truyền tải đường xuống mang thông tin điều khiển đến các máy di động nằm trong một cell cho trước, chẳng hạn sau khi trạm gốc thu được một bản tin truy cập ngẫu nhiên. Kênh truyền dẫn đường xuống truyền thông tin điều khiển tới trạm di động khi hệ thống biết được việc định vị cell của trạm di động.

™ Kênh tìm gọi:

Kênh tìm gọi (PCH: Paging Channel) là một kênh truyền tải đường xuống thường được truyền trên toàn bộ cell, được dùng để truyền thông tin điều khiển tới trạm di động khi hệ thống không biết vị trí cell của trạm di động. Nó mang số liệu liên quan đến thủ tục tìm gọi, chẳng hạn khi mạng muốn khởi đầu thông tin với máy di động. máy di động phải có khả năng thu được thông tin tìm gọi trong toàn bộ vùng phủ của cell.

™ Kênh truy cập ngẫu nhiên:

Kênh gói chung đường lên (CPCH: Common Packet Channel) là một mở rộng của kênh RACH để mang số liệu của người sử dụng được phát theo gói trên đường lên. FACH ởđường xuống cùng với kênh này tạo nên cặp kênh để truyền số liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hình 2.8. Kênh truyền tải đường lên và đường xuống.

™ Kênh đường xuống dùng chung:

Kênh đường xuống dùng chung (DSCH: Dedicated Shared Channel) là kênh truyền tải để mang thông tin của người sử dụng và/hoặc thông tin điều khiển. Nhiều người sử dụng có thể dùng chung kênh này. Xét về nhiều mặt nó giống như kênh truy cập đường xuống, nhưng kênh dùng chung hỗ trợ sử dụng điều khiển công suất nhanh cũng như tốc độ bit thay đổi theo khung. Ở FDD, nó được kết hợp với một hoặc vài kênh DCH đường xuống. Nó có thể được truyền trên toàn bộ cell hoặc chỉ trên một phần cell đang sử dụng, ví dụ các anten dạng búp.

™ Các kênh truyền tải cần thiết:

Các kênh truyền tải chung cần thiết cho việc hoạt động căn bản của mạng là: RACH, FACH và PCH, còn việc sử dụng DSCH và CPCH là lựa chọn và có thểđược quyết định bởi mạng.

2.5. Các dịch vụ chính trong mạng 3G WCDMA

Các dịch vụ chính cung cấp trong mạng 3G WCDMA có trong bảng dưới đây.

Bảng 2.1. Phân loại các dịch vụở 3GWDCMA UMTS

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di động Di động đầu cuối/di động cá nhân/di động dịch vụ Dịch vụ di động Dịch vụ thông tin định vị

- Theo dõi di động/ theo dõi di động thông minh

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbps) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbps) Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps) - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144 kbps- 2Mbps) - Dịch vụ số liệu tốc độ cao (≥ 2Mbps) Dịch vụđa phương tiện - Dịch vụ Video (384 kbps) - Dịch vụ hình chuyển động (384kbps- 2 Mbps) - Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2 Mbps) Dịch vụ Internet đơn giản Dịch vụ truy nhập Web (384 kbps-2Mbps) Dịch vụ Internet thời gian thực Dịch vụ Internet (384 kbps-2Mbps) Dịch vụ Internet Dịch vụ internet đa phương tiện

Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (≥ 2Mbps)

2.6. Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động 3G

Một hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cần đáp ứng được các yêu cầu cơ bản sau:

9 Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu.

9 Có khả năng truyền tải đa phương tiện.

9 Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống 2G chỉ có phương thức chuyển mạch kênh truyền thống, hiệu suất kênh tương đối thấp. Trong khi đó, hệ thống thông tin di động thế hệ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.

9 Tăng phương thức truyền tải không đối xứng: dịch vụ dữ liệu mới như (www) có đặc tính không đối xứng trong khi đó, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chỉ hỗ trợ dịch vụđối xứng.

9 Khả năng tăng cường dữ liệu.

9 Chất lượng truyền và chất lượng dịch vụ không thua kém mạng cốđịnh: Hệ thống thông tin di động trong tương lai làm cho chất lượng truyền tải đạt đến hoặc gần đến chất lượng của hệ thống hữu tuyến, có thể cung cấp tốc độ truyền là 144Kbps cho người đi xe, 384kbps cho người đi bộ và 2Mbps

2.7. Đa truy nhập

Trong hệ thống thông tin di dộng tổ ong, mỗi ô (cell) được xem như là hệ thống truyền thông đa người dùng, trong đó một lượng lớn người dùng cùng chia sẻ tài nguyên vật lý chung để gửi và nhận thông tin. Tài nguyên trong mỗi ô đó là băng tần trong phổ tần vô tuyến. Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong hệ thống thông tin di động người ta sử dụng các kỹ thuật ghép kênh. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng khái niệm đa truy cập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiều thuê bao dùng chung tài nguyên tần số hoặc khe thời gian hoặc cả hai. Có ba hình thức đa truy nhập cơ bản: Time Frequ enc y Code PN1 PN2 PN 1 PN 2 PN3 PN 4 PN 5 PN3 PN4 PN5 t1 t2 tN t p f1 f2 fN f p

a) FDMA b) TDMA c) CDMA

Hình 2.9. Các kỹ thuật đa truy nhập

2.7.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA):

Trong hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật FDMA toàn bộ dải thông của băng tần được chia thành 2N dải con, mỗi dải con gọi là một kênh vô tuyến. Mỗi thuê bao sẽđược cấp phát một cặp kênh trong suốt quá trình liên lạc.Với kiểu truy nhập này các kênh sẽ phát đi liên tục đồng thời một số sóng mang. Do vậy nhất thiết phải cung cấp các khoảng bảo vệ giữa mỗi dải mà một sóng mang chiếm nhằm giảm thiểu ảnh hưởng từ sự không hoàn hảo của các bộ tạo dao động và các bộ lọc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng được với cả hệ thống truyền dẫn số và truyền dẫn tương tự.

- Ưu điểm: đơn giản và không cần đồng bộ giữa bên thu và bên phát. - Nhược điểm:

o Tổn thất dung lượng khi số các truy nhập tăng lên do phát sinh các sản phẩm xuyên điều chế giữa các sóng mang, cần phải điều khiển công suất phát của các trạm,…

2.7.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Phương pháp truy cập TDMA cho phép nhiều người sử dụng cùng một sóng mang nhưng xen kẽ ở các khoảng thời gian (gọi là khe thời gian – Time Slot) khác nhau sao cho không có sự chồng lấn lên nhau. Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số, sau đó được gán cho một trong các khe thời gian này. Số lượng các khe thời gian trong một kênh vô tuyến có thể thay đổi tuỳ thuộc vào cách thiết kế hệ thống. Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn. Điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một dải thông như nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

2.7.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Phương pháp đa truy nhập theo mã (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 lên nhau nên dung lượng lớn hơn đáng kể so với các hệ thống TDMA và FDMA. 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 cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN). CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy cập khác: dung lượng cao hơn đáng để, khả năng chống nhiễu tốt, bảo mật cao, giảm Fading đường truyền, bảo đảm truyền dẫn chất lượng cao và cho phép chuyển vùng mềm giữa các trạm gốc.

2.8. Kỹ thuật trải phổ

Nguyên lý trải phổ là cung cấp tất cả các tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố. Theo cách đó mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tác động tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất có thể bằng cách khống chế công suất phát. Như vậy, một hệ thống được coi là trải phổ

(chuỗi mã giả ngẫu nhiên PN) độc lập với dữ liệu, có độ rộng phổ lớn hơn rất nhiều lần độ rộng phổ của tín hiệu gốc.

- Tại phía thu: tín hiệu băng rộng được giải trải phổ, giải điều chế thành dữ liệu ban đầu.

Hình 2.10. Sơđồ nguyên lý hệ thống thông tin trải phổ.

™ Có 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:

- Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum): Tín hiệu dữ liệu được nhân trực tiếp với mã trải phổ, sau đó tín hiệu được điều chế sóng mang băng rộng.

- Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequence Hopping Spread Spectrum). Trong hệ thống này, sóng mang điều chế tín hiệu được chuyển đổi lần lượt các giá trị ở một tập các tần số theo mẫu được xác định bằng một chuỗi mã PN.

- Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum). Trong hệ thống này, dãy mã đóng/mở bộ phát, thời gian đóng/mở bộ phát được chuyển đổi thành tín hiệu giả ngẫu nhiên.

Trong hệ thống WCDMA sử dụng phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS, các bit dữ liệu được mã hoá với một chuỗi bit giả ngẫu nhiên (PN).

2.9. Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng WCDMA

Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng WCDMA có nhiệm vụ cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên vô tuyến. Mục đích của quản lý tài nguyên vô tuyến bao gồm:

9 Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho các dịch vụ khác nhau

Quản lý tài nguyên vô tuyến bao gồm các chức năng: Điều khiển công suất, điều khiển chuyển giao, điều khiển nghẽn (bao gồm điều khiển thu nhận, điều khiển tải và lập lịch cho gói tin).

Hình 2.11. Quản lý tài nguyên vô tuyến trong mạng WCDMA

2.10. Điều khiển công suất

Mục tiêu của việc sử dụng điều khiển công suất khác nhau ởđường lên và đường xuống. Các mục tiêu của điều khiển công suất có thể tóm tắt như sau:

9 Duy trì chất lượng kết nối ở cả hướng lên và hướng xuống bằng việc điều khiển công suất phát ở máy di động, Node B.

9 Khắc phục hiệu ứng gần - xa trên đường lên.

9 Tối ưu dung lượng hệ thống bằng việc điều khiển nhiễu.

9 Làm tăng tối đa tuổi thọ pin của đầu cuối di động.

Hiệu ứng gần - xa ởđường lên: Tín hiệu từ các máy di động MS (Mobile Station) khác nhau được truyền đi trong cùng băng tần một cách đồng thời trong các hệ thống WCDMA. Không có điều khiển công suất, tín hiệu đến từ MS gần với trạm gốc nhất có thể chặn các tín hiệu từ các MS khác cách xa trạm gốc hơn. Trong tình huống xấu nhất, một MS có công suất quá lớn có thể chặn toàn bộ một cell. Giải pháp là phải áp dụng điều khiển công suất đểđảm bảo rằng các tín hiệu đến từ các đầu cuối khác nhau có cùng công suất hay có cùng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR) khi chúng đến trạm gốc BS (Base Station).

Hình 2.12. Hiệu ứng gần - xa (điều khiển công suất trên đường lên)

Vì thếđểđáp ứng mục tiêu chất lượng giống nhau, cần nhiều năng lượng cấp phát cho cho các kênh đường xuống giữa BS và MS2.

Hình 2.13. Bù nhiễu bên trong cell (điều khiển công suất ởđường xuống)

Trong WCDMA, điều khiển công suất được thực hiện cho cả đường lên lẫn đường xuống. Điều khiển công suất đường xuống có mục đích nhằm tối thiểu nhiễu đến các cell khác và bù nhiễu do các cell khác gây ra cũng như nhằm đạt được mức SNR yêu cầu. Tuy nhiên, điều khiển công suất cho đường xuống không quan trọng nhưđiều khiển công suất cho đường lên. Hệ thống WCDMA sử dụng điều khiển công suất đường xuống nhằm cải thiện tính năng hệ thống bằng cách kiểm soát nhiễu từ các cell khác.

Điều khiển công suất đường lên tác động lên các kênh truy nhập và lưu lượng. Nó được sử dụng để thiết lập đường truyền khi khởi tạo cuộc gọi và phản ứng lên các thăng giáng tổn hao đường truyền lớn. Mục đích chính của điều khiển công suất đường lên nhằm khắc phục hiệu ứng gần - xa bằng cách duy trì mức công suất truyền dẫn của các máy di động trong cell như nhau tại máy thu trạm gốc với cùng một chất lượng dịch vụ (QoS). Do vậy, việc điều khiển công suất đường lên là thực hiện tinh chỉnh