1. MỞ ĐẦU
2.2 KIẾN TRÚC 3G WCDMA UMTS R4
Hỡnh 2.3 cho thấy kiến trỳc cơ sở của 3G UMTS R4. Sự khỏc nhau cơ bản giữa R3 và R4 là ở chỗ khi này mạng lừi là mạng phõn bố và chuyển mạch mềm. Thay cho việc cú cỏc MSC chuyển mạch kờnh truyền thống như ở kiến trỳc trước, kiến trỳc chuyển mạch phõn bố và chuyển mạch mềm được đưa vào. Về căn bản, MSC được chia thành MSC server và cổng cỏc phương tiện (MGW: Media Gateway). MSC chứa tất cả cỏc phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động cú ở một MSC tiờu chuẩn. Tuy nhiờn nú khụng chứa ma trận chuyển mạch. Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW được MSC Server điều khiển và cú thể đặt xa MSC Server.
Hỡnh 2.3 Kiến trỳc mạng phõn bố của phỏt hành 3GPP R4
Bỏo hiệu điều khiển cỏc cuộc gọi chuyển mạch kờnh được thực hiện giữa RNC và MSC Server. Đường truyền cho cỏc cuộc gọi chuyển mạch kờnh được thực hiện giữa RNC và MGW. Thụng thường MGW nhận cỏc cuộc gọi từ RNC và định tuyến cỏc cuộc gọi này đến nơi nhận trờn cỏc đường trục gúi. Trong nhiều trường hợp đường trục gúi sử dụng
Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Transport Protocol) trờn Giao thức Internet (IP). Từ hỡnh 1.10 ta thấy lưu lượng số liệu gúi từ RNC đi qua SGSN và từ
SGSN đến GGSN trờn mạng đường trục IP. Cả số liệu và tiếng đều cú thể sử dụng truyền tải IP bờn trong mạng lừi. Đõy là mạng truyền tải hoàntoàn IP.
Tại nơi mà một cuộc gọi cần chuyển đến một mạng khỏc, PSTN chẳng hạn, sẽ cú một cổng cỏc phương tiện khỏc (MGW) được điều khiển bởi MSC Server cổng (GMSC server). MGW này sẽ chuyển tiếng thoại được đúng gúi thành PCM tiờu chuẩn để đưa đến PSTN. Như vậy chuyển đổi mó chỉ cần thực hiện tại điểm này. Để thớ dụ, ta giả thiết rằng nếu tiếng ở giao diện vụ tuyến được truyền tại tốc độ 12,2 kbps, thỡ tốc độ này chỉ
phải chuyển vào 64 kbps ở MGW giao tiếp với PSTN. Truyền tải kiểu này cho phộp tiết kiệm đỏng kể độ rộng băng tần nhất là khi cỏc MGW cỏch xa nhau.
Giao thức điều khiển giữa MSC Server hoặc GMSC Server với MGW là giao thức ITU H.248. Giao thức này được ITU và IETF cộng tỏc phỏt triển. Nú cú tờn là điều khiển cổng cỏc phương tiện (MEGACO: Media Gateway Control). Giao thức điều khiển cuộc gọi giữa MSC Server và GMSC Server cú thể là một giao thức điều khiển cuộc gọi bất kỳ. 3GPP đề nghị sử dụng (khụng bắt buộc) giao thức Điều khiển cuộc gọi độc lập vật
mang (BICC: Bearer Independent Call Control) được xõy dựng trờn cơ sở khuyến nghị
Q.1902 của ITU.
Trong nhiều trường hợp MSC Server hỗ trợ cả cỏc chức năng của GMSC Server. Ngoài ra MGW cú khả năng giao diện với cả RAN và PSTN. Khi này cuộc gọi đến hoặc từ PSTN cú thể chuyển nội hạt, nhờ vậy cú thể tiết kiệm đỏng kể đầu tư. Để làm thớ dụ ta xột trường hợp khi một RNC được đặt tại thành phố A và được điều khiển bởi một MSC đặt tại thành phố B. Giả sử thuờ bao thành phố A thực hiện cuộc gọi nội hạt. Nếu khụng cú cấu trỳc phõn bố, cuộc gọi cần chuyển từ thành phố A đến thành phố B (nơi cú MSC) để đấu nối với thuờ bao PSTN tại chớnh thành phố A.Với cấu trỳc phõn bố, cuộc gọi cú thể được điều khiển tại MSC Server ở thành phố B nhưng đường truyền cỏc phương tiện thực tế cú thể vẫn ở thành phố A, nhờ vậy giảm đỏng kể yờu cầu truyền dẫn và giỏ thành khai thỏc mạng.
Từ hỡnh 2.3 ta cũng thấy rằng HLR cũng cú thể được gọi là Server thuờ bao tại nhà (HSS: Home Subscriber Server). HSS và HLR cú chức năng tương đương, ngoại trừ giao diện với HSS là giao diện trờn cơ sở truyền tải gúi (IP chẳng hạn) trong khi HLR sử dụng giao diện trờn cơ sở bỏo hiệu số 7. Ngoài ra cũn cú cỏc giao diện (khụng cú trờn hỡnh vẽ) giữa SGSN với HLR/HSS và giữa GGSN với HLR/HSS. Rất nhiều giao thức được sử dụng bờn trong mạng lừi là cỏc giao thức trờn cơ sở gúi sử dụng hoặc IP hoặc ATM. Tuy nhiờn mạng phải giao diện với cỏc mạng truyền thống qua việc sử dụng cỏc cổng cỏc phương tiện. Ngoài ra mạng cũng phải giao diện với cỏc mạng SS7 tiờu chuẩn. Giao diện này được thực hiện thụng qua cổng SS7 (SS7 GW). Đõy là cổng mà ở một phớa nú hỗ trợ truyền tải bản tin SS7 trờn đường truyền tải SS7 tiờu chuẩn, ở phớa kia nú truyền tải cỏc bản tin ứng dụng SS7 trờn mạng gúi (IP chẳng hạn). Cỏc thực thể như MSC Server, GMSC Server và HSS liờn lạc với cổng SS7 bằng cỏch sử dụng cỏc giao thức truyền tải
Bước phỏt triển tiếp theo của UMTS là đưa ra kiến trỳc mạng đa phương tiện IP (hỡnh 2.4). Bước phỏt triển này thể hiện sự thay đổi toàn bộ mụ hỡnh cuộc gọi. Ở đõy cả tiếng và số liệu được xử lý giống nhau trờn toàn bộ đường truyền từ đầu cuối của người sử dụng đến nơi nhận cuối cựng. Cú thể coi kiến trỳc này là sự hội tụ toàn diện của tiếng và số liệu.
Hỡnh 2.4 Kiến trỳc mạng 3GPP R5 và R6
Điểm mới của R5 và R6 là nú đưa ra một miền mới được gọi là phõn hệ đa phương tiện IP (IMS: IP Multimedia Subsystem). Đõy là một miền mạng IP được thiết kế để hỗ trợ cỏc dịch vụ đa phương tiện thời gian thực IP. Từ hỡnh 2.4 ta thấy tiếng và số liệu khụng cần cỏc giao diện cỏch biệt; chỉ cú một giao diện Iu duy nhất mang tất cả phương tiện. Trong mạng lừi giao diện này kết cuối tại SGSN và khụng cú MGW riờng. Phõn hệ đa phương tiện IP (IMS) chứa cỏc phần tử sau: Chức năng điều khiển trạng thỏi kết nối (CSCF: Connection State Control Function), Chức năng tài nguyờn đa phương tiện
(MRF: Multimedia Resource Function), chức năng điều khiển cổng cỏc phương tiện (MGCF: Media Gateway Control Function), Cổng bỏo hiệu truyền tải (T-SGW: Transport Signalling Gateway) và Cổng bỏo hiệu chuyển mạng (R-SGW: Roaming Signalling Gateway).
Một nột quan trọng của kiến trỳc toàn IP là thiết bị của người sử dụng được tăng cường rất nhiều. Nhiều phần mềm được cài đặt ở UE. Trong thực tế, UE hỗ trợ giao thức khởi đầu phiờn (SIP: Session Initiation Protocol). UE trở thành một tỏc nhõn của người sử dụng SIP. Như vậy, UE cú khả năng điều khiển cỏc dịch vụ lớn hơn trước rất nhiều. CSCF quản lý việc thiết lập , duy trỡ và giải phúng cỏc phiờn đa phương tiện đến và từ người sử dụng. Nú bao gồm cỏc chức năng như: phiờn dịch và định tuyến. CSCF hoạt động như một đại diện Server /hộ tịch viờn.
SGSN và GGSN là cỏc phiờn bản tăng cường của cỏc nỳt được sử dụng ở GPRS và UMTS R3 và R4. Điểm khỏc nhau duy nhất là ở chỗ cỏc nỳt này khụng chỉ hỗ trợ dịch vụ số liệu gúi mà cả dịch vụ chuyển mạch kờnh (tiếng chẳng hạn). Vỡ thế cần hỗ trợ cỏc khả năng chất lượng dịch vụ (QoS) hoặc bờn trong SGSN và GGSN hoặc ớt nhất ở cỏc Router kết nối trực tiếp với chỳng. Chức năng tài nguyờn đa phương tiện (MRF) là chức năng lập cầu hội nghi được sử dụng để hỗ trợ cỏc tớnh năng như tổ chức cuộc gọi nhiều phớa và dịch vụ hội nghị . Cổng bỏo hiệu truyền tải (T-SGW) là một cổng bỏo hiệu SS7 để đảm bảo tương tỏc SS7 với cỏc mạng tiờu chuẩn ngoài như PSTN. T-SGW hỗ trợ cỏc giao thức Sigtran. Cổng bỏo hiệu chuyển mạng (R-SGW) là một nỳt đảm bảo tương tỏc bỏo hiệu với cỏc mạng di động hiện cú sử dụng SS7 tiờu chuẩn. Trong nhiều trường hợp TSGW và R-SGW cựng tồn tại trờn cựng một nền tảng. MGW thực hiện tương tỏc với cỏc mạng ngoài ở mức đường truyền đa phương tiện. MGW ở kiến trỳc mạng của UMTS R5 cú chức năng giống như ở R4. MGW được điều khiển bởi Chức năng cổng điều khiển
cỏc phương tiện (MGCF). Giao thức điều khiển giữa cỏc thực thể này là ITU-T H.248.
MGCF cũng liờn lạc với CSCF. Giao thức được chọn cho giao diện này là SIP. Tuy nhiờn cú thể nhiều nhà khai thỏc vẫn sử dụng nú kết hợp với cỏc miền chuyển mạch kờnh trong R3 và R4. Điều này cho phộp chuyển đồi dần dần từ cỏc phiờn bản R3 và R4 sang R5. Một số cỏc cuộc gọi thoại cú thể vẫn sử dụng miền CS một số cỏc dịch vụ khỏc chẳng hạn video cú thể được thực hiện qua R5 IMS. Cấu hỡnh lai ghộp được thể hiện trờn hỡnh
Hỡnh 2.5. Chuyển đổi dần từ R4 sang R5 2.4 KẾT LUẬT CHƯƠNG II
Chương II này trỡnh bày về kiến trỳc mạng 3G được xột. Mạng lừi 3G bao gồm hai vựngchuyển mạch: (1) vựng chuyển mạch cỏc dịch vụ CS và (2) vựng chuyển mạch cỏcdịch vụ PS. Cỏc phỏt hành đỏnh dấu cỏc mốc quan trọng phỏt triển mạng 3G WCDMA UMTS được xột: R3, R4, R5 và R6. R3 bao gồm hai miền chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi trong đú kết nối giữa cỏc nỳt chuyển mạch gọi là TDM (ghộp kờnh theo thời gian). R4 là sự phỏt triển của R3 trong đú miền chuyển mạch kờnh chuyển thành chuyển mạch mềm và kết nối giữa cỏc nỳt mạng bằng IP. R5 và R6 hỗ trợ cỏc dịch vụ đa phương tiện IP hoàn toàn dựa trờn chuyển mạch gúi
CHƯƠNG III
GIAO DIỆN Vễ TUYẾN CỦA WCDMA
3.1. MỞ ĐẦU
WCDMA UMTS là một trong cỏc tiờu chuẩn của IMT-2000 nhằm phỏt triển của GSM để cung cấp cỏc khả năng cho thế hệ ba. WCDMA UMTS sử dụng mạng đa truy nhập vụ tuyến trờn cơ sở W-CDMA và mạng lừi được phỏt triển từ GSM/GPRS. W- CDMA cú thể cú hai giải phỏp cho giao diện vụ tuyến: ghộp song cụng phõn chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex) và ghộp song cụng phõn chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex). Cả hai giao diện này đều sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA). Giải phỏp thứ nhất sẽ được triển khai rộng rói cũn giải phỏp thứ hai chủ yếu sẽ được triển khai cho cỏc ụ nhỏ (Micro và Pico).
Giải phỏp FDD sử dụng hai băng tần 5 MHz với hai súng mang phõn cỏch nhau 190 MHz: đường lờn cú băng tần nằm trong dải phổ từ 1920 MHz đến 1980 MHz, đường xuống cú băng tần nằm trong dải phổ từ 2110 MHz đến 2170 Mhz. Mặc dự 5 MHz là độ rộng băng danh định, ta cũng cú thể chọn độ rộng băng từ 4,4 MHz đến 5 MHz với nấc tăng là 200 KHz. Việc chọn độ rộng băng đỳng đắn cho phộp ta trỏnh được nhiễu giao thoa nhất là khi khối 5 MHz tiếp theo thuộc nhà khai thỏc khỏc.
Giải phỏp TDD sử dụng cỏc tần số nằm trong dải 1900 đến 1920 MHz và từ 2010 MHz đến 2025 MHz; ở đõy đường lờn và đường xuống sử dụng chung một băng tần.
Giao diện vụ tuyến của W-CDMA hoàn toàn khỏc với GSM và GPRS, W-CDMA sử dung phương thức trải phổ chuỗi trực tiếp với tốc độ chip là 3,84 Mcps. Trong WCDMA mạng truy nhập vụ tuyến được gọi là UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Cỏc phần tử của UTRAN rất khỏc với cỏc phần tử ở mạng truy nhập vụ tuyến của GSM. Vỡ thế khả năng sử dụng lại cỏc BTS và BSC của GSM là rất hạn chế. Một số nhà sản xuất cũng đó cú kế hoạch nõng cấp cỏc GSM BTS cho WCDMA. Đối với cỏc nhà sản suất này cú thể chỉ thỏo ra một số bộ thu phỏt GSM từ BTS và thay vào
của mỡnh. Cỏc phần tử như MSC, HLR, SGSN, GGSN cú thể được nõng cấp từ mạng hiện cú để hỗ trợ đồng thời WCDMA và GSM.
Giao diện vụ tuyến của WCDMA/FDD được xõy dựng trờn ba kiểu kờnh: kờnh
logic, kờnh truyền tải và kờnh vật lý. Kờnh logic được hỡnh thành trờn cơ sở đúng gúi cỏc
thụng tin từ lớp cao trước khi sắp xếp vào kờnh truyền tải. Nhiều kờnh truyền tải được
ghộp chỳng vào kờnh vật lý.. Kờnh vật lý được xõy dựng trờn cụng nghệ đa truy nhập
CDMA kết hợp với FDMA/FDD. Mỗi kờnh vật lý được đặc trưng bởi một cặp tần số và
một mó trải phổ. Ngoài ra kờnh vật lý đường lờn cũn được đặc trưng bởi gúc pha. Trong
phần dưới đõy ta trước hết ta xột kiến trỳc giao thức của giao diện vụ tuyến sau đú ta sẽ
xột giao diện vụ tuyến của WCDMA/FDD, sau đú sẽ xột cỏc kờnh này.
3.2. KIẾN TRÚC GIAO DIỆN Vễ TUYẾN WCDMA/FDD
Kiến trỳc giao diện vụ tuyến của WCDMA được cho trờn hỡnh 3.1
/ Đ /k h iể n Điều khiển L2/BMC
(Điều khiển quảng bá/đa ph ơng) Đ /k h iể n Đ /k h iể n Các kênh logic Các kênh truyền tải Mặt điều khiển C Mặt ng ời sử dụng U
phẳng U Uation PHY L2/MAC L1 RLC L2/RLC ((Điều khiển đoạn VT) MAC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC BMC Lớp 3-RRC
(Điều khiển tài nguyên VT)
PDCP PDCP
L2/PDCP
(Giao thức hội tụ số liệu gói)
Giao diện vụ tuyến được phõn thành 3 lớp giao thức: • Lớp vật lý (L1)
• Lớp đoạn nối số liệu (L2) • Lớp mạng (L3)
Lớp 2 được chia thành cỏc lớp con: MAC (Medium Access Control: Điều khiển truy nhập mụi trường) và RLC (Radio link Control: điều khiển liờn kết), PDCP (Packet Data Convergence Protocol: Giao thức hội tụ số liệu gúi) và BMC (Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bỏ/đa phương ).
Lớp 3 và RLC đựơc chia thành hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C) và mặt phẳng người sử dụng (U). PDCP và BMC chỉ cú ở mặt phẳng U.
Trong mặt phẳng C lớp 3 được chia thành cỏc lớp con: “trỏnh lặp" (TBD) nằm ở tầng truy nhập nhưng kết cuối ở mạng lừi (CN: Core Network) và lớp RRC (Radio Resource Control: điều khiển tài nguyờn vụ tuyến). Bỏo hiệu ở cỏc lớp cao hơn: MM (Mobility Management) và CC (Connection Management) được coi là ở tầng khụng truy nhập.
Lớp vật lý là lớp thấp nhất ở giao diện vụ tuyến. Lớp vật lý được sử dụng để truyền dẫn ở giao diện vụ tuyến. Mỗi kờnh vật lý ở lớp này được xỏc định bằng một tổ hợp tần số, mó ngẫu nhiờn hoỏ (mó định kờnh) và pha (chỉ cho đường lờn). Cỏc kờnh được sử dụng vật lý để truyền thụng tin cuả cỏc lớp cao trờn giao diện vụ tuyến, tuy nhiờn cũng cú một số kờnh vật lý chỉ được dành cho hoạt động của lớp vật lý.
Để truyền thụng tin ở giao diện vụ tuyến, cỏc lớp cao phải chuyển cỏc thụng tin này qua lớp MAC đến lớp vật lý bằng cỏch sử dụng cỏc kờnh logic. MAC sắp xếp cỏc kờnh này lờn cỏc kờnh truyền tải trước khi đưa đến lớp vật lý để lớp này sắp xếp chỳng lờn cỏc kờnh vật lý.
3.3. CÁC KấNH CỦA WCDMA3.3.1. Cỏc kờnh logic 3.3.1. Cỏc kờnh logic
Bảng 3.1. Danh sỏch cỏc kờnh logic Nhúm kờnh Kờnh logic ứng dụng CCH (Control Channel: Kờnh điều khiển) BCCH (Broadcast Control Channel: Kờnh điều khiển quảng bỏ)
Kờnh đường xuống để phỏt quảng bỏ thụng tin hệ thống
PCCH (Paging Control Channel: Kờnh điều khiển tỡm gọi)
Kờnh đường xuống để phỏt quảng bỏ thụng tin tỡm gọi
CCCH (Common Control Channel: Kờnh điều khiển chung)
Kờnh hai chiều để phỏt thụng tin điều khiển giữa mạng và cỏc UE. Được sử dụng khi khụng cú kết nối RRC hoặc khi truy nhập một ụ mới
DCCH (Dedicated Control Channel: Kờnh điều khiển riờng).
Kờnh hai chiều điểm đến điểm để phỏt thụng tin điều khiển riờng giữa UE và mạng. Được thiết lập bởi tiết lập kết nối của RRC
TCH (Traffic Channel: Kờnh lưu lượng)
DTCH (Dedicated Traffic Channel: Kờnh lưu lượng riờng)
Kờnh hai chiều điểm đến điểm riờng cho một UE để truyền thụng tin của người sử dụng. DTCH cú thể tồn tại cả ở đường lờn lẫn đường xuống
CTCH (Common Traffic Channel: Kờnh lưu lượng chung)
Kờnh một chiều điểm đa điểm để
truyền thụng tin của một người sử
dụng cho tất cả hay một nhúm người
sử dụng quy định hoặc chỉ cho một
người sử dụng. Kờnh này chỉ cú ở
đường xuống.
3.3.2. Cỏc kờnh truyền tải
Cỏc kờnh lụgic được lớp MAC chuyển đổi thành cỏc kờnh truyền tải. Tồn tại hai kiểu kờnh truyền tải: cỏc kờnh riờng và cỏc kờnh chung. Điểm khỏc nhau giữa chỳng là: kờnh chung là tài nguyờn được chia sẻ cho tất cả hoặc một nhúm cỏc người sử dụng trong ụ, cũn kờnh kờnh riờng được ấn định riờng cho một ngừơi sử dụng duy nhất. Cỏc
