Chương 3 Truy nhập mạng UMTS
3.2 Cấu trúc của mạng UMTS
3.2.1 UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access network -
3.2.1.1 Cấu trúc của UTRAN
Mạng truy nhập được giới hạn bởi hai giao diện: một là giao iện U d ugiữa UTRAN và thiết bị đầu cuối UE, hai là Iu giữa UTRAN và phần mạng lõi CN.
Thực chất Iu thực hiện hai nhóm chức năng khác nhau hay nói cách khác nó là sự tổ hợp của hai giao diện đến mạng lõi chuyển mạch kênh IuCS và đến mạng lõi chuyển mạch gói IuPS. Điều này thể hiện ở hình 3.3.
Cấu trúc của UTRAN gồm một hay nhiều khối RNS - Radio Network Subsystem nối tới mạng lõi CN qua giao diện Iu. Mỗi khối RNS gồm một RNC
và nhiều Node B nối tới RNC qua giao diện Iub. Node B gồm nhiều cell, các cell có thể sử dụng thu phát theo công nghệ FDD - Frequency Division Duplex và/hoặc TDD Time Division Duplex. Trong UTRAN, các RNC có thể kết nối - với nhau thông qua giao diện Iur.
RNC là phần tử duy nhất trong mạng UMTS điều khiển nguồn tài nguyên vô tuyến. Nó quản lý nhiều Node B và thông qua giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC - Radio Resource Control để định nghĩa các bản tin và các thủ tục giữa đầu cuối và UTRAN. Vai trò của nó giống như một BSC trong mạng GSM.
Các chức năng của RNC là
• Quản lý tài nguyên vô tuyến qua giao diện Iub.
• Điều khiển các Node B.
• Quản lý lưu lượng.
• Thực hiện việc phân tập dữ liệu đến một hay nhiều Node B.
• Gán mã định kênh.
• Thu thập các bản tin đo lường.
Node B là một trạm thu phát sóng, nó tương đương với BTS trong hệ thống GSM. Trong một Node B có thể có một hay nhiều cell, tuy nhiên trong khuyến nghị nói chung của ETSI thì chỉ đề cập đến một cell. Chức năng chính của nó là thực hiện các chức năng của lớp vô tuyến như mã hóa kênh, đan xen, thích ứng tốc độ, trải phổ ... Ngoài ra nó còn tham gia thực hiện một số chức năng quản lý tài nguyên vô tuyến như điều khiể công suất vòng trong... Thêm vào đó, vì bản thân Node B chứa cả lớp vô tuyến vật lý nên nó cũng phải thực hiện một số chức năng như phát hiện lỗi trên đường truyền vô tuyến, đo sóng vô tuyến và gửi bản tin lên trên, đồng bộ thời gian, tần số ...
Hầu hết các chức năng của RNC và Node B đều giống như của BSC và BTS trong hệ thống GSM. Nhưng khác với GSM, UMTS đã xây dựng RNC và
Node B có khả năng quản lý quá trình chuyển giao handover và phân tập.
Chuyển giao handover là khả năng của hệ thống giúp cho đầu cuối di động có thể di chuyển từ cell này sang cell khác mà không làm gián đoạn dịch vụ. Phân tập là khả năng duy trì kết nối giữa đầu cuối và mạng thông qua nhiều trạm thu phát Node B. Đây là một trong những đặc tính quan trọng của hệ thống có dùng công nghệ CDMA. Trong hệ thống CDMA, hầu hết các trạm thu phát Node B đều sử dụng cùng một tần số. Điều này có nghĩa là một đầu cuối có thể thu tín hiệu cần thiết và giải mã nếu nó biết mã định kênh dành cho nó từ bất kỳ một trạm thu phát nào miễn là mức thu đủ lớn. Như vậy để cải thiện chất lượng truyền sóng, đầu cuối có thể kết nối tới một hay nhiều trạm thu phát mà không bị hạn chế. Đối với đường xuống, đầu cuối có thể cải thiện đáng kể chất lượng truyền vô tuyến bằng cách lựa chọn tín hiệu lớn nhất. Các trạm thu phát sẽ được điều khiển để phát tín hiệu sao cho nó đến đầu cuối cùng lúc, bằng cách này, nhiều tín hiệu sẽ được kết hợp và cho chất lượng tốt hơn. Đối với đường lên, tín hiệu truyền từ đầu cuối có thể được thu bởi nhiều trạm thu phát và hệ thống sẽ tổ hợp, lựa chọn tín hiệu tốt nhất.
Việc tồn tại nhiều kết nối song song giữa đầu cuối và trạm thu phát Node B được quản lý bởi cấp cao hơn một bậc. Nếu các kết nối đều đến một Node B thì việc quản lý là do Node B. Nếu thuộc các Node B khác nhau thì RNC quản lý. Nếu chúng thuộc các RNS khác nhau thi việc quản lý sẽ do CN thông qua giao diện Iur Chính vì đặc điểm này mà quá trình chuyển giao trong hệ thống UMTS dễ dàng hơn rất nhiều, gọi là chuyển giao mềm. Hệ thống chỉ cần loại bỏ đi kết nối không đủ chất lượng.
Trong hệ thống GSM, giao diện giữa BTS và BSC là Abis trên đường E1/T1. Tuy nhiên, sử dụng E1/T1 có thể có hiệu quả với việc truyền thoại thông thường nhưng nó lại tỏ ra không linh hoạt đối với việc truyền số liệu trong các dịch vụ đa phương tiện. Trong UTRAN, công nghệ ATM được sử dụng do tính linh hoạt của nó trong việc kết hợp các loại dịch vụ có tốc độ khác nhau.
Tuy nhiên, cũng cần phải có những cơ chế dành riêng cho tín hiệu thoại vì đặc điểm tốc độ thấp và tính yêu cầu thời gian thực. Trên thực tế, tín hiệu thoại trong hệ thống di động thường được nén ở tốc độ 8kbps với độ dài một khung là 10 ms thì ta có 80 bit. Một tế bào của mạng ATM có tải là 48 byte hay 384 bit, lớn hơn rất nhiều. Như vậy UMTS phải xây dựng giao thức để có thể ghép tín hiệu của nhiều người dùng vào cùng một tế bào. UMTS dùng giao thức báo hiệu AAL2 - ATM Adaptation Layer 2 cho giao thức vô tuyến (Iur và Iub) và IuCS, và sử dụng IP/AAL5 để truyền gói tin đến IuPS.