8.4.1. Kờnh vật lý
Hệ thống mạng GPRS sử dụng hoàn toàn giao diện khụng gian (Air Interface) hay là kết nối giữa trạm di động MS và trạm thu phỏt gốc BTS của mạng GSM cú nghĩa là đa truy nhập theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Asscess) và mỗi khung TDMA được tạo thành bởi 8 khe thời gian tần số vụ tuyến (Radio Frequency Time Slot).
Một khe thời gian tần số vụ tuyến của khung TDMA được gọi là một kờnh võt lý. Thụng tin gửi đi trờn một khe thời gian tần số vụ tuyến được gọi là một cụm (Burst). Một kờnh vật lý cú thể được sử dụng cho một kờnh logic hoặc một phần của kờnh logic.
Chu út thậm – 05btt-07đt - 64 - Việc ấn định cỏc kờnh của GPRS khỏc với GSM. GPRS cho phộp
một trạm di động truyền trờn nhiều khe thời gian của cựng một khung TDMA (hoạt động theo kiểu đa khe thời gian). Điều này cho phộp ấn định kờnh rất linh hoạt, từ 1 đến 8 khe thời gian trong một khung TDMA cú thể ấn định cho một trạm di động. Hơn thế nữa, đường up-link và down-link được ấn định riờng, điều này cho phộp tăng hiệu suất đối với cỏc dạng dữ liệu khụng đối xứng như trỡnh duyệt WEB chẳng hạn là dạng ứng dụng dựng đường down-link nhiều hơn đường up-link.
Đối với GSM, một kờnh tần số được ấn định vĩnh viễn cho một thuờ bao nhất định trong thời gian cuộc gọi cho dự dữ liệu cú được truyền đi hay khụng. Ngược lại, đối với GPRS, cỏc kờnh tần số được ấn định khi cỏc gúi dữ liệu được gửi đi hoặc nhận về và sau đú cỏc kờnh tần số này sẽ được giải phúng sau khi kết thỳc truyền. Đối với việc truyền khụng liờn tục dữ liệu, điều này cho phộp sử dụng cú hiệu quả hơn nguồn tài nguyờn vụ tuyến khan hiếm. Với nguyờn tắc này, nhiều thuờ bao cú thể chia sẻ 1 kờnh vật lý.
Một ụ của GPRS cú thể ấn định cỏc kờnh vật lý cho lưu lượng GPRS. Kờnh vật lý này được biểu thị bằng kờnh dữ liệu gúi (Packet Data Channel). Cỏc kờnh PDCH được tỏch ra từ tổ hợp cỏc kờnh rỗi trong ụ. Do đú, tài nguyờn ụ được chia sẻ bởi tất cả cỏc trạm di động GPRS cũng như cỏc trạm khụng phải GPRS. Việc sắp xếp cỏc kờnh vật lý cho cỏc dịch vụ chuyển mạch gúi (GPRS) hoặc cỏc dịch vụ chuuyển mạch kờnh (GSM) cú thể được thực hiện một cỏch linh động (nguyờn tắc dung lượng theo yờu cầu) phụ thuộc vào tải hiện tại, mức độ ưu tiờn của dịch vụ và mức đa khe thời gian. Thủ tục giỏm sỏt tải được sử dụng để giỏm sỏt tải của kờnh PDCH trong ụ. Dựa vào nhu cầu hiện tại, cỏc kờnh sẽ được ấn định cho dịch vụ GPRS với số lượng kờnh PDCH cú thể thay đổi.
Chu út thậm – 05btt-07đt - 65 - Cỏc kờnh vật lý hiện khụng sử dụng cho dịch vụ GSM cú thể được
ấn định thành cỏc kờnh PDCH để tăng số lượng kờnh cho cỏc dịch vụ GPRS. Khi đú nhu cầu về tài nguyờn vụ tuyến cho cỏc dịch vụ cú mức ưu tien cao, cỏc kờnh PDCH cú thể ấn định lại.
8.4.2. Cỏc kờnh logic của GPRS
Nhiều loại thụng tin khỏc nhau cú thể truyền giữa trạm thu phỏt gốc và trạm di động như bỏo hiệu, quảng bỏ cỏc thụng tin chung của hệ thống, đồng bộ, ấn định kờnh, paging hoặc truyền tải. Cỏc loại thụng tin khỏc nhau đú được truyền bằng kờnh vật lý và được phõn loại thành cỏc nhúm khỏc nhau gọi là kờnh logic. Cỏc kờnh logic này được sắp xếp trờn cỏc kờnh vật lý theo một sơ đồ sắp xếp.
Bảng sau đõy liệt kờ cỏc kờnh logic chứa gúi dữ liệu được xỏc định bởi GPRS. Giống như GSM, cỏc kờnh logic được chia thành 2 loại. Cỏc kờnh lưu lượng và cỏc kờnh bỏo hiệu (điều khiển)
Chu út thậm – 05btt-07đt - 66 -
a. Kờnh lưu lượng dữ liệu gúi PDTCH (Packet Data Traffic Channel)
PDTCH được dựng để truyền số liệu của người sử dụng. Nú cung cấp tạm thời cho một MS hoặc một nhúm MS. Một MS cú thể cựng một lỳc dựng nhiều kờnh PDCH để phục vụ cho việc truyền tải gúi.
Tốc độ truyền tải gúi thụng tin trờ giao diện vụ tuyến được thực hiện với tốc độ mó hoỏ khỏc nhau CS1-CS4. Thụng tin tốc độ mó hoỏ như sau: Từ MS đến BSS và ngược lại Kờnh điều khiển chung gúi Từ MS đến BSS Từ BSS đến MS Từ BSS đến MS Từ BSS đến MS Từ MS đến BSS và ngược lại Nhúm Kờnh Chức năng Hướng Kờnh lưu lượng dữ liệu úi
PDTCH Lưu lượng dữ liệu Kờnh điều khiển
quảng bỏ gúi PBCCH
Điều khiển quảng bỏ
PRACH Truy nhập ngẫu nhiờn PAGCH Cho phộp truy nhập
PPCH Paging PNCH Thụng bỏo Kờnh điều khiển riờng gúi PACCH PTCCH Điều khiển kết hợp Điều khiển đồng bộ Bảng 1: Cỏc kờnh logic của GPRS
Chu út thậm – 05btt-07đt - 67 -
b. Kờnh điều khiển quảng bỏ gúi PBCH (Packet Broadcast Control Channel)
PBCH là kờnh bỏo hiệu một hướng điểm tới đa điểm từ phõn hệ trạm gốc BSS tới cỏc trạm di động. Kờnh này được BSS sử dụng để quảng bỏ những thụng tin nhất định về tổ chức mạng vụ tuyến GPRS tới tất cả cỏc trạm di động GPRS nằm trờn một ụ.
Ngoài cỏc thụng số về GPRS, kờnh PBCH cũng quảng bỏ cỏc thụng tin hệ thống quan trọng về cỏc dịch vụ chuyển mạch kờnh để trạm di động GPRS/GSM khụng dựng kờnh diều khiển quảng bỏ BCCH (Broadcast Control Channel) thụng thường của trạm GSM.
c. Kờnh điều khiển chung gúi PCCCH (Packet Common Control Channel)
PCCCH là một kờnh bỏo hiệu hai chiều từ điểm tới đa điểm để chuyển cỏc thụng tin về quản lý truy nhập mạng vớ dụ như ấn định tài nguyờn vụ tuyến và Paging. Kờnh PCCCH gồm 4 kờnh nhỏ:
Coding scheme Tốc độ CS1 CS2 CS3 CS4 9,05 kbps 13,4 kbps 15,6 kbps 21,4 kbps Bảng 2. Tốc độ mó hoỏ
Chu út thậm – 05btt-07đt - 68 -
Kờnh truy nhập ngẫu nhiờn gúi PRACH (Packet Random Access Channel) được sử dụng bởi trạm di động để yờu cầu thờm một hoặc nhiều kờnh PDTCH.
Kờnh truy nhập gúi PPCH (Packet Paging CHannel) được sử dụng để cấp thờm một hoặc nhiều kờnh PDTCH cho trạm di động.
Kờnh Paging gúi PPCH được BSS sử dụng để tỡm ra vị trớ của trạm di động (Paging) trước khi truyền gúi trờn đường down-link.
Kờnh thụng bỏo gúi PNCH (Packet Notifiction Channel) được sử dụng để thụng bỏo cho trạm di động về một bản tin PTM.
d. Kờnh điều khiển riờng gúi
Là kờnh bỏo hiệu hai chiều điểm tới điểm – Kờnh này gồm hai kờnh PACCH và PTCCH.
Kờnh điều khiển kết hợp gúi PACCH (Packet Associated Control Channel) luụn được ấn định cựng với một hoặc nhiều kờnh PDCH được cấp cho một trạm di động. Kờnh PACCH chuyển thụng tin bỏo hiệu vớ dụ như điều khiển cụng suất tới một trạm di động nhất định.
Kờnh điều khiển đồng bộ gúi PTCCH (Packet Timing Advance Control Channel) được sử dụng cho việc đồng bộ khung.
a. Sắp xếp cỏc kờnh dữ liệu gúi trờn cỏc kờnh vật lý
Việc sắp xếp cỏc kờnh logic trờn cỏc kờnh vật lý bao gồm hai yếu tố: Sắp xếp tần số và sắp xếp thời gian. Sắp xếp tần số dựa trờn số khung
Chu út thậm – 05btt-07đt - 69 - TDMA và cỏc tần số được ấn định cho trạm thu phỏt gốc BTS và trạm di
động. Sắp xếp thời gian dựa trờn việc xỏc định cỏc cấu trỳc đa khung phức hợp trờn cỏc khung TDMA.
Một cấu trỳc đa khung cho cỏc kờnh PDCH gồm 52 khung TDMA như hỡnh 2.11. Sự kết hợp của hai khung TDMA tạo nờn một khối (12 khối, từ Bo đến B11). Hai khung TDMA được dựng cho việc truyền kờnh PTCCH, hai khung TDMA cũn lại là khung rỗi.
Việc sắp xếp cỏc kờnh logic trờn cỏc khối từ Bo đến B11 của đa khung cú thể thay đổi từ khối này đến khối khỏc và được điều khiển bởi cỏc tham số được quảng bỏ trờn kờnh PBCCH.
Ngoài đa khung gồm 52 khung, được sử dụng cho tất cả cỏc kờnh logic của GPRS cũn cú loại cấu trỳc đa khung gồm 51 khung. Cấu trỳc khung này được sử dụng khi cỏc kờnh PDCH chỉ chứa kờnh logic PCCH và PBCCH và khụng chứa kờnh logic nào khỏc.
e. Dự trữđường truyền GPRS
Việc điều chỉnh chất lượng mạng GPRS theo chất lượng đường kết nối vụ tuyến dễ dàng hơn việc điều chỉnh chất lượng mạng GSM, người
B B11
Đa khung với 52 khung TDMA (240ms) B 1 B T B3 B4 B5 X B6 B7 B8 B9 T B10 T : Khung cho kờnh PTCCH X Kh ỗi
Hỡnh 2.11. Cấu trỳc đa khung với 52 khung
Chu út thậm – 05btt-07đt - 70 - sử dụng cú thể dễ dàng điều chế theo cỏc sơ đồ mó hoỏ khỏc nhau (từ
CS1 đến CS4) với cỏc mức độ mó hoỏ chống lỗi khỏc nhau. Với dạng điều chế chống lỗi kộm nhất là CS1 thỡ kết nối GPRS vẫn được duy trỡ khi tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu (C/I: Carrier to Interference) dưới 6 dB. Trong khi đú, chất lượng thoại của kết nối chuyển mạch kờnh trờn mạng GSM chỉ cú thể được duy trỡ khi tỷ số tớn hiệu trờn nhiễu C/I lớn hơn 9 dB đối với hệ thống nhảy tần (Frequency Hopping). Do đú, khi đó cú quy hoạch mạng GSM để cú vựng phủ súng cho dịch vụ thoại tốt cú nghĩa là đạt tỷ số C/I lớn hơn 9 dB, khụng cần thiết phải tối ưu hoỏ và quy hoạch ụ (cell panning) lại khi triển khai mạng GPRS.
Những mạng cú chất lượng đường kết nối vụ tuyến cao, với tỷ số C/I lớn hơn 9 dB, đũi hỏi ớt phải truyền lại gúi dữ liệu bị lỗi do đú cú thể sử dụng cỏc dạng điều chế như CS-2, CS-3 và CS-4 với lượng thụng tin truyền nhiều hơn, hiệu năng cao hơn là dạng điều chế CS-1. Bằng cỏch thay đổi dạng điều chế tuỳ thuộc vào chất lượng mạng vụ tuyến, băng thụng của người sử dụng được mang GPRS trờn một kờnh vật lý sẽ tăng lờn khi chất lượng khối vụ tuyến tăng lờn.
Đa số cỏc hệ thống GPRS hiện nay chỉ sử dụng dạng điều chế CS-1 và dạng điều chế CS-2 với tốc độ đạt tới kps (kết nối 4 khe thời gian), sử dụng cơ chế chống lỗi của dạng điều chế CS-1, GPRS vẫn cú khả năng duy trỡ đường kết nối giữa trạm và mạng ngay cả khi chất lượng mạng vụ tuyến giảm xuống đến mức khụng thể chấp nhận được đối với chất lượng thoại của mạng GSM.
f. Ảnh hưởng của GPRS đến chất lượng thoại trờn mạng vụ tuyến
GPRS sử dụng chung một phõn thức điều chế, cấu trỳc cụm và cỏc kờnh vụ tuyến của mạng GSM chuyển mạch kờnh. Và gúi dữ liệu GPRS cũng gõy ra nhiễu như thoại của mạng GSM. Tuy nhiờn, dạng nhiễu từ
Chu út thậm – 05btt-07đt - 71 - kờnh GPRS khỏc với dạng nhiễu của kờnh thoại do thứ tự tắt mở (On –
Off) trờn kờnh dữ liệu gúi khỏc với thứ tự tắt mở trờn kờnh thoại. Ngoài ra, GPRS và kờnh thoại cũng sử dụng cỏc cơ chế điều chỉnh cụng suất khỏc nhau.
Trong một mạng nhảy tần với việc ấn định kờnh động cho tải chuyển mạch kờnh và tải GPRS trờn cỏc kờnh, nhiễu gõy ra sẽ là nhiễu do cả tải GSM và tải GPRS. Tuy nhiờn, trờn mạng vụ tuyến sử dụng nhảy tần với tải chủ yếu là tải chuyển mạch kờnh, nhiễu gõy ra do tải của một số ớt mỏy đầu cuối sử dụng GPRS khụng thể gõy ra một ảnh hưởng đỏng kể đến nhiễu chung của hệ thống.
Do đú, cú thể núi rằng nhiễu do việc sử dụng tải chuyển mạch gúi GPRS là ảnh hưởng khụng đỏng kể đến chất lượng thoại trờn mạng vụ tuyến chuyển mạch kờnh GSM.
g. Khu vực dịch vụ GPRS, khu vực SGSN, khu vực định tuyến RA và khu vực định vị LA.
* Khu vực dịch vụ GPRS
Là khu vực địa lý trong đú dịch vụ GPRS được cung cấp cho trạm di động, cú nghĩa là khu vực mà ở đú trạm di động cú thể gửi và nhận dữ liệu trong mạng GPRS. Khu vực dịch vụ GPRS cú thể bao gồm một hoặc nhiều mạng di động mặt đất cụng cộng PLMN.
Mạng di động mặt đất cụng cộng PLMN là khu vực trong đú dịch vụ GPRS được cung cấp bởi một nhà khai thỏc mạng.
*Khu vực SGSN
Là một phần của mạng được phục vụ bởi một nỳt hỗ trợ GPRS hiện hành SGSN, một khu vực SGSN cú thể bao gồm nhiều khu vực định tuyến.
Chu út thậm – 05btt-07đt - 72 -
* Khu vực định tuyến RA (Routing Area)
Là một phần của khu vực định vị LA (Location Area). Trong một khu vực định tuyến một trạm di động cú thể di động mà khụng cần cập nhật SGSN. Một nỳt hỗ trợ GPRS hiện hành SGSN cú thể bao gồm một số khu vực định tuyến. Kớch thước của khu vực định tuyến cú thể thay đổi từ một phần của thành phố cho đến một tỉnh hoặc một nước. Một khu vực định tuyến RA cú thể một hay nhiều ụ.
*Khu vực định vị LA
Là khu vực ở đú trạm di động cú thể di động mà khụng cần cập nhật VLR. Một khu vực định vị cú thể cú một hoặc một số ụ.
Việc cập nhật khu vực định tuyến RA và khu vực định vị LA cú thể được thực hiện đồng thời khi trạm di động giữa cỏc nỳt hỗ trợ GPRS hiện hành SGSN.