CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN VÀ KÊNH VÔ TUYẾN CỦA 3G WCDMA
2.5 Kiến trúc ngăn xếp giao thức của giao diện vô tuyến WCDMA/FDD
Hình 2.14 Kiến trúc giao thức vô tuyến cho UTRAN FDD
Giao diện vô tuyến được chia thành 3 lớp gồm có : • Lớp vật lý (L1)
• Lớp liên kết số liệu ( L2) • Lớp mạng ( L3)
Lớp 1 hỗ trợ tất cả các chức năng được yêu cầu để truyền các luồng bit trên môi trường vật lý, nó cũng tham gia vào đo đạc các tham số ví dụ như tỉ số lỗi khung (FER), tỉ số tín hiệu trên nhiễu ( SIR), công suất nhiễu, công suất phát…
Lớp 1 UMTS đưa ra các dịch vụ truyền tải số liệu cho lớp cao hơn. Các dịch vụ này được cung cấp bởi các liên kết vô tuyến thiết lập bởi các quá trình báo hiệu. Những liên kết này đưcọ quản lý bởi thực thể quản lý lớp 1. Một liên kết vô tuyến được tạo bởi một hay vài kênh truyền tải, và một kênh vật lý.
Lớp 1 UMTS được chia thành 2 lớp con : lớp con truyền tải và lớp con vật lý. Tất cả quá trình ( mã hóa kênh, ghép đan xen…) được thực hiện bởi lớp con
truyền tải để cung cấp các dịch vụ khác nhau, được kết hợp cùng QoS. Lớp con vật lý đáp ứng cho phần điều chế, đưa các tín hiệu điện có thể được mang đi qua giao diện vô tuyến. Hoạt động trải phổ cũng được thực hiện ở lớp con vật lý. Hai lớp con này được điều khiển bởi thực thể quản lý lớp 1 ( L1M).
Lớp 2 đáp ứng các chức năng như ánh xạ, mã hóa, phát lại và phân mảnh. Nó bao gồm 4 lớp con : MAC (Medium Access Control : điều khiển truy nhập môi trường), RLC (Radio Link Control : điều khiển liên kết vô tuyến), PDCP (Packet Data Convergence Protocol : giao thức hội tụ số liệu gói), BMC ( Broadcast/Multicast Control : điều khiển quảng bá/đa phương).
Lớp 3 và RLC được chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C- Plane) và mặt phẳng người sử dụng (U-Plane). PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U.
Trong mặt phẳng lớp 3 bao gồm RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyên vô tuyến) kết cuối tại RAN và các lớp con cao hơn: MM (Mobility Management) và CC (Connection Management), GMM (GPRS Mobility Management), SM (Session Management) kết cuối tại mạng lõi (CN).
Lớp RRC thực hiện các chức năng quản lý như sau :
• Thiết lập, tái thiết lập, duy trì và giải phóng một kết nối RRC giữa UE và UTRAN : bao gồm chọn lại ô, thiêt lập liên kết báo hiệu lớp 2. Khi một RNC đảm nhiệm một kết nối cụ thể tới một UE, nó đóng vai trò như RNC đang phục vụ.
• Thiết lập, tái cấu hình và giải phóng các sóng mang vô tuyến : tại một thời điểm có thế thiết lập nhiều sóng mang cho một UE, tùy thuộc vào QoS (Quality of Service : chất lượng dịch vụ ) mà cấu hình cho các sóng mang đó. RNC cũng đảm nhận đáp ứng QoS.
• Thiết lập, tái cấu hình và giải phóng các tài nguyên vô tuyến cho kết nối RRC : thiết lập cho các tài nguyên vô tuyến bao gồm các mã hóa, các kênh chia sẻ. RRC truyền thông với UE để phân bổ các tài nguyên mới nhằm quản lý các hoạt động chuyển giao.
• Nhắn tin/ thông báo : việc phát quảng bá thông tin từ mạng tới các UE được thực hiện từ mạng lõi.
• Báo cáo các tham số đo đạc. • Điều khiển công suất vòng ngoài.
Chức năng chính của RLC là truyền tải số liệu từ phía người dùng hay mặt phẳng điều khiển qua giao diện vô tuyến. RLC cung cấp các dịch vụ tới lớp cao hơn bao gồm :
• Truyền số liệu
• Thiết lập QoS
• Thông báo những lỗi không thể xử lý được tại RLC.
Các chức năng của RLC bao gồm :
• Ánh xạ giữa các PDU lớp cao hơn và các kênh logic
• Mã hóa : chặn các luồng số liệu không được xác thực.
• Phân mảnh / khôi phục các PDU có độ lớn khác nhau ở lớp cao hơn đến / từ các khối tải tin RLC nhỏ hơn.
• Phát hiện lỗi.
• Điều khiển luồng số liệu : cho phép RLC phía thu điều khiển tốc độ với RLC đồng cấp để truyền số liệu.
Đối với lớp MAC bao gồm các dịch vụ : • Truyền dữ liệu
• Tái phân bổ các tài nguyên vô tuyến và các tham số MAC
• Báo cáo các tham số đo đạc : báo cáo về lưu lượng và chất lượng tới lớp RRC.
Các chức năng trên kết hợp với các hoạt động bao gồm có xử lý ưu tiên giữa các luồng dữ liệu trong một UE ( do UE có thể sử dụng nhiều dịch vụ đồng thời như thoại, đa phương tiện nên phải có độ ưu tiên khác nhau cho các dịch vụ), xử lý ưu tiên giữa các UE (phụ thuộc vào tài nguyên hiệu suất trải phổ ), mã hóa ( nhằm ngăn chặn các dữ liệu không được xác thực vào mạng), xử lý ưu tiên cho quá trình truy nhập ngẫu nhiên.
UMTS hỗ trợ một vài các giao thức lớp mạng cung cấp giao thức trong suốt cho khách hàng sử dụng các dịch vụ. PDCP chuyển các gói tin từ các lớp cao hơn, đáp ứng các phương pháp tối ưu khác nhau để truyền tải. Phương pháp hiện tại được biết đến được chuẩn hóa bởi thuật toán nén tiêu đề của IETF. Loại thuật toán và các tham số của nó được đàm phán bởi RRC và được thông báo tới PDCP.
Mỗi kiểu giao thức lớp mạng đều thực hiện nén và giải nén tiêu đề. Trường PID (Packet Identifier : chỉ định gói tín) được chèn vào để thông báo phương pháp nén nào được dùng. Các thuật toán nén dùng cho TCP/IP, RTP/UDP/IP…
Một chức năng nữa của PDCP là đánh số các PDU, khi ấy mỗi PDCP-SDU (cả đường lên và đường xuống) được đệm và đánh số sau khi đã nén tiêu đề. Các
SDU được giữ tới khi PDCP-PDU được nhận bởi RLC. Chuỗi số PDCP có dải từ 0 đến 65535.
BMC – giao thức điều khiển quảng bá/ đa phương
Các chức năng chính của BMC là :
• Lưu trữ bản tin quảng bá ô: BMC trong RNC lưu bản tin quảng bá ô được nhận qua giao diện CBC-RNC.
• Giám sát lưu lượng và yêu cầu tài nguyên vô tuyến cho CBS : tại phía UTRAN, BMC tính toán tốc độ truyền theo yêu cầu cho dịch vụ quảng bá ô dựa trên các bản tin nó nhận qua giao diện CBC-RNC.
• Sắp xếp bản tin BMC : BMC nhận thông tin đồng thời với mỗi bản tin quảng bá ô qua giao diện CBC-RNC. Dựa vào thông tin đó, về phía UTRAN thì BMC tạo ra các bản tin xếp lịch và sắp xếp chuỗi các bản tin BMC. Về phí UE, BMC ước tính sắp xếp các bản tin và thông báo thông số tới RRC để RRC cấu hình cho lớp thấp hơn.
• Truyền bản tin BMC tới UE : Truyền theo lịch đã sắp xếp sẵn. • Chuyển tiếp các bản tin quảng bá ô tới lớp cao hơn.