Hoạt động trên lớp vật lý vô tuyến và cung cấp kênh vật lý giữa MS và mạng.
3.3.5.1 Các dịch vụ của lớp
- Mục đích của lớp là vận chuyển thông tin qua giao diện vô tuyến GSM bao gồm
thông tin RLC/MAC . Lớp này hỗ trợ nhiều MS trên cùng một kênh vật lý.
- Cung cấp quá trình truyền thông giữa MS và mạng.
- Điều khiển các chức năng cung cấp các dịch vụ cần thiết để duy trì khả năng truyền
thông trên kênh vô tuyến vật lý giữa mạng và MS. Các quá trình chuyển giao không đợc sử dụng trong GPRS mà đợc thay bằng quá trình MS lựa chọn lại cell.
3.3.5.2 Các chức năng của lớp.
- Mã hoá sửa lỗi trớc(FEC): Cho phép phát hiện sửa lỗi các từng mã đợc phát và cảnh
báo các từ mã sai.
- Chèn xen một khối vô tuyến vào 4 cụm trong các khung TDMA liên tục.
- Thực hiện thủ tục phát hiện tắc nghẽn.
Các chức năng điều khiển lớp liên kết vật lý:
- Các thủ tục đồng bộ bao gồm xác định và hiệu chỉnh sự sớm định thời của MS để
điều chỉnh các thay đổi truyền sóng.
- Các thủ tục giám sát và nâng cao chất lợng tín hiệu trên đờng truyền vô tuyến.
- Các thủ tục lựa chọn và lựa chọn lại cell.
- Các thủ tục điều khiển công suất phát.
- Các thủ tục tiết kiệm năng lợng cho MS, ví dụ thu gián đoạn (DRX).
3.3.5.3 Cấu trúc khối vô tuyến (Radio Block).
Một khối vô tuyến sử dụng cho truyền dữ liệu bao gồm:MAC header, RLC header, khối dữ liệu RLC. SNDCP LLC RLC MAC Phys. Link Phys. RF MS Um MS SNDCP LLC RLC MAC Phys. Link Phys. RF
Radio Block
MAC header RLC header RLC Data BSC
Hình 3.6. Cấu trúc khối vô tuyến cho truyền dữ liệu
- Phần tiêu đề MAC: Chứa các trờng điều khiển. Các trờng này khác nhau ở hớng lên
và hớng xuống. Phần này có chiều dài 8 bit.
- Phần tiêu đề RLC: Chứa các trờng điều khiển. Các trờng này khác nhau ở hớng lên
và hớng xuống. Phần này có chiều dài thay đổi.
- Trờng dữ liệu RLC: Chứa các octet của một hoặc nhiều LLC PDU.
- Chuỗi kiểm tra khối BCS đợc sử dụng để phát hiện lỗi.
Một khối vô tuyến sử dụng cho truyền bản tin báo hiệu gồm có: một tiêu đề MAC và một khối điều khiển RLC/MAC. Khối này luôn đợc truyền trên 4 cụm bình thờng NB.
Radio Block
MAC Header RLC/MAC Control Message BCS
Hình 3.7. Cấu trúc khối vô tuyến cho truyền dữ liệu
- Tiêu đề MAC chứa các trờng điều khiển, các trờng này khác nhau ở hớng lên và h-
ớng xuống và có chiều dài cố định.
- Khối điều khiển RLC/MAC chứa một bản tin điều khiển RLC/MAC.
- BCS đợc sử dụng để phát hiện lỗi.
3.3.5.5 Mã hoá kênh
Trong GPRS sử dụng 4 kiểu mã hoá kênh CS-1,CS-2,CS-3,CS-4 cho các kênh lu lợng dữ liệu gói. Tất cả các kênh điều khiển gói trừ PRACH và PTCCH/D luôn đợc mã hoá theo kiểu CS-1. Đối với các cum truy cập trên PRACH có hai kiểu mã hoá đợc sử dụng riêng. CS-1 là bắt buộc cho GPRS.
a. Mã hoá kênh PTCCH
Bốn kiểu mã hoá đợc sử dụng trong các khối vô tuyến GPRS mang các khối dữ liệu RLC. Bớc đầu tiên là thêm vào BSC để phát hiện lỗi. Đối với CS-1,CS-2,CS-3 bớc tiếp theo bao gồm tiền mã hoá (trừ CS-1), thêm 4 bit đuôi và một lần nữa mã hoá bán tốc để phát hiện lỗi, sau đó trích bit để đợc tốc độ mã hoá theo yêu cầu. Còn đối với CS-4 không có mã hoá phát hiện lỗi.
Radio Block USF
Puncturing Rate 1/2 convolution coding
Hình 3.8. Quá trình mã hoá theo kiểu CS-1,CS-2,CS-3
Hình 3.9. Quá trình mã hoá theo kiểu CS-4.
Các tham số mã hoá:
- Chiều dài của mỗi trờng.
- Số lợng các bit đợc mã hoá.
- Số lợng các bit đợc trích bỏ.
- Tốc độ dữ liệu bao gồm RLC header và thông tin RLC.
Scheme Code Rate USF Pre-code USF Radio.Block Excl.USF and BCS BCS Tail Coded bits Prunctured bits Data Rate (Kb/s) CS-1 1/2 3 3 181 40 4 456 0 9.05 CS-2 ≈2/3 3 6 268 16 4 588 132 13.4 CS-3 ≈3/4 3 6 312 16 4 676 220 15.6 CS-4 1 3 12 428 16 - 456 - 21.4 Bảng 3.10. Các tham số mã hoá
CS-1 có cùng kiểu mã hoá nh SACCH trong GSM. Nó chứa mã xoắn bán tốc cho FEC và một mã FRIE 40 bit cho BCS. CS-2,CS-3 đợc trích bit, có cùng tốc độ mã hoá xoắn nh CS-1 cho FEC, CS-4 không có FEC.
Có 4 kiểu mã hoá đều sử dụng 16 bit CRC cho BCS. CRC đợc tính toán dựa trên toàn bộ khối dữ liệu không đợc mã hoá bao gồm cả MAC header. USF có 4 trạng thái biểu thị bằng 3 bit nhị phân trong MAC header.
Đối với CS-1 toàn bộ khối vô tuyến đợc mã hoá xoắn, USF cần đợc giải mã nh phần dữ liệu. Tất cả các kiểu mã hoá khác phát ra cùng 12 bit mã hoá cho USF. USF có thể đợc giải mã nh mã khối hoặc nh phần dữ liệu.
b. Mã hoá kênh PACCH,PBCCH,PAGCH,PPCH,PNCH và PTCCH No coding
Block code
Radio Block
Mã hoá các kênh trên sử dụng kiểu mã hoá CS-1. Kênh PTCCH hớng lên dùng kiểu mã hoá tơng tự nh của PRACH.
c. Mã hoá kênh PRACH
Có hai kiểu cụm truy cập có thể đợc truyền trên PRACH: Cụm truy cập 8bit và một cụm truy cập 11bit gọi là cụm truy cập mở rộng. MS sẽ hỗ trợ cả hai loại cụm này.
3.3.5.6 Quá trình lựa chọn lại cell
Trong chế độ trống gói và chế độ truyền gói trong GPRS, MS thực hiện quá trình lựa chọn lại cell, trừ MS trong chế độ chuyên dụng tại đó mạng xác định lại cell cho các thủ tục chuyển giao.
Tiêu chuẩn lựa chọn lại cell mới là C31,C32 đợc cung cấp để hoàn chỉnh tiêu chuẩn lựa chọn lại cell trong GSM. C31 là tiêu chuẩn về cờng độ tín hiệu dùng để quyết định lựa chọn lại cell đợc u tiên có đợc sử dụng hay không. Các cell thực hiện tiêu chuẩn C31 thì cell nào có mức u tiên cao nhất sẽ đợc chọn. Nếu có nhiều hơn một cell có mức u tiên cao nhất thì cell nào có giá trị C32 cao hơn sẽ đợc chọn.
C32 là tiêu chuẩn cải tiến của C2. C32 áp dụng một giá trị độ lệch và trễ riêng rẽ cho từng cell. Các giá trị trễ áp dụng cho quá trình lựa chọn lại cell, yêu cầu cập nhật lại cell hoặc vùng định tuyến.
Thủ tục lựa chọn lại cell dùng cho MS truy cập vào GPRS nếu một PBCCH tồn tại trong cell đang phục vụ MS đó. Nếu PBCCH không đợc cấp phát thì MS sẽ thực hiện thủ tục lựa chọn lại cell theo tiêu chuẩn C2.
a. Đo l ờng cho quá trình lựa chọn lại cell
MS đo lờng cờng độ tín hiệu trên các tần số BCCH của cell và các cell lân cận, tính toán trung bình mức thu trên mỗi tần số. MS sẽ kiểm tra BSIC của các cell chỉ có các kênh với cùng BSIC mà đợc quảng bá cùng BA-GPRS trên PBCCH sẽ đợc xem xét cho quá trình lựa chọn lại cell.
Khi số lợng kênh PDCH hớng xuống đợc chỉ định cho các loại MS sử dụng nhiều TS không cho phép các kênh này đo lờng trong khung TDMA, mạng sẽ cung cấp các cửa sổ đo lờng để đảm bảo MS có thể thực hiện đo lờng theo yêu cầu. Mạng cung cấp các khoảng không tích cực trong suốt quá trình cấp phát tĩnh để cho MS đo lờng công suất cell kề bên và phát hiện BSIC.
b. Quảng bá thông tin
Kênh PBCCH quảng bá các tham số về lựa chọn cell của GPRS cho cell phục vụ và các cell cận kề đợc đề cập đến trong danh sách BA-GPRS. Một danh sách BA-GPRS xác định các cell cận kề (bao gồm cả BSIC) đợc sử dụng để xem xét quá trình lựa chọn lại cell GPRS.
Thủ tục sớm định thời sử dụng để thu đợc giá trị chính xác của sự sớm định thời mà MS phải tuân theo khi truyền các khối vô tuyến hớng lên. Thủ tục này không đợc sử dụng ở chế độ truyền kép mà đợc sử dụng ở chế độ chuyên dụng.
Thủ tục sớm định thời gồm hai phần:
- Khởi đầu quá trình đánh giá sự sớm định thời.
- Cập nhật liên tục sự sớm định thời.
a. Khởi đầu quá trình đánh giá sự sớm định thời
Dựa trên cụm truy cập mang bản tin yêu cầu kênh thủ tục Packet Uplink Assigment hoặc Packet Downlink Assigment mang giá trị của sự sớm định thời đợc đánh giá cho MS. MS sử dụng giá trị này cho truyền dẫn hớng lên cho tới khi thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời cho một giá trị mới. Có hai trờng hợp đặc biệt
- Khi sử dụng bản tin Packet Queuing Notification thì giá trị ớc lợng ban đầu trở nên
quá cũ để gửi bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment.
- Khi bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment đợc gửi không có giá trị tìm gọi -
u tiên mà không có sự sớm định thời hợp lệ. Mạng có thể thực hiện:
- Sử dụng bản tin Packet Polling Request để khởi đầu quá trình truyền bản tin Packet
Control Acknowledgement. Bản tin này đợc định dạng bằng 4 cụm truy cập. Từ đó sự sớm định thời đợc đánh giá.
- Gửi bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment không có thông tin sớm định
thời. ở trờng hợp này MS chỉ có thể bắt đầu truyền dữ liệu hớng lên sau khi sự sớm định thời đạt đợc bằng thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời.
- Bit thăm dò trong bản tin Packet Downlink (Uplink) Assigment có thể đợc thiết lập
để khởi đầu quá trình truyền bản tin Packet Control Acknowledgement. Trờng hợp này có thể đợc sử dụng nếu thông tin hệ thống chỉ thị bản tin Packet Control Acknowledgement có chứa các cụm truy cập.
Trong trờng hợp thông tin sự sớm định thời không đợc cung cấp trong bản tin chỉ thị thì MS không đợc phép truyền các cụm bình thờng NB ở hớng lên cho tới khi MS nhận đ- ợc một giá trị sớm định thời hợp lệ trong bản tin Packet Timing Advance/Power Control hoặc thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời.
b. Cập nhật liên tục sự sớm định thời
MS trong chế độ truyền gói sẽ sử dụng thủ tục cập nhật sự sớm định thời liên tục. Thủ tục này đợc truyền trên kênh PTCCH đã đợc cấp phát cho MS.
Truyền gói hớng lên: Trong bản tin Packet Uplink Assigment, MS chỉ định chỉ dẫn sự sớm định thời TAI và PTCCH. ở hớng xuống trong bản tin Packet Downlink Assigment, MS đợc chỉ định TAI và PTCCH. TAI xác định rõ kênh con PTCCH mà MS sử dụng. Trên hớng lên MS sẽ gửi cụm truy cập của PTCCH đã đợc chỉ định. PTCCH đợc mạng sử dụng để phát hiện sự sớm định thời.
Mạng phân tích cụm truy cập thu đợc và xác định các giá trị sớm định thời mới cho tất cả các MS thực hiện thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời mới cho tất cả các MS thực hiện thủ tục cập nhật liên tục sự sớm định thời trên PDCH. Các giá trị sự sớm định thời này đợc gửi thông qua một bản tin báo hiệu hớng xuống trên PTCCH/D. Mạng có thể gửi thông tin sự sớm định thời cùng trong bản tin Packet Timing Advance/Power control và Packet Uplink Ack/Nack trên PTCCH.
c. .Sự sắp xếp các cụm truy cập h ớng lên và h ớng xuống vào nhóm 8 đa khung 52 khung
- Giá trị TAI chỉ ra vị trí mà tại đó một khe đợc dành riêng cho MS gửi một cụm truy
cập (VD: TAI=1 chỉ ra đa khung n và khung trống là 2). Giá trị TAI xác định kênh con PTCCH đợc sử dụng.
- Mọi đa khung PDCH thứ hai bát đầu bằng một bản tin TA hớng xuống.
- BTS sẽ cập nhật giá trị sớm định thời trong bản tin TA kế tiếp, theo cụm truy nhập.
Một MS truyền đi một cụm truy nhập trong các khung đánh số 0,2,4,6. MS nhận giá trị sự sớm định thời đợc cập nhật trong bản tin TA2. MS có thể tìm giá trị sự sớm định thời đợc cập nhật trong TA3,4 hoặc 1 nhng chỉ phải nhận các giá trị này nếu TA2 không đợc nhận chính xác. MS ở trạng thái truyền dẫn sẽ bỏ qua các bản tin TA cho tới khi MS gửi cụm truy nhập đầu tiên. Điều này tránh sử dụng các giá trị sự sớm định thời thu đợc từ cụm truy nhập đã đợc gửi trớc đó mà cùng sử dụng TAI.
B0-B11 Radio Block
Các khung trống đợc đánh từ 1-31 (số lẻ) Các khung PTCCH đợc đánh từ 1-31 (số chẵn).
Hình 3.11. Sắp xếp các cụm truy nhập hớng lên và các bản tin báo hiệu sự sớm định thời hớng xuống.
3.3.5.8 Thủ tục điều khiển công suất
Thủ tục điều khiển công suất làm tăng hiệu quả phổ và làm giảm công suất tiêu thụ ở MS.
ở hớng lên MS tuân theo một thuật toán điều khiển công suất linh động, theo thuật
toán này mạng có thể tối u qua một loạt các tham số. Thuật toán này có thể đợc sử dụng cho cả điều khiển công suất vòng mở và vòng đóng.
B0 B1 B2 0 B3 B4 B5 1 B6 B7 B8 2 B9 B10 B11 3 uplink Downlink 52 multiframe number n TAI=0 TAI=1 TA-message 1 TA-message 1 52 multiframe number n+1 B0 B1 B2 4 B3 B4 B5 5 B6 B7 B8 6 B9 B10 B11 7 uplink Downlink TAI=2 TAI=3 TA-message 1 TA-message 1 52 multiframe number n+2 B0 B1 B2 8 B3 B4 B5 9 B6 B7 B8 10 B9 B10 B11 11 uplink Downlink TAI=4 TAI=5 TA-message 2 TA-message 2 TAI=6 52 multiframe number n+5 B0 B1 B2 20 B3 B4 B5 21 B6 B7 B8 22 B9 B10 B11 23 uplink Downlink TAI=10 TAI=11 TA-message 3 TA-message 3 52 multiframe number n+6 B0 B1 B2 24 B3 B4 B5 25 B6 B7 B8 26 B9 B10 B11 27 uplink Downlink TAI=12 TAI=13 TA-message 4 TA-message 4 52 multiframe number n+7 B0 B1 B2 20 B3 B4 B5 21 B6 B7 B8 22 B9 B10 B11 23 uplink Downlink TAI=14 TAI=15 TA-message 4 TA-message 4 B0 B1 B2 16 B3 B4 B5 17 B6 B7 B8 18 B9 B10 B11 19
Downlink TA-message 3 TA-message 3
52 multiframe number n+4
uplink TAI=8 TAI=9
B0 B1 B2 12 B3 B4 B5 13 B6 B7 B8 14 B9 B10 B11 15
Downlink TA-message 2 TA-message 2
TAI=6 TAI=7
52 multiframe number n+3 uplink
ở hớng lên, MS thực hiện điều khiển công suất. Bởi vậy không cần mô tả các thuật toán hiện thời nhng cần thông tin về quá trình thực hiện ở hớng xuống. MS phải trao đổi các báo cáo chất lợng kênh với BTS. Điều khiển công suất không sử dụng trong dịch vụ quảng bá điểm-điểm.
a. Công suất phát của MS
MS tính toán giá trị công suất cao tần PCH, để sử dụng kênh PDCH riêng biệt hớng
lên đã chỉ định cho MS. ( ) [ 48, ] . min 0 C Pmax dBm PCH = Γ −ΓCH −α + CH
Γ : tham số điều khiển công suất đặc trng của kênh. Tham số này đợc gửi tới MS
trên bất cứ bản tin chỉ định nào. Mạng có thể gửi các giá trị ΓCH mới trên các kênh
PACCH hớng xuống.
0
Γ : hằng số phụ thuộc băng tần.
[0...1]
⊂
α : tham số hệ thống, αđợc quảng bá trên PBCCH.
C: mức tín hiệu thu tại MS.
Pmax: công suất phát cực đại cho phép trong cell.
Trong trờng hợp truy cập bằng PRACH hoặc RACH không sử dụng PCH mà sử dụng
Pmax.
b.Công suất phát của BTS
BTS sẽ phát công suất không đổi trên các khối vô tuyến PDCH chứa PBCCH hoặc chứa PPCH. Công suất này có thể thấp hơn công suất phát cho BCCH. Sự khác biệt này đ- ợc quảng bá trên PBCCH.
Trên các khối vô tuyến PDCH quá trình điều khiển công suất hớng xuống có thể đợc